JP2003280041A - 光偏向素子・光偏向装置および画像表示装置 - Google Patents

光偏向素子・光偏向装置および画像表示装置

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JP2003280041A
JP2003280041A JP2002079156A JP2002079156A JP2003280041A JP 2003280041 A JP2003280041 A JP 2003280041A JP 2002079156 A JP2002079156 A JP 2002079156A JP 2002079156 A JP2002079156 A JP 2002079156A JP 2003280041 A JP2003280041 A JP 2003280041A
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light
optical
phase
crystal layer
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JP2002079156A
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Inventor
Hiroyuki Sugimoto
浩之 杉本
Toshiaki Tokita
才明 鴇田
Yumi Matsuki
ゆみ 松木
Yoshirou Futamura
恵朗 二村
Masanori Kobayashi
正典 小林
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】構成簡素で小型で、ピクセルシフト素子に適し
た速い応答性をもち、温度変化に対し偏向量の安定した
光偏向素子を実現する。 【解決手段】スペーサ手段により所定の間隔を隔して対
向された1対の透明な基板2、3と、これら基板間に層
状に保持され、キラルスメクチックC相を形成可能な液
晶層5と、少なくとも一方の基板2の液晶層5に接触す
る側の面に形成された垂直配向膜4と、液晶層に対し、
層厚方向に略直交する方向に電界を印加可能に配置され
た1以上の電極対6とを有し、液晶層5が、キラルスメ
クチックC相より高温においてスメクチックA相を形成
しない液晶材料で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光偏向素子・光
偏向装置および画像表示装置に関する。この発明は、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
レイなどの電子ディスプレイ装置に好適に利用できる。
【0002】
【従来の技術】光偏向素子は、外部からの電気信号によ
り光の光路を偏向させる光学素子として知られている。
即ち、光偏向素子から射出する射出光の光軸を、入射光
に対して「平行にシフト」および/または「角度を持っ
て回転」させることができる。
【0003】光偏向素子として従来から知られた「電気
光学デバイスや音響光学デバイス」に比して安価に実現
できるものとして「液晶を用いる光偏向素子」が提案さ
れ、実施されつつある(特開平6−18940号公報、
特開平9−133904号公報等)。
【0004】一方、近来、液晶ライトバルブ等の画像表
示素子を用いるプロジェクタ等のディスプレイ装置にお
いて、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、画像表示素子からの画像光の光路を偏向
し、サブフィールド毎の光路偏向に応じて表示位置がず
れた状態の画像パターンを表示することにより、画像表
示素子の画素数を「見かけ上増倍」して表示することが
行われ、上記光路の偏向を行う「ピクセルシフト素子」
として、光偏向素子が用いられるようになってきている
(特許第2939826号公報、特開平5−31311
6号公報、特開平6−324320号公報、特開平10
−133135号公報等)。
【0005】ピクセルシフト素子は「高速駆動に対して
良好な応答性を持つこと」が必要であるが、上記特開平
6−18940号公報や特開平9−133904号公報
に記載された「液晶を用いた光偏向素子」は、液晶材料
がネマチック液晶やスメクチックA相の強誘電液晶であ
るため、ピクセルシフト素子に求められるサブミリ秒で
の応答速度を実現することは難しい。
【0006】応答速度の速い液晶材料として「キラルス
メクチックC層」を示すものがあり、これを用いた光変
調素子(特開平7−20417号公報)や、高コントラ
ストの液晶素子(特開平7−306421号公報)が知
られている。
【0007】液晶を用いた光偏向素子をプロジェクタの
ピクセルシフト素子として用いる場合、素子面積が比較
的大きく、光源の熱の影響により高温領域で使用される
ことになるが、このような場合、光偏向素子としての光
学特性が温度変化とともにどのように変化するかを考慮
する必要がある。
【0008】即ち、液晶分子のチルト角の温度依存性が
十分に考慮されなければならないが、特開平7−204
17号公報や特開平7−306421号公報では、液晶
分子のチルト角の温度依存性による光学特性の変化につ
いては充分に検討されていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述したと
ころに鑑み、構成簡素で小型であり、光量損失、光学ノ
イズ、解像度低下が少なく、低コストで、ピクセルシフ
ト素子に適した速い応答性をもち、なおかつ、温度変化
に対し偏向量の安定した「液晶を用いる光偏向素子」と
これを用いた「光偏向装置」の実現を課題とする。
【0010】この発明はまた、上記光偏向装置を用いた
新規な画像表示装置の実現を課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の光偏向素子
は、1対の透明な基板と、液晶層と、垂直配向膜と、1
以上の電極対とを有する。
【0012】「1対の透明な基板」はスペーサ手段によ
り所定の間隔を隔して対向される。
【0013】「液晶層」は、1対の基板間に層状に保持
され、常温でキラルスメクチックC相を形成可能であ
る。ここに言う常温は、光偏向素子が使用される一般的
状況において光偏向素子の温度の変動する範囲を言う。
【0014】「垂直配向膜」は、少なくとも一方の基板
の液晶層に接触する側の面に形成されて液晶層を垂直配
向する。
【0015】「1以上の電極対」は、液晶層に対し、層
厚方向に略直交する方向に電界を印加可能に配置され
る。
【0016】請求項1記載の光偏向素子は以下の点を特
徴とする。即ち、液晶層が「キラルスメクチックC相よ
り高温において、スメクチックA相を形成しない液晶材
料」で構成されている。
【0017】キラルスメクチックC相はチルト角の温度
依存性が小さいので、光偏向素子の温度が変化しても光
路の偏向量の変化が小さく「温度変化によらず安定した
偏向量を得る」ことが可能となる。
【0018】上記請求項1記載の光偏向素子の液晶層は
「末端鎖部、骨格部、スペーサ部、キラル末端部の順に
結合され、骨格部の少なくとも一部にエステル結合を有
し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端部側に結
合されている分子構造」を有する液晶材料を1種以上含
むことができる(請求項2)。
【0019】上記材料により「スメクチックA相を形成
しない液晶材料」を確実に得ることができる、キラルス
メクチックC相でのチルト角の温度依存性が小さくなり
「温度変化によらず安定した偏向量」を確実に得ること
ができる。
【0020】請求項1または2記載の光偏向素子は、液
晶層の液晶材料が「等方相あるいはキラルネマチック相
の状態から冷却してキラルスメクチックC相を形成させ
る工程の少なくとも一定期間において、外部電界を印加
されたもの」であることができる(請求項3)。
【0021】このように「キラルスメクチックC相を形
成する温度において外部電界を印加する」ことにより、
液晶分子の配向方向が不揃いになる微小ドメインの発生
を防止でき、液晶層全体での配向方向の均一性を向上さ
せることができ、微小ドメイン境界部での光散乱や各微
小ドメイン間での光偏向量の差異を防止でき、光の散乱
等を防止して、均一な光偏向動作を行うことが出来る。
【0022】この発明の光偏向装置は上記請求項1また
は2または3記載の光偏向素子を用い、光偏向素子の電
極対の電極間に電圧を印加して液晶層に電界を印加する
「電界印加手段」を有し、印加電界の強度と向きに応じ
て液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線
偏光の透過光路を偏向することを特徴とする(請求項
4)。
【0023】この請求項4記載の光偏向装置は「光偏向
素子への入射光の偏光方向を液晶層の平均的な光学軸の
傾斜方向と一致させる偏光方向制御手段」を有すること
ができる(請求項5)。
【0024】このようにすると、入射光が無偏光の光で
あっても、偏光方向制御手段を透過した光、即ち、光路
の偏向方向である「電界印加時の液晶層の平均的な光学
軸の傾斜方向」に平行な偏光方向の光のみが光偏向素子
に入射するので、偏向されない光の発生が防止され、偏
向動作のコントラストが向上する。
【0025】請求項6記載の光偏向装置は、請求項4記
載の光偏向装置を2個「各光偏向装置における電界の印
加方向が互いに略直交する」ようにして光の進行方向へ
互いに略平行に配列し、光入射側の光偏向装置の入射側
に「入射光の偏光方向を、光入射側の光偏向装置におけ
る光偏向素子の液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向と一
致させる偏光方向制御手段」を配し、両光偏向装置間に
「偏光面を90度旋回させる偏光面回転手段」を有す
る。
【0026】このように、一方向への偏向が可能な光偏
向素子を2枚組み合わせ、両者の電界印加方向を90度
回転させて配置し、入射側の光偏向素子から射出した光
の偏向面を90度回転させて、第2の光偏向素子に入射
させることで、確実に2次元方向への光偏向が可能とな
る。
【0027】この発明の画像表示装置は、画像表示素子
と、照明装置と、光学装置と、表示駆動手段と、光偏向
装置とを有する。「画像表示素子」は、画像情報に従っ
て光を制御可能な複数の画素が2次元的に配列したもの
であり、液晶ライトバルブを好適に用いることができ
る。「照明装置」は、光源を含み、光源からの光で画像
表示素子を照明する。
【0028】「光学装置」は、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ものである。「表示駆動
手段」は、画像フィールドを時間的に分割した複数のサ
ブフィールドを形成する。
【0029】「光偏向装置」は、各画素からの射出光の
光路を偏向するものであって、上記請求項4または5ま
たは6記載のものが用いられる。
【0030】この画像表示装置は「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の画像パ
ターンを表示することにより、画像表示素子の画素数を
見かけ上増倍して表示」する(請求項7)。
【0031】この画像表示装置は、自発分極を発現する
キラルスメクチックC相液晶層の平均的な光学軸の傾斜
方向の切換えを利用した光偏向装置を用いているので、
サブフィールド画像に対応して、高速な光路偏向が可能
で、見かけ上高精細な画像表示が可能である。
【0032】また、キラルスメクチックC層の持つ「高
速応答性」により、サブフィールド画像の切換え時間を
短くできるので時間的な光利用効率が高く、液晶層の
「光学軸の傾斜角度」の温度依存性が小さいので、装置
内温度変化をある程度許容でき、冷却機構を簡略化でき
る。
【0033】上記画像表示装置における「ピクセルシフ
トを行うのに必要な光偏向の時間」は以下のように見積
ることができる。
【0034】画像フィールド(時間:tField)を
時間的にn分割し、各n個のサブフィールド毎に画像表
示素子と光学部材との間の光路を偏向してピクセルシフ
トのシフト位置をn箇所に定めた場合、1つのサブフィ
ールドの時間:tSFは tSF=tField/n で表される。
【0035】時間:tSFの間に光偏向がなされるが、
その時間を「tshift」とすると、時間:t
shiftの間は表示を行えないため、時間:t
shiftに相当する分だけ光利用効率が低下する。
【0036】光利用効率:Eは以下の式で定義される。
【0037】E=(tSF−tshift)/tSF 仮に、ピクセルシフト位置:nがn=4、画像フィール
ド:tFieldが16.7msとすると、90%以上
の光利用効率:Eを確保するための条件: 0.9<{(16.7/4)−tshift}/(1
6.7/4) を満足するtshiftの範囲は、 tshift<0.42(ms) となり、光偏向を0.42msで行う必要がある。キラ
ルスメクチックC相よりなる強誘電液晶では、その応答
速度を0.42ms以下に設定することが十分に可能で
ある。
【0038】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
る。
【0039】図1は光偏向素子・光偏向装置の実施の1
形態を説明図的に示している。図1において(a)は上
面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【0040】光偏向素子1は、(c)の側面図に示すよ
うに、所定の間隔を隔して対向された1対の透明な基板
2、3と、これら基板2、3間に層状に保持された「常
温でキラルスメクチックC相を形成可能」な液晶層5
と、少なくとも一方の基板2の「液晶層5に接触する側
の面」に形成された垂直配向膜4とを有する。
【0041】そして、図1(a)、(b)に示すよう
に、液晶層5に対し、層厚方向に略直交する方向(図1
(a)で上下方向、(b)で左右方向)に電界を印加可
能に配置された1以上の電極対6(電極6a、6bで構
成される)とを有する。
【0042】この実施の形態では、電極対6を構成する
個々の電極6a、6bが、1対の基板2、3の間に所定
の間隔を隔するための「スペーサ手段」を構成してい
る。勿論、スペーサ手段は、電極対とは別個に専用のも
のを用いても良い。液晶層5は「キラルスメクチックC
相より高温において、スメクチックA相を形成しない液
晶材料」で構成されている。
【0043】即ち、図1に示す光偏向素子1は、スペー
サ手段により所定の間隔を隔して対向された1対の透明
な基板2、3と、これら基板間に層状に保持され、常温
でキラルスメクチックC相を形成可能な液晶層5と、少
なくとも一方の基板2の液晶層5に接触する側の面に形
成された垂直配向膜4と、液晶層5に対し、層厚方向に
略直交する方向に電界を印加可能に配置された1以上の
電極対6とを有し、液晶層5が、キラルスメクチックC
相より高温において、スメクチックA相を形成しない液
晶材料で構成されている(請求項1)。
【0044】図1(c)に示すように、電極対6の各電
極6a、6bを「電圧印加手段」である電源7に接続
し、電極6a、6b間に電圧を印加すると、液晶層5に
「層厚方向に略直交する方向に電界(図1(c)におけ
る「白抜き矢印」 電圧の極性に応じて、第1電界方向
と第2電界方向を取ることができる)」を印加すること
ができる。この印加電界の強度と向きに応じて「液晶層
5の平均的な光学軸の傾斜方向が変化」し、直線偏光の
透過光路が偏向される。
【0045】従って、図1(c)に示す光偏向素子1と
電源7の組合せは「光偏向素子1の電極対6の電極6
a、6b間に電圧を印加して液晶層に電界を印加する電
界印加手段7を有し、印加電界の強度と向きに応じて、
液晶層5の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線
偏光の透過光路を偏向する光偏向装置(請求項4)」の
実施の1形態となっている。
【0046】図、1(c)に示すように、光偏向素子1
の基板2の側から、図の上下方向に直線偏光している光
を、基板2に直交するように入射させ、第1電界方向の
電界を印加すると、光偏向素子1を透過した光は、図1
(c)に示す第1射出光として、入射光よりも図の上方
へシフトして射出する。逆に、第2電界方向へ電界を印
加すると、光偏向素子1を透過した光は、図1(c)に
示す第2射出光として、入射光よりも図の下方へシフト
して射出する。
【0047】このように、図1の光偏向素子1では、設
けられた電極対が1対であるので、光の偏向は図1
(b)、(c)に示すように1次元的である。偏向方向
を2次元的とするには、上記電極対6のほかに第2の電
極対を設け、第2の電極対により印加される電界の方向
が、第1の電極対により印加される電界の方向に対し
て、例えば直交するようにすれば良い。
【0048】ここで、液晶層5の材料につき説明する。
「スメクチック液晶」は、液晶分子の長軸方向(「液晶
ダイレクタ方向」と呼ばれる)が略揃っており、液晶分
子が方向を揃えたまま層状に配列している液晶相であ
る。このような液晶において、液晶分子の長軸方向が、
上記層の法線方向(「層法線方向」と呼ばれる)と一致
している液晶相を「スメクチックA相」と呼ぶ。
【0049】スメクチック液晶の、液晶分子の長軸方向
が層法線方向に一致せず、層法線方向に対して傾斜して
いる液晶相は「スメクチックC相」と呼ばれる。スメク
チックC層において、液晶ダイレクタ方向が層法線方向
に対して傾斜する傾斜角度をチルト角:θと呼ぶ。スメ
クチックA層では、チルト角:θは0である。
【0050】スメクチックC相液晶では「液晶分子の各
層」内において、各液晶分子の液晶ダイレクタ方向は、
チルト角:θをもって同一方向を向いている。「キラル
スメクチックC相」と呼ばれる液晶層では、液晶材料は
分子構造中に不斉炭素を有し、外部電界:Eの作用しな
い状態では、各層毎に液晶ダイレクタ方向の方位角が螺
旋的に回転している「螺旋構造」をとる。キラルスメク
チックC相の反強誘性液晶では、各層毎に液晶ダイレク
タの方位角が対向する方向を向く。
【0051】液晶分子がその長軸に垂直な方向に「永久
双極子成分」を持つと、チルト角:θに起因して自発分
極:Psが存在し、強誘電性が発現すると考えられてい
る。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。
【0052】なお、液晶層5として「強誘電性液晶」を
例にとり光偏向素子1を説明するが、以下の説明は、反
強誘電性液晶の場合にも同様に成り立つものである。
【0053】キラルスメクチックC相を形成可能な液晶
材料は、一般に図2に示すような構造で表せる。すなわ
ち、中央の「骨格部」の片側は通常「アルキルまたはア
ルコキシ基の末端鎖」で、他方の側は「スペーサ部を介
してキラル部」が存在する。
【0054】ここでは「両端の環状分子(ベンゼン環、
シクロヘキサン環など)に挟まれた部分」を骨格部とす
る。非対称な骨格部では、キラル部が左右どちらの側に
付くかにより非常に異なった物性を示すことが多い。骨
格部がシッフ塩基系は、DOBAMBCをはじめ、多く
の材料が合成されたが、一般に加水分解しやすく安定性
に問題がある。
【0055】アゾ系、アゾキシ系の材料も合成されてい
るが、光化学的劣化や着色などの問題点がある。ビフェ
ニル系やエステル系は化学安定性が良いので、シクロヘ
キサン環を含むもの、複素環を有するもの、環置換基の
導入されたものなどが用いられる。多環系化合物は一般
に、高温で液晶相をとり、粘性が高いと言う性質をも
つ。環置換基の導入は一般に融点の低下をもたらす。
【0056】スペーサ部はキラル部の(CH2)nの部分
と共に骨格部と不斉炭素の間隔を与えるものであり、
「−O−」や「−OC2m−」、「−COOC
2m−」などである。骨格部やスペーサ部に含まれるエ
ステル結合の「C=0」は、通常自発分極の主たる寄与
を与えるので、「C=O」と「C*」の間隔は自発分極
の大きさに大きな影響を与える。
【0057】この発明の光偏向素子に用いる液晶材料
は、室温程度かそれ以下の温度で「結晶相からキラルス
メクチックC相に転移」し、50℃から100℃程度の
比較的高温域で「キラルスメクチックC相からキラルネ
マチック相あるいは等方相に1次転移」するものが用い
られる。
【0058】光偏向素子の「使用可能な温度範囲」を広
く設定するためには、キラルスメクチックC相の温度範
囲が広いことが好ましいが、広すぎると等方相転移点な
ども高温化し、基板間に液晶層を注入する際の「基板の
処理温度」が高くなり過ぎるため好ましくない。
【0059】光偏向素子の使用温度域を考慮すると、キ
ラルスメクチックC相の上限温度は50℃〜100℃の
間が好ましい。
【0060】電界が作用していない状態のキラルスメク
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、1軸性光学軸を有していることを確認
できる。
【0061】図3に、キラルスメクチックC相の液晶分
子配列のモデルを示す。図の上下方向が層法線方向であ
り、個々の液晶分子の長軸方向(液晶ダイレクタ方向)
がチルト角:θをなして、層法線方向に重なっている
(図は、キラルスメクチックC層の分子配列を代表させ
た「層法線方向における液晶分子の1列の重なり」を示
している)。同じ層に属する液晶分子の液晶ダイレクタ
方向は同じ方向を向いている。そして、層法線方向に
は、層の重なりに従い液晶ダイレクタ方向が「螺旋状」
に旋回している。
【0062】外部電界:E=0の状態では、図3(a)の
ように螺旋構造における液晶ダイレクタの向きが空間的
に層法線方向に直交する方向において「等方的」である
ので、各液晶ダイレクタ方向を層法線方向に平均する
と、図3(a)の下図に示すように「平均された液晶ダ
イレクタ方向(以下「平均的な光学軸」という。)」は
層法線方向に向く。この状態においては、平均的な光学
軸に平行な入射光に対しては、キラルスメクチックC層
の液晶層は「光学的に等方的」である。
【0063】キラルスメクチックC層の液晶層の「層法
線方向に直交する方向」に、0<E<Esの範囲の比較
的小さな電界:E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、図3(b)に示すように、螺旋構造が歪んで非対称
となり「平均的な光学軸」は、図3(b)の下図に示す
ように一方向に傾く。電界:Eの強度増大と共に歪みが
大きくなり、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。
【0064】電界強度:Eがさらに増加してある閾値電
界:Es以上になると、図3(c)に示すように螺旋構
造が消失して光学的に一軸性となる。この状態での光学
軸の傾斜角は液晶ダイレクタ方向のチルト角:θと等し
くなり、電界をさらに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。
【0065】図1に示した光偏向素子1においては、キ
ラルスメクチックC相よりなる強誘電性液晶材料による
液晶層5は、垂直配向膜4により基板2、3面に垂直に
「螺旋構造」の螺旋軸が向いた所謂「ホメオトロピック
配向」をなす。
【0066】ホメオトロピック配向を実現する配向法と
しては、従来から知られた「ずり応力法、磁場配向法、
温度勾配法、SiO斜法蒸着法、光配向法」等を用いる
ことができる。また、シランカップリング剤による処理
などで行うこともできる。
【0067】光偏向素子1の特徴の一端は、構成が簡単
で製造コストを抑制でき、温度変化よる影響が少ないこ
とにある。また、キラルスメクチックC相は、スメクチ
ックA相やネマチック液晶に比較して極めて高速の応答
性を有し、サブミリ秒でのスイッチングが可能である。
特に、電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に
決定されるため、スメクチックA相の液晶に比べダイレ
クタ方向の制御が容易で扱いやすい。
【0068】また、ホメオロトピック配向のキラルスメ
クチックC相よりなる液晶層5は、ホモジニアス配向
(液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態)
をとる場合に比して、液晶ダイレクタ方向の操作が基板
2、3からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整
で光偏向方向の制御が行いやすく、必要電界が比較的低
いという利点を有する。
【0069】液晶ダイレクタ方向がホモジニアス配向し
ている場合、電界方向だけでなく基板面に液晶ダイレク
タが強く依存するため、光偏向素子の設置についてより
位置精度が求められることになるが、ホメオロトピック
配向の場合は、光偏向に対して光偏向素子1の「セッテ
ィング余裕度」が大きい。
【0070】これらの特徴を活かす上で、螺旋軸を厳密
に「基板面に垂直」に向ける必要はなく、或る程度傾い
ていても差し支えない。液晶ダイレクタ方向が基板2、
3からの規制力を受けずに2以上の方向を向くことが可
能であればよい。
【0071】光偏向素子1の動作原理を、図4、図5を
参照して説明する。図4は、図1に示す光偏向素子1に
おける液晶分子の配向状態と電極6a、6bによる電界
の印加を模式的に示している。図のように、X、Y、Z
方向を考えると、電界の印加方向はY方向である。「電
界の向き(前述の第1、第2電界方向)」は、目的とす
る光の偏向方向に対応して電源7により切換えられる。
【0072】光偏向素子1に対する入射光は直線偏光
で、その偏光方向は図4中の矢印に示す通り上下方向
(Z方向)である。図示していないが、電極6a,6b
からの漏洩電界が光偏向素子1の周辺機器に影響しない
ように「電磁シールド」を設けるのが好ましい。
【0073】図4において、Y軸方向に充分大きな電界
(前述のE≧Es)が印加されると、図5に示すよう
に、液晶層5内のXZ断面において、液晶分子8の液晶
ダイレクタ方向は、その電界方向によって第1または第
2の配向状態の何れかをとって分布する。各液晶分子の
永久双極子成分が長軸方向(液晶ダイレクタ方向)に直
交する方向であるので、第1、第2の配向状態は、上記
永久双極子成分が電界に平行になる状態である。即ち、
液晶分子8は「チルト角:θによる仮想的なコーン形状
に沿って回転可能」である。
【0074】液晶の自発分極:Psが正で、Y軸正方向
(紙面手前側向き)に電界:Eが作用しているとする
と、液晶分子8の回転軸は基板垂直方向であるためXZ
面内にある。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とすると、入射光として、偏光方向
をY軸方向に持つ直線偏光を選びX軸正方向に入射光が
進むとき、光は液晶層5内で常光として屈折率:noを
受け直進し、図5(a)中の「a」方向に進み、光偏向
を受けない。
【0075】図4に示す場合のように、偏光方向がZ方
向である直線偏光が入射すると、入射方向の屈折率は、
液晶ダイレクタ8の方向及び屈折率:no、neを主軸
に持つ屈折率楕円体において楕円体中心を通過する光の
方向との関係から求められる(このことは公知の光学的
事実であるのでここでの詳細は省略する)。
【0076】Z方向に直線偏光した光は、光偏向素子1
を透過すると「屈折率:no、ne及び前述の「平均的
な光学軸(チルト角:θに等しい)」に応じて偏向さ
れ、配向状態が図5(b)の第1であるか第2であるか
に応じて図5(a)の「b」もしくは「b’」のように
シフトする。
【0077】電界強度:EがEs以下の場合には、上記
傾斜角:θを、図3(b)の下図で説明した「光学軸の
傾斜角」とすればよい。
【0078】チルト角:θ(光学軸の傾斜角)と光路シ
フト量は、以下の関係を有する。液晶層5の層厚をdと
すると、シフト量:Sは上記屈折率:no、neと上記
dを用いて以下のように表される。
【0079】 S=[(1/no)2−(1/ne)2]sin(2θ・d) ÷[2((1/ne)2sin2θ+(1/no)2cos2θ)] (1) 上記のようにZ方向に直線偏向した光に対し、液晶層5
に印加する電界の方向を制御することで、図5(a)の
「b」と「b’」との2つのシフト状態が可能であり、
光偏向素子1による最大シフト量:2Sを実現すること
ができる。
【0080】1例として、no=1.55、ne=1.
70、d=30μmとして、傾斜角:θに対する光路シ
フト量:Sの変化を計算した結果を図6に示す。チルト
角:θが35度の場合では、2S=5(μm)の偏向量が
得られる。
【0081】以上の説明は「液晶層5の温度が一定」と
の条件の下でのものであるが、液晶層5の特性には温度
依存性が存在する。特に、チルト角:θの温度依存性に
対して液晶材料によって大きく2種類の分類される。
【0082】1つは「キラルスメクチックC相の高温側
にスメクチックA相が現れる材料」であり、チルト角:
θは温度:Tにより変化し、相転移点をTcとすると、 θ∝(T−Tc)β (2) の関係がある。「β」は材料により異なるが0.3〜
0.5程度の値をとる。この材料系では、特に相転移温
度付近でのチルト角:θの変化が大きく、光学特性を安
定化させるためには素子の温度制御が必要である。逆に
言えば、温度制御によって光学特性を制御することが出
来る。
【0083】他は「キラルスメクチックC相の高温側に
スメクチックA相が現れない材料」であり、相転移点:
Tc以上でキラルネマチック相あるいは等方相に転移す
る。この種の材料は相転移点で不連続的にチルト角:θ
が現れるが「キラルスメクチックC相でのチルト角:θ
の温度依存性」は比較的小さい。チルト角:θが温度に
より殆ど変化しない材料も報告されている。
【0084】この発明の光偏向素子では液晶層の液晶材
料として、上記「キラルスメクチックC相の高温側にス
メクチックA相が現れない材料」を用いているので、温
度変化に対するチルト角:θの変化が少なく、従って、
光偏向量(上の例で「シフト量」)の変化が少ない。
【0085】液晶層5の液晶材料は、図2の分子構造に
おいて「骨格部の少なくとも一部にエステル結合を有
し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端部側に結
合されている液晶材料」を少なくとも一種以上含むこと
が好ましい(請求項2)。さらに、その末端鎖がアルコ
キシ基で、スペーサ部が「−O−」または「−OC
2m−」であることが好ましい。
【0086】図7に「強誘電性液晶材料」の分子式の例
を示す。強誘電性液晶材料は、図7の上図の如き構成
で、スペーサ部、キラル部は等しく、骨格部はA〜Dに
示す如き構造である。
【0087】図7:AおよびBの材料は、請求項2記載
のもので「骨格部のエステル結合中のカルボニル基がキ
ラル末端部側に結合され」ている。このような材料は
「キラルスメクチックC相の高温側にスメクチックA相
が存在せず、高温側ではキラルネマチック相が現」れ、
チルト角:θの温度依存性は小さい。
【0088】これに対し、図7:CおよびDは、図7:
A、Bのものの「エステル結合の方向のみを逆にした」
ものであるが、このような液晶材料ではキラルスメクチ
ックC層の高温側にスメクチックA相が現れ、チルト
角:θの温度依存性は大きい。
【0089】光偏向素子1の液晶層5の液晶材料は「等
方相あるいはキラルネマチック相の状態から冷却してキ
ラルスメクチックC相を形成させる工程の少くとも一定
期間において、液晶層に外部電界を印加されている」こ
とが好ましい(請求項3)。
【0090】光偏向素子1を作製する際、液晶材料を
「等方相あるいはネマチック相」の温度で素子セル内
(基板2、3の間隙部)に注入し、キラルスメクチック
C相の温度まで冷却するが、相転移温度付近での液晶分
子の配列状態が「キラルスメクチックC相の配向の均一
性」に大きく影響する。
【0091】高温でスメクチックA相を形成する液晶材
料の場合、図8(A)のように、垂直配向処理の効果に
より、スメクチックA相の状態で液晶分子は基板面に対
して垂直に均一配向しやすい。この均一配向状態から更
に冷却すると、相転移温度以下でチルト角:θが発現
し、均一配向を維持した図8(B)に示すようなキラル
スメクチックC相が得られる。
【0092】一方、この発明の光偏向素子に用いる「高
温でスメクチックA相を有しない液晶材料」の場合、液
晶分子が基板面に対して均一に垂直配向となる状態を通
過しない。
【0093】等方相やキラルネマチック相では、図8
(C)にキラルネマチック層として例示しているように
「配向膜近傍の液晶分子は垂直に配列しているが、層の
中央部分では分子配列はランダムあるいは螺旋構造」と
なっている。
【0094】このような「液晶分子の配列が不均一な状
態」から、冷却によりキラルスメクチックC相に転移す
ると、図8(D)のように、層中央の領域では「層の配向
方向の異なる微小ドメイン」を形成する場合がある。こ
の微小ドメインの存在は「光散乱による液晶層の白濁や
光偏向量(上の例でシフト量)の乱れ」などの原因とな
る。微小ドメインが発生した液晶層に強度の大きな横電
界を印加することで微小ドメインを消失させて均一化す
ることも出来るが、長時間の電圧印加が必要となり効率
的ではない。
【0095】請求項3記載の光偏向素子では、図8に示
すように「キラルスメクチックC相への相転移時に外部
電界を印加する」ことによって、容易にキラルスメクチ
ックC相の配向均一性を向上させることが出来る。外部
電界は直流電界でも交流電界でも良く、電界の方向や強
度は液晶材料の特性や配向膜の特性により適宜最適化す
ることができる。
【0096】外部電界を印加するタイミングや時間も、
液晶材料の特性や配向膜の特性により適宜最適化するこ
とができる。このように、請求項3記載の発明では、光
偏向素子の液晶層5内における微小ドメインの発生が抑
制され、液晶層全体での配向方向の均一性を向上させる
ことができ、微小ドメイン境界部での光散乱や各ドメイ
ン間での光偏向量の差異を防止できる。
【0097】光偏向素子1は、上述したように「光路偏
向方向、即ち、電界印加時の液晶分子の傾斜方向に平行
な偏光方向の直線偏光のみ」が光路の偏向を受け、これ
に直交する方向に偏光した直線偏光は偏向作用を受ける
ことなく光偏向素子1を透過する。従って、図1(b)
に示すように光偏向装置に「無偏光の光」を入射する
と、射出光が偏向を受けない成分を含み、光路偏向の有
無に対するコントラストが低下してしまう。
【0098】請求項5記載の光偏向装置では、このよう
なコントラスト低下を防止するため「光偏向素子1への
入射光の偏光方向を液晶層5の平均的な光学軸の傾斜方
向と一致させる偏光方向制御手段」を有する。
【0099】「偏光方向制御手段」としては、直線偏光
板を用いることが出来る。直線偏光板の偏光方向を、電
極6a、6bの長手方向(図4、図5においてZ方向)
に平行に合わせて、光偏向素子1の入射面側に設置す
る。
【0100】このようにすると、入射光が無偏光の場合
でも、液晶分子の傾斜による光路偏向作用を受けない光
成分をカットするので、確実に光路偏向による光スイッ
チングを行うことが出来る。
【0101】図9は、請求項6記載の光偏向装置の実施
の1形態を説明図的に示している。符号1A、1Bはそ
れぞれ光偏向装置を示す。光偏向素子1A、1Bは、構
造的には図1に即して説明した光偏向装置と同様である
が、図の簡略化のため、液晶層の液晶分子の配列状態
と、電極対と、電源のみを模式的に示している。光偏向
装置1Aは、図1に示したのと同じものであり、従っ
て、各部の符号を図1におけるのと同一にしている。こ
の光偏向装置では光偏向素子の液晶層には電極6a、6
bによりY方向の電界が印加される。
【0102】光偏向装置1Bは構造的には光偏向装置1
Aと同様であるが、電源7bにより電圧を印加される電
極6a1、6b1による電界は、図のZ方向に印加され
る。
【0103】光偏向装置1Aの入射側には、入射光の偏
光方向をZ方向に揃えるための直線偏光板(偏光方向制
御手段)PLが配置されている。即ち、この直線偏光板
PLと光偏向装置1Aとの組合せは「請求項5記載の光
偏向装置」を構成する。
【0104】光偏向装置1A、1B間には「偏光面を9
0度旋回させる偏光面回転手段」として、1/2波長板
15が配設されている。
【0105】即ち、図9の実施の形態は、請求項4記載
の光偏向装置1A、1Bを、各光偏向装置における電界
の印加方向が互いに略直交するようにして光の進行方向
へ、互いに略平行に配列し、光入射側の光偏向装置1A
の入射側に、入射光の偏光方向を「光偏向装置1Aの光
偏向素子における液晶層」の平均的な光学軸の傾斜方向
と一致させる偏光方向制御手段PLを配し、両光偏向装
置間に、偏光面を90度旋回させる偏光面回転手段15
を有する光偏向装置(請求項6)の実施の1形態であ
る。
【0106】1/2波長板15としては、通常市販され
ている可視光用のものをそのまま利用できる。この光偏
向装置に入射する光は、図9に示す通り、直線偏光板P
Lにより「Z軸方向の偏光方向」とされており、光進行
方向に対して前段側の光偏向素子1Aにより上下方向
(Z軸方向)に偏向を受けた後、1/2波長板15によ
って偏光方向を90°回転され「Y軸方向の偏光方向の
光」となって光偏向装置1Bに入射し、光偏向素子1B
で左右方向(Y軸方向)の偏向を受ける。
【0107】このような光偏向装置を用いると、上下方
向(Z軸方向)に2位置、左右方向(Y軸方向)に2位
置の光シフトが可能となり、光偏向装置全体では「合計
4位置に光をシフトさせる」ことができる。
【0108】図10は、請求項7記載の画像表示装置の
実施の1形態を示している。この画像表示装置は、画像
情報に従って光を制御可能な複数の画素が2次元的に配
列した画像表示素子84と、画像表示素子84を照明す
る照明装置81、82、83、87と、画像表示素子8
4に表示した画像パターンを観察するための光学装置8
5と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフ
ィールドを形成する表示駆動手段88と、各画素からの
射出光の光路を偏向する光偏向装置89とを有し、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
た状態の画像パターンを表示することにより、画像表示
素子84の画素数を見かけ上増倍して表示する画像表示
装置である。
【0109】光偏向装置89としては、請求項4または
5または6に記載のものが使用可能であり、これらは
「ピクセルシフト素子」として用いられる。
【0110】符号81で示す「光源」は、LEDランプ
を2次元アレイ状に配列したものであり、光源ドライブ
部87により駆動されて発光する。光源81から発せら
れる光は拡散板82により拡散され、コンデンサレンズ
83を介して画像表示素子84を照明する。画像表示素
子84は「透過型液晶ライトバルブ」である。画像表示
素子84は液晶ドライブ部88による駆動で画像パター
ンを表示される。
【0111】光源ドライブ部87は「表示駆動手段」と
しての液晶ドライブ部88の駆動と同期して制御され、
照明光は画像表示素子84を「クリティカル照明」す
る。
【0112】画像表示素子84に表示された画像パター
ンに従って光強度を空間変調された光は画像光として光
偏向装置89を透過し、「画像パターンを観察するため
の光学装置」としての投射レンズ85によりスクリーン
88上に投射されて画像パターンとして結像する。
【0113】このとき、画像光は光偏向装置89により
「画像表示素子84における画素の配列方向」に所定距
離シフトされる。液晶ドライブ部88は「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画像」を表
示するが、光偏向手段89は「複数のサブフィールド画
像毎の光路」の偏向を行い、これによりスクリーン86
上には「サブフィールド画像に応じて表示位置がずれた
画像パターン」が時間的にずれてを表示され、透過型液
晶ライトバルブ84の見掛け上の画素数を増倍して表示
する。
【0114】光偏向手段89によるシフト量は、画像表
示素子84の画素配列方向に対して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、画素表示素子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。
【0115】光偏向手段89として、前述した各実施の
形態のような光偏向素子を用いるので、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」を提供できる。なお、光偏向手
段として請求項4または5または6に記載のものが使用
可能であるが、透過型液晶ライトバルブを透過した光は
直線偏光状態であるので、光偏向素子における「入射光
の偏光方向を液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向と一致
させる偏光方向制御手段」は、透過型液晶ライトバルブ
が兼ねることになる。
【0116】この様なプロジェクター装置では光源の発
熱量が多く、装置内の温度は50度程度の高温になる。
光学素子は極僅かな光吸収によってさらに高温になる。
そのため、このような装置には冷却ファンを設けるのが
一般的である。
【0117】また、プロジェクター装置の電源投入時か
ら長時間使用時では装置内や光学素子の温度は大きく変
動するが、この温度変化を小さくするために冷却ファン
の能力を向上させると、冷却能力の向上に伴いファンの
動作音も大きくなる。
【0118】この発明の画像表示装置では、「光路シフ
ト量の温度依存性が小さい光偏向装置」を用いているの
で、装置内の冷却機構を簡略化あるい省略できる。
【0119】
【実施例】以下、具体的な実施例を挙げる。
【0120】実施例1(光偏向素子・光偏向装置) 1対の透明な基板の個々として、基板面積:30mm×
40mm、厚さ:1.1mmの2枚のガラス基板のそれ
ぞれの片側面に、厚さ:0.6μmの垂直配向膜(日本
合成ゴム製 商品名:JALS2021)を形成した。
厚さ:30μm、幅:1mm、長さ:30mmの2つの
アルミ電極シートをスペース幅:30μmのスペーサ手
段とし、上記垂直配向膜を内面にして互いに向い合せ、
2枚のガラス基板を張り合わせた。
【0121】アルミ電極シートは互いに平行とし、両者
の間隔を2mmとした。ホットプレート上で基板を約9
5度に加熱した状態で、2枚の基板と2つのアルミ電極
シートとで囲繞された容積:30μm×2mm×30m
mの部分に「スメクチックA相を形成しない強誘電性液
晶」を毛管法にて注入した。
【0122】上記強誘電性液晶としては、商品名:CS
2003(チッソ製)を用いた。
【0123】この液晶材料の相転移温度は、結晶/キラ
ルスメクチックC相:−14℃、キラルスメクチックC
相/キラルネマチック相:64℃、キラルネマチック相
/等方相:91℃である。25℃におけるチルト角:θ
は30°、複屈折:Δnは0.18(波長:546nm)
である。
【0124】ホットプレートの温度を下げて冷却後、接
着剤で封止し、図1に即して説明したごとき光偏向素子
を作成した。この光偏向素子の入射面側に24.5μm
幅の「ライン/スペースのマスクパターン」を設け、マ
スクパターン側からコリメートした直線偏光で照明し
た。直線偏光の向きは、アルミ電極シートの長手方向と
同一に設定した。
【0125】光偏向素子の温度が25℃の状態で、マス
クパターンを透過した光を光偏向素子の「2本のアルミ
電極シートの間」を通して顕微鏡で観察しつつ、パルス
ジェネレータと高速パワーアンプを用いて、アルミ電極
シート間に±400Vの矩形電圧を印加したところ、マ
スクパターンが平行にシフトして観測された。マスクパ
ターンや光偏向素子、顕微鏡は機械的に静止しているの
で、電気的に光路シフトすることが確認出来た。25℃
における光路シフト量は5.2μmであった。光偏向素
子を温風で加熱して50℃としたところ、光路シフト量
は5.0μmとなった。25〜50℃の温度変化に対
し、光路シフトの変化量は10%以内であり、実用上
「温度依存性の少ない光偏向素子」であると言える。
【0126】この光偏向素子の「電界を印加しないとき
の透過率(波長:550nm)」は80%であった。この
実施例1の光偏向素子は、電極間が2mmと狭いため、
液晶プロジェクタのピクセルシフト素子としての使用は
難しいが、レーザ光をシフトさせるための素子として有
効に使用できる。
【0127】比較例(光偏向素子・光偏向装置) 液晶材料と液晶層の厚さを変えた以外は実施例1と同様
にした光偏向素子を作製した。
【0128】ここで用いた液晶材料はキラルスメクチッ
クC層より高温の領域において、スメクチックA相が存
在する。
【0129】液晶材料は、商品名:CS1029(チッ
ソ製)である。
【0130】相転移温度は、結晶/キラルスメクチック
C相:−18℃、キラルスメクチックC相/スメクチッ
クA相:73℃、スメクチックA相/キラルネマチック
相:86℃、キラルネマチック相/等方相:95℃であ
る。25℃のチルト角:θは25度、複屈折:Δnは
0.16(波長:546nm)である。チルト角が比較
的小さいため、液晶層の厚みが40μmとなるようにス
ペーサ手段の厚みを設定した。
【0131】実施例1と同様にして光路シフト量を測定
したところ、25℃において5.2μm、50℃におい
て4.0μmであった。25〜50℃の温度変化に対
し、光路シフトの変化量が20%程度あり実用上問題が
ある。この比較例のような光偏向素子では、温度制御手
段が必要となる。
【0132】実施例2(光偏向素子・光偏向装置) 実施例1と同様の素子を作成した。基板のサイズ、配向
膜、スペーサ手段を兼ねたアルミ電極シート、同シート
間隔、強誘電性液晶は、実施例1におけると同じであ
る。
【0133】強誘電性液晶を2枚の基板と2つのアルミ
電極シートとで囲繞された容積部分に注入する工程にお
いて、2枚のアルミ板に挟んで、基板厚さ方向に電界を
印加できるようにしホットプレート上に設置した。温度
が70℃から60℃に下がる間に2枚のアルミ板に±2
000V、60Hzの交流電圧を印加した。
【0134】このようにして作製した光偏向素子の光路
シフト量は、25℃において5.2μm、50℃時の光
路シフト量は5.0μmであった。
【0135】25〜50℃の温度変化に対し、光路シフ
トの変化量は10%以内であり、実用上「温度依存性の
少ない光偏向素子」であると言える。電界を印加しない
状態での透過率(波長:550nm)は88%であり、充
分な透過率が得られた。
【0136】強誘電性液晶の冷却時に外部電界(交流電
界)を印加することで(この処理を行っていない)実施
例1の光偏向素子の透過率:80%に対し、8%の透過
率向上が実現した。冷却時の外部電界の作用により、キ
ラルネマチック相での液晶分子が垂直配向状態に近くな
り、キラルスメクチックC相の層構造の均一性が向上し
たためと考えられる。
【0137】実施例3 図9に示す如き構成の「画像表示装置(プロジェク
タ)」を作成した。画像表示素子として対角線長: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(透過型)を用いた。画素ピ
ッチは縦横ともに略18μmで画素の開口率は略50%
である。
【0138】画像表示素子の光源側にはマイクロレンズ
アレイを設けて照明光の集光率を高める構成とした。光
源としてはR(赤)G(緑)B(青p)の3色のLED
光源を用い、1枚の液晶ライトバルブに照射する光の色
を「高速に切換え」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た。
【0139】この実施例において、画像表示のフレーム
周波数: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:240Hz(60H
z×4)とした。1つのサブフレーム内をさらに3色分
に分割するため、各色に対応した画像を720Hzで切
換える。
【0140】液晶ライトバルブの各色画像パターンの表
示タイミングに合せ、対応した色のLED光源をオン/
オフすると、フルカラー画像を観察できる。
【0141】実施例1において、アルミ電極シートの厚
さを50μm、電極間隔を20mmとした光偏向素子を
2個、互いの電極の長手方向が直交し、上記液晶ライト
バルブの画素の配列方向に一致するように配置した。こ
れら光偏向素子の間に「偏光面回転手段」として直線偏
光板を設けた。
【0142】液晶ライトバルブは透過光を直線偏光化す
る機能を持つので、これを偏光方向制御手段として、図
9の如くして請求項6の光偏向装置を構成した。
【0143】偏光面回転素子としての直線偏光板は以下
の如くして作製した。基板面積:30mm×40mm、
厚さ:0.15mmの薄いガラス基板上に、ポリイミド
系の配向材料をスピンコートして略0.1μmの配向膜
を形成し、ガラス基板のアニール処理後、ラビング処理
を行った。このようなガラス基板を2枚、周辺部に厚
さ:8μmのスペーサを挟んで、各基板のラビング方向
が直交するように張り合わせて空セルを作製した。
【0144】この空セル中に、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
を作成して「直線偏光板」とした。液晶ライトバルブ側
の光路偏向素子から射出した光の偏光面と直線偏光板の
入射側面のラビング方向が一致するようにして、2つの
光路偏向手段の間に挟んで配置した。
【0145】各光偏向素子に温度センサーを取付け、素
子温度をモニターした。各光偏向素子を駆動する矩形波
電圧の電圧を±5kV、周波数を120Hzとし、2つ
の光偏向素子の縦と横の位相を90度ずらし、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。
【0146】液晶ライトバルブ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2方向
に「見かけ上の画素数が4倍に増倍した高精細画像」を
表示できた。各光偏向素子のシフト切換え時間は略0.
2ミリ秒で、充分な光利用効率が得られた。フリッカー
などは観測されなかった。
【0147】画像表示装置の電源投入直後、各光偏向素
子の温度は略25℃で、シフト量は9μmであった。約
30分使用後に各光偏向素子の温度は略50℃で飽和し
た。この状態でのシフト量は8.5μmであったが、シ
フト量の変化量が5%程度であり、目視評価で問題の無
い高精細で良好な画像をスクリーン上に表示できた。即
ち、光偏向素子に専用の温度制御機構を設けること無
く、安定した高精細画像を得ることが出来た。
【0148】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光偏向素子・光偏向装置および画像表示装置を
実現できる。この発明の光偏向素子・光偏向装置は構成
が簡素であり低コストかつコンパクトに実現でき、高速
の応答性を持ち、ピクセルシフト素子としても効果的に
使用でき、なお且つ温度変化に伴なう光学特性の変化が
軽微であるので、専用の温度制御手段を必要とせずに、
温度変化に対して安定した光偏向を実現できる。
【0149】この発明の画像表示装置は、上記光偏向装
置をピクセルシフト素子として用いることにより、画素
数の少ない画像表示素子を用いつつも、見かけ上の画素
数を増倍して高精細な画像を表示することができ、ピク
セルシフト素子専用の温度制御手段を要しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】光偏向素子の実施の1形態を説明するための図
である。
【図2】この発明の光偏向素子に用い得る強誘電性液晶
の基本構造を示す図である。
【図3】キラルスメクチックC層とこれに電界を印加し
たときの「平均化された光軸」の向きの変化を説明する
ための図である。
【図4】光偏向素子における光偏向を説明するための図
である。
【図5】光偏向素子の動作原理を説明するための図であ
る。
【図6】チルト角とシフト量の関係の1例を示す図であ
る。
【図7】強誘電性液晶材料の例を示し、A、Bはキラル
スメクチックC層より高温領域にスメクチックA層を持
たないもの、C、DはキラルスメクチックC層より高温
領域にスメクチックA層を持つものである。
【図8】請求項3記載の発明を説明するための図であ
る。
【図9】請求項6記載の光偏向装置の実施の1形態を説
明するための図である。
【図10】画像表示装置の実施の1形態としてのプロジ
ェクタを示す図である。
【符号の説明】
1 光偏向素子 2、3 透明な基板 4 垂直配向膜 5 液晶層 6 電極対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 二村 恵朗 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 小林 正典 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 Fターム(参考) 2H088 EA45 GA04 HA06 HA10 JA17 MA09 2K002 AA07 AB04 BA06 CA14 DA14

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スペーサ手段により所定の間隔を隔して対
    向された1対の透明な基板と、これら基板間に層状に保
    持され、常温でキラルスメクチックC相を形成可能な液
    晶層と、少なくとも一方の基板の上記液晶層に接触する
    側の面に形成された垂直配向膜と、上記液晶層に対し、
    層厚方向に略直交する方向に電界を印加可能に配置され
    た1以上の電極対とを有し、 上記液晶層が、キラルスメクチックC相より高温におい
    て、スメクチックA相を形成しない液晶材料で構成され
    ていることを特徴とする光偏向素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光偏向素子において、 液晶層が、末端鎖部、骨格部、スペーサ部、キラル末端
    部の順に結合され、骨格部の少なくとも一部にエステル
    結合を有し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端
    部側に結合されている分子構造を有する液晶材料を1種
    以上含むことを特徴とする光偏向素子。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の光偏向素子におい
    て、 液晶層の液晶材料が、等方相あるいはキラルネマチック
    相の状態から冷却してキラルスメクチックC相を形成さ
    せる工程の少なくとも一定期間において、外部電界を印
    加されていることを特徴とする光偏向素子。
  4. 【請求項4】請求項1または2または3記載の光偏向素
    子を用い、 光偏向素子の電極対の電極間に電圧を印加して液晶層に
    電界を印加する電界印加手段を有し、印加電界の強度と
    向きに応じて、液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変
    化させて直線偏光の透過光路を偏向することを特徴とす
    る光偏向装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の光偏向装置において、 光偏向素子への入射光の偏光方向を液晶層の平均的な光
    学軸の傾斜方向と一致させる偏光方向制御手段を有する
    ことを特徴とする光偏向装置。
  6. 【請求項6】請求項4記載の光偏向装置を2個、各光偏
    向装置における電界の印加方向が互いに略直交するよう
    にして光の進行方向へ互いに略平行に配列し、光入射側
    の光偏向装置の入射側に、入射光の偏光方向を液晶層の
    平均的な光学軸の傾斜方向と一致させる偏光方向制御手
    段を配し、両光偏向装置間に、偏光面を90度旋回させ
    る偏光面回転手段を有することを特徴とする光偏向装
    置。
  7. 【請求項7】画像情報に従って光を制御可能な複数の画
    素が2次元的に配列した画像表示素子と、 この画像表示素子を照明する照明装置と、 上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
    ドを形成する表示駆動手段と、 各画素からの射出光の光路を偏向する光偏向装置とを有
    し、 上記サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位
    置がずれた状態の画像パターンを表示することにより、
    上記画像表示素子の画素数を見かけ上増倍して表示し、 上記光偏向装置として請求項4または5または6記載の
    ものを用いることを特徴とする画像表示装置。
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