(57)【要約】【課題】印加する電圧値を従来の１／２以下に設定しても、従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる構成の光学軸偏向素子を提供する。【解決手段】本発明では、透明な一対の基板１１，１２と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層１５と、少なくとも前記液晶層１５の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極１６ａ，１６ｂとを有する光学軸偏向素子１０において、前記電極間の有効領域内を複数の領域(1),(2)に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極１７を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子において、
前記電極間の有効領域内を複数の領域に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置したことを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学軸偏向素子において、
前記電極間の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置したことを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学軸偏向素子において、
前記有効領域内の前記分割電極が、各分割領域の両端部に対応して基板面に形成されたライン状の透明電極であることを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項４】
請求項１または２記載の光学軸偏向素子において、
前記有効領域内の前記分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層を形成し、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続されていることを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項５】
請求項１または２記載の光学軸偏向素子において、
前記電極及び前記有効領域内の前記分割電極が、各分割領域の両端部に対応して基板面に形成されたライン状の透明電極であり、かつ前記基板面に透明な抵抗体層が形成されていることを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項６】
請求項３または５記載の光学軸偏向素子において、
一対の両基板面に形成された前記ライン状の透明電極は、光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に配置してあることを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項７】
請求項４記載の光学軸偏向素子において、
前記多数本の透明ライン電極の内、電源に直接接続して分割電極として機能させる透明ライン電極の両基板上での位置を、光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に設定することを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項８】
請求項６または７記載の光学軸偏向素子において、
異なる位置あるいは交差するように配置してある前記分割電極の位置関係に対して、光の透過方向に対する投影面上での前記平行電界方向へズレ量の最大値をΔＸとし、液晶層厚み方向での間隔をΔＺとした時、（ΔＺ／２）＞ΔＸに設定したことを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の光学軸偏向素子において、
有効領域内を複数に分割する分割電極が少なくとも一対のライン状電極からなり、各分割領域に時間順次に印加した電界が、一対のライン状電極の間に対応する液晶層内では、電界印加期間が重なるように設定したことを特徴とする光学軸偏向素子。
【請求項１０】
電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向素子であって、
請求項１〜９のいずれか一つに記載の光学軸偏向素子から成り、該光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向素子。
【請求項１１】
透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子と、
前記光学軸偏向素子の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを用い、
前記光学軸偏向素子の電界方向の切換えによって液晶分子の配向方向を切換えて液晶層の層法線に対する光学軸の傾斜方向を切換えて、入射光に対する出射光路を切換える光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子として請求項１〜９のいずれか一つに記載の光学軸偏向素子を用い、前記電圧印加手段により、前記光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加することを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な平行電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して電界が印加可能となるように１以上の分極電極を配置し、各分割領域の幅であるＬ／Ｎに対して、平均的な平行電界強度Ｅを印加するために、Ｖ／Ｎの電圧値をＴ／Ｎ以内の時間だけ一時的に印加し、一時的に電圧を印加する領域を時間順次に切換えることにより、時間平均すると有効領域全体に均等に平行電界強度Ｅを印加することを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の有効領域を少なくとも第一領域と第二領域に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域と第二領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の有効領域を第一領域〜第Ｎ領域のＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、という動作を第Ｎ領域まで行い、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域〜第Ｎ領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させるタイミングにおいては、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか一つに記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか一つに記載の光学軸偏向方法において、
前記光学軸偏向素子の或る分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間に電圧を印加している状態において、隣接する分割領域内に不要な電界が生じないように該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することを特徴とする光学軸偏向方法。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか一つに記載の光学軸偏向方法を用い、前記光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向方法。
【請求項１９】
透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子と、
前記光学軸偏向素子の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記光学軸偏向素子の電界方向の切換えによって液晶分子の配向方向を切換えて液晶層の層法線に対する光学軸の傾斜方向を切換えて、入射光に対する出射光路を切換える光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子として請求項１〜９のいずれか一つに記載の光学軸偏向素子を備え、前記電圧印加手段は、前記光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加する手段を有することを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な平行電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して電界が印加可能となるように１以上の分極電極を配置し、各分割領域の幅であるＬ／Ｎに対して、平均的な平行電界強度Ｅを印加するために、Ｖ／Ｎの電圧値をＴ／Ｎ以内の時間だけ一時的に印加し、一時的に電圧を印加する領域を時間順次に切換えることにより、時間平均すると有効領域全体に均等に平行電界強度Ｅを印加することを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の有効領域を少なくとも第一領域と第二領域に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域と第二領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２２】
請求項１９記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の有効領域を第一領域〜第Ｎ領域のＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、という動作を第Ｎ領域まで行い、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域〜第Ｎ領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２３】
請求項１９〜２２のいずれか一つに記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させるタイミングにおいては、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２４】
請求項１９〜２３のいずれか一つに記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２５】
請求項１９〜２４のいずれか一つに記載の光学軸偏向装置において、
前記光学軸偏向素子の或る分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間に電圧を印加している状態において、隣接する分割領域内に不要な電界が生じないように該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することを特徴とする光学軸偏向装置。
【請求項２６】
電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向装置において、
請求項１０記載の光路偏向素子と、前記電気信号に応じて前記光路偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする光路偏向装置。
【請求項２７】
電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向装置において、
請求項１９〜２５のいずれか一つに記載の光学軸偏向装置からなり、前記光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする光路偏向装置。
【請求項２８】
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源及び照明装置と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する光路偏向手段を有する画像表示装置において、
前記光路偏向手段として、請求項２６または２７記載の光路偏向装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の画像表示装置において、
前記光路偏向装置によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態に対応する画像パターンを前記画像表示素子に表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号によって一軸性物質の光学軸の傾斜方向を変える光学軸偏向素子、及び、その光学軸偏向素子からなり電気信号によって光の光路を偏向する光路偏向素子、及び、前記光学軸偏向素子を用いた光学軸偏向方法及び光学軸偏向装置、及び前記光学軸偏向方法を用いた光路偏向方法、及び、前記光路偏向素子または光学軸偏向装置を用いた光路偏向装置、及び、前記光路偏向装置を備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［定義］
本明細書において、「光路偏向素子」とは、外部からの電気信号により光の光路を偏向、即ち、入射光に対して出射光を平行にシフトさせるか、或る角度を持って回転させるか、あるいは、その両者を組合せて光路を切換えることが可能な光学素子を意味する。この説明において、平行シフトによる光路偏向に対してそのシフトの大きさを「シフト量」と呼び、回転による光路偏向に対してその回転量を「回転角」と呼ぶものとする。「光路偏向装置」とは、このような光路偏向素子を含み、光の光路を偏向させるデバイスを意味する。
【０００３】
また、「ピクセルシフト素子（画素ずらし素子）」とは、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学部材と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎に画像表示素子と光学部材の間の光路を偏向する光路偏向手段とを有し、該光路偏向手段によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示させることで、画像表示素子の見掛け上の画素数を増倍して表示する画像表示装置における前記光路偏向手段を意味する。従って、基本的には、上記定義による光路偏向素子や光路偏向装置を光路偏向手段（ピクセルシフト素子（画素ずらし素子））として応用することが可能といえる。
【０００４】
従来、液晶材料を用いた光路偏向素子（または光偏向素子）やピクセルシフト素子、これらを用いた画像表示装置等に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜６参照）。しかし、従来の光路偏向素子やピクセルシフト素子においては、
（１）構成が複雑であることに伴なう高コスト、装置の大型化、光量損失、ゴースト等の光学ノイズまたは解像度低下、
（２）特に可動部を有する構成の場合の位置精度や耐久性、振動や音の問題、
（３）ネマチック液晶などにおける応答速度の問題、
などがある。
【０００５】
そこで、本出願人は先に、従来の光路偏向素子における問題点、即ち、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置の大型化、光量損失、光学ノイズ等の問題を改善し、構成が簡単で小型であり、光量損失、光学ノイズ、解像度低下が少なく、低コスト化を図ることができる光路偏向素子や装置の提供を目的として、図１８に示すような構成の光路偏向素子を提案した（特許文献７参照）。
この光路偏向素子１は、透明な一対の基板２，３と、この一対の基板２，３の少なくとも一方に設けた配向膜４と、一対の基板２，３間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる液晶５と、この液晶５に電界を作用させる少なくとも１組の電極６ａ，６ｂからなる電極対６とを備え、該電極対６を電源７に接続して液晶層５に電界を印加する構成としたものである。この光路偏向素子１は、キラルスメクチックＣ相よりなる液晶５を利用しているので、従来の光路偏向素子に比して、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置大型化、光量損失、光学ノイズの問題を改善でき、かつ、従来のスメクチックＡ液晶やネマチック液晶などにおける応答性の鈍さも改善でき、高速応答が可能となるようにしたものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８９４０号公報
【特許文献２】特開平９−１３３９０４号公報
【特許文献３】特許第２９３９８２６号公報
【特許文献４】特開平５−３１３１１６号公報
【特許文献５】特開平６−３２４３２０号公報
【特許文献６】特開平１０−１３３１３５号公報
【特許文献７】特開２００２−３２８４０２号公報
【非特許文献１】「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、p198
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献７に記載の光路偏向素子１では、キラルスメクチックＣ相の螺旋軸に直角方向、すなわちスメクチック層の平行方向に電界を印加すると、液晶分子がスメクチック層内でコーン状の仮想面内を回転運動すると考えられる。このとき、液晶層の螺旋ピッチや自発分極などの特性に応じて、同一方向に配向する液晶分子の割合が変化し、液晶分子の平均的配向方向に対応した液晶層の光学軸の傾斜方向が変化する。
ここで、特許文献７で説明されているように、無電界下のキラルスメクチックＣ相の液晶層に対して層法線方向から偏光顕微鏡によるコノスコープ像を観察すると、十字像が中央部に位置しており、一軸性光学軸を有していることが確認できる。図１９にキラルスメクチックＣ相の液晶分子配列のモデル（電界による螺旋構造変化のモデル）を示す。チルト角θを有する分子層が互いにズレながら重なって螺旋構造を形成している。電界Ｅ＝０では図１９（ａ）のように左右対称な螺旋構造によって液晶ダイレクタ方向は空間的に平均化される。液晶層の平均化された光学軸は層法線方向を向いており、この光学軸に平行な入射光に対しては光学的に等方的である。次に、液晶層に平行な方向に比較的小さな電界０＜Ｅ＜Ｅｓを印加すると、自発分極Ｐｓへの電界Ｅの作用で液晶分子に回転モーメントが生じるために図１９（ｂ）のように螺旋構造が歪んで非対称となり、平均的な光学軸が一方向に傾く。この時、電界強度の増加と共に歪みが大きくなって平均的な光学軸の傾斜角も大きくなる。これは、コノスコープ像の十字像の位置が移動することから確認できる。さらに電界強度を増加させると、ある閾値電界Ｅｓ以上で図１９（ｃ）のように螺旋構造が消失して光学的に略一軸性となる。この時の光学軸の傾斜角は液晶ダイレクタのチルト角θと等しくなる。さらに電界を増加させてもチルト角θは変化せず、光学軸の傾斜角も一定となる。
このように、液晶層に十分に大きな電界が印加された場合、各スメクチック層内の液晶分子の配向方向は揃い、螺旋が解けた状態となる。また、電界方向を反転させると液晶層の光学軸の傾斜方向も反転するため、光学軸偏向素子あるいは動的な複屈折板として機能し、光路偏向素子やそれを用いた光路偏向装置などに応用できる。
【０００８】
上記の光路偏向素子（光学軸偏向素子）を画像表示装置等へ応用する場合、光を透過する有効領域の幅を広く設計する必要があるが、数十ミリ以上の広い有効領域幅に、液晶層の駆動に必要な強度の平行電界（基板面（液晶層）に平行な方向の電界）を印加しようとすると、有効領域幅の間に数キロボルト以上の非常に大きな電圧を印加する必要がある。
しかしながら、光路偏向素子の有効領域幅の間に数キロボルト以上の非常に大きな電圧を印加する場合、装置内での放電やノイズの発生などの危険が伴い、また、電源の大型化や、消費電力の増加などの問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、印加する電圧値を従来の１／２以下に設定しても、従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる構成の光学軸偏向素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、その光学軸偏向素子を用いて従来と同様な光路偏向効果が得られ、大きな有効面積に対して、比較的小さな印加電圧で駆動が可能な光路偏向素子を提供することを目的とする。
さらに本発明は、前記光学軸偏向素子を用いて従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる光学軸偏向方法及び光学軸偏向装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、前記光学軸偏向方法を用いて従来と同様な光路偏向効果が得られる光路偏向方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、前記光路偏向素子または光学軸偏向装置を用いて従来と同様な光路偏向効果が得られ、大きな有効面積に対して、比較的小さな印加電圧で駆動が可能で、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる構成の光路偏向装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、前記光路偏向装置を用い、比較的画素数の少ない画像表示素子を用いても、高精細、低コスト、低消費電力な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子において、前記電極間の有効領域内を複数の領域に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置したことを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
第２の手段は、第１の手段の光学軸偏向素子において、前記電極間の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置したことを特徴とする（請求項２）。
【００１２】
第３の手段は、第１または第２の手段の光学軸偏向素子において、前記有効領域内の前記分割電極が、各分割領域の両端部に対応して基板面に形成されたライン状の透明電極であることを特徴とする（請求項３）。
第４の手段は、第１または第２の手段の光学軸偏向素子において、前記有効領域内の前記分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層を形成し、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続されていることを特徴とする（請求項４）。
第５の手段は、第１または第２の手段の光学軸偏向素子において、前記電極及び前記有効領域内の前記分割電極が、各分割領域の両端部に対応して基板面に形成されたライン状の透明電極であり、かつ前記基板面に透明な抵抗体層が形成されていることを特徴とする（請求項５）。
【００１３】
第６の手段は、第３または第５の手段の光学軸偏向素子において、一対の両基板面に形成された前記ライン状の透明電極は、光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に配置してあることを特徴とする（請求項６）。
第７の手段は、第４の手段の光学軸偏向素子において、前記多数本の透明ライン電極の内、電源に直接接続して分割電極として機能させる透明ライン電極の両基板上での位置を、光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に設定することを特徴とする（請求項７）。
【００１４】
第８の手段は、第６または第７の手段の光学軸偏向素子において、異なる位置に配置してある前記分割電極の位置関係に対して、光の透過方向に対する投影面上での前記平行電界方向へズレ量の最大値をΔＸとし、液晶層厚み方向での間隔をΔＺとした時、（ΔＺ／２）＞ΔＸに設定したことを特徴とする（請求項８）。
第９の手段は、第１〜第８のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子において、有効領域内を複数に分割する分割電極が少なくとも一対のライン状電極からなり、各分割領域に時間順次に印加した電界が、一対のライン状電極の間に対応する液晶層内では、電界印加期間が重なるように設定したことを特徴とする（請求項９）。
【００１５】
第１０の手段は、電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向素子であって、第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子から成り、該光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする（請求項１０）。
【００１６】
第１１の手段は、透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子と、前記光学軸偏向素子の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを用い、前記光学軸偏向素子の電界方向の切換えによって液晶分子の配向方向を切換えて液晶層の層法線に対する光学軸の傾斜方向を切換えて、入射光に対する出射光路を切換える光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子として第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子を用い、前記電圧印加手段により、前記光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加することを特徴とする（請求項１１）。
【００１７】
第１２の手段は、第１１の手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な平行電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して電界が印加可能となるように１以上の分極電極を配置し、各分割領域の幅であるＬ／Ｎに対して、平均的な平行電界強度Ｅを印加するために、Ｖ／Ｎの電圧値をＴ／Ｎ以内の時間だけ一時的に印加し、一時的に電圧を印加する領域を時間順次に切換えることにより、時間平均すると有効領域全体に均等に平行電界強度Ｅを印加することを特徴とする（請求項１２）。
【００１８】
第１３の手段は、第１１の手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域を少なくとも第一領域と第二領域に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域と第二領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする（請求項１３）。
【００１９】
第１４の手段は、第１１の手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域を第一領域〜第Ｎ領域のＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、という動作を第Ｎ領域まで行い、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域〜第Ｎ領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする（請求項１４）。
【００２０】
第１５の手段は、第１１〜第１４のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させるタイミングにおいては、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することを特徴とする（請求項１５）。
【００２１】
第１６の手段は、第１１〜第１５のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することを特徴とする（請求項１６）。
【００２２】
第１７の手段は、第１１〜第１６のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の或る分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間に電圧を印加している状態において、隣接する分割領域内に不要な電界が生じないように該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することを特徴とする（請求項１７）。
【００２３】
第１８の手段は、光路偏向方法であって、第１１〜第１７のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法を用い、前記光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする（請求項１８）。
【００２４】
第１９の手段は、透明な一対の基板と、その一対の基板間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、少なくとも前記液晶層の両端側に配置され基板面に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる電極とを有する光学軸偏向素子と、前記光学軸偏向素子の電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記光学軸偏向素子の電界方向の切換えによって液晶分子の配向方向を切換えて液晶層の層法線に対する光学軸の傾斜方向を切換えて、入射光に対する出射光路を切換える光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子として第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子を備え、前記電圧印加手段は、前記光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加する手段を有することを特徴とする（請求項１９）。
【００２５】
第２０の手段は、第１９の手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の有効領域の幅をＬ、該有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な平行電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、前記有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して電界が印加可能となるように１以上の分極電極を配置し、各分割領域の幅であるＬ／Ｎに対して、平均的な平行電界強度Ｅを印加するために、Ｖ／Ｎの電圧値をＴ／Ｎ以内の時間だけ一時的に印加し、一時的に電圧を印加する領域を時間順次に切換えることにより、時間平均すると有効領域全体に均等に平行電界強度Ｅを印加することを特徴とする（請求項２０）。
【００２６】
第２１の手段は、第１９の手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の有効領域を少なくとも第一領域と第二領域に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域と第二領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする（請求項２１）。
【００２７】
第２２の手段は、第１９の手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の有効領域を第一領域〜第Ｎ領域のＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割し、第一領域に電界を生じさせる第一電極間に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後、直ちに第二領域に電界を生じさせる第二電極間に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層の光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去し、という動作を第Ｎ領域まで行い、前記第一領域の光学軸傾斜状態が初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間に一時的に前回と同極性あるいは逆極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層の光学軸傾斜状態を保つ、あるいは逆極性の傾斜状態に切換えるという動作を、前記第１領域〜第Ｎ領域の間で順次行うことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことを特徴とする（請求項２２）。
【００２８】
第２３の手段は、第１９〜第２２のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させるタイミングにおいては、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することを特徴とする（請求項２３）。
【００２９】
第２４の手段は、第１９〜第２３のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することを特徴とする（請求項２４）。
【００３０】
第２５の手段は、第１９〜第２４のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置において、前記光学軸偏向素子の或る分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間に電圧を印加している状態において、隣接する分割領域内に不要な電界が生じないように該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することを特徴とする（請求項２５）。
【００３１】
第２６の手段は、電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向装置において、第１０の手段の光路偏向素子と、前記電気信号に応じて前記光路偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする（請求項２６）。
【００３２】
第２７の手段は、電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向装置において、第１９〜第２５のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置からなり、前記光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることを特徴とする（請求項２７）。
【００３３】
第２８の手段は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源及び照明装置と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する光路偏向手段を有する画像表示装置において、前記光路偏向手段として、第２６または第２７の光路偏向装置を備えたことを特徴とする（請求項２８）。
また、第２９の手段は、第２８の手段の画像表示装置において、前記光路偏向装置によるサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態に対応する画像パターンを前記画像表示素子に表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示することを特徴とする（請求項２９）。
【発明の効果】
【００３４】
第１または第２の手段の光学軸偏向素子では、電極間の有効領域内を複数の領域に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置したことにより、印加する電圧値を従来の１／２以下に設定しても、従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
より詳しく述べると、ホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層に平行電界を印加すると、電界ＯＮ後の応答性は良く直ちに光学軸の傾斜方向が切換わるが、電界ＯＦＦ後の応答性は比較的遅いため光学軸が初期状態に戻るまでには十分な時間がかかる。すなわち、光学軸の傾斜方向を一方向に保っておくために、常に一定の電界を印加し続ける必要は無く、電界ＯＮによって液晶配向変化が完了した直後に電界をＯＦＦし、ある時間後に再び電界ＯＮすることで、液晶配向状態（光学軸の傾斜状態）を継続的に維持できる。そこで、光学軸偏向素子の有効領域を空間的および電気的に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置し、各分割領域に対して短時間の電界を時間順次に印加することで、有効領域全体として電界印加時の液晶配向状態をほぼ維持することができる。この時、電界印加する分割領域の幅が狭く設定できるので、一定の電界強度を印加する場合、印加電圧値自体を従来の１／２以下に小さく設定することができる。したがって、装置内での放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
【００３５】
第３の手段の光学軸偏向素子では、上記の構成及び効果に加え、有効領域を電気的に分割する電極がライン状の透明電極であるので、透過光を遮断することを防止し、光の透過率を向上させることができる。
【００３６】
ところで、第１または第２の手段の光学軸偏向素子において、有効領域の幅が広い構成で、分割数を少なくした場合、分割領域の幅が比較的広くなる。この時、分割領域の両端部のみに電圧を印加すると、分割領域の中央部の電界強度が弱くなる場合がある。
そこで、第４の手段の光学軸偏向素子では、有効領域内に平行電界を印加する電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、各透明ライン電極郡が抵抗体によって電気的に直列に接続している構成として、分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することで、分割領域内の液晶層に平行な方向に所望の電位分布を形成させることができる。この時、各ライン電極のエッジ部近傍では電界分布が乱れるため、透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層を形成することで、液晶層中の電界分布を均一化できる。
また、第５の手段の光学軸偏向素子では、有効領域内の基板面に透明な抵抗体層を形成することで、分割領域の幅に対応する位置の電極間に電位差を印加した時に、分割領域内の液晶層に平行な方向に所望の電位分布を形成させることができる。したがって、液晶層中の電界分布を均一化できる。
【００３７】
第１〜第５の手段の光学軸偏向素子では、有効領域内での分割領域の境界を明確に設定しているが、境界部では常に低電界状態となる領域が発生し、光学軸の傾斜角が局所的に小さくなる原因となる。これを防止して、有効領域全体の動作の均一性を向上させるためには、分割領域の境界を比較的不明確に設定することが好ましい。すなわち、境界領域として、ある程度の幅を持たせることで、光学軸偏向動作の均一性が向上する。
そこで、第６の手段の光学軸偏向素子では、一対の両基板面に形成されたライン状の透明電極は光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に配置する、すなわち上下基板の分割電極をズラして配置することによって、液晶層の厚み方向で境界位置を変える。したがって、境界近傍の液晶層内では境界領域が斜めに形成され、光の透過方向で見ると境界領域が不明確になり、局所的な低電界領域の発生を防止できる。
【００３８】
第７の手段の光学軸偏向素子では、前記多数本の透明ライン電極の内、電源に直接接続して分割電極として機能させる透明ライン電極の両基板上での位置を、光の透過方向に対する投影面上で異なる位置に設定する、すなわち上下基板の分割電極をズラして設定することで、上記の第６の手段と同様な効果が得られる。
しかし、分割電極のズレ量が大きくなると、液晶層の厚み方向に電位差が生じてしまう。そこで、第８の手段の光学軸偏向素子では、異なる位置に配置してある分割電極の位置関係に対して、光の透過方向に対する投影面上での前記平行電界方向へズレ量の最大値をΔＸとし、液晶層厚み方向での間隔をΔＺとした時、（ΔＺ／２）＞ΔＸに設定することで、液晶層の厚み方向の電位差を比較的小さく抑えることができる。しだかって、境界領域近傍での液晶層内の電界方向の変化を比較的小さく抑えることができ、有効領域内での光学軸の均一性が維持できる。
【００３９】
上記の手段では分割電極として機能する電極の位置が固定されているため、空間的に位置をズラして設定することで、境界領域を空間的にボケさせていたが、分割電極として機能する電極の位置を時間的にズラすることでも、境界領域を空間的にボケさせることができる。そこで第９の手段の光学軸偏向素子では、有効領域内を複数に分割する分割電極が少なくとも一対のライン状電極からなり、各分割領域に時間順次に印加した電界が、一対のライン状電極の間に対応する液晶層内では、電界印加期間が重なるように設定する。すなわち、ある期間に電界が印加されている分割領域の位置が切り替わっても、分割領域が重なるように電極を配置することで、実効的な境界領域の位置が切り替わる。したがって、境界領域が明確に固定化されている場合に発生する低電界領域を無くすことができる。
【００４０】
第１０の手段の光路偏向素子は、第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子から成り、該光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、液晶層の光学軸の傾斜方向に応じて液晶層内で光線がシフトし、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトする。従って、電界方向を切換えて光学軸の傾斜方向を切換えることで、光線の出射位置を切換えることができる。
【００４１】
第１１の手段の光学軸偏向方法では、光学軸偏向素子として第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子を用い、電圧印加手段により、光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加するので、印加する電圧値を従来の１／２以下に設定しても、従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
【００４２】
第１２、第１３または第１４の手段の光学軸偏向方法では、光学軸偏向素子の有効領域を空間的および電気的に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置し、各分割領域に対して短時間の電界を時間順次に印加することで、有効領域全体として電界印加時の液晶配向状態をほぼ維持することができる。この時、電界印加する分割領域の幅が狭く設定できるので、一定の電界強度を印加する場合、印加電圧値自体を従来の１／２以下に小さく設定することができる。したがって、装置内での放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
【００４３】
第１５の手段の光学軸偏向方法では、第１１〜第１４のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させ、光学軸の傾斜方向を周期的に繰り返し反転動作させる場合には、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することで、分割した領域間で電界方向が異なる状態の期間を短くできる。したがって、有効領域全体の光学軸傾斜方向が一致している期間を長く設定することができる。
【００４４】
第１６の手段の光学軸偏向方法では、第１１〜第１５のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することにより、分割領域内の液晶層に平行な方向に所望の電位分布を形成させることができる。この時、各ライン電極のエッジ部近傍では電界分布が乱れるため、透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層を形成することで、液晶層中の電界分布を均一化できる。
【００４５】
ところで、第１１〜第１６のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法においては、ある分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間にのみ電圧を印加し、他の分割領域に対応する電極を電気的にフロート状態にする場合、他の分割領域内には逆方向の電界が生じる場合がある。そこで、第１７の手段の光学軸偏向方法では、電界印加状態の分割領域以外では、該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することにより、液晶層の光学軸の傾斜状態を乱す不要な電界の発生を確実に防止できる。
【００４６】
第１８の手段の光路偏向方法では、第１１〜第１７のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法を用い、光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、液晶層の光学軸の傾斜方向に応じて液晶層内で光線がシフトし、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトする。従って、電界方向を切換えて光学軸の傾斜方向を切換えることで、光線の出射位置を切換えることができる。
【００４７】
第１９の手段の光学軸偏向装置では、光学軸偏向素子として第１〜第９のいずれか一つの手段の光学軸偏向素子を備え、電圧印加手段により、光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加するので、印加する電圧値を従来の１／２以下に設定しても、従来と同様な光学軸偏向効果が得られ、放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
【００４８】
第２０、第２１または第２２の手段の光学軸偏向装置では、光学軸偏向素子の有効領域を空間的および電気的に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極を配置し、各分割領域に対して短時間の電界を時間順次に印加することで、有効領域全体として電界印加時の液晶配向状態をほぼ維持することができる。この時、電界印加する分割領域の幅が狭く設定できるので、一定の電界強度を印加する場合、印加電圧値自体を従来の１／２以下に小さく設定することができる。したがって、装置内での放電やノイズの防止、電源の小型化などが図れる。
【００４９】
第２３の手段の光学軸偏向装置では、第１９〜第２２のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置において、光学軸偏向素子の有効領域全体の平行電界の方向を反転させ、光学軸の傾斜方向を周期的に繰り返し反転動作させる場合には、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定することで、分割した領域間で電界方向が異なる状態の期間を短くできる。したがって、有効領域全体の光学軸傾斜方向が一致している期間を長く設定することができる。
【００５０】
第２４の手段の光学軸偏向装置では、第１９〜第２３のいずれか一つの手段の光学軸偏向方法において、前記光学軸偏向素子の有効領域内に平行電界を印加する分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極から成り、該透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層が形成され、各透明ライン電極が抵抗体によって電気的に直列に接続され、前記分割領域の幅に対応する位置の二本の透明ライン電極の間に電位差を印加することにより、分割領域内の液晶層に平行な方向に所望の電位分布を形成させることができる。この時、各ライン電極のエッジ部近傍では電界分布が乱れるため、透明ライン電極郡の面と液晶層との間に誘電体層を形成することで、液晶層中の電界分布を均一化できる。
【００５１】
ところで、第１９〜第２４のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置においては、ある分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間にのみ電圧を印加し、他の分割領域に対応する電極を電気的にフロート状態にする場合、他の分割領域内には逆方向の電界が生じる場合がある。そこで、第２５の手段の光学軸偏向装置では、電界印加状態の分割領域以外では、該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御することにより、液晶層の光学軸の傾斜状態を乱す不要な電界の発生を確実に防止できる。
【００５２】
第２６の手段の光路偏向装置では、第１０の手段の光路偏向素子と、前記電気信号に応じて前記光路偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことにより、液晶層の光学軸の傾斜方向に応じて液晶層内で光線がシフトし、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトすることができるので、電圧印加手段により電界方向を切換えて光学軸の傾斜方向を切換えることで、光線の出射位置を切換えることができる。
【００５３】
第２７の手段の光路偏向装置では、第１９〜第２５のいずれか一つの手段の光学軸偏向装置からなり、光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、該直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、液晶層の光学軸の傾斜方向に応じて液晶層内で光線がシフトし、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトする。従って、電界方向を切換えて光学軸の傾斜方向を切換えることで、光線の出射位置を切換えることができる。
【００５４】
第２８、第２９の手段の画像表示装置では、光路偏向手段として、第２６または第２７の光路偏向装置を備え、比較的低電圧で駆動が可能な大面積の光路偏向素子（光学軸偏向素子）を用いているので、比較的画素数の少ない画像表示素子を用いても高精細な画像を得ることができる。従って、高精細で低コスト、低消費電力な画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の一実施形態として光学軸偏向素子の構成例を図１に基づいて説明する。図１に示すように、一対の透明な基板１１，１２が対向配置させて設けられている。透明な基板１１，１２としては、ガラス、石英、プラスチックなどを用いることができるが、複屈折性の無い透明材料が好ましい。基板１１，１２の厚みは数十μｍ〜数ｍｍのものが用いられる。基板１１，１２の内側面には垂直配向膜１３，１４が形成されている。垂直配向膜１３，１４は基板表面に対して液晶分子を垂直配向（ホメオトロピック配向）させる材料ならば特に限定されないが、液晶ディスプレイ用の垂直配向剤やシランカップリング剤、ＳｉＯ２蒸着膜などを用いることができる。本発明で言う垂直配向（ホメオトロピック配向）とは、基板面に対して液晶分子が垂直に配向した状態だけではなく、数十度程度までチルトした配向状態も含む。
【００５６】
両基板１１，１２の間隔をスペーサーを挟んで規定し、基板間に液晶層１５を形成するとともに、その液晶層１５の両端側に一組の電極１６ａ，１６ｂを形成する。スペーサーとしては数μｍから数ｍｍ程度の厚みを持つシート部材あるいは同程度の粒径の粒子などが用いられ、素子の有効領域外に設けられることが好ましい。電極１６ａ，１６ｂとしてはアルミニウム、銅、クロムなどの金属シートや、基板面上に形成された前述の金属膜などが用いられる。素子の有効領域の両端部に配置される電極１６ａ，１６ｂは、液晶層１５の厚みと同程度の厚みを持つ金属シートを用いることが好ましい。また、有効領域内に設けられ、有効領域を電気的に分割するための分割電極１７としては、上記の電極と同様に金属シートなどを用いても良いが、均一な液晶層を形成し配向性を維持するために、液晶層内には分割電極を設けず、基板面上に配置される金属膜などを形成することが好ましい。この分割電極１７の幅は狭いほど好ましいが、現実的には数ミクロン程度の幅とする。図１ではより好ましい例として、有効領域の両端部のスペーサー部材と金属シート部材（電極）１６ａ，１６ｂが共通であり、金属シート部材の厚みにより液晶層厚みが規定される。一例として、液晶層１５としてはスメクチックＣ相を形成可能な液晶が用いられる。また、分割電極１７は基板上にクロム膜を蒸着し、幅５μｍのライン状に加工したものを用いた。各分割領域を挟むこれらの電極間に、図示しない電圧印加手段で電位差を印加することで、液晶層１５の基板面に平行な方向に電界（以下、平行電界と言う）が印加される。
【００５７】
ここで、スメクチックＣ相を形成可能な液晶層１５に関して詳細に説明する。「スメクチック液晶」は液晶分子の長軸方向を層状（スメクチック層）に配列してなる液晶層である。このような液晶層に関し、上記層の法線方向（層法線方向）と液晶分子の長軸方向とが一致している液晶を「スメクチックＡ相」、法線方向と一致していない液晶を「スメクチックＣ相」と呼んでいる。スメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶は、一般的に外部電界が働かない状態において各スメクチック層毎に液晶ダイレクタ方向が螺旋的に回転しているいわゆる螺旋構造をとり、「キラルスメクチックＣ相」と呼ばれる。また、キラルスメクチックＣ相でも、反強誘電性液晶は各層毎に液晶ダイレクタが対向する方向を向く。これらのキラルスメクチックＣ相よりなる液晶は、不斉炭素を分子構造に有し、これによって自発分極しているため、この自発分極Ｐｓと外部電界Ｅにより定まる方向に液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。なお、本実施の形態等では、液晶層として強誘電性液晶を例にとり、光学軸偏向素子（及び光路偏向素子）の説明を行うが、反強誘電性液晶の場合にも同様に使用することができる。
【００５８】
本発明の光学軸偏向素子の動作について図２を参照して説明する。図２（ａ），（ｂ）は、図１に示した光学軸偏向素子１０の任意の分割領域内（例えば図１の分割領域(1) ）における電界方向と液晶分子の傾斜方向を模式的に示したものである。図２（ａ），（ｂ）で、液晶分子の幅が広く描いてある側が紙面上側、幅が狭く描かれている側が紙面下側に傾いている様子を示している。また、液晶の自発分極（記号Ｐｓで記す）を矢印で示してある。図２（ａ），（ｂ）に示すように、分割領域内の電界の向きが反転すると、略垂直配向した液晶分子のチルト角の方向が反転する。ここでは、自発分極Ｐｓが正の場合について電界印加方向と液晶分子のチルト方向の関係を図示している。ここで、チルト角の方向が反転する際、図２（ａ），（ｂ）の下段の斜視図に示したような仮想的なコーン状の面内を回転運動すると考えられる。なお、キラルスメクチックＣ相の液晶分子配列のモデル（電界による螺旋構造変化のモデル）は図１９に示した例と同様である。
【００５９】
次に液晶層１５に電界を印加した時と除去した時について説明する。上述のように無電界下で螺旋構造を形成しているキラルスメクチックＣ相に電界を印加すると、液晶分子中のカルボニル基に起因する双極子と電場の相互作用によって液晶分子を配向させる電気的駆動力が働くため、電界印加時の液晶再配向時間は比較的短い。一般的な強誘電性液晶の場合、電界強度に応じてサブミリ秒から数十マイクロ秒で液晶の配向変化が完了する。一方、電界を除去した場合、液晶層１５は無電界下の初期配向状態に戻ろうとするが、液晶層１５の粘弾性に起因する復元力に基づくため、この配向変化は数十ミリ秒から数秒程度と遅い。本発明では、電界ＯＦＦ時に液晶層１５の再配向時間が十分に遅いことを利用する。すなわち、図１及び図３に示すように、光学軸偏向素子１０の有効領域内を複数の領域に分割して、個々の領域に独自に平行電界が印加可能となるように１以上の分割電極１７を配置する。
【００６０】
ここで、図３は説明を簡単にするために、光学軸偏向素子１０の有効領域（有効幅Ｌ）の中心に１つの分割電極１７を配置して、幅がＬ／２の２つの領域に分割した例である。そして光学軸偏向装置としては、光学軸偏向素子１０の各電極１６ａ，１７，１６ｂに、スイッチ部１９（スイッチＳ１〜Ｓ４）と電源１８からなる電圧印加手段を接続し、各電極に選択的に電圧を印加できる構成としている。例えば、図３（ａ）に示すように、図中左側の第一領域に電界を生じさせる第一電極間（電極１６ａと分割電極１７間）に一時的に電圧を印加して第一領域の液晶層１５ａの光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第一領域の電圧を除去し、その後直ちに図３（ｂ）に示すように、図中右側の第二領域に電界を生じさせる第二電極間（分割電極１７と電極１６ｂ間）に一時的に電圧を印加して第二領域の液晶層１５ｂの光学軸を傾斜させ、所望の光学軸傾斜状態となった後で第二領域の電圧を除去する。その後、第一領域の光学軸傾斜状態が液晶層１５ａの再再配向によって初期状態に戻る時間よりも前に、再び第一電極間（電極１６ａと分割電極１７間）に一時的に前回と同極性の電界を印加することで、第一領域の液晶層１５ａの光学軸傾斜状態を保つことができる。この動作を第一領域と第二領域の間で繰り返すことで、ある一定期間内において有効領域全体として光学軸の傾斜状態を略均一に保つことができる。
【００６１】
なお、図中では説明の単純化のため、電源１８として直流電源を図示し、一方向の電界のみが印加される例を示しているが、図２に示すような矩形波交流電圧等を印加する交流電源を用いて、電界方向を反転できるようにしても良い。
また、図３では、各電極１６ａ，１６ｂ，１７の電圧印加状態を切換えるスイッチ部１９の機能のみを単純化して記載しているが、上記機能を実現するためのスイッチＳ１〜Ｓ４は耐電圧が高く、高速動作が可能なものを用いることが好ましい。このため、リレースイッチ等よりも、光で高速なスイッチング動作が可能で耐電圧が高いフォトカプラー等を組み合わせて用いることがより好ましい。また、このフォトカプラーの動作は外部からの電気信号で制御できるので、電気信号に応じて光学軸偏向素子の各電極に選択的に電圧を印加することができ、液晶層１５の各分割領域に印加される電界の制御を容易に行うことができ、各分割領域の液晶層の光学軸の傾斜方向を容易に制御することができる。なお、以下の実施の形態に記載するスイッチについても同様である。
【００６２】
従来では図４のように、素子の両端部に設けた電極６ａ，６ｂに電源を接続して、素子の有効領域の幅全体に対して一括して平行電界を印加していたので、例えば有効幅Ｌが４２ｍｍの素子に対して、電界強度Ｅ＝１５０Ｖ／ｍｍを印加する場合、６．３ｋＶの高電圧を印加するため、素子周辺部との放電防止などの安全対策を必要としていた。これに対して、図１及び図３に示す構成の光学軸偏向素子１０では、光学軸偏向素子１０の有効領域を空間的および電気的に２分割し、各分割領域に対して数ミリ秒程度の短時間の電界を交互に印加することで、有効領域全体として電界印加時の液晶配向状態をほぼ維持することができる。この方法では、電界を印加する分割領域の幅を半分の２１ｍｍに設定できるので、同様の電界強度Ｅ＝１５０Ｖ／ｍｍを印加する場合でも、印加電圧値自体を半分の３．１５ｋＶに設定することができる。したがって、光学軸偏向装置内での放電やノイズの発生の防止対策の簡略化や、電源の小型化などによって、装置全体の低コスト化が実現できる。
【００６３】
上記の実施の形態では、光学軸偏向素子１０の有効領域を２分割した構成について効果を述べたが、本発明の技術思想によれば、２分割に限らず実施することができる。すなわち、本発明の第二の実施形態では、光学軸偏向素子１０の有効領域の幅をＬ、有効領域の幅全体に電圧を印加する場合の電圧値をＶ、この時印加される平均的な平行電界強度をＥ、一定の電界印加期間をＴとした時、有効領域を電界印加方向に対してＮ個（Ｎは２以上の整数）に分割して電界が印加可能となるように１以上の電極を配置し、各分割領域の幅であるＬ／Ｎに対して、平均的な平行電界強度Ｅを印加するために、Ｖ／Ｎの電圧値をＴ／Ｎ以内の時間だけ一時的に印加し、一時的に電圧を印加する領域を時間順次に切換えることにより、時間平均すると有効領域全体に均等に平行電界強度Ｅを印加することができる。図５は、光学軸偏向素子１０の有効領域を電界印加方向に対して３個に分割して電界が印加可能となるように２つの分割電極１７ａ，１７ｂを配置した場合の構成例を示している。また、電圧印加手段を構成するスイッチ部１９は、各電極１６ａ，１７ａ，１７ｂ，１６ｂに選択的に電圧を印加できるように、多数のスイッチ（フォトカプラー等）Ｓ１〜Ｓ１０で構成されている。
【００６４】
ここでは一例として、有効領域の幅Ｌ＝４２ｍｍ、電界強度Ｅ＝１５０Ｖ／ｍｍ、周波数ｆ＝６０Ｈｚで光学軸の傾斜方向を上下方向に変化させる場合を想定する。
図４に示す従来の構成の素子の場合は、素子の両端の電極６ａ，６ｂに矩形波交流電源などを接続し、所望の周波数で電界の向きを反転させれば良く、光学軸の向きを上向きにする期間Ｔ＝８．３３msec、下向きの期間Ｔ＝８．３３msecのように駆動する。これに対して、図５に示す構成の素子のように有効領域を３分割した場合、各分割領域にＶ／Ｎ＝２．１ｋＶを、時間Ｔ／Ｎ＝２．７８msecづつ順次印加する。３つの領域の印加が一回り終了したら、逆極性の電圧を同様に印加することで、交流動作を行うことができる。また、有効領域を空間的に３分割した場合でも、各分割領域への電界印加時間をＴ／６（＝Ｔ／２Ｎ）やＴ／９（＝Ｔ／３Ｎ）のように更に短時間として、期間Ｔの間に繰り返すことが好ましい。ここで、各分割領域への電界印加時間は、少なくとも電界ＯＮ時の液晶層の最配向時間よりも長いことが好ましい。例えば、液晶の応答時間が１msecと仮定した場合、時間的に６分割したＴ／６＝１．３９msecならば良好に動作するが、時間的に９分割したＴ／９＝０．９３msecでは良好な動作は期待できない。但し、このような最適な分割時間の範囲は、液晶材料の性質、電界強度、駆動周波数などで異なる。
【００６５】
ここで改めて、光学軸偏向素子の交流駆動時の駆動タイミングの概要を図６に示す。ここでは、説明の簡略化のため、図３に示した有効領域を２分割した構成の光学軸偏向素子１０を例にして説明するが、Ｎ分割した場合でも同様に考えることができる。図６（ａ），（ｂ）は縦軸に各分割領域内での光学軸の傾斜角を表し、横軸は時間を表す。図６の（ａ）は第一の領域（分割領域(1)）の状態、（ｂ）は第二の領域（分割領域(2)）の状態を表している。また、図中には各分割領域での電界印加タイミングを矢印で示した。また、図６の（ｃ）は電源電圧（矩形波交流電圧）の１周期（周波数ｆ＝６０Ｈｚとして、１周期＝１６．６７msec）の変化を表し、（ｄ）はスイッチ部１９の各スイッチＳ１〜Ｓ４のＯＮ，ＯＦＦの切り換えタイミングを表している。
【００６６】
まず、分割領域(1) に電界＋Ｅを印加すると直ちに光学軸の傾斜角は＋θとなり飽和する。一定期間の印加後、分割領域(1) の電界をＯＦＦし、分割領域(2) の電界印加に切換える。ここまでは、分割領域(1) のみが動作しているので、全体として均一では無い「動作初期」状態である。分割領域(2) の光学軸の傾斜角が＋θに飽和した頃、分割領域(1) では液晶層の無電界再配向によって傾斜角が小さくなり始めているが、再び分割領域(1) に電界が印加されるためチルト角は時間平均で略＋θに維持される。分割領域(2) でも同様にして光学軸の傾斜角が＋θに維持される。液晶層の無電界時の再配向が遅い液晶材料を用いることで、両領域で同時に＋θとなる「一定チルト角」の状態を維持することができる。
【００６７】
次に、光学軸の傾斜角を反転させるタイミングについて説明する。図６（ａ）で、まず分割領域(1) に反転電界−Ｅを印加して分割領域(1) のチルト角を−θに飽和させる。この間は分割領域(2) は無電界下でチルト角が略＋θの状態である。すなわち、この状態は分割領域(1) と(2) と光学軸の傾斜方向が異なる「不一致」状態になってしまう。その後、分割領域(2) にも反転電界−Ｅが印加されれば、この不一致状態は直ちに解消され、同時に−θとなる「一定チルト角」の状態となる。この不一致状態の期間は、本発明の光学軸偏向素子にとっては、素子全体を平均化して使用するような場合には好ましくないので、できるだけ不一致状態の期間を短く設定することが好ましい。この不一致状態の期間は、一回の電界印加時間と一致しているので、前述のように電圧印加の時間的な分割回数を増やすことが好ましい。ここで、図７は電圧印加の時間的な分割回数を増やした場合の駆動タイミングの例を示しており、このようにスイッチ部１９の各スイッチＳ１〜Ｓ４のＯＮ，ＯＦＦの切り換え動作を速くして電圧印加の時間的な分割回数を増やすことにより、不一致状態の期間を短く設定することができる。
【００６８】
さらに別の実施形態として、図８に示すように、電界反転時のみ電界印加時間を短く設定することもできる。すなわち、図８に示すように、スイッチ部１９の各スイッチＳ１〜Ｓ４のＯＮ，ＯＦＦの切り換え動作により、有効領域全体の平行電界の方向を反転させるタイミングにおいては、光学軸の方向を反転させるための一時的な電界印加時間を、一方向に光学軸を維持するための一時的な電界印加時間よりも短く設定する。図８では、「一定チルト角」の状態で印加する時間に比べて、「反転動作」中での印加時間を１／４程度に設定することで、「不一致」状態の時間を短縮することができる。したがって、有効領域全体の光学軸傾斜方向が一致している状態を長く設定し、光学特性の時間的および空間的な均一性を向上させることができる。ここで、反転動作中での電界印加時間は、少なくとも電界ＯＮ時の液晶層の最配向時間よりも長いことが好ましい。
【００６９】
ところで、上述の光学軸偏向素子では、有効領域内に設ける分割電極を金属膜としたが、金属膜では有効領域の透過光を遮光してしまうという問題がある。特に、分割領域の数を増やしていくと、分割電極の数も増えるので、素子全体としての透過率低下が問題となってくる。そこで、本発明のさらに別の実施形態では、図９に示す光学軸偏向素子１０のように、有効領域内の分割電極を、基板表面に形成されたライン状の透明電極２０とする。このようにライン状の透明電極２０を用いることにより、透過光を遮断することを防止し、光の透過率を向上させることができる。なお、透明電極材料としては、ＩＴＯ（インジウム含有酸化スズ）、ＺｎＯなど酸化物半導体の蒸着膜やスパッタ膜を用いることが好ましい。また、これらの酸化物半導体の微粒子を樹脂中に分散した材料を塗布・形成しても良い。
【００７０】
次に、光学軸偏向素子の有効面積を更に大きく設計する場合について説明する。素子の幅が大きくなると、一定電界を得るためには、単純に印加電圧値が大きくなってしまう。そこで、本発明のように有効領域を分割して時間順次に駆動することで、一度に電界駆動する幅を小さくして印加電圧を低減することができる。したがって、更なる素子の大面積化に伴って分割数を更に増やすことが考えられるが、電圧切換えスイッチの複雑化や液晶層の無電界時の再配向時間による制約などから、分割数Ｎは２から４程度が好ましい。実用的には装置内で安全に使用する高電圧の上限が許す限り、分割数Ｎはできるだけ少なく設定することが好ましい場合もある。その場合、分割領域の幅は比較的広く設定することになるが、分割領域の幅が数ミリから１０ミリ程度になってくると、図３や図９のように分割領域の両端部に電極を配置して電圧を印加しただけでは、分割領域の中央部に効果的に電界が印加されないという別な問題が発生する場合がある。すなわち、素子の基板面に平行な方向での電極間隔が広くなると、電極近傍の数ミリの範囲に電界が集中し、分割領域内での電界均一性が悪化する場合がある。
【００７１】
そこで本発明のさらに別の実施形態では、図１０及び図１１に示す光学軸偏向素子３０のように、有効領域内に平行電界を印加するための電極及び分割電極が、基板面上に形成された多数本の透明ライン電極２１から成り、透明ライン電極郡の面と液晶層１５との間に誘電体層２２を形成し、各透明ライン電極郡が抵抗体２４によって電気的に直列に接続され、分割領域(1)または分割領域(2)の幅に対応する位置（すなわち、分割領域(1)または分割領域(2)の両端の位置）の二本の透明ライン電極２１の間に電位差を印加する構成とした。また、この例では、素子の有効領域の両端部の電極も基板面に形成した透明ライン電極２１としているので、液晶層１５の両端にはスペーサー２３が配置されている。
【００７２】
上記の透明ライン電極２１を構成する材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯなど酸化物半導体の蒸着膜やスパッタ膜を用いることが好ましい。また、これらの酸化物半導体の微粒子を樹脂中に分散した材料を塗布・形成しても良い。透明ライン電極の幅は細いほど好ましいが実用的には１０μｍ程度の幅に加工される。ライン電極間のピッチは数十μｍから数百μｍ程度が好ましいが、後述する誘電体層の誘電率や厚みなどに関連して設定される。
【００７３】
誘電体層２２としては、ガラスや樹脂など透明性の高いものを用いることができる。特に複屈折性の無い材料を用いることが好ましい。誘電体層２２の厚みは、数μｍから数百μｍ程度が好ましいが、透明ライン電極２１のピッチとの関連から設定される。誘電体層２２は透明な接着剤によって、透明ライン電極２１を形成した基板面上に貼りつけられる。誘電体層２２を薄く形成する場合には、厚い誘電体層を接着した後、所望の厚みまで研磨しても良い。接着剤は透過率が高く、その屈折率が比較的大きく透明電極材料の屈折率に近いことが好ましい。さらに、誘電体層２２の上に液晶配向膜１３，１４を形成するため、配向膜形成プロセスでの加熱処理に耐えうる１００℃から２００℃程度の耐熱性も要求される。また、誘電体層２２および配向膜１３，１４が樹脂の場合、両者の塗布溶媒などを最適化しておく必要が有る。このように誘電体層２２および配向膜１３，１４を貼り合せたものを上下の基板として、基板間に液晶層１５を充填して図１０のような光学軸偏向素子を作製する。この時、図１０では上下基板の透明ライン電極２１の位置が一致しているが、素子を上から見て、上下基板の透明ライン電極２１が交互に配置されるように組み合わせても良い。
【００７４】
次に、各透明ライン電極２１を電気的に直列に接続するために、図１１のように抵抗体２４を形成する。抵抗体２４は、所望の抵抗値を発現し透明ライン電極上に形成可能なものであれば良い。抵抗体２４が安定的に機能し、抵抗破壊等がなく、抵抗体の過度な発熱による液晶特性への悪影響を防止するためには、表面抵抗が1×１０7Ω／□以上の材料が好ましい。具体的には、酸化クロムや酸化スズ、酸化アンチモン、酸化亜鉛、ＡＴＯ（アンチモン含有酸化スズ）、またはこれらの微粒子を樹脂中に分散させた塗布型の材料などが使用できる。透明ライン電極上への形成方法としては、蒸着やスパッタによる方法、あるいは塗布型の抵抗体材料では、スピンコート方法やフレキソ印刷、スクリーン印刷などの印刷方法、あるいはノズルやインクジェット方式などの噴射方法も用いることができる。形成方法によっては抵抗体形成部分以外をマスキングする必要もある。透明ライン電極上における抵抗体の形成幅は、抵抗体材料によっても多少異なるが、１ｍｍから５ｍｍ程度が好ましい。また、図１１のように基板上に抵抗体２４を形成する以外に、フレキシブル基板などを用いて各透明ライン電極を延長し、素子以外の別な基板上で抵抗体材料あるいは抵抗アレイに接続しても良い。図１１では、素子の両端と中央の３本の透明ライン電極２１をスイッチ部１９を介して電源１８に接続可能に設定し、２つの領域(1),(2)に分割している。従って、この素子の駆動方法は、前述の図６〜８を参照して説明した駆動方法と同様で良い。
【００７５】
上記の光学軸偏向素子３０では、有効領域内に透明ライン電極２１による周期構造が形成されているため、透明電極材料と接着剤の屈折率差が大きくなると、透明ライン電極による周期構造が回折格子として作用し、回折現象が発生する場合がある。
【００７６】
そこで本発明のさらに別の実施形態では、図１２及び図１３に示す光学軸偏向素子４０のように、透明ライン電極２１は素子の有効領域の両端部と分割位置にのみ配置され、有効領域内の基板面に透明な抵抗体層２５が形成されている。この構成では、有効領域内に周期構造が無いので透過光の回折現象を防止できる。また、誘電体層を設けなくても、透明抵抗体層２５により比較的均一な平行電界を形成できる。さらに、透明抵抗体層２５の局所的な抵抗ムラや欠陥に起因する電界の乱れを平均化するために、透明抵抗体層２５と液晶層１５の間に、図１０，１１と同様の誘電体層２２を形成しても良い。
【００７７】
透明抵抗体層２５の形成材料としては、酸化スズ系、酸化インジウム系などの導電性粉末の樹脂分散膜を用いることができる。樹脂分散膜の場合、スピンコート法や各種印刷方法によって形成することができる。また、透明抵抗体膜として光透過性金属酸化物も用いることができる。金属酸化物としては、例えば２元系化合物としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化インジウム、酸化鉛、酸化ガリウム、３元系化合物としては、マグネシウム・インジウム酸化物、ガリウム・インジウム酸化物、亜鉛・インジウム酸化物、亜鉛・スズ酸化物、などを用いることができる。これらの中に添加物、例えば酸化スズにアンチモン、フッ素、酸化インジウムにスズ、酸化亜鉛にアンチモン、ガリウム、ホウ素等を加えてもよい。金属酸化物層の形成方法として物理的堆積法を用いれば、比較的低温状態で原子・分子レベルから膜を成長させていくことが可能であるため、基板選択の自由度が広く、広い面積にわたって厚さと組成が均一な膜が得られる。物理的堆積法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等が工業的にも広く利用されている。
【００７８】
本実施形態の透明抵抗体層２５の機能は、基板面に沿って所望の電位勾配を形成させるためのものであり、通電した時の発熱量が小さい条件で使用することが好ましい。そのため、表面抵抗値が１×１０８Ω／□程度以上の高抵抗の透明抵抗体を用いることが好ましい。これに対応した体積抵抗値を考える場合、抵抗体の膜厚が０．１μｍの時は１０３Ωｃｍ以上、膜厚が１μｍの時は１０４Ωｃｍ以上、膜厚が１０μｍの時は１０５Ωｃｍ以上であることが好ましい。この時、抵抗体の時定数はマイクロ秒以下であり、数百マイクロ秒周期で電圧を切換えるような用途では実用上問題無い値である。
図１３では、有効領域の両端部の電極と中央の分割電極を構成する３本の透明ライン電極２１をスイッチ部１９を介して電源１８に接続可能に設定し、２つの分割領域(1),(2)に分割している。従って、この素子の駆動方法は、前述の図６〜８を参照して説明した駆動方法と同様で良い。
【００７９】
上記の構成により有効領域全体としてほぼ均一な光学軸偏向動作を行うことができるが、分割電極近傍を詳細に観察すると、光学軸の均一性が損なわれる場合がある。例えば、図９のように分割電極としてライン状の透明電極２０を用いた場合について説明する。
図２０は図９と同様な素子の電界印加状態を示した図であり、配向膜は省略してある。また、図中央部の破線は上側基板１２の分割電極２０と下側基板１１の分割電極２０が電気的に接続されていることを示している。図２０の（ａ）は左側の分割領域に電圧を印加している状態、（ｂ）は右側の分割領域に電圧を印加している状態を示す。ここでは、電圧印加状態の切換えスイッチの構成図や、その動作の説明は省略する。分割電極２０は少なくとも１０μｍ程度の幅を有しているが、その電極幅の中では同電位であるため電極幅内に電界は発生しない。そのため電極近傍の液晶層内には電界が低下した部分が発生する。図２０のように上下基板１１，１２の分割電極２０の位置が光の透過方向（紙面上下方向）に対して一致している場合、図２０の中央の斜線部分は（ａ）と（ｂ）の両方の電界印加状態において無電界領域と隣接しているので、常に低電界部分になりやすい。この低電界部分では光学軸の傾斜角が局所的に小さくなり、有効領域全体の均一性を低下させる原因となる。特に、この低電界領域に垂直に入射する光線は、この部分の影響を受けやすくなる。
【００８０】
そこで、本発明では図２１に示すように、上下の分割電極２０の位置をズラして配置することで、低電界領域を液晶層の厚み方向に対して斜め方向に発生させることができる。したがって、分割電極付近の基板に垂直に入射する光線は、液晶層１５の厚み方向に対して一部のみ低電界領域を通過するので、図２０のように液晶層厚み全体が低電界領域になる場合に比べて影響を受け難くなる。
なお、分割電極の位置をズラして配置する構成は、図１２および図１３の透明抵抗体層２５を設けた構成でも同様な効果が得られる。
【００８１】
また、分割電極の構成として図１０および図１１のような透明ライン電極郡（多数本の透明ライン電極２１）を配置した場合、図２２のように分割電極として接続する上側基板１２の透明ライン電極２１と下側基板１１の透明ライン電極２１の位置が異なるように設定すれば良い。これにより、液晶層内部に発生する低電界領域を斜めに形成されることができる。したがって、分割電極付近の基板に垂直に入射する光線は、液晶層１５の厚み方向に対して一部のみ低電界領域を通過するので、図２０のように液晶層厚み全体が低電界領域になる場合に比べて影響を受け難くなる。
【００８２】
しかし、図２１や図２２において上基板１２と下基板１１での分割電極の位置ズレが大きくなると、液晶層１５の厚み方向にも電界成分が発生し、電界印加部分での光学軸傾斜方向が変化してしまう。図２３に図２２（ｂ）の分割電極付近の電界方向のモデル図を示す。ここでは液晶層内の電界を単純なモデルで考える。分割電極として設定した電極の電位をＶ1とし、上下基板の分割電極のズレ量をΔＸ、素子厚み方向の電極間距離をΔＺ、下側の分割電極の位置に対応した上側のライン電極の電位をＶ2とする。また、上側の分割電極に対応した下側のライン電極の電位はほぼＶ1と等しいと仮定する。厳密には基板や誘電体層、液晶層の誘電率などから内部の電界分布を推定することが好ましいが、ここでは単純化して全ての材料の誘電率は等しいと仮定する。また、液晶層内の電界方向が４５度以上傾斜すると液晶層の垂直配向性が悪化し、白濁などの配向結果が発生すると考えられる。
【００８３】
そこで、本発明では、分割電極のズレ量ΔＸが電極間の距離ΔＺよりも小さくなるように設定する。図２３のモデルでは液晶層内のＡ点での電界は水平方向の電界Ｅｘと厚み方向の電界Ｅｚの合成となる。Ａ点の電位をＶA、Ｂ点の電位をＶBとすると、
Ｅｘ＝(ＶA−ＶB)／ΔＸ
Ｅｚ＝(ＶA−Ｖ1)／(ΔＺ/２)
となり、ここでＶBはほぼＶ1と等しいので、
Ｅｘ×ΔＸ＝Ｅｚ×（ΔＺ/２）
の関係になる。
ここで、Ａ点での電界Ｅの傾斜方向を４５度以内に設定するためには、Ｅｘ＞Ｅｚとなれば良く、前述の関係式から（ΔＺ／２）＞ΔＸとなる。すなわち、分割電極のズレ量ΔＸは、電極間の距離ΔＺの半分の値よりも小さく設定することで、斜め電界による液晶配向欠陥の発生を防止できる。
【００８４】
上記の構成は、分割電極の位置は固定されているが、本発明の他の構成では電界を印加する領域に応じて分割電極として機能させる電極の位置を変える。そのために図２４に示すように、有効領域内を複数に分割する分割電極が少なくとも一対のライン状電極２０ａ，２０ｂからなり、各分割領域に時間順次に印加した電界が、一対のライン状電極２０ａ，２０ｂの間に対応する液晶層内では、電界印加期間が重なるように設定する。例えば、図２４の（ａ）では中央付近の分割電極対２０ａ，２０ｂの内、右側の上下の分割電極２０ａと素子左端の電極間に電圧を印加することで素子左側領域に電界を印加し、（ｂ）では中央付近の分割電極対２０ａ，２０ｂの内、左側の上下の分割電極２０ｂと素子右端の電極間に電圧を印加することで素子右側領域に電界を印加する。この場合、中央付近の分割電極の間では常に電界が印加された状態となり、分割領域端部で低電界になる領域が領域の切換えに応じて移動するため、図２０のような常に低電界となる領域の発生を防止できる。この場合、図２０に比べて電極間の幅が広く設定されるため、同一電界を得るための電圧値を大きく設定する必要があるが、一対の分割電極間の距離は分割領域の幅に比べて十分小さいため、実用上問題にはならない。また、図２２のような透明ライン電極郡（多数本の透明ライン電極２１）を用いた構成でも、分割電極として選択するライン電極２１を図２４のように変化させることで同様な効果が得られる。
【００８５】
以上の実施形態では、ある分割領域内に電界を生じさせるために該当する電極間にのみ電圧を印加し、その他の分割領域に対応する電極は電気的にフロート状態にしている。このような場合、電界印加領域に隣接する他の分割領域内には逆方向の電界が生じる場合がある。この逆電界は本来無電界状態にあるべき液晶層の配向状態を変化させてしまう。
そこで、本発明のさらに別の実施形態では、図１４に示すように、電界印加状態の分割領域以外では、該当する電極間が同電位となるように各電極間での電圧値を制御する。すなわち、スイッチ部１９の各スイッチＳ１〜Ｓ４のＯＮ，ＯＦＦを制御して、電界を印加しない分割領域の電極間が同電位となるようにする。これにより、無電界状態にあるべき分割領域の液晶層の光学軸の傾斜状態を乱す不要な電界の発生を確実に防止することができる。
【００８６】
次に本発明のさらに別の実施の形態では、以上に説明した構成の光学軸偏向素子を光路偏向素子として用いるものであり、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、光学軸偏向素子への入射光を直線偏光とし、直線偏光の偏光面を素子内の平行電界の印加方向に対して直交する方向に設定することで、入射光路に対する出射光路の位置を平行にシフトさせることができる。また、この光路偏向素子に、前述の電源１８とスイッチ部１９からなる電圧印加手段を接続して光路のシフトを制御することにより、電気信号に応じて光の光路を偏向する光路偏向装置が構成される。
【００８７】
ここで、図１５（ａ），（ｂ）は、光学軸偏向素子からなる光路偏向素子の液晶分子の配向状態を模式的に示したものであり、垂直配向膜、スペーサー、電極等の図示は省略してある。図１５では便宜上紙面表裏方向に電圧印加されるように描き、電界は紙面表裏方向に作用する。電界方向は目的とする光学軸の傾斜方向に対応して図示しない電圧印加手段により切換えられる。図１５（ａ）のように紙面手前側への電界が印加された場合、液晶分子の自発分極が正ならば液晶ダイレクタが図の右上に傾斜した分子数が増加し、液晶層としての平均的な光学軸も図の右上方向に傾斜して複屈折板として機能する。キラルスメクチックＣ相の螺旋構造が解ける閾値電界以上では、全ての液晶ダイレクタがチルト角θを示し、光学軸が上側に角度θで傾斜した複屈折板となる。従って、異常光として図の左側から入射した直線偏光は図の上側に平行シフトする。ここで、液晶分子の長軸方向の屈折率をｎｅ、短軸方向の屈折率をｎｏ、液晶層の厚み（ギャップ）をｄとするとき、シフト量Ｓは以下の式１で表される（例えば、非特許文献１参照）。
Ｓ＝[(１／ｎｏ)2−(１／ｎｅ)2]sin(２θ)×ｄ
÷[２((１／ｎｅ)2sin2θ＋(１／ｎｏ)2cos2θ)]      ・・・式１
【００８８】
同様に図１５（ｂ）のように電極への印加電圧を反転して紙面奥側への電界が印加された場合、液晶分子の自発分極が正ならば液晶ダイレクタは図の右下に傾斜し、光学軸が下側に角度θで傾斜した複屈折板として機能する。従って、異常光として図の左側から入射した直線偏光は図の下側に平行シフトする。また、電界方向の反転によって、２Ｓ分の光路偏向量が得られる。
従って、電界方向を切換えて光学軸の傾斜方向を切換えることで、光線の出射位置を切換えることができる。これにより、大きな有効面積に対して、比較的小さな印加電圧で駆動が可能な光路偏向装置が得られる。
【００８９】
次に本発明のさらに別の実施形態を図１６に基づいて説明する。本実施形態は、以上に説明した構成の光路偏向装置（光学軸偏向装置）を画像表示装置８０の光路偏向手段に適用した例を示すものである。図１６において、図中の符号８１はＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源であり、この光源８１からスクリーン８６に向けて発せられる光の進行方向には拡散板８２、コンデンサレンズ８３、画像表示素子としての透過型液晶パネル８４、画像パターンを観察するための光学部材としての投射レンズ８５が順に配設されている。また、符号８７は光源８１に対する光源ドライブ部、８８は透過型液晶パネル８４に対するドライブ部である。
【００９０】
ここで、透過型液晶パネル８４と投射レンズ８５との間の光路上にはピクセルシフト素子として機能する光路偏向手段８９が介在されており、ドライブ部９０に接続されている。このような光路偏向手段８９としては、前述したような構成の光路偏向装置（光学軸偏向装置）が用いられている。
【００９１】
光源ドライブ部８７で制御されて光源８１から放出された照明光は、拡散板８２により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ８３により液晶ドライブ部８８で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル８４をクリティカル照明する。この透過型液晶パネル８４で空間光変調された照明光は、画像光として光路偏向装置８９に入射し、この光路偏向装置８９によって画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされる。この光は投射レンズ８５で拡大されスクリーン８６上に投射される。
【００９２】
ここで、光路偏向装置８９により画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを透過型液晶パネル８４に表示させることで、透過型液晶パネル８４の見掛け上の画素数を増倍して表示することができる。このように光路偏向装置８９によるシフト量は透過型液晶パネル８４の画素の配列方向に対して２倍の画像増倍を行うことから、画素ピッチの１／２に設定される。シフト量に応じて透過型液晶パネル８４を駆動する画像信号をシフト量分だけ補正することで、見掛け上高精細な画像を表示することができる。この際、光路偏向装置８９として、前述した各実施形態のような光学軸偏向装置を用いているので、光の利用効率を向上させ、光源の負荷を増加することなく、観察者に、より明るく高品質の画像を提供することができる。
【００９３】
なお、画像表示装置としては画像表示素子に透過型液晶パネル８４を用いるタイプに限らず、例えば、図１７に示す画像表示装置９４のように、反射型液晶パネル９１を用いるタイプにも同様に適用できる。なお、符号９２は反射型液晶パネル９１に対するドライブ部である。この構成の場合、図１６に示した画像表示装置８０に比較して偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９３が付加され、照明系からの光はＰＢＳ９３により反射型液晶パネル９１側に折り返され、光路偏向装置８９を介して反射型液晶パネル９１に照射される。この反射型液晶パネル９１に入射した照明光は、反射型液晶パネル９１によって反射されながら画像に対応した空間変調を受け画像光として出射する。その後、光路偏向装置８９に入射し、この光路偏向装置８９によって画像光が画素の配列方向に所定距離だけシフトされる。その後の経路は図１６に示した画像表示装置の場合と同様である。
【実施例】
【００９４】
次に本発明の具体的な実施例と比較例について説明する。
【００９５】
［実施例１］
まず、図１に示すような構成の光学軸偏向素子１０を作成する。厚さ１．１ｍｍ、大きさ１０ｍｍ×８ｍｍと５ｍｍ×７ｍｍの二種類のガラス基板の中央部表面の短辺方向に幅５μｍ、長さ８ｍｍまたは７ｍｍのクロム電極ライン（分割電極１７）を形成した。大きい基板の電極ラインの一端は配線接続用に数ミリ幅に拡大した。電極を形成した面に厚み０．０６μｍのポリイミド化合物の垂直（ホメオトロピック）配向膜１３，１４を形成した。ポリイミド配向膜は、ポリアミック酸溶液をスピンコートにより塗布し、約１８０℃の加熱処理によるイミド化処理によりポリイミド膜を得た。厚み８０μｍ、幅約１ｍｍ、長さ８ｍｍのアルミシートを素子両端部の有効面積外に、スペーサ部材兼電極１６ａ，１６ｂとして挟んで、二枚の基板１１，１２を対向させて、セルを作成した。この時、上下基板の有効面積内のクロム電極ラインが上から見て互い重なるように張り合わせ、上下基板のクロム電極間を導電性ペーストを少量挟んで導通させた。セルを約９０℃に加熱した状態で、基板間の空間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２４）を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、液晶層１５の厚み８０μｍ、有効面積８ｍｍ×７ｍｍ角の光学軸偏向素子１０を作成した。
【００９６】
この光学軸偏向素子１０からは両端のスペーサ部材兼電極１６ａ，１６ｂのアルミシートと、大きい基板上のクロム電極（分割電極）１７の拡大部が露出しており、それぞれを図３のように電界印加可能な状態にスイッチ部１９を介して電源１８に接続し、４ｍｍ幅の有効領域に２分割された光学軸偏向装置を得た。
この光学軸偏向装置を構成する光学軸偏向素子１０の液晶層１５に電圧印加手段でＥ＝１５０Ｖ／ｍｍの電界をＯＮした時の応答時間は０．５msecと十分速く、電界ＯＦＦ時の再配向時間は数百msec程度と非常に遅い。
【００９７】
上記光学軸偏向素子の光学軸の傾斜角をコノスコープ観察により測定した。測定には白色レーザーを光源として用い、ビームエキスパンダー、ポーラサラザー、ＮＡ＝０.７５の顕微鏡対物レンズの順に通して、発散光を素子の有効領域に照射した。そして、素子の液晶層を通過した透過光をアナライザーを通して透過型スクリーン面に投射することにより、コノスコープ像が得られる。このコノスコープ像をＣＣＤカメラあるいは高速度カメラなどによって撮影し、コノスコープ像の十字状の影の位置を解析することで光学軸の傾斜角を測定した。図３のように有効分割領域(1) と有効分割領域(2) に６００Ｖの直流電圧を５msecづつ交互に、１００周期で１秒間印加した。この１秒間の傾斜角の状態を解析したところ、両有効領域内で略均一に２５度の傾斜角を維持していることが確認できた。
【００９８】
［比較例１］
比較例１として、有効領域の中央部にクロム電極（分割電極）を設けないこと以外は実施例１と同様にして有効面積８ｍｍ×７ｍｍ角の図４のような構成の光学軸偏向素子を作成した。実施例１と同様な平行電界強度Ｅ＝１５０Ｖ／ｍｍが印加されるように、素子両端部の電極６ａ，６ｂに１２００Ｖの直流電圧を１秒間印加した。その結果、両端の電極近傍では２５度の傾斜角を示していたが、中央付近では約２０度程度であった。これは、比較的幅の広い素子の両端に単純に電圧を印加しても、中央部には十分な電界が印加されないことを示している。また、実施例１に比べて二倍の高電圧の印加が必要であった。
【００９９】
［実施例２］
次に図１０及び図１１に示すような構成の光学軸偏向素子３０を作成する。厚さ１．１ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板１１，１２の表面に幅１０μｍ、長さ４５ｍｍのＩＴＯ透明ライン電極２１を平行に１００μｍピッチで４２０本形成した。両端の透明ライン電極２１は幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍと広めに形成し、中央部の一本の透明ライン電極２１は長さを５０ｍｍとして、その一端は配線の取り出し用に数ミリ幅に広げて形成した。この透明電極ライン郡の有効面積は約４２ｍｍ×４０ｍｍ角であり、この上に誘電体層２２として厚み１５０μｍのガラスを紫外線硬化接着剤によって張り合わせた。接着剤の厚みは１０μｍ程度とした。透明ライン電極２１が露出している幅５ｍｍの部分に、抵抗体２４として表面抵抗が１×１０８Ω／□のＣｒＳｉＯ膜をスパッタ法により成膜した。
【０１００】
図１０に示す素子断面図のように透明ガラス基板１１，１２の内部に透明ライン電極２１が埋め込まれている形となり、図１１（ａ）に示すように、各透明ライン電極２１を抵抗体膜２４によって直列に接続した状態とした。この基板表面に厚み０．０６μｍのポリイミド化合物の垂直（ホメオトロピック）配向膜１３，１４を形成した。ポリイミド配向膜は、ポリアミック酸溶液をスピンコートにより塗布し、約１８０℃の加熱処理によるイミド化処理によりポリイミド膜を得た。８０μｍのスペーサーシート２３を有効面積外に挟んで、二枚の基板１１，１２を対向させて、上下基板の有効面積内の透明電極ラインが上から見て互いに一致するように張り合わせた。このセルを約９０℃に加熱した状態で、基板間の空間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２４）を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、液晶層１５の厚み８０μｍ、有効面積が約４２ｍｍ×４０ｍｍ角の光学軸偏向素子３０を作成した。
【０１０１】
この光学軸偏向素子３０の両端の透明ライン電極と中央の透明ライン電極のそれぞれを図１１（ａ）のように電界印加可能な状態にスイッチ部１９を介して電源１８に接続し、光学軸偏向装置を得た。
電源部１８にパルスジェネレータと高圧アンプを用い、スイッチ部１９にフォトカプラーを組み合わせた高電圧切換えスイッチを用いて、図６のような電圧印加タイミングで、上記素子を駆動した。矩形波交流電源の電圧は±３．１５ｋＶ、周波数６０Ｈｚとした。分割領域幅は２１ｍｍなので、各分割領域の電界強度はＥ＝１５０Ｖ／ｍｍとなる。６０Ｈｚ駆動の１周期は１６．６７msecであり、片側極性の期間はＴ＝８．３３msecとなる。図６のような駆動タイミングでは、各分割領域の一度の電界印加時間は１．８５msecとした。動作初期状態を除く定常的な駆動状態では、プラス極性の電圧をそれぞれの領域で２回づつ印加した後（１．８５×４＝７．４msec）、電圧反転時の動作として０．５２msecの短いマイナス極性の電界を１回づつ印加し（０．４６×２＝０．９３msec）、ここまでの期間を半周期のＴ＝８．３３msecとする。このように短時間の電圧印加を行うことで、前述した電圧反転に伴う二つの領域の光学軸方向の不一致時間を０．４６msec程度に短縮することができる。この時間は本来の液晶層の電界応答時間と同程度であり、実用上問題ないと判断できる。
【０１０２】
このように素子全体として光学軸の反転動作を６０Ｈｚで繰り返す状態でコノスコープ像を観察したところ、４２ｍｍ幅の全面で略均一に±約２５度の光学軸の傾斜角の反転動作が確認できた。但し、厳密に見ると、中央の分割部の周囲の傾斜角が僅かに小さく観測された。また、この素子にＨｅ−Ｎｅレーザー光を入射したところ、出射光にわずかな回折パターンが観測された。これは、ＩＴＯ透明電極と接着剤との屈折率差による周期的な位相変調によるものと考えられる。
【０１０３】
［実施例３］
次に図１２及び図１３に示すような構成の光学軸偏向素子４０を作成する。厚さ１．１ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板１１，１２の両端部に幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍの広めの透明ライン電極２１を４２ｍｍの間隔を空けて形成し、その中央部に幅１０μｍ、長さを５０ｍｍの一本の透明ライン電極２１を形成した。中央の透明ライン電極の一端は配線の取り出し用に数ミリ幅に広げて形成した。この基板上の図１３に示すような範囲に透明抵抗体膜２５を成膜した。透明抵抗体膜２５は、高周波マグネトロンスパッタ法により厚さ０．１μｍの酸化スズ膜を形成した。ターゲットには酸化スズの焼結体を用いた。スパッタ中はアルゴンガスと酸素を流し、その流量比が約１：４となるようにした。この際、基板の加熱や冷却は行っていない。この条件の下で形成される酸化スズ膜の体積抵抗率は約５×１０３Ωｃｍと高抵抗であり、厚さ０．１μｍの場合の表面抵抗率は５×１０８Ω／□である。この酸化スズ膜の可視光透過率は９０％以上であった。各透明ライン電極２１を透明抵抗体膜２５によって直列に接続した状態とした。この基板表面に厚み０．０６μｍのポリイミド化合物の垂直（ホメオトロピック）配向膜１３，１４を形成した。ポリイミド配向膜は、ポリアミック酸溶液をスピンコートにより塗布し、約１８０℃の加熱処理によるイミド化処理によりポリイミド膜を得た。８０μｍのスペーサーシート２３を有効面積外に挟んで、二枚の基板を対向させて、上下基板の有効面積内の透明電極ラインが上から見て互いに一致するように張り合わせた。このセルを約９０℃に加熱した状態で、基板間の空間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２４）を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、液晶層１５の厚み８０μｍ、有効面積が約４２ｍｍ×４０ｍｍ角の光学軸偏向素子４０を作成した。
【０１０４】
この光学軸偏向素子４０の両端の透明ライン電極と中央の透明ライン電極のそれぞれを図１３（ａ）のように電界印加可能な状態にスイッチ部１９を介して電源１８に接続し、光学軸偏向装置を得た。
電源部１８にパルスジェネレータと高圧アンプを用い、スイッチ部１９にフォトカプラーを組み合わせた高電圧切換えスイッチを用いて、実施例２と同一の電圧パターンを印加してコノスコープ像を観察したところ、４２ｍｍ幅の全面で略均一に±約２５度の光学軸の傾斜角の反転動作が確認できた。但し、この実施例でも厳密に見ると、中央の分割部の周囲の傾斜角が僅かに小さく観測された。また、この素子にＨｅ−Ｎｅレーザー光を入射したところ、実施例２で観測されたような回折パターンは観測されなかった。
【０１０５】
［実施例４］
実施例３と同様な光学軸偏向素子４０を用い、図１４のように電界印加領域以外の電極対を導通して同電位となるようにフォトカプラーの組合せによる高電圧スイッチ部１９を改良した。その結果、実施例３で見られた、中央の分割部の周囲の傾斜角のわずかな減少は観測されなかった。これは、電界を印加している分割領域の隣接領域内が確実に無電界状態に維持されて、非電界印加時における光学軸の傾斜角が大きく維持されているためと考えられる。
【０１０６】
［実施例５］
実施例２では中央部の一本の透明ライン電極２１は長さを５０ｍｍとして、その一端は配線の取り出し用に数ミリ幅に広げた基板を用い、上下の基板１１，１２を重ねた時にこの取り出し用の透明ライン電極が重なるように配置したが、実施例５では、上下の基板１１，１２を重ねた時に、上と下で取り出し用の透明ライン電極２１の位置が一本分ずれるように、各々の基板の取り出し電極位置を設定した。その他の構成は実施例２と同様にして図２２に示すような光学軸偏向素子を作成した。この素子では、上下基板での分割電極のズレ量はΔＸは１００μｍであり、誘電体層と液晶層を介した上下の電極間距離ΔＺは約４００μｍであるから、液晶層内での斜め方向の電界発生を防止する条件
（ΔＺ／２）＞ΔＸ
を満たしている。
【０１０７】
実施例２と同様に電源部１８と高電圧切換えスイッチ１９を用いて、光学軸の反転動作をコノスコープ像で確認したところ、４２ｍｍ幅の全面で略均一に±約２５度の光学軸の傾斜角の反転動作が確認できた。また、実施例２で見られた中央の分割部の周囲の傾斜角が僅かに小さく観測された現象は見られなかった。但し、偏光板のクロスニコル中に素子を配置して顕微鏡観察すると、中央付近に僅かに光散乱によると考えられる光漏れが見られた。これは、分割電極近傍に発生する斜め電界の影響で液晶層が歪むため、僅かに光散乱が生じたと考えられるが、実用上問題無い範囲であった。
【０１０８】
［実施例６］
実施例２では中央部の一本の透明ライン電極２１は長さを５０ｍｍとして、その一端は配線の取り出し用に数ミリ幅に広げた基板を用い、上下の基板１１，１２を重ねた時にこの取り出し用の透明ライン電極が重なるように配置したが、実施例６では、上下の各基板１１，１２の中央部の２本の透明ライン電極２０ａ，２０ｂを５０ｍｍとして、それぞれの一端は配線の取り出し用に広げた。その他の構成は実施例２と同様にして図２４に示すような光学軸偏向素子を作成した。
また、実施例２と同様に電源部１８と高電圧切換えスイッチ１９を用いたが、分割領域に対する分割電極の位置を切換えられるように図示しないスイッチを追加した。このスイッチの追加によって図２４（ａ），（ｂ）のような電圧印加動作が可能となった。分割領域の幅は、実施例２の２１ｍｍに対して、実施例６では２１.１ｍｍに広がったが、それに伴う電界強度の低下は実用上問題無い。
【０１０９】
実施例２と同様に光学軸の反転動作をコノスコープ像で確認したところ、４２ｍｍ幅の全面で略均一に±約２５度の光学軸の傾斜角の反転動作が確認できた。また、実施例２で見られた中央の分割部の周囲の傾斜角が僅かに小さく観測された現象は見られなかった。さらに、偏光板のクロスニコル中に素子を配置して顕微鏡観察したが、実施例５で見られたような中央付近での光漏れは観察されなかった。これは、分割電極近傍に発生する斜め電界の発生が無くなったためと考えられる。
【０１１０】
［実施例７］
次に図１６に類似の構成の画像表示装置を作製した。画像表示素子８４として対角０．９インチＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）のポリシリコンＴＦＴ液晶パネルを３枚用いた。図１６では液晶パネルが一枚の場合を例示しているが、３枚の液晶パネルからの光を図示しない合成プリズムによって合成し、一つの投射レンズ８５で投射する。液晶パネルの画素ピッチは縦横ともに約１８μｍである。画素の開口率は約５０％である。また、画像表示素子の光源側にマイクロレンズアレイを設けて照明光の集光率を高める構成とした。本実施例では、画像表示のフレーム周波数が６０Ｈｚ、ピクセルシフトによる２倍の画素増倍のためのサブフィールド周波数が２倍の１２０Ｈｚとした。三枚の液晶パネルをそれぞれＲＧＢの三色の光源あるいは白色光源をプリズムやフィルターにより色分解した光で照明し、各色の画像を図示しない合成プリズムで合成することでフルカラー画像を表示する。また、液晶パネル８４を出射した光の偏光方向を光学軸偏向装置８９の光学軸の傾斜方向と一致させることで、光路シフト機能を発現させ、偏光方向に光路をシフトさせることができる。実施例４の光学軸軸偏向装置を光路偏向装置として用いた場合の光路シフト量は約９μｍであり、液晶パネルの画素ピッチの１／２である。また、光路偏向装置への入射光の偏光度を確実にするために、装置の入射面側に直線偏光板を設けた。
【０１１１】
光路偏向装置に印加する電圧と動作タイミングは、実施例４と同様に±３．１５ｋＶ、周波数６０Ｈｚとした。光路シフト位置の切換えタイミングに同期して、画像表示素子に表示するサブフィールド画像をＴ＝８，３３msecで書き換えることで、見かけ上の画素数が２倍に増倍した高精細画像が表示できた。この時、液晶層全体に印加される平行電界強度は１５０Ｖ／ｍｍで、光路の切換え時間は約０．５msecであり、充分なピクセルシフト効果と光利用効率が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係る光学軸偏向素子や光路偏向素子、及びそれらを用いた光学軸偏向装置や光路偏向装置は、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの画像表示装置に好適に利用できるが、この他、デジタル複写機、レーザープリンター、レーザープロッター、レーザーファクシミリなどの画像形成装置の光書込み装置等にも利用することができる。また、この他、画像入力装置や、レーザー計測装置等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す光学軸偏向素子の概略断面図である。
【図２】光軸軸偏向素子に印加される電界方向と液晶分子の配向方向の関係を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す図であって、図１に示す光軸軸偏向素子を用いた光学軸偏向装置の構成例と電圧印加方法の説明図である。
【図４】従来の光学軸偏向装置の構成例と電圧印加方法の説明図である。
【図５】本発明の別の実施形態を示す図であって、光軸軸偏向素子を用いた光学軸偏向装置の構成例と電圧印加方法の説明図である。
【図６】本発明の光学軸偏向素子の駆動タイミングの一例を示す図である。
【図７】本発明の光学軸偏向素子の駆動タイミングの別の例を示す図である。
【図８】本発明の光学軸偏向素子の駆動タイミングのさらに別の例を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態を示す図であって、（ａ）は光学軸偏向素子の概略断面図、（ｂ）光学軸偏向素子の概略平面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態を示す光学軸偏向素子の概略断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態を示す図であって、（ａ）は図１０に示す光軸軸偏向素子を用いた光学軸偏向装置の概略平面図、（ｂ）光学軸偏向素子のライン電極に平行な方向の概略断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態を示す光学軸偏向素子の概略断面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態を示す図であって、（ａ）は図１０に示す光軸軸偏向素子を用いた光学軸偏向装置の概略平面図、（ｂ）光学軸偏向素子のライン電極に平行な方向の概略断面図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態を示す図であって、光軸軸偏向素子を用いた光学軸偏向装置の構成例と電圧印加方法の説明図である。
【図１５】本発明の光学軸偏向素子を光路偏向素子として用いた場合の、液晶層の光学軸偏向動作と光路偏向動作の原理説明図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態を示す図であって、光路偏向装置を用いた画像表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施形態を示す図であって、光路偏向装置を用いた画像表示装置の別の例を示す概略構成図である。
【図１８】従来技術の一例を示す光路偏向素子の概略断面図である。
【図１９】キラルスメクチックＣ相の液晶分子配列のモデル（電界による螺旋構造変化のモデル）を示す図である。
【図２０】本発明の光学軸偏向素子の分割した境界付近での電界印加状態を示す概念図である。
【図２１】本発明の光学軸偏向素子の分割電極の位置ずらし効果の説明図である。
【図２２】本発明の光学軸偏向素子の分割電極の設定位置のずらし効果の説明図である。
【図２３】図２２（ｂ）の光学軸偏向素子の分割電極近傍での電界を示す概念図である。
【図２４】本発明の光学軸偏向素子の分割電極位置の時間変化による効果の説明図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０，３０，４０：光学軸偏向素子（光路偏向素子）
１１，１２：基板
１３，１４：配向膜
１５：液晶層
１６ａ，１６ｂ：電極
１７，１７ａ，１７ｂ：分割電極
１８：電源
１９：スイッチ部
２０：透明電極
２１：透明ライン電極
２２：誘電体層
２３：スペーサー
２４：抵抗体
２５：透明抵抗体層
８０，９４：画像表示装置
８１：光源
８２：拡散板
８３：コンデンサレンズ
８４：透過型液晶パネル（画像表示素子）
８５：投射レンズ
８６：スクリーン
８７：光源ドライブ部
８８：透過型液晶パネルのドライブ部
８９：光路偏向装置（光路偏向手段）
９０：光路偏向装置のドライブ部
９１：反射型液晶パネル（画像表示素子）
９２：反射型液晶パネルのドライブ部
９３：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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