JP2003241161A

JP2003241161A - 光偏向素子および画像表示装置

Info

Publication number: JP2003241161A
Application number: JP2002039059A
Authority: JP
Inventors: Yoshirou Futamura; 恵朗二村; Masanori Kobayashi; 正典小林; Yumi Matsuki; ゆみ松木; Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Toshiaki Tokita; 才明鴇田; Hiroyuki Sugimoto; 浩之杉本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP4047596B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一枚の光偏向素子により二次元の画素増倍を
可能とし、装置構成を単純化できるとともに、エネルギ
ーロスを低減する。【解決手段】縦方向の画素ピッチに対応する電極アレ
イ４４を形成した透明基板４２と、横方向の画素ピッチ
に対応する電極アレイ４３を形成した透明基板４１と、
２枚の透明基板４１，４２間に介在し、電極アレイから
の電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層４
５とを備え、前記電極アレイへの電圧印加状態を変化さ
せることにより、見かけ上の画素数を増倍する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報に基づい
て、照明光を制御可能とする複数の画素が二次元的に配
列されている画像表示用素子を、レンズにより拡大した
画像または直接の画像として観察する画像表示装置及び
この画像表示装置等に用いる光偏向素子に関し、特に、
光路をシフトさせて実画素数を増倍させる画素シフト方
式により、高精細な画像を表示せしめる画像表示装置及
びこの画像表示装置等に用いる光偏向素子に関する。ま
た、本発明に係る画像表示装置は、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等の電子ディ
スプレイ装置にも応用することができる。

【０００２】

【従来の技術】画像情報に基づいて照明光を制御可能と
する複数個の画素を有する画像表示用素子をレンズで拡
大した画像として観察する画像表示装置は、既に、フロ
ントプロジェクタ、リアプロジェクタ、ヘッドマウント
テッドディスプレイ等の商品名により広く使用されてい
る。又、かかる画像表示用素子としては、ＣＲＴ（Cath
ode Ray Tube）、液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micro-
mirror Device ：テキサスインストルメント社（米国）
製の画像表示装置の商品名）等が、既に、商品として使
用されており、また、無機ＥＬ（Electro-Luminescenc
e）、無機ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＬＥ
Ｄ等も研究されている。

【０００３】一方、小型の画像表示用素子をレンズで拡
大した画像として観察するのではなく、等倍で観察する
画像表示装置としては、既述のＣＲＴ、液晶パネル、無
機ＥＬ、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ以外に、プラズマディ
スプレイ、蛍光表示管等が、既に、商品として使用され
ており、また、ＦＥＤ（ Field Emission Display ：フ
ィールドエミッションディスプレイ）、ＰＡＬＣ（Plas
ma Addressing LiquidCrystal Display：プラズマアド
レッシング液晶ディスプレイ）等も研究されている。な
お、画像表示装置としては、自発光型と空間光変調器型
との２つの型に大きく分類されているが、何れの型にお
いても、照明光を制御可能とする複数個の画素を有して
いるものである。

【０００４】かかる画像表示装置において共通の課題
は、高解像度化、つまりは、大画素数化であり、既に、
ブロードキャスト表示を目的とした走査線１０００本程
度のＨＤＴＶ（High Difinition Television）用の画像
表示装置が商品化され、また、ワークステーションコン
ピュータの高解像度表示を目的とした走査線２０００本
程度の開発品（例えば、 ’９８フラットパネルディス
プレイ展における日本ＩＢＭ社製画像表示装置のＱＳＸ
ＧＡ即ち走査線２０４８本、 ’９９電子ディスプレイ
展における東芝社製画像表示装置のＱＵＸＧＡ即ち走査
線２４００本等）についても、液晶パネルを用いた技術
として発表されている。しかしながら、このような実際
の画素数を増加させる場合においては、液晶パネルの歩
留まりを低下させ、また、開口率を減少させるなどによ
り、コストが上昇したり、輝度やコントラストが低下し
たり、或いは、消費電力が増加したりと課題が多い。

【０００５】斯かる問題に対する解決策として、特開平
４−１１３３０８号公報「投影表示装置」、特開平５−
２８９００４号公報「光スイッチ」、特開平６−３２４
３２０号公報「画像表示装置、画像表示装置の解像度改
善方法、撮像方法、記録装置及び再生装置」等において
は、単一の画像表示用素子を用いて、見かけ上の画素数
を実画素数の２倍の画素数とするインタレース表示を行
う画像表示装置が開示されている。また、特開平７−３
６０５４号公報「光学装置」においては、単一の画像表
示用素子を用いて、実画素数の４倍以上となる見かけ上
の画素数を有する画像表示装置が開示されている。これ
らの画像表示装置は、何れの場合においても、画像表示
用素子から出射した光の光路を時分割で高速に偏向さ
せ、見かけ上の画素数を増大させる方法、いわゆる、画
素シフト技術を採用している。

【０００６】画像表示素子の画素数を見かけ上増倍して
高解像度の画像表示とする、いわゆる、画素シフト技術
の具体的な実施例としては、例えば、前記の特開平６−
３２４３２０号公報や、特開平１０−２０２４２号公報
「投射型表示装置」、米国特許第６０８２８６２号「IM
AGE TILING TECHNIQUE BASED ON ELECTRICALLY SWITCHA
BLE HOLOGRAMS」等に、具体的な記述がなされている。

【０００７】特開平６−３２４３２０号公報において開
示されている画像シフト技術は、ＬＣＤ等の画像表示装
置の画素数を増加させることなく、画像フィールド毎
に、光路を光学部材により切り換えることにより、表示
画像の解像度を、見かけ上向上させるものである。即
ち、縦方向及び横方向に配列された複数個の画素の各々
が、表示画素パターン（即ち、表示画像情報）に応じて
発光することにより、画像が表示される画像表示装置に
おいて、観測者またはスクリーンとの間に、光路を画像
フィールド毎に偏向させる光学部材を配する。また、前
記画像フィールド毎に、前記光路の変更に応じて表示位
置がずれている状態の前記表示画素パターンを画像表示
装置に表示することにより、画像表示装置の解像度を改
善させんとするものである。

【０００８】また、特開平１０−２０２４２号公報にお
いて開示されている画像シフト技術は、画像表示素子と
マイクロレンズアレイとを組み合わせ、マイクロレンズ
アレイを振動させることにより、画素シフトを行うもの
である。即ち、マイクロレンズアレイが、光変調素子か
ら投射レンズにいたる光路上に配置され、光変調素子の
４画素に対応して、一つの凸レンズが形成されている。
一方、アクチュエータは、前記マイクロレンズアレイの
各マイクロレンズを垂直方向と水平方向とに振動させる
ものから構成されていて、前記光変調素子に供給するフ
ィールド信号に同期させてアクチュエータを駆動させる
ことにより、前記マイクロレンズアレイに入射する光の
光軸に直交する水平／垂直方向に前記マイクロレンズア
レイを移動または振動させて、画素シフトを行わせるよ
うに構成されている。

【０００９】また、米国特許第６０８２８６２号におい
て開示されている画像シフト技術は、電気的スイッチン
グが可能なホログラフィック光学素子を用いたプロジェ
クションシステムに適用されるものであり、液晶材料か
らなるホログラフィック光学素子により光路の角度を高
速に変化させ、表示画像の位置を高速にシフトさせるよ
うに構成するものである。

【００１０】また、例えば、「液晶を利用した焦点可変
レンズ」（佐藤進；光技術コンタクト，ＶＯＬ３２，Ｎ
ｏ．１１，ｐ．２４〜ｐ．２８，１９９４）には、円形
状の穴抜き電極パターンを持つ液晶マイクロレンズアレ
イを利用して、画像フィールド信号に同期させて選択的
に電圧を印加してレンズの形成装置を変化させる技術が
記述されている。

【００１１】一方、このような画像シフト技術を実現す
るための光路偏向手段としては、例えば、特開平６−３
２４３２０号公報においては、電気光学素子と複屈折材
料との組み合わせ機構、レンズシフト機構、バリアング
ルプリズム、回転ミラー、回転ガラス等が開示されてお
り、また、特開平５−３１３１１６号公報「投影機」に
おいては、圧電素子などからなるアクチュエータを用い
て画像表示用素子自体を画素ピッチよりも小さい距離だ
け高速に機械的に揺動させる光路偏向手段が開示されて
いる。

【００１２】また、特開平７−１０４２７８号公報「光
軸変換装置及びビデオプロジェクタ」においては、水晶
板のような複屈折素子を利用する光路偏向手段の他に、
傾斜面を所定間隔で対向させた１対のウェッジプリズム
の一方を機械的に振動させることにより光路を偏向させ
る手段が開示されている。

【００１３】また、特開平１０−１３３１３５号公報
「光ビーム偏向装置」においては、光ビームの進行路上
に配置される透光性の圧電素子と、該圧電素子の表面に
設けられた透明の電極と、該圧電素子の光ビーム入射面
と光ビーム出射面との間の光路長を変化させて光ビーム
の光軸を偏向させるために、前記電極を介して該圧電素
子に電圧を印加する電圧印加手段と、を備える構成とす
ることにより、圧電素子の光路長である厚みを変化させ
て、光路をシフトさせる方式が提案されている。即ち、
特開平１０−１３３１３５号公報に係る発明は、回転機
械要素を不要とし、全体の小型化、高精度・高分解能化
を実現でき、しかも外部からの振動の影響を受け難い光
ビーム偏向装置を提供することを目的としているもので
ある。

【００１４】更には、特開平６−２０８３４５号公報
「画像表示装置」においては、特開平６−３２４３２０
号公報の場合と同様に、透明な板状の屈折板を用いて、
透明屈折板の厚さや光軸との傾斜角度を切り換えること
によって、光路のシフト量を変化させる方法が記載され
ており、かかる切換え手段として、透明屈折板を一枚の
円形回転体の厚さや傾斜角度が部分的に異なる構成と
し、該円形回転体を、回転ガラスにより構成する例が示
されている。

【００１５】更に、液晶を用いた光偏向技術としては、
“LIGHT SCANNER EMPLOYING A NEMATIC LIQUID CRYSTA
L”（IBM Technical Disclosure Bulletin,Ｖｏｌ．１
５，Ｎｏ．８（１９７３））に記載されている技術があ
り、該技術は、ネマチック液晶の配向角度を変化させて
直線偏光の光路を曲げさせるものである。

【００１６】また、液晶を用いた光偏向技術の別の開示
例としては、“LARGE-ANGLE BEAM DEFLCTOR USING LIQU
ID CRYSTAL”（ELECTRONICS LETTERS，Ｖｏｌ．１１，
Ｎｏ．１６（１９７５））に記載されている技術があ
り、該技術は、ネマチック液晶に不均一電界を与えて直
線偏光の光路を曲げさせるものである。

【００１７】更に、液晶マイクロレンズに関する技術と
しては、「液晶マイクロレンズ」（Ｏ Plus Ｅ，Ｖｏ
ｌ．２０，Ｎｏ．１０（１９９８））、特許第３０１６
７４４号「液晶マイクロレンズ」、特開平１１−１０９
３０３号公報「光結合器」、特開平１１−１０９３０４
号公報「光結合器」等において開示されている技術があ
る。

【００１８】「液晶マイクロレンズ」（Ｏ Plus Ｅ，
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１０（１９９８））において開示
されている技術は、電極分割構造の液晶マイクロレンズ
を用いて、電界分布を非対称的にすることにより、光軸
方向以外に焦点を移動することができるものである。

【００１９】また、特許第３０１６７４４号において開
示されている技術は、ネマチック液晶中で光重合により
ポリマーを形成するものであり、メモリ製があり、レン
ズ特性が可変にできる特徴を有している。

【００２０】また、特開平１１−１０９３０３号公報及
び特開平１１−１０９３０４号公報において開示されて
いる技術は、円形状の穴抜きパターン電極をアレイ状に
配置した液晶マイクロレンズを用いることにより、焦点
距離が可変なレンズとし、光インターコネクション素子
の光の結合効率を可変とするものであり、分割電極によ
り焦点位置の制御も可能とするものである。

【００２１】しかしながら、前述のごとき従来の技術と
して開示されている各種の光路偏向手段は、以下に示す
ごとき問題を有している。例えば、電気光学効果を示す
部材と複屈折材料との組み合わせ機構による光路偏向手
段は、応答速度も速く、従来から光通信分野での光分
配、光スイッチとして用いられている光路偏向手段であ
り、既に公知の技術である。しかしながら、電気光学素
子と複屈折材料との組み合わせ機構による光路偏向手段
は、比較的大きな結晶の複屈折材料を必要とするため、
装置コストが上昇するという問題を有している。

【００２２】また、光路偏向手段として、レンズシフト
機構を用いる場合つまりレンズを機械的に往復直線運動
させる場合や、回転ミラーを回転運動させる機構を採用
する場合においては、かかる運動の駆動系として、ボイ
スコイル、圧電素子、バイモルフ、ステップモータ、ソ
レノイドコイル等が、特開平６−３２４３２０号公報に
記載されており、また、ウェッジプリズムを振動させる
場合の駆動系としては、圧電素子やムービングコイルを
用いる例が、特開平７−１０４２７８号公報に記載され
ている。しかしながら、いずれの駆動系を用いる場合で
あっても、数十から数百Ｈｚ程度の周期で、レンズやプ
リズム等を機械的に繰り返し運動させるものであり、振
動や雑音の発生源となる問題が伴ってしまう。

【００２３】また、光路偏向手段として、カメラ一体型
ＶＴＲのいわゆる手ぶれ防止用として用いられているバ
リアングルプリズムを利用する場合においても、プリズ
ムの頂角を変更させるべく２枚の基板をつないだ蛇腹が
往復運動を行うため、やはり、振動や雑音の発生が問題
となる。

【００２４】また、特開平５−３１３１１６号公報にお
ける画像表示装置自体を高速に機械的に揺動させる方式
は、光学系が固定されているので、諸収差の発生が少な
く、高精細に表示できる利点はあるものの、画像表示素
子自体を正確かつ高速に平行移動させる必要があるた
め、該画像表示素子の可動部の精度や耐久性が要求され
るのみならず、機械的な高速振動動作を行わしめるもの
であるので、やはり、振動や雑音の発生が問題となる。

【００２５】また、特開平１０−１３３１３５号公報に
おける透明圧電素子の光路長を変化させる方式は、比較
的大きな透明圧電素子を必要とし、装置コストの上昇を
招く問題がある。

【００２６】また、特開平６−２０８３４５号公報や特
開平６−３２４３２０号公報における回転ガラスを用い
た円形回転体により光路長を変化させる方式は、一枚の
円形回転体で構成するだけでは一次元方向のみの光路シ
フトに限られてしまうこと、また、比較的大きな円形回
転体を必要とすることから、光学系全体が大型化してし
まうという問題がある。

【００２７】また、液晶を用いた光路偏向や液晶マイク
ロレンズを画像表示素子に適用した従来の技術において
も、次のような問題がある。たとえば、「液晶を利用し
た焦点可変レンズ」（佐藤進；光技術コンタクト，ＶＯ
Ｌ３２，Ｎｏ．１１，ｐ．２４〜ｐ．２８，１９９４）
にて開示されているように、円形状の穴抜き電極パター
ンを持つ液晶マイクロレンズアレイを利用してレンズの
形成位置を変化させる光路偏向手段を用いる場合は、光
軸方向に対して焦点距離を変化させることは比較的容易
であるが、液晶マイクロレンズアレイの配列面方向で集
光位置（即ち、焦点位置）を変化させることができない
という問題を有している。

【００２８】そこで、液晶マイクロレンズアレイの配列
面方向での集光位置を変化させることを可能とする技術
として、特開平１１−１０９３０３号公報「光結合器」
及び特開平１１−１０９３０４号公報「光結合器」にお
いて、分割電極による制御技術が開示されている。しか
しながら、分割電極を有する液晶マイクロレンズをアレ
イ状に配置した場合、各分割電極への配線が複雑となる
ため、液晶マイクロレンズの形成間隔を比較的広く設定
しなければならなくなる。従って、半導体レーザアレイ
と複数の光ファイバとの結合のように、比較的設置間隔
が広くても良い場合には適しているが、画像表示素子の
画素ピッチのように、比較的設置間隔が狭い場合には、
レンズ形成部の開口率が小さくなってしまうという問題
を有する。

【００２９】更に、液晶を用いた光偏向技術として、
“LIGHT SCANNER EMPLOYING A NEMATIC LIQUID CRYSTA
L”（IBM Technical Disclosure Bulletin,Ｖｏｌ．１
５，Ｎｏ．８（１９７３））、“LARGE-ANGLE BEAM DEF
LCTOR USING LIQUID CRYSTAL”（ELECTRONICS LETTERS
，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．１６（１９７５））等に記載
されているように、ネマチック液晶の配向角度を変化さ
せたり、または、ネマチック液晶に不均一電界を与える
ことにより、直線偏光の光路を曲げさせる技術は、いず
れも、単一ビームの偏向器に適用されるものであり、そ
のままでは、二次元画像の画素シフトには適用すること
ができないという問題がある。

【００３０】更に、液晶マイクロレンズに関する技術と
して、「液晶マイクロレンズ」（ＯPlus Ｅ，Ｖｏｌ．
２０，Ｎｏ．１０（１９９８））に記載のように、電界
分布を非対称的とした電極分割構造の液晶マイクロレン
ズ技術は、単一ビームの偏向方向を二次元的に制御する
場合には適しているが、アレイ化する場合には電極配線
が複雑になるため、画像表示素子のようにアレイ状のビ
ームの偏向装置への応用には向いていない。

【００３１】そこで、これらの課題を解決すべく、機械
的な振動機構を設けることなく、比較的簡単な電極構成
で電気光学的な効果により光路シフトを行い、見かけ上
の画素増倍による高精細画像を得ることが出来る画像表
示装置を実現するために、本出願人は先に特願２００１
−１２３９７号を提案した。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が先に提案した特願２００１−１２３９７号において
は、一枚の光偏向素子を用いた場合に一方向には画素倍
増できるが二方向に画素増倍することは出来なかった。
また、画素を縦横方向（二次元）に増倍する場合には二
枚の光偏向素子と偏向回転素子とが必要となり画像表示
装置の構成が複雑でエネルギーロスも大きいと言う不具
合があった。

【００３３】そこで、本発明は、一枚の光偏向素子によ
り二次元の画素増倍が可能となり、装置構成を単純化で
きるとともに、エネルギーロスを低減できる光偏向素子
及び画像表示装置を提供することをその目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、画像情報に基づいて、照明光を制
御可能にする複数の画素から画像光を入射し、入射した
画像光の光路を偏向する光偏向素子において、縦方向の
画素ピッチに対応する電極アレイを形成した第１の透明
基板と、横方向の画素ピッチに対応する電極アレイを形
成した第２の透明基板と、該２枚の透明基板間に介在
し、前記電極アレイからの電圧印加によって屈折率分布
の制御が可能な液晶層とを備え、前記電極アレイへの電
圧印加状態を変化させることにより、見かけ上の画素数
を増倍するための光偏向素子である。

【００３５】また、請求項２の発明は、画像情報に基づ
いて、照明光を制御可能にする複数の画素が二次元的に
配列されている画像表示素子と、前記画像情報の表示時
間を示す画像フィールドを更に複数個の画像サブフィー
ルドに時間的に分割して前記画像表示素子を駆動するこ
とができる表示駆動手段と、該表示駆動手段により前記
画像サブフィールド毎に駆動される前記各画素から入射
されてくる画像光の光路を偏向する光偏向素子とを有す
ることにより、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を
増倍して表示させることができる画像表示装置におい
て、前記光偏向素子が、縦方向の画素ピッチに対応する
電極アレイを形成した第１の透明基板と、横方向の画素
ピッチに対応する電極アレイを形成した第２の透明基板
と、該２枚の透明基板間に介在し、前記電極アレイから
の電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層と
を備え、前記表示駆動手段と同期して前記電極アレイへ
の電圧印加状態を変化させることを特徴とする画像表示
装置である。

【００３６】また、請求項３の発明は、請求項２の画像
表示装置において、時間的に各電極アレイのライン方向
に対応して交互に電圧を切り替え、前記画像光の光路を
偏向することを特徴とする画像表示装置である。

【００３７】また、請求項４の発明は、請求項３の画像
表示装置において、画素の重ね合わせにより最適な表示
になるようサブフィールド表示タイミングを制御する画
像表示制御手段を備えていることを特徴とする画像表示
装置である。

【００３８】また、請求項５の発明は、請求項２〜４の
何れかに記載の画像表示装置において、少なくとも一方
の透明基板の液晶層と接する界面に、液晶分子方向を規
制する配向膜が設けられ、該配向膜の配向処理方向が各
電極アレイのライン方向のなす角を略等分する方向であ
ることを特徴とする画像表示装置である。

【００３９】また、請求項６の発明は、請求項５の画像
表示装置において、前記配向膜が、光照射によって配向
規制力を生じ得るものであることを特徴とする画像表示
装置である。

【００４０】また、請求項７の発明は、請求項２〜６の
何れかに記載の画像表示装置において、前記液晶層に高
分子を含むことを特徴とする画像表示装置である。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係る画像表示装置
の一実施形態を示す構成概略図である。図１に示すよう
に、この画像表示装置は、高速にオン／オフ可能な光源
１と、光源１からの出射光を均一な照明光にする照明装
置２と、照明光を制御可能にする複数の画素が二次元的
に配列されている画像表示素子３と、前記各画素から入
射されてくる画像光の光路を偏向する光偏向素子４と、
光偏向素子４により偏向された画像光を投射する投射レ
ンズ５と、投射レンズ５により画像光が投射されるスク
リーン６と、光源１を駆動する光源駆動手段７と、画像
情報の表示時間を示す画像フィールドを更に複数個の画
像サブフィールドに時間的に分割して画像表示素子３を
駆動する表示駆動手段８と、光偏向素子４を駆動する光
偏向駆動手段９と、光源駆動手段７、表示駆動手段８及
び光偏向駆動手段９などを含め画像表示装置全体を制御
するための画像表示制御手段１０とを備えている。

【００４２】光源１としては、白色あるいは任意の色の
光を高速にオン／オフ出来るものならば全て用いること
が出来る。例えば、ＬＥＤランプやレーザ光源、白色の
ランプ光源にシャッタを組合わせたものなどを用いるこ
とが出来る。

【００４３】照明装置２は光源１から出射した光を画像
表示素子３に均一に照射するものであり、フライアイレ
ンズ、拡散板２ａ、コンデンサレンズ２ｂなどから構成
される。

【００４４】画像表示素子３は、照明装置２から入射し
た均一照明光を空間光変調して出射するもので、透過型
液晶ライトバルブ、反射型液晶ライトバルブ、半導体型
投射デバイスであるＤＭＤ素子などを用いることが出来
る。

【００４５】光源駆動手段７で制御されて光源１から放
出された光は、拡散板２ａにより均一化された照明光と
なり、コンデンサレンズ２ｂにより画像表示素子３をク
リティカル照明する。ここでは、画像表示素子３の一例
として透過型液晶パネルである液晶ライトバルブを用い
ている。この液晶ライトバルブで空間光変調された照明
光は、画像光として投射レンズ５で拡大されスクリーン
６に投射される。

【００４６】ここで、液晶ライトバルブの後方に配置さ
れた光偏向素子４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。図１では、液晶ライトバル
ブの直後に光偏向素子４を設置しているが、この位置に
は限定されず、スクリーン６の直前などでも良い。但
し、スクリーン付近に設置する場合、光偏向素子４の大
きさや電極ピッチなどは、その位置での画面サイズや画
素サイズに応じて設定される。いずれの場合でも、シフ
ト量は画素ピッチの整数分の１であることが好ましい。
画素の配列方向に対して２倍の画素増倍を行う場合は画
素ピッチの１／２にし、３倍の画素増倍を行う場合は画
素ピッチの１／３にする。また、光偏向素子４の構成に
よってシフト量が大きくなる場合には、シフト量を画素
ピッチの（整数倍＋整数分の１）の距離に設定しても良
い。いずれの場合も、画素のシフト位置に対応したサブ
フィールドの画像信号で液晶ライトバルブを駆動する。

【００４７】図１では、画像表示素子３として用いた単
板の透過型液晶ライトバルブと光源１として用いた単色
ＬＥＤランプを備えた単色の画像表示装置を示したが、
光源１、照明装置２としてそれぞれ三原色の光源、照明
装置を用い、また、画像表示素子３として３枚の画像表
示素子を用いることにより、三原色の画像を混合したフ
ルカラー画像を表示させることもできる。

【００４８】また、単板の画像表示素子３を時間順次に
三原色光で照明するフィールドシーケンシャル方式でも
フルカラー画像を表示することが出来る。このとき、三
色の光源１からの光路をクロスプリズムで混合して照明
しても良いし、白色ランプ光源と回転カラーフィルター
とを組み合わせて時間順次の三原色光を生成しても良
い。

【００４９】図２はスクリーン上に表示された見かけ上
の画素増倍の一例を示す模式図である。本実施形態で
は、画像表示素子３の見かけ上の画素数を図２に示すよ
うに増倍（図２では４倍）して表示する画像表示装置で
あり、縦横二方向の画素増倍を一つの光偏向素子４で行
うことを特徴とする。図２中、符号Ｍは元の画素を示
す。

【００５０】図３（Ａ）は光偏向素子の概略構成を示す
分解斜視図、図３（Ｂ）は光偏向素子の概略構成を示す
断面図である。本実施形態の光偏向素子４は、図３
（Ａ）に示すように、縦方向の画素ピッチＰＴに対応し
て透明基板４１に形成した複数本のライン状電極からな
る電極アレイ４３と、横方向の画素ピッチＰＹに対応し
て透明基板４２に形成した複数本のライン状電極からな
る電極アレイ４４と、二枚の透明基板４１，４２間に電
圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層４５と
を有する液晶セルから構成され、表示駆動手段８と同期
して電極アレイ４３，４４への電圧印加状態を変化させ
ることを特徴とする。

【００５１】液晶セル基板である透明基板４１，４２の
材質としては、ガラス、プラスチック等の透明材を使用
できる。電極アレイ４３，４４の材質としては、ＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜、Ｃｒ等の不透明
電極材等が利用できる。電極アレイ４３，４４は液晶層
４５側になるように設置する。また、使用する透明基板
４１，４２自身が導電性を有している場合は、透明基板
４１，４２を電極としても利用することができる。上述
したように、ライン状電極が画素ピッチに対応してアレ
イ状に形成されている。ここで、電極アレイ４３，４４
のピッチは画素ピッチと一対一で対応している場合に限
らず、所望の屈折率分布を得るために、画素ピッチの整
数倍あるいは整数分の１に一致させてもよい。また、複
数本のライン状電極を一組として、その組を画素ピッチ
に対応させてもよい。

【００５２】図３（Ｂ）に示すように、電極アレイ４
３，４４の液晶層４５に接する面は、液晶分子が配向す
るように処理されており、配向処理には、ＴＮ液晶、Ｓ
ＴＮ液晶等に用いられるポリイミド等の通常の配向膜４
７が利用できる。配向処理としてラビング処理等を施す
ことが好ましい。また、配向処理として光配向を用いる
ことにより、配向膜４７への汚染や静電気の発生が起こ
らないため、工程の清潔性が維持でき液晶の均一性が高
まるため、高精細な綺麗な画像が得られより好ましい。

【００５３】図５はライン状電極と配向処理方向との関
係を示す図である。図５に示すように、配向処理方向５
１を電極アレイ４３，４４の各ライン方向５３，５２と
のなす角を等分する方向とすることにより、二枚の透明
基板４１，４２における電極アレイ４３，４４のライン
方向に対する配向処理方向が同一となりデバイス作製の
手間が省ける。また、電極アレイ４３，４４のライン方
向に対する液晶の配列方向が同一となるため、縦横の画
素増倍操作における電圧印加をほぼ同様に行うことが出
来るので画像表示装置として簡単な構成とすることが出
来る。

【００５４】液晶材料としては一般的なネマチック液晶
を用いることが出来るが、複屈折率Δｎや誘電率異方性
Δεが大きい方が好ましい。特に、液晶材料の常光屈折
率がガラス基板の屈折率に近い１．５〜１．６程度で、
異常光屈折率が１．７〜１．８程度と大きいことが好ま
しい。液晶層４５の厚さは透明基板４１，４２間のスペ
ーサ部材４８の厚さよって設定し、複屈折率Δｎや誘電
率異方性Δεに応じて所望の光路偏向量や応答速度が得
られるように最適化される。さらに、液晶層４５中に高
分子を含ませることにより、ディスクリネーションが減
少し、さらに、セル駆動速度が上がるためスムーズな動
画にも対応できる光偏向素子４となる。これは、液晶と
高分子との接触面積が広く、液晶に対する高分子の配向
規制力が強いため、液晶の電界に対する応答速度を大幅
に高速化できるためである。

【００５５】液晶層５中に混合する高分子としては例え
ば次に示す（ａ）〜（ｇ）のような光硬化型の高分子液
晶のプレポリマーを光硬化させた高分子が挙げられる。
また、液晶層５中に混合する高分子のプレポリマーとし
ては、（ａ）〜（ｇ）のようなアクリレート系のプレポ
リマー以外にエポキシ系のプレポリマーであってもよ
い。また、液晶層５中に混合する高分子としては、
（ａ）〜（ｇ）のような液晶性骨格を部分構造として有
するプレポリマーを硬化させた液晶性の高分子以外に液
晶性の高分子にならない通常の高分子であってもよい。

【００５６】上記光硬化型の高分子液晶のプレポリマー
の具体例として、次に示す（ａ）の4-(4-プロピルシク
ロヘキシル）フェニルプロプ-2-イノート〔4-(4-propyl
cyclohexyl）phenyl prop-2-enoate〕、（ｂ）の4-(4-
ブチルシクロヘキシル）フェニルプロプ-2-イノート〔4
-(4-butylcyclohexyl）phenyl prop-2-enoate〕、
（ｃ）の4-(4-ブチルシクロヘキシル）シクロヘキシル
プロプ-2-イノート〔4-(4-butylcyclohexyl）cyclohexy
l prop-2-enoate〕、（ｄ）の4-[2-(4-ペンチルフェニ
ル）エチニル]フェニルプロプ-2-イノート〔4-[2-(4-pe
ntylphenyl）ethynyl]phenyl prop-2-enoate〕、（ｅ）
の4-(4-デシルフェニル）フェニルプロプ-2-イノート
〔4-(4-decylphenyl）phenyl prop-2-enoate〕、（ｆ）
の4-(4-オクチルオキシフェニル）フェニルプロプ-2-イ
ノート〔4-(4-ocytyloxyphenyl）phenyl prop-2-enoat
e〕、（ｇ）の4-(4-シアノフェニル）フェニルプロプ-2
-イノート〔4-(4-cyanophenyl）phenyl prop-2-enoat
e〕が挙げられる。

【００５７】

【化１】

【００５８】

【化２】

【００５９】

【化３】

【００６０】

【化４】

【００６１】

【化５】

【００６２】

【化６】

【００６３】

【化７】

【００６４】以下に説明をわかりやすくするため片側の
透明基板の電極アレイを動作させたときの動作説明をす
る。図６は光偏向素子となる液晶セルを光軸に沿って切
断した断面図、図７は図６に示す光偏向素子における直
線偏光に対する屈折率分布を示す模式図である。図６
（Ａ）は液晶セルの非動作時の液晶配向状態を模式的に
示している。図６（Ａ）に示すように、無電界の非動作
状態では液晶分子４６が透明基板４１，４２に沿って平
行になるようにホモジニアス配向処理されている。この
図６（Ａ）では液晶分子４６の長軸が紙面の左右方向に
なるような配向処理を想定している。上側の透明基板４
１の下面にはライン状電極４３ａ，４３ｂがアレイ状に
配置されている電極アレイ４３が形成されている。この
例では、間隔の広い２本のライン状電極４３ａ，４３ｂ
を一組として、画素一つに対応させる。隣り合うライン
状電極の間隔が狭い部分は画素間の境界部に対応する。
下側の電極アレイ４４は上側の電極アレイ４３に対し直
交するように配列されている。

【００６５】図６（Ｂ）の状態αはハッチングして表示
したライン状電極にのみ閾値以上の電圧を印加した場合
を示す。電圧を印加した電極部では電界によって液晶分
子４６が垂直に配向し、無印加の電極部では液晶分子４
６が水平に配向したままになる。この液晶セル内部の不
均一電界による液晶分子４６の配向方向の分布によって
異常光に対する屈折率分布が生じる。紙面に平行な偏光
面を持つ直線偏光を入射する場合、液晶分子長軸が透明
基板４１に垂直に配向するにしたがって実効的な屈折率
が小さくなり、図６（Ｂ）の矢印のように屈折率分布の
影響を受ける。図６（Ｂ）に示す状態αにおいて画素の
中心部に入射した直線偏光は屈折率の傾斜による屈折効
果によって紙面の左側方向に偏向される。

【００６６】次に、図６（Ｃ）に示す状態βのように電
圧を印加するライン状電極を切換えると、液晶分子４６
の配向状態も変化し、図７の破線（状態βに対応する屈
折率分布）のような屈折率分布に変化する。状態βの画
素の中心部に入射した偏光は屈折率の傾斜によるレンズ
効果によって紙面の右側方向に偏向される。このときの
変化速度は、液晶材料の物性や電界によって最適化され
る。画素シフト方式では、サブフレームの時間が１０ｍ
ｓｅｃ以下とすることが好ましいため、応答時間として
は数ｍｓｅｃ以下が要求される。ネマチック液晶を用い
た場合には二周波駆動法または液晶層４５に高分子を混
合することにより高速応答化しても良い。二周波駆動法
を用いる場合には、一つのライン状電極に駆動周波数の
異なる電圧が印加できる駆動手段を用いる必要がある。
いずれかの方法で、状態αと状態βとを液晶ライトバル
ブに表示するサブフレームの駆動タイミングに合わせて
切換えることで、見かけ上の画素増倍作用を得ることが
できる。

【００６７】図８は画像表示素子を形成する透過型液晶
ライトバルブの４つの画素から出射された直線偏光が図
６に示す光偏向素子を形成する液晶セルに入射された場
合の光路を示す模式図である。図８では液晶ライトバル
ブの四つの画素から出射して来た光が紙面下側から液晶
セルに入射する場合の模式図を示している。例えば、第
一のサブフレームで四つの画素がそれぞれａ，ｃ，ｅ，
ｇの状態のとき、液晶セルを図６（Ｂ）の状態αにする
と各画素からの光は紙面の左側に偏向する。第二のサブ
フレームでは四つの画素をそれぞれｂ，ｄ，ｆ，ｈの状
態に切換え、それに同期して液晶セルを図６（Ｃ）の状
態βに切換えると、各画素からの光は紙面の右側に偏向
する。液晶セル中で斜めに進んだ光は、サブフレームを
数十Ｈｚから数百Ｈｚで切換えることで、液晶セル上で
は見かけ上ａ〜ｈと並んだ八つの画素となる。また、液
晶セルから出射した光が投射光学系の光軸に対して平行
になるような光学素子を設けても良い。

【００６８】図９は本発明に係る他の実施形態の画像表
示装置における光偏向素子を示し、画素縮小機能を備え
る光偏向素子となる液晶セルを光軸に沿って切断した断
面図であり、図１０は図９に示す光偏向素子における直
線偏光に対する屈折率分布を示す模式図である。

【００６９】図９（Ａ）に示すように、上側の透明基板
４１に画像表示素子３の画素ピッチと同じピッチのライ
ン状電極４３ｃ，４３ｄがアレイ状に配置されている電
極アレイ４３が形成されている。各ライン状電極の幅は
特に限定されないが、液晶セル内の所望の電界強度分布
に応じて設定される。図９（Ｂ）の状態γでは等間隔の
ライン状電極の交互に閾値以上の電圧を印加している。
図９（Ｂ）では、電圧を印加しているライン状電極をハ
ッチングしたライン状電極４３ｃで示した。この電圧印
加により前述のように液晶層４５に屈折率分布が生じ
る。図６に比べて電圧を印加するライン状電極の間隔が
大きく、屈折率分布も図１０の実線（状態γに対応する
屈折率分布）のようにピッチが比較的大きな凸レンズ状
になっている。この場合、画像表示素子３の２画素に対
して一つの凸レンズ効果を持たせることが特徴である。

【００７０】図１１は画像表示素子を形成する透過型液
晶ライトバルブの４つの画素から出射されて来た直線偏
光が図９に示す光偏向素子を形成する液晶セルに入射さ
れた場合の光路を示す模式図である。

【００７１】ここで、図８と同様な模式図を図１１に示
す。本実施形態では液晶セルに入射する入射側画素のサ
イズは比較的大きく設定される。例えば、液晶セルが図
９（Ｂ）の状態γのとき、四つの画素に第一のサブフレ
ームとしてａ，ｃ，ｅ，ｇの状態を表示すると、図１０
の状態γに対応する実線の屈折率分布によってａとｃ、
ｅとｇがそれぞれ縮小される。このとき、図１１の上部
に実線で示した出射側画素のように、画素ピッチは一定
でなくなる。次に第二のサブフレームの表示タイミング
に合わせて、図９（Ｃ）の状態δのように電圧を印加す
るライン状電極をライン状電極４３ｃからライン状電極
４３ｄに切換えると、屈折率分布は図１０の状態δに対
応する破線のように切換わる。ここで、第二のサブフレ
ームとしてｂ，ｄ，ｆ，ｈの状態を表示すると、図１１
上部の破線で示した出射側画素の位置に縮小された画素
が移動する。サブフレームを数十Ｈｚから数百Ｈｚで切
換えることで、液晶セル上では見かけ上ｂ，ａ，ｃ，
ｄ，ｆ，ｅ，ｇ，ｈと変則的に並んだ八つの画素とな
る。この様な変則的な画素シフトによる表示画像が正常
な画像として形成されるように、画像表示素子３上でサ
ブフィールド画像のデータを補正して表示する。

【００７２】この構成では、簡単な電極構成で、液晶レ
ンズの集光による画素縮小効果と、液晶レンズ形成位置
の切換えによる画素シフト効果を一つの液晶セルで両立
できる。電極アレイ４３，４４のライン状電極は上下直
交しているので、下のライン状電極を動作させること
で、上記と同様に紙面の垂直方向にも画素シフトが行わ
れ画素増倍できる。

【００７３】本発明の画像表示装置は、光偏向素子４が
例えば、図３、６又は９のような構成となっているの
で、上下どちらかのライン状電極を駆動させることによ
り上下方向への画素増倍、または左右方向への画素増倍
が一枚の光偏向素子で可能となる。また、場所によって
駆動するライン状電極を適当に選択することにより、必
要に応じて上下左右の画素増倍が可能となる。さらに、
時間的に駆動するライン状電極を適当に選択することも
可能である。このとき、時分割的に交互に縦横二方向に
電圧を切り替え光偏向することにより、図４に示すよう
に、時間平均として縦横に画素増倍が可能となる。

【００７４】図４は時間的に縦横交互に画素を増倍した
ときの疑似画像を示す図である。図４には、縦横各２倍
の増倍をした場合を示した。ここで、図４の様な時間平
均として画素倍増を行う場合、時間平均として得られる
増倍された個々の画素は、縦横に画素増倍された画素の
重ね合わせとなるため、得られる画素が本来あるべき画
素の色やコントラスト等と異なってしまう可能性があ
る。通常、近接する画素同士は色、コントラスト等の違
いが少ないため特に大きな不具合とはならない。しか
し、さらに高画質な表示を求める場合にはこの問題を解
決する必要がある。そこで、増倍された画素の色やコン
トラストを最適化するため、縦横に画素増倍された画素
が重ね合わされたときの個々の画素を前もって想定し、
元画素を表示する画像表示素子３を画像表示制御手段１
０により最適化することが好ましい。

【００７５】以上のように、画像情報に基づいて、照明
光を制御可能にする複数の画素から画像光を入射し、入
射した画像光の光路を偏向する光偏向素子４において、
縦方向の画素ピッチに対応する電極アレイ４４を形成し
た透明基板４２と、横方向の画素ピッチに対応する電極
アレイ４３を形成した透明基板４１と、２枚の透明基板
４１，４２間に介在し、少なくとも一方の電極アレイ４
３（４４）からの電圧印加によって屈折率分布の制御が
可能な液晶層４５とを備え、電極アレイ４３（４４）へ
の電圧印加状態を変化させることにより、見かけ上の画
素数を増倍するための光偏向素子としたので、一つの素
子で縦横どちらにでも画素増倍することができる。ま
た、部分的、時間的に縦画素増倍、横画素増倍が好みに
応じて選択できる。さらに、画像の種類（絵、文字等）
によって増倍方向を選択出来る。例えば、表示画像を横
方向に縮小したときには、横方向には高解像度が必要と
なるが縦方向にはそのような必要がない。このような場
合には、横方向に画素を倍増することで高精細な画像が
得られる。

【００７６】また、画像情報に基づいて、照明光を制御
可能にする複数の画素が二次元的に配列されている画像
表示素子３と、画像情報の表示時間を示す画像フィール
ドを更に複数個の画像サブフィールドに時間的に分割し
て画像表示素子３を駆動することができる表示駆動手段
８と、表示駆動手段８により前記画像サブフィールド毎
に駆動される前記各画素から入射されてくる画像光の光
路を偏向する光偏向素子４とを有することにより、画像
表示素子３の見かけ上の画素数を増倍して表示させるこ
とができる画像表示装置において、光偏向素子４が、縦
方向の画素ピッチに対応する電極アレイ４４を形成した
透明基板４２と、横方向の画素ピッチに対応する電極ア
レイ４３を形成した透明基板４１と、２枚の透明基板４
１，４２間に介在し、電極アレイ４３（４４）からの電
圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層４５と
を備え、表示駆動手段８と同期して電極アレイへ４３
（４４）の電圧印加状態を変化させることを特徴とする
画像表示装置としたので、一つの光偏向素子素子で縦横
どちらにでも画素増倍できる。したがって、エネルギー
ロスが少なく、低コスト等の利点がある。また、部分
的、時間的に縦画素増倍、横画素増倍が好みに応じて選
択できる。さらに、画像の種類（絵、文字等）によって
増倍方向を選択出来る。例えば、表示画像を横方向に縮
小したときには、横方向には高解像度が必要となるが縦
方向にはそのような必要がない。このような場合には、
横方向に画素を倍増することで高精細な画像が得られ
る。

【００７７】また、時間的に各電極アレイ４３，４４の
ライン方向に対応して交互に電圧を切り替え、画像光の
光路を偏向するようにしたので、時間平均で画素を縦横
に増倍できる。単一の光偏向素子４で二次元画像の増倍
が可能となり、エネルギーロスが少なく、低コスト等の
メリットが大きい。

【００７８】また、画素の重ね合わせにより最適な表示
になるようサブフィールド表示タイミングを制御する画
像表示制御手段１０を備えているので、縦の画素増倍を
行った画素と横の画素増倍を行った画素が重なる場合に
も適切な表示とすることができ、綺麗な高精細画像が提
供される。

【００７９】また、少なくとも一方の透明基板４１（４
２）の液晶層４５と接する界面に、液晶分子４６の方向
を規制する配向膜４７が設けられ、配向膜４７の配向処
理方向が各電極アレイ４３，４４のライン方向のなす角
を略等分する方向であるので、ライン状電極に対する液
晶の配列方向が同一となるため、縦横の画素増倍操作を
行ったときにライン状電極に対する電圧印加をほぼ同様
に行うことが出来るので画像表示装置として簡単な構成
とすることが出来る。

【００８０】また、配向膜４７が、光照射によって配向
規制力を生じ得るものであるので、配向膜４７への汚染
や静電気の発生が起こらないため、工程の清潔性が維持
でき液晶の均一性が高まるため、高精細な綺麗な画像が
得られる。

【００８１】また、液晶層４５に高分子を含むので、高
速応答が可能で、ディスクリネーションが起こりずらい
ので、高精細な動画像が得られる。

【００８２】次に、本発明の具体例を説明する。（実施例１）図１のような画像表示装置を作製した。光
源１としてＬＥＤランプ、画像表示素子３として対角
０．９インチＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）のポリ
シリコンＴＦＴ液晶パネルを用いた。画素ピッチは縦横
ともに約１８μｍである。光偏向素子４としては、液晶
マイクロレンズを用いた。この液晶マイクロレンズは、
以下のように作製した。

【００８３】本実施例の場合、画像の画素増倍を行うた
めにはスイッチング時間を１ミリ秒以下と高速に切換え
る必要があるためネマチック液晶セルの二周波駆動方式
を採用した。

【００８４】次に、光偏向素子４を形成する液晶マイク
ロレンズの作製方法について説明する。先ず、二枚の薄
いガラス基板（３ｃｍ×４ｃｍ、厚さ０．１０ｍｍ）上
にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）蒸着膜を形成し、次にＩ
ＴＯ蒸着膜をエッチングして、幅１０μｍ、配設ピッチ
１８μｍのＩＴＯからなるライン状透明電極を形成し
た。更に、ガラス基板のＩＴＯからなるライン状透明電
極を形成した面側に配向膜４７としてＡＬ３０４６−Ｒ
３１（ＪＳＲ社製）をスピンコートで形成し、ローラー
ラビング装置で配向処理した。

【００８５】その結果、ＩＴＯからなるライン状透明電
極のライン方向から０°のラビング方向に配向処理され
た配向膜を有するガラス基板とＩＴＯからなるライン状
透明電極のライン方向から９０°のラビング方向に配向
処理された配向膜を有するガラス基板とを作製した。

【００８６】この二枚のガラス基板をＩＴＯからなるラ
イン状透明電極のライン方向が直交するように重ね、周
辺部に４μｍ厚のスペーサを挟み張り合わせて空セルを
作製した。この空セルの中に、ネマティック液晶を常圧
下で注入し液晶マイクロレンズを作製した。

【００８７】本実施例では一つの光偏向素子で縦横どち
らにでも画素増倍できる画像表示装置であり、適当なラ
イン状透明電極を選択することにより部分的、時間的に
縦画素増倍、横画素増倍が好みに応じて選択でき、好み
に応じて縦または横方向に画像を高精細化することが可
能となった。

【００８８】本画像表示装置において画素増倍する際、
縦横交互に２倍ずつの画素増倍を行ったところ、擬似的
に４倍の高精細化となり、ＱＸＧＡ相当の画像表示（２
０４８×１５３６ドット表示）となった。

【００８９】（実施例２）実施例１の画像表示装置にお
いて、縦横に画素増倍された画素が重ね合わされたとき
の個々の画素を前もって想定し、元画素を表示する画像
表示素子を画像表示制御手段により最適化したところ、
画像の色やコントラストがさらに高品質なものとなっ
た。

【００９０】（実施例３）実施例１の液晶マイクロレン
ズの作製において、同様な基板に配向材料としてベンゾ
フェノン骨格を持つポリイミドをスピンコートし、３３
０ｎｍの偏光を５分間照射することにより光配向処理を
行った以外は全く同様に画像表示装置を作製した。

【００９１】本実施例ではラビング処理を行わずに配向
処理を行ったので、不純物によるディスクリネーション
が全く起こらず極めて均一な液晶配向がなされ、高精細
画像が得られた。

【００９２】（実施例４）実施例１の液晶マイクロレン
ズの作製方法を変更した点及び駆動方式として通常の単
一周波数での駆動を行った点以外は全く同様に画像表示
装置を作製した。液晶マイクロレンズの作製では、実施
例１により作製した空セルに、液晶として液晶性骨格を
部分構造として有する光硬化高分子のプレポリマー（２
０重量％）をネマティック液晶（メルク社、ＺＬＩ−２
４７１）と混合し毛細管法によりセル中に注入した。液
晶性骨格を部分構造として有する光硬化型高分子のプレ
ポリマーは上述した（ａ）、（ｄ）、（ｇ）の混合物を
用い、それぞれの割合がａ：ｄ：ｇ＝４８：４８：４と
した。また、この中に、光重合開始剤（ＩＲＧ−６５
１、チバガイギー社）を上記重合性液晶に対し１ｗｔ％
混合した。該プレポリマーは２０ｍＷ／ｃｍ²の強度の
紫外線を１分間室温で照射し高分子化した。

【００９３】本実施例では、片面の基板のラビング方向
がＩＴＯからなるライン状透明電極のライン方向から０
°となっており、比較的低電圧で大きな屈折率変化が得
られる構成となっているが、液晶のみであるとディスク
リネーションが発生しやすい構成となっている。しか
し、高分子を混合したことにより液晶の配向方向に規制
力が働きディスクリネーションの発生が押さえられ高品
質の画像が得られた。さらに、液晶と高分子との接触面
積が広く、液晶に対する高分子の配向規制力が強いた
め、電界に対する液晶の応答速度を大幅に高速化でき、
実施例１のように二周波駆動を必要とせず、単一の周波
数での駆動で十分なセルの応答速度が得られ画像表示が
出来た。

【００９４】（実施例５）実施例１の液晶マイクロレン
ズの作製方法において、ラビング方向がＩＴＯからなる
ライン状透明電極のライン方向から４５°とし、ＩＴＯ
からなるライン状透明電極同士が直交するようにラビン
グ方向を平行に重ね合わせ空セルを作製した以外は実施
例１と全く同様に画像表示装置を作製した。

【００９５】本実施例の場合には、両基板がＩＴＯから
なるライン状透明電極に対し同一方向に配向処理される
こととなるため、基板が同一のものでよく、デバイス作
製の手間が省けた。また、両基板でＩＴＯからなるライ
ン状透明電極に対する液晶配列方向が一致するため、縦
に画素増倍する場合と横に画素増倍する場合での電圧印
加をほぼ同様に行うことが出来、画像表示装置として簡
単な構成とすることが出来た。

【００９６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記液晶層の電界分布を調整する
ために、電極アレイのライン状電極間にライン状補助電
極を更に追加することにより、補助的に電圧を印加する
ことができる。また、このライン状補助電極は一画素に
対して１本ずつ追加してもよく、より細かく屈折率分布
を調整するために、一画素に対して複数本ずつ追加して
印加電圧を段階的に変化させるようにしてもよい。即
ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、一枚の光偏向素子を用いて二次元の画素増倍が
可能となり、装置構成を単純化できるとともに、エネル
ギーロスを低減できる。

【００９８】また、請求項２の発明によれば、一枚の光
偏向素子を用いて二次元の画素増倍が可能となり、装置
構成を単純化できるとともに、エネルギーロスを低減で
き、さらに、部分的、時間的に縦画素増倍、横画素増倍
を好みに応じて選択でき、例えば、画像の種類（絵、文
字等）に応じて高解像度が必要な方向に対応する、縦画
素増倍又は横画素増倍を選択出来る。また、請求項３の
発明によれば、さらに、時間平均で画素を縦横に増倍す
ることができる。

【００９９】また、請求項４の発明によれば、さらに、
画素が重なったときに適切な表示とすることができるの
で、綺麗な高精細画像を提供することができる。また、
請求項５の発明によれば、さらに、ライン状電極に対す
る液晶の配列方向が同一となるため、縦横の画素増倍操
作を行うときに電圧印加をほぼ同様に行うことが出来る
ので画像表示装置として簡単な構成とすることが出来
る。

【０１００】また、請求項６の発明によれば、さらに、
配向膜への汚染や静電気の発生を防止することができ、
工程の清潔性が維持できるので、液晶の均一性を高める
ことができ、より高精細で綺麗な画像を得ることができ
る。請求項７の発明によれば、高速応答が可能で、ディ
スクリネーションが起こりずらいので、より高精細な動
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の画像表示装置を示す
構成概略図である。

【図２】スクリーン上に表示された見かけ上の画素増倍
の一例を示す模式図である。

【図３】（Ａ）は光偏向素子の概略構成を示す分解斜視
図、（Ｂ）は光偏向素子の概略構成を示す断面図であ
る。

【図４】時間的に縦横交互に画素を増倍したときの疑似
画像を示す図である。

【図５】ライン状電極と配向処理方向との関係を示す図
である。

【図６】光偏向素子となる液晶セルを光軸に沿って切断
した断面図である。

【図７】図６に示す光偏向素子における直線偏光に対す
る屈折率分布を示す模式図である。

【図８】画像表示素子を形成する透過型液晶ライトバル
ブの４つの画素から出射された直線偏光が図６に示す光
偏向素子を形成する液晶セルに入射された場合の光路を
示す模式図である。

【図９】本発明に係る他の実施形態の画像表示装置にお
ける光偏向素子を示し、画素縮小機能を備える光偏向素
子となる液晶セルを光軸に沿って切断した断面図であ
る。

【図１０】図９に示す光偏向素子における直線偏光に対
する屈折率分布を示す模式図である。

【図１１】画像表示素子を形成する透過型液晶ライトバ
ルブの４つの画素から出射されて来た直線偏光が図９に
示す光偏向素子を形成する液晶セルに入射された場合の
光路を示す模式図である。

【符号の説明】

３画像表示素子８表示駆動手段４光偏向素子４３，４４電極アレイ４１，４２透明基板４５液晶層１０画像表示制御手段４６液晶分子４７配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｅ５Ｃ０５８６５０６５０Ｃ５Ｃ０８０６８０６８０Ａ６８０Ｃ 3/36 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ (72)発明者松木ゆみ東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者滝口康之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者鴇田才明東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者杉本浩之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H088 EA12 EA31 GA02 HA01 HA02 HA03 HA06 HA08 HA12 HA21 HA24 HA28 KA05 MA02 MA03 MA06 MA10 MA20 2H090 HA11 JB02 JB03 JB07 JB12 LA01 LA02 LA03 LA04 LA09 LA10 LA11 LA12 LA15 LA16 LA17 LA19 LA20 MB01 2H091 FA02Y FA07X FA19Y FA26X FA29X FA31Z FA41Z FA45Z FC02 FC23 FC26 FD01 GA01 GA02 GA03 GA06 GA08 GA09 GA11 GA13 HA07 HA10 KA01 KA10 LA12 LA15 LA17 LA18 MA07 2H093 NA17 NA32 NA45 NC11 NC42 ND22 ND39 ND42 ND54 NE01 NE03 NE06 NF05 NF13 NG02 5C006 AA14 AA16 AA17 AA22 AC05 AC11 AF34 AF44 AF46 AF47 AF52 AF71 AF84 BB12 BB16 BB28 BB29 BC16 BF49 EA01 EA03 EC11 FA12 FA16 FA47 FA51 FA54 FA56 5C058 AA06 AB05 BA25 EA02 EA11 EA26 EA54 5C080 AA10 AA17 BB05 CC03 CC06 DD03 DD07 DD26 DD27 EE01 EE17 EE19 EE29 EE30 FF11 FF12 JJ01 JJ05 JJ06 KK07 KK43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報に基づいて、照明光を制御可能
にする複数の画素から画像光を入射し、入射した画像光
の光路を偏向する光偏向素子において、縦方向の画素ピッチに対応する電極アレイを形成した第
１の透明基板と、横方向の画素ピッチに対応する電極ア
レイを形成した第２の透明基板と、該２枚の透明基板間
に介在し、前記電極アレイからの電圧印加によって屈折
率分布の制御が可能な液晶層とを備え、前記電極アレイ
への電圧印加状態を変化させることにより、見かけ上の
画素数を増倍するための光偏向素子。
【請求項２】画像情報に基づいて、照明光を制御可能
にする複数の画素が二次元的に配列されている画像表示
素子と、前記画像情報の表示時間を示す画像フィールド
を更に複数個の画像サブフィールドに時間的に分割して
前記画像表示素子を駆動することができる表示駆動手段
と、該表示駆動手段により前記画像サブフィールド毎に
駆動される前記各画素から入射されてくる画像光の光路
を偏向する光偏向素子とを有することにより、前記画像
表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示させること
ができる画像表示装置において、前記光偏向素子が、縦方向の画素ピッチに対応する電極
アレイを形成した第１の透明基板と、横方向の画素ピッ
チに対応する電極アレイを形成した第２の透明基板と、
該２枚の透明基板間に介在し、前記電極アレイからの電
圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層とを備
え、前記表示駆動手段と同期して前記電極アレイへの電
圧印加状態を変化させることを特徴とする画像表示装
置。
【請求項３】請求項２の画像表示装置において、時間
的に各電極アレイのライン方向に対応して交互に電圧を
切り替え、前記画像光の光路を偏向することを特徴とす
る画像表示装置。
【請求項４】請求項３の画像表示装置において、画素
の重ね合わせにより最適な表示になるようサブフィール
ド表示タイミングを制御する画像表示制御手段を備えて
いることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】請求項２〜４の何れかに記載の画像表示
装置において、少なくとも一方の透明基板の液晶層と接
する界面に、液晶分子方向を規制する配向膜が設けら
れ、該配向膜の配向処理方向が各電極アレイのライン方
向のなす角を略等分する方向であることを特徴とする画
像表示装置。
【請求項６】請求項５の画像表示装置において、前記
配向膜が、光照射によって配向規制力を生じ得るもので
あることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】請求項２〜６の何れかに記載の画像表示
装置において、前記液晶層に高分子を含むことを特徴と
する画像表示装置。