(57)【要約】【課題】強誘電性液晶素子において、静電気や自発分極の偏りにより、有効部での液晶の配向性が劣化するのを防ぎ、光学性能を劣化させない強誘電性液晶素子を提供する。【解決手段】光偏向素子は、透明な一対の基板と、その基板がシール材６を用いて貼り合わされ、そ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相を形成する液晶層７と、少なくとも液晶層７に平行な方向の電界（平行電界と言う）を発生させる駆動電極１を有し、上記一対の基板の少なくとも一方に、上記電極以外の独立した電気的に浮遊である電極（ダミー電極３）を有することを特徴とする。【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、前記基板がシール材を用いて貼り合わされ、前記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相を形成する液晶層と、
少なくとも前記液晶層に平行な方向の電界である平行電界を発生させる第１のライン電極と、を有するとともに、
前記一対の基板の少なくとも一方に、前記第１のライン電極以外の独立した電気的に浮遊であるダミー電極を有することを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記ダミー電極は、駆動電極の両脇に所定の距離を空け、前記平行電界と垂直な方向に伸びた第２のライン電極であることを特徴とした請求項１記載の光偏向素子。
【請求項３】
前記ダミー電極は、第１のライン電極以上の長さであることを特徴とする請求項２記載の光偏向素子。
【請求項４】
前記基板上に、前記駆動電極と前記ダミー電極とを覆うように絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項５】
前記ダミー電極は、前記駆動電極と同じ材料、同じ膜厚であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項６】
前記ダミー電極は、シール材の下から前記液晶層にかけて配設されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光偏向素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の光偏向素子と、
画像フィールドを時間的に更に細分割した複数個の画像サブフィールドごとに照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する画像表示素子と、を具備し、
前記光偏向素子は、
前記画像表示素子と同期し、前記画像サブフィールドごとに駆動される前記画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して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、光偏向素子及び画像表示装置に関し、特に、強誘電性液晶を用いた光偏向素子及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電性液晶を用いた光偏向素子（例えば、特許文献１や２）において、強誘電性液晶の配向性が外場に対して、非常に敏感なため、ハンドリング時等に発生する静電気や、有効領域全体に渡り強誘電性液晶の自発分極を同じ方向に向かせるために生じる自発分極の偏りにより、有効部において容易に配向性の不良が発生し、光学性能を低下させてしまう問題があった。しかし、上記従来技術においては、これらの対策について何ら言及していない。
【０００３】
液晶素子の静電気に起因する配向乱れの対策として、特許文献３においては、液晶駆動用の電極が配設されていない部分に透明ダミー電極を設け、また、そのダミー電極を駆動回路と接続する方法が取られている。本素子においては、駆動電圧として、比較的大きな電圧を用いるため、ダミー電極と駆動回路とを接続した場合、ダミー電極と駆動電極の間に大きな電界が発生してしまう部分が出来てしまい、その部分の液晶が他の部分とは異なる方向を向こうとするため、その部分で欠陥が発生し、光学性能に影響を及ぼしてしまう。
【０００４】
また、特許文献４においては、浮遊電極を表示画面の周囲に額縁状、若しくは、島状に配置する方法が取られている。本素子において、額縁状にダミー電極を設けると、ダミー電極内は同電位となるため、上述したのと同様に、駆動に比較的大きな電圧を用いるため、ダミー電極と駆動電極との間に大きな電界が発生してしまう部分が出来てしまうため、その部分での液晶が他の部分とは異なる方向を向こうとするため、欠陥が発生し、光学性能に影響を及ぼす。また、島状の電極では、島状電極間に隙間が開いてしまうため、平行電界と垂直方向に伸びた島状電極群と駆動電極端部との間に、斜め方向の電界がかかってしまい、その部分が要因となり配向劣化が発生し、光学性能を劣化させる原因となる。
【特許文献１】特開２００２−３２８４０２号公報
【特許文献２】特開２００３−０９８５０２号公報
【特許文献３】特開平０７−２９４９４８号公報
【特許文献４】特開平０８−１７１０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みて成されたものであって、強誘電性液晶素子において、静電気や自発分極の偏りにより、有効部での液晶の配向性が劣化するのを防ぎ、光学性能を劣化させない強誘電性液晶素子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】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板がシール材を用いて貼り合わされ、前記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相を形成する液晶層と、少なくとも前記液晶層に平行な方向の電界である平行電界を発生させる第１のライン電極と、を有するとともに、前記一対の基板の少なくとも一方に、前記第１のライン電極以外の独立した電気的に浮遊であるダミー電極を有することを特徴とする光偏向素子である。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、前記ダミー電極は、駆動電極の両脇に所定の距離を空け、前記平行電界と垂直な方向に伸びた第２のライン電極であることを特徴とした請求項１記載の光偏向素子である。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、前記ダミー電極は、第１のライン電極以上の長さであることを特徴とする請求項２記載の光偏向素子である。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、前記基板上に、前記駆動電極と前記ダミー電極とを覆うように絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光偏向素子である。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、前記ダミー電極は、前記駆動電極と同じ材料、同じ膜厚であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光偏向素子である。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、前記ダミー電極は、シール材の下から前記液晶層にかけて配設されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光偏向素子である。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項記載の光偏向素子と、画像フィールドを時間的に更に細分割した複数個の画像サブフィールドごとに照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する画像表示素子と、を具備し、前記光偏向素子は、前記画像表示素子と同期し、前記画像サブフィールドごとに駆動される前記画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して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である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、強誘電性液晶素子において、静電気や自発分極の偏りにより、有効部での液晶の配向性が劣化するのを防ぎ、光学性能を劣化させない強誘電性液晶素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本実施形態の光偏向素子は、透明な一対の基板と、その基板がシール材を用いて貼り合わされ、そ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相を形成する液晶層と、少なくとも前記液晶層に平行な方向の電界（以下、平行電界と言う）を発生させる第一のライン電極を有する液晶素子において、上記一対の基板の少なくとも一方に、上記電極以外の独立した電気的に浮遊である電極（以下ダミー電極と言う）を有することを特徴とする。
【００１５】
このような特徴を持つ構成の目的とするところは、静電気等による配向劣化を防ぐことにあり、当該構成によれば、静電界をつくる電極以外の電極により、静電誘導により発生した電荷を逃がすことが出来るため、配向乱れを防ぐことが出来、また自発分極の偏りを低減させることが出来る。
以下、実施例を挙げて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る光偏向素子の構造を示している。厚さ１．１ｍｍの一対のガラス基板基板にそれぞれ、互い違いになるように幅１０μｍ、ピッチ１００μｍ、本数４００本の透明ライン電極を設け、駆動電極（図１における駆動電極１）とした。電極の長さは４０ｍｍとした。つまり有効領域を４０ｍｍ角とした。なお、電極材料として、本素子ではＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いたが、他の透明電極材料でもよい。
【００１７】
ライン電極群の一番外側の電極を取り出し電極（図１における取り出し電極２）とし、ここに駆動電圧装置を接続することにより、液晶を駆動する。なお、本素子においては、両端の電極に電圧を印加し、駆動するため、取り出し電極を設けたが、電圧印加方法によってはこれに限ったことではない。
【００１８】
駆動電極の外側に所定の間隔をあけて駆動電極とは電気的に浮遊状態にあるライン状のダミー電極（図１におけるダミー電極３）を形成する。この時ダミー電極は駆動用のライン電極の長手方向と同じ長さとした。ダミー電極の電極材料としては導体であれば、なんでも良いが、透明電極であることが好ましく、特に駆動用のライン電極と同材料、同じ厚みであることが好ましい。なお、図１においては便宜上下基板にダミー電極を形成しているが、上基板に形成してもよく、また両方の基板に形成してもよい。
【００１９】
ダミー電極３は、駆動電極１の両脇に所定の距離を空け、平行電界と垂直な方向伸びたライン電極である。この場合特に、駆動領域での配向劣化を防ぐことができる。すなわち、駆動電極の両脇にダミー電極を設けることにより、静電誘導により発生した電荷を逃すことができるため、駆動領域端での配向劣化発生を防ぐことができ、結果として光学性能が向上する。また、ダミー電極が駆動用のライン電極の長手方向と同じ長さ、ないし、同じ長さ以上であれば、平行電界に乱れが生じず、配向劣化を防ぐことができる。また、ダミー電極の電極材料が駆動用のライン電極と同材料、同じ膜厚であれば、セル内でのギャップが均一化され、光学性能劣化を防ぐことができる。
【００２０】
上記駆動用のライン電極を跨ぐようにして均一な抵抗体（図１における抵抗体４）を形成することで、それぞれのライン電極に段階的な電圧がかかるようにし、ライン電極に対して垂直方向の横電界を発生させる。ここではライン電極上に抵抗体を形成したが、それぞれのライン電極に、段階的に電圧をかけられる外部装置を接続し、横電界を発生させても良い。
【００２１】
この一対の基板表面に厚み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（図１における配向膜５）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℃に加熱処理よるイミド化処理によりポリイミド膜を得た。ここで、垂直配向膜として、ポリイミド化合物を用いたが、無機ハイブリット垂直配向膜や、ＳｉＯｘ等の配向膜等でもよく、また、液晶が垂直に配向すれば、特に配向膜は形成しなくてもよい。
【００２２】
ＵＶ熱硬化のシール材（図１におけるシール材６）に５０μｍのギャップ材を混合し、基板に塗布した。この時、塗布位置は、ダミー電極の上部に一部重なるように塗布することが好ましい。また、駆動ライン電極の長手方向において、シール材塗布位置が、駆動領域に重なるように塗布することが特に好ましい。シール材の下にダミー電極が存在することで、ギャップムラのないセルが作製できる。
【００２３】
シール材を塗布した領域内に無電界時にキラルスメクチックＣ相を形成する液晶を規定量塗布し、真空中で上下基板を貼り合せた後、大気圧に戻し、ＵＶ光を積算光量として、３０００ｍＪ／ｃｍ2以上照射しシール材を仮硬化し、１２０℃のオーブンでベイクした。ここで液晶注入法に関して、シール材を一部塗布しない部分を設け、毛管法や、真空注入法を用いて注入してもよい。
【００２４】
上述の方法によって作製された素子は、ダミー電極を設けない素子に比べ、静電気等による配向劣化がほとんどなかった。
【００２５】
（実施例２）
図２は、実施例２に係る光偏向素子の構造を示している。基本的には実施例１と同様の構造であるが、配向膜と電極との間に絶縁膜を挟んだ構造をしている。したがって、ここでは他の部分については割愛し、絶縁膜層についてのみ説明する。本実施例は、実施例１において、配向膜を形成する前に、絶縁膜層を形成した。ここで、絶縁層としては、表面抵抗率が１×１０10〜１×１０13Ω／□程度であることが好ましい。溶液をフレキソ印刷によって基板上に塗布し、１００℃のオーブンで乾燥させた後、ＵＶ光を積算光量で７１００ｍＪ／ｃｍ2以上となるように照射した。その後３００℃のオーブンで焼成し、絶縁膜を形成した。その後配向膜を塗布し、実施例１と同様セル化を行った。
【００２６】
これによって作製された光偏向素子は、実施例１の光偏向素子に比べ、静電気等による配向劣化が全くなく、良好な特性を示した。
【００２７】
（実施例３）
画像表示装置への適用例を示す。図３は、本実施例に係る画像表示装置の構成を示している。図３において、光源２１は、ＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源である。この光源２１からスクリーン２６に向けて発せられる光の進行方向には、拡散板２２、コンデンサレンズ２３、画像表示素子としての透過型液晶パネル２４、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２５が順に配設されている。また、光源２１は、光源ドライブ部２７により駆動される。同様に、透過型液晶パネル２４に対しては、液晶ドライブ部２８がこれを駆動する。
【００２８】
ここに、透過型液晶パネル２４と投射レンズ２５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素子２９が介在されており、ドライブ部３０に接続されている。このような光路偏向素子２９として、実施例１、２のような液晶素子が用いられている。
【００２９】
光源ドライブ部２７で制御されて光源８１から放出された照明光は、拡散板２２により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ２３により液晶ドライブ部２８で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル２４を照明する。この透過型液晶パネル２４で空間光変調された照明光は、画像光として光路偏向素子２９に入射し、この光路偏向素子２９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。光路偏向素子２９を透過した光は投射レンズ２５で拡大されスクリーン２６上に投射される。
【００３０】
ここで、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シフト位置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、透過型液晶パネル２４の見掛け上の画素数を増倍して表示する。このように光偏向手段２９によるシフト量は透過型液晶パネル２４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２４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、配向性が良好で高速応答性に優れた光路偏向素子を用いているので、サブフィールド画像に対応して、高速な光路の偏向が可能になり、見かけ上高精細な画像表示が可能となる。また、高速応答性によりサブフィールド画像の切り換え時間が短くできるので、時間的な光利用効率が向上する。
【００３１】
具体的には、画像表示素子として対角０．９インチＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）のポリシリコンＴＦＴ液晶ライトバルブを用いた。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、光源としてＲＧＢ三色のＬＥＤ光源を用い、上記の一枚の液晶パネルに照射する光の色を高速に切り換えてカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を採用している。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４倍の画素増倍のためのサブフィールド周波数が４倍の２４０Ｈｚとする。一つのサブフレーム内を更に３色分に分割するため、各色に対応した画像を７２０Ｈｚで切り換える。液晶パネルの各色の画像の表示タイミングに合わせて、対応した色のＬＥＤ光源をＯＮ／ＯＦＦすることで、観察者にはフルカラー画像が見える。
【００３２】
本実施例においては、光路偏向素子として実施例２の液晶素子を用いた。この素子を二組用い、入射側を第一の光路偏向素子、出射側を第二の光路偏向素子とした。互いのライン電極の方向が直交し、画像表示素子の画素の配列方向に一致するように配置した。本実施例では液晶ライトバルブからの出射光が既に直線偏光であり、その偏光方向が第一の光路偏向素子の光路偏向方向と一致するように配置されているが、光路偏向素子への入射光の偏光度を確実にするために、光路偏向素子の入射面側に偏光方向制御手段として直線偏光板を設けた。したがって、第一の光偏向素子で偏向されずに直進してしまうノイズ光の発生が防止できた。
【００３３】
更に、第一及び第二の光路偏向素子の間に偏光面回転素子を設けた。偏光面回転素子は、薄いガラス基板（３ｃｍ×４ｃｍ、厚さ０．１５ｍｍ）上にポリイミド系の配向材料をスピンコートし、約０．１μｍの配向膜を形成した。ガラス基板のアニール処理後、ラビング処理を行った。二枚のガラス基板の間の周辺部に８μｍ厚のスペーサを挟み、ラビング方向が直交するように上下基板を張り合わせて空セルを作製した。このセルの中に、誘電率異方性が正のネマチック液晶にカイラル材を適量混合した材料を常圧下で注入し、液晶分子の配向が９０度捻じれたＴＮ液晶セルを作成した。このセルには電極を設けていないため、単なる偏光回転素子として機能する。
【００３４】
第一の光路偏向素子から出射した光の偏光面と偏光回転素子の入射面のラビング方向が一致するように、二つの光路偏向手段の間に挟んで配置した。偏光面回転素子により第一の光路偏向素子からの出射光の偏光面が９０度回転し、第二の光路偏向素子の偏向方向に一致する。第一の光路偏向素子、偏光面回転素子、第二の光路偏向素子からなるピクセルシフト素子を液晶ライトバルブの直後に設置した。
【００３５】
ピクセルシフト素子を駆動する矩形波電圧の電圧を±６ｋＶ、周波数を６０Ｈｚとし、二枚の縦と横の位相を９０度ずらして、４方向に画素シフトするように駆動タイミングを設定した。この条件での光偏向素子のシフト量は９μｍであった。画像表示素子に表示するサブフィールド画像を２４０Ｈｚで書き換えることで、縦横二方向に見かけ上の画素数が４倍に増倍した高精細画像が表示できた。また、配向劣化による光散乱等が抑えられており、はっきりした画像を表示できた。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係る光偏向素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る光偏向素子の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、８    駆動電極
２、９    取り出し電極
３、１０    ダミー電極
４、１１    抵抗体
５、１２    配向膜
６、１３    シール材
７、１４    液晶層
１５    絶縁膜
２１    光源
２２    拡散板
２３    コンデンサレンズ
２４    透過型液晶パネル
２５    投射レンズ
２６    スクリーン
２７    光源ドライブ部
２８    液晶ドライブ部
２９    光路偏向素子
３０    ドライブ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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