JP2006010914A - 光偏向素子及び画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 透明な一対の基板2には、キラルスメクチックC相からなりホメオトロピック配向をなす液晶を含む液晶層3が設けられている。一対の電極7は、透明抵抗膜4を介して、この液晶層3に対して電位勾配を与えて液晶層3を透過する光の光路を偏向する。このような光偏向素子1の有効領域8は矩形形状であり、電位勾配の方向は基板2の板面方向で有効領域8の矩形形状の辺の方向と鋭角をなしている。
【選択図】 図1
Description
本明細書において、「光偏向素子」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、ある角度を持って回転させるか、或いは、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、回転による光偏向に対してその回転量を「回転角」と呼ぶものとする。
本実施の形態の光偏向素子について説明する。
÷[2((1/ne)2sin2θ+(1/no)2cos2θ)] …… (1)
同様に、図3(b)に示すように電極7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3aの自発分極が正ならば液晶ダイレクタは図右下にチルトし、光学軸が下側に角度θでチルトした複屈折板として機能する。異常光として左側から入射した直線偏光は下側に平行シフトする。電界方向の反転によって、2S分の光偏向量が得られる。
図10のような電位勾配とは別に、図12に示すように、それぞれの期間Tsf1〜Tsf4において、有効領域8の矩形形状の各辺に平行な4方向に電位勾配(その方向を白抜きの矢印で示している)を形成することが可能となる。
前述のいずれかの光偏向素子1を備えている、本実施の形態の画像表示装置について説明する。
<光偏向素子の作成>
大きさ4cm×6cm、厚さ1mmのガラス基板の表面に、有効領域が約3cm×4cmとなるように、3.2cm×4.2cmの範囲に透明抵抗膜4として酸化スズ膜をスパッタ法により形成した。そして、4探針法で表面抵抗を測定したところ、約1×108Ω/cm2であった。図1に示す有効領域8の対向する頂点にクロム膜をスパッタ法にて形成し,電極7と透明抵抗膜4を電気的に接続した。電極7間の距離は約5cmである。クロム膜は有効領域8の頂点から基板2の端部まで配線パターンを施し、そこで導線と結線し、外部の直流電源と接続した。さらに、透明抵抗膜4の上に厚み0.6μmの垂直(ホメオトロピック)配向膜5をスピンコート法により形成した。厚み60μm、幅0.5mm、のマイラーシートをスペーサ6とし、二枚の基板2を張りあわせてなるセルを約90度に加熱した状態で、基板2の間の空間に強誘電性液晶(チッソ製CS1029を使用。複屈折Δn=0.16、チルト角θ=25度、自発分極Ps=−40nC/cm2)を毛管法にて注入した。これを冷却後、接着剤で封止し、図1に示す光偏向素子1とした。
この光偏向素子1を用い、無電界の状態で、この有効領域8内の中心部において液晶層3のコノスコープ像を観察したところ、十字形と円環の画像が中心部に観察された。したがって、無電界下では光学軸が液晶層3に垂直であることを確認できた。この状態では液晶分子3aのチルト方向が基板2の面に垂直方向に対して回転する螺旋構造を取っており、平均的な光学軸は螺旋軸の方向である基板2の面に垂直な方向して観察される。次に、直流電源の出力を3000Vに設定し、電圧を印加した。同様にコノスコープ像を観察すると十字と円環の位置が図2の“π/2−θ”方向にシフトした。これは、本実施例では用いた強誘電性液晶の自発分極が負であるため、θ方向の電界に対して光学軸が“π/2−θ”方向にチルトしていることを示している。この結果から、本光偏向素子1において、液晶を駆動するための電位勾配が、有効領域の辺方向から傾斜して発生していることが確認できた。ただし、観察位置を変化させたところ、コノスコープ像の十字と円環の位置が観察場所によって変化することも同時に確認された。
<光偏向素子の作成>
実施例1で説明した光偏向素子1の製造工程中において、透明抵抗膜4を形成した後、その周囲に酸化ケイ素にクロムを5%添加した材料により、図4に示すガイド用抵抗膜11を形成した。このガイド用抵抗膜11の上に電極7を形成し、その後は、実施例1と同様の方法で光偏向素子を作製した。ガイド用抵抗膜11の表面抵抗値は1×108Ω/cm2、透明抵抗膜4の表面抵抗値は1×1012Ω/cm2とした。
実施例1と同様の方法でコノスコープ象を観察した。光偏向素子1の中心部で有効領域8から電位勾配が実施例1と同様に傾斜していることが確認できた。さらに観察位置を変化させたところ、実施例1と比較してコノスコープ像の十字と円環の位置についての均一性が向上していることが確かめられた。
<光偏向素子の作成>
実施例1で説明した光偏向素子1の製造工程中において、透明抵抗膜4を形成した後、その周囲に酸化ケイ素にクロムを5%添加した材料により、図7に示すガイド用抵抗膜11を形成した。このガイド用抵抗膜11と透明抵抗膜4を接続する導体12を、電極7の材料と同じクロムにより形成した。クロムの幅は10μm、ピッチは100μmとした。この際、同時に実施例1に示す電極7を形成した。この基板2の上に、厚さ150μmのカバーガラスを貼った。その後の配向膜5の形成以降の処理は実施例1と同様の方法で行い、光偏向素子1を作製した。ガイド用抵抗膜11の表面抵抗値は1×108Ω/cm2、透明抵抗膜4の表面抵抗値は1×1012Ω/cm2とした。 <光学軸の観察>
実施例1と同様の方法でコノスコープ象を観察した。光偏向素子1の中心部で有効領域8から電位勾配が実施例1と同様に傾斜していることが確認できた。さらに観察位置を変化させたところ、実施例1と比較してコノスコープ像の十字と円環の位置についての均一性が向上していることが確かめられた。
図16に示す画像表示装置101を作製した。画像表示素子としての透過型液晶パネル84は、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。画素の開口率は約50%である。また、透過型液晶パネル84の光源81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81としてRGB三色のLED光源を用い、一枚の透過型液晶パネル84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ている。本実施例では、画像表示のフレーム周波数が30Hz、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60Hzとした。一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180Hzで切換える。透過型液晶パネル84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。
2 基板
3 液晶層
4 第1の抵抗
7 電極
7a 電極
7b 電極
8 有効領域
9 電源
11 第2の抵抗
12 第1の導体
14 第2の導体
22 複屈折性媒体
84 画像表示素子
84a 画像形成領域
92 光偏向素子
Claims (18)
- 透明な一対の基板と、
この基板間に設けられた液晶層と、
前記液晶層に対して電界を印加する一対の電極と、
を備え、
有効領域は矩形形状であり、
前記電界の印加を用いて前記液晶層を透過する光の光路を前記基板の板面方向で前記矩形形状の辺の方向と鋭角をなす方向に偏向する、
光偏向素子。 - 透明な一対の基板と、
この基板間に設けられたキラルスメクチックC相からなりホメオトロピック配向をなす液晶を含む液晶層と、
前記液晶層に対して電位勾配を与えて前記液晶層を透過する光の光路を偏向する一対の電極と、
を備え、
有効領域は矩形形状であり、
前記電位勾配の方向は前記基板の板面方向で前記矩形形状の辺の方向と鋭角をなしている、
光偏向素子。 - 前記電極に接続され前記有効領域に形成されている透光性の第1の抵抗を、さらに備えている請求項2に記載の光偏向素子。
- 前記一対の電極は、前記矩形形状の対角の2つの頂点の近傍にそれぞれ設けられている、請求項2又は3に記載の光偏向素子。
- 前記有効領域の周囲を一周し前記第1の抵抗に接触して形成され前記電極に接続されている第2の抵抗を、さらに備えている請求項3に記載の光偏向素子。
- 前記第2の抵抗は、矩形形状のライン状であり当該矩形形状の対角の2つの頂点に前記電極が接続されている、請求項4に記載の光偏向素子。
- 前記一対の電極に矩形波の交番電圧を印加する電源を、さらに備えている請求項2〜5のいずれかの一に記載の光偏向素子。
- 前記第1の抵抗と前記第2の抵抗は間隔を空けて複数形成された第1の導体を介して前記接触を行っている、請求項5又は6に記載の光偏向素子。
- 前記一対の電極を2組備え、
この各電極対の電極は、それぞれ前記矩形形状の2つの対角の2つの頂点の近傍に設けられ、
前記電源は、前記各組の電極対間に前記交番電圧をそれぞれ印加し、
前記各交番電圧は山と谷との切替えの際に当該山と谷の中間電圧を所定期間維持して、一方の前記交番電圧が山と谷にあるときに他方の前記交番電圧は前記中間電圧をとるように制御する第1の制御手段をさらに備えている、
請求項7項に記載の光偏向素子。 - 前記各電極対間に合成電界の方向が前記矩形形状のいずれかの辺と平行な方向となるように制御する第2の制御手段をさらに備えている、請求項9項に記載の光偏向素子。
- 前記有効領域の周囲を一周し前記電極に接続されている第2の抵抗と、
前記有効領域を横断して所定間隔で複数本設けられたライン状の導体であり両端側が前記第2の抵抗に接続され長さ方向が前記矩形形状の辺と鋭角をなしている第2の導体と、
をさらに備えている請求項2に記載の光偏向素子。 - 前記有効領域への入射光の偏光方向と前記電位勾配の方向が直交する、請求項2〜11のいずれかの一に記載の光偏向素子。
- 透明な一対の基板と、
この基板間に設けられた液晶層と、
前記液晶層に対して電界を印加して入射する光の直線偏光の偏光方向を切り替える一対の電極と、
前記液晶層から出射する光の進行方向をその偏光方向に応じて偏向する複屈折性媒体と、
を備え、
有効領域は矩形形状であり、
前記偏向の方向は前記矩形形状の辺の方向と鋭角をなしている、
光偏向素子。 - 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、
この画像表示素子と同期し前記光路の偏向により、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請求項1〜7のいずれかの一に記載の光偏向素子と、
を備えている画像表示装置。 - 前記光偏向素子は、前記光の偏向方向が各画素の対角を結ぶ方向と一致している、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記画像表示素子は、その画像形成領域が矩形形状であり、かつ、その縦横比が前記有効領域の縦横比と等しい、請求項14又は15に記載の画像表示装置。
- 前記光偏向素子は、前記画像表示素子から出射して入射する光の偏光方向が、前記有効領域の矩形形状の辺方向からの傾斜方向と一致する、請求項14〜16のいずれかの一に記載の画像表示装置。
- 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、
この画像表示素子と同期し前記光路の偏向により、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光偏向素子と、
を備え、
前記光偏向素子は、前記光路の偏向の方向が前記有効領域の矩形形状の辺方向であり、この辺方向が前記画像表示素子の矩形形状の画像形成領域の辺方向と鋭角をなす、
画像表示装置。
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