WO2019220841A1 - 位相変調装置、および表示装置 - Google Patents

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佳明 神山
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present disclosure relates to a phase modulation device using an optical phase modulation element, and a display device.
  • the optical phase modulation element that obtains a desired reproduced image by modulating the phase of light is known.
  • the optical phase modulation element is composed of an SLM (Spatial Light Modulator) such as a liquid crystal panel.
  • SLM Surface Light Modulator
  • a reproduction image that is phase-modulated according to an image is generated by using the optical phase modulation element in an illumination device, and the reproduction image is used as a light intensity for video display.
  • the optical phase modulation element is also used for holography technology and the like.
  • the optical phase modulation element is also used in technologies such as an optical switch and an optical computer.
  • the orientation direction is usually set to one specific direction within the panel surface.
  • the optical phase modulation element acts as a diffraction element, the diffraction efficiency can be lowered due to the influence of disclination that occurs depending on the orientation direction.
  • phase modulation device and a display device that can achieve uniform diffraction efficiency.
  • a phase modulation device includes a light source and a plurality of pixels in which liquid crystal molecules are arrayed, and a plurality of pixel regions are formed by the plurality of pixels and are incident on the plurality of pixel regions.
  • An optical phase modulation element that modulates the phase of incident light from the light source for each pixel, and the optical phase modulation element is configured as a plurality of pixel regions, and the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the polarization axis of the incident light.
  • a display device includes a light source and a plurality of pixels in which liquid crystal molecules are arranged, and a plurality of pixel regions are formed by the plurality of pixels and are incident on the plurality of pixel regions.
  • An optical phase modulation element that reproduces a reproduced image by modulating the phase of incident light from a light source for each pixel.
  • the optical phase modulation element has a plurality of pixel regions, and the alignment direction of liquid crystal molecules is At least one first alignment region having a first direction parallel to the polarization axis, the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the polarization axis of the incident light, and 180 is the first direction. And at least one second alignment region having a different second direction.
  • phase modulation device or display device In the phase modulation device or display device according to an embodiment of the present disclosure, a plurality of pixel regions are formed in the optical phase modulation element, and the alignment direction is optimized for each pixel region.
  • First embodiment (FIGS. 1 to 22) 1.0 Comparative Example 1.1 Configuration and Operation of Phase Modulation Device and Display Device According to First Embodiment 1.2 Optimization of Orientation Direction in Optical Phase Modulation Element 1.3 Effect 2.
  • Second Embodiment (FIG. 23) 3.
  • Third embodiment (FIGS. 24 to 25) 4).
  • Other embodiments
  • Non-Patent Document 1 Gilles Cheriaux, Chris J. Hooker, Michal Stupka, "Wave front generation using a phase-only modulating liquid-crystal-based micro-display with HDTV resolution", Proc.
  • Patent Documents 1 and 2 Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-51124 and 61-51125
  • a technique for improving the viewing angle in a light intensity modulation element an orientation for each pixel called a display pattern is disclosed.
  • a technique for changing the direction is disclosed.
  • the pixel pitch is several microns to several tens of microns, so that it is greatly affected by the disclination generated in each pixel, and the target phase modulation amount is set in each pixel. It becomes difficult to obtain.
  • polarizing plates are required above and below the substrate in order to perform light intensity modulation, but such optical elements on the light extraction side are not required in optical phase modulation.
  • FIG. 1 schematically shows an example of an optical phase modulation element 1 applied to the phase modulation device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows an example of the relationship between the pixel position of the optical phase modulation element 1 and the phase modulation amount.
  • FIG. 3 shows an example of a cross-sectional configuration of the optical phase modulation element 1.
  • the optical phase modulation element 1 has a plurality of pixels 10 arranged in a matrix.
  • a pixel region 90 is formed by the plurality of pixels 10.
  • the pixel region 90 is an irradiation region irradiated with light from the light source.
  • the optical phase modulation element 1 can be used as a diffraction grating by modulating the phase of light from the light source for each pixel 10.
  • a blazed diffraction grating can be constructed.
  • the horizontal axis indicates the pixel position
  • the vertical axis indicates the phase modulation amount.
  • the amount of phase modulation is, for example, in the range of 0 to 2 ⁇ .
  • the optical phase modulation element 1 is composed of, for example, a phase modulation liquid crystal panel. As shown in FIG. 3, the optical phase modulation element 1 includes, for example, a first glass substrate 2 and a second glass substrate 3 that are arranged to face each other. A liquid crystal layer 13 including liquid crystal molecules 14 is sealed between the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3 by a sealing member (not shown).
  • An alignment film 15 is provided on the surface of the first glass substrate 2 facing the second glass substrate 3.
  • An alignment film 16 is provided on the opposite surface of the second glass substrate 3 that faces the first glass substrate 2.
  • a plurality of liquid crystal molecules 14 are arranged between the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3 for each pixel 10.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules 14 in each pixel 10 is defined by, for example, the alignment film 15 and the alignment film 16.
  • a counter electrode (common electrode) 4 is provided on the first glass substrate 2.
  • a plurality of pixel electrodes 11 are provided on the second glass substrate 3.
  • FIG. 3 shows only two adjacent pixel electrodes as an example of the plurality of pixel electrodes 11.
  • a common voltage (for example, 0 [V]) common to the plurality of pixel electrodes 11 is applied to the counter electrode 4.
  • An applied voltage (for example, V1 [V]) corresponding to the input signal is applied to the plurality of pixel electrodes 11.
  • the phase modulation amount of each pixel 10 in the optical phase modulation element 1 changes according to the applied voltage.
  • the optical phase modulation element 1 may be a reflection type phase modulation liquid crystal panel or a transmission type phase modulation liquid crystal panel.
  • the counter electrode 4 is composed of a transparent electrode that transmits light
  • the pixel electrode 11 is composed of a reflection electrode that reflects light.
  • both the counter electrode 4 and the pixel electrode 11 are formed of transparent electrodes that transmit light.
  • Such an optical phase modulation element 1 is used as a part of an illumination device that generates illumination light for the light intensity modulation element in a projector, for example.
  • the optical phase modulation element 1 is also used for holography technology and the like.
  • the optical phase modulation element 1 is also used in technologies such as an optical switch and an optical computer.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration example of the phase modulation apparatus according to the first embodiment.
  • the phase modulation device includes an optical phase modulation element 1 that modulates the phase of light from the light source 50, a phase distribution calculation circuit 51, and a phase modulation element drive circuit 52.
  • the phase distribution calculation circuit 51 is a phase distribution calculation unit that generates target phase distribution data (phase modulation signal) based on an input signal.
  • the target phase distribution data is data having a phase distribution that enables the target reproduction image 60 (target reproduction image) to be reproduced by the optical phase modulation element 1.
  • the input signal is, for example, an image signal.
  • the reproduced image 60 is an illumination image that illuminates the illumination target 5.
  • the illumination object 5 is a light intensity modulation element such as an intensity modulation liquid crystal panel in a projector.
  • the target phase distribution data is data having a phase distribution pattern capable of forming an illumination image having a luminance distribution corresponding to an image displayed by the projector.
  • the diffractive element drive circuit 52 generates an applied voltage (drive voltage) based on the target phase distribution data generated by the phase distribution calculation circuit 51, and the optical phase modulation element 1 so that each pixel 10 has a target phase distribution. Drive.
  • the optical phase modulation element 1 modulates the phase of the light from the light source 50 based on the applied voltage given by the diffraction element driving circuit 52.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration example of the phase modulation apparatus according to the first embodiment.
  • the phase modulation device includes an optical phase modulation element 1 that modulates the phase of light from the light source 50, a phase distribution calculation circuit 51, and a phase modulation element drive circuit 52.
  • the phase distribution calculation circuit 51 is a phase distribution calculation unit that generates target phase distribution data (phase modulation signal) based on an input signal.
  • the target phase distribution data is data having a phase distribution that enables the target reproduction image 60 (target reproduction image) to be reproduced by the optical phase modulation element 1.
  • the input signal is, for example, an image signal.
  • the reproduced image 60 is an illumination image that illuminates the illumination target 5.
  • the illumination object 5 is a light intensity modulation element such as an intensity modulation liquid crystal panel in a projector.
  • the target phase distribution data is data having a phase distribution pattern capable of forming an illumination image having a luminance distribution corresponding to an image displayed by the projector.
  • the diffractive element drive circuit 52 generates an applied voltage (drive voltage) based on the target phase distribution data generated by the phase distribution calculation circuit 51, and the optical phase modulation element 1 so that each pixel 10 has a target phase distribution. Drive.
  • the optical phase modulation element 1 modulates the phase of the light from the light source 50 based on the applied voltage given by the diffraction element driving circuit 52.
  • phase modulation element 1 when performing phase modulation of a plurality of lights having different wavelengths by the field sequential method (time division method), a plurality of lights having different wavelengths are emitted from the light source 50 in a time division manner.
  • the optical phase modulation element 1 modulates the phases of a plurality of lights from the light source 50 for each wavelength in a time division manner, and reproduces a plurality of reproduced images 60 for each wavelength in a time division manner.
  • the phase distribution calculation circuit 51 generates a plurality of phase distribution data (target phase distribution data) for each wavelength corresponding to the plurality of reproduced images 60 for each wavelength reproduced by the optical phase modulation element 1.
  • the phase modulation element driving circuit 52 generates a plurality of applied voltages for each wavelength to be applied to the optical phase modulation element 1 based on data of a plurality of phase distributions for each wavelength, and a plurality of voltages are applied to the optical phase modulation element 1.
  • the light phase is modulated in a time-sharing manner for each wavelength.
  • FIGS. 5 and 6 show first and second configuration examples of the projector as the display device according to the first embodiment using the phase modulation device of FIG.
  • FIGS. 5 and 6 show configuration examples of projectors that perform full-color display by a field sequential method.
  • Projector 100 shown in FIG. 5 and projector 100 ⁇ / b> A shown in FIG. 6 each include light source 50, optical phase modulation element 1, light intensity modulation element 61, and projection lens (projection optical system) 81. .
  • FIG. 5 and 6 show a configuration example in which a transmission type phase modulation element is used as the optical phase modulation element 1, it may be constituted by a reflection type phase modulation element.
  • the projector 100 shown in FIG. 5 shows an example in which the light intensity modulation element 61 is constituted by a transmission type light intensity modulation element, for example, a transmission type intensity modulation liquid crystal display panel.
  • the projector 100A shown in FIG. 6 shows an example in which the light intensity modulation element 61 is configured by a reflection type light intensity modulation element, for example, a reflection type intensity modulation liquid crystal display panel.
  • the light source 50 has a red light source that emits red (R) light, a green light source that emits green (G) light, and a blue light source that emits blue (B) light.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • Each of the red light source, the green light source, and the blue light source is composed of, for example, one or a plurality of laser light sources.
  • the light source 50 emits red light, green light, and blue light in a time-sharing manner.
  • the optical phase modulation element 1 is illuminated with light of each color from the light source 50. At this time, the optical phase modulation element 1 is illuminated in a time division manner for each color of red light, green light, and blue light.
  • the optical phase modulation element 1 displays the phase distribution pattern optimized for each wavelength of each color in a time division manner.
  • the phase distribution calculation circuit 51 in FIG. 4 generates phase distribution data (target phase distribution data) of each color corresponding to the reproduction image 60 of each color reproduced by the optical phase modulation element 1.
  • the phase modulation element driving circuit 52 generates an applied voltage of each color to be applied to the optical phase modulation element 1 based on the phase distribution data of each color, and changes the phase of the light of each color to the optical phase modulation element 1. Modulate in time division every time.
  • the light intensity modulation element 61 is irradiated with a reproduction image 60 of each color formed by the optical phase modulation element 1 as illumination light in a time division manner for each color.
  • the light intensity modulation element 61 performs intensity modulation on the illumination light of each color in synchronization with the timing at which the light source 50 emits each color light, and generates a projection image of each color in a time division manner.
  • the projection lens 81 projects the projection images of the respective colors on a projection surface such as the screen 80 in a time division manner.
  • the configuration example of the display device in which the optical phase modulation element 1 and the light intensity modulation element 61 are combined has been described.
  • a display device that does not use the light intensity modulation element 61 may be used.
  • a display device may be used in which the reproduced image 60 itself is used as a display image instead of using the reproduced image 60 by the optical phase modulation element 1 as illumination light.
  • FIG. 5 and 6 show configuration examples of a display device that performs full-color display by a field sequential method, but the configuration is such that light of each color is simultaneously irradiated to different irradiation regions of one optical phase modulation element 1. It may be. Further, a configuration may be adopted in which a plurality of optical phase modulation elements 1 are provided and light of each color is separately irradiated to the separate optical phase modulation elements 1. Thereby, for example, a so-called three-plate projector may be configured.
  • FIG. 7 shows an example of the relationship between the polarization axis Px of the incident light L1, the orientation direction, and the diffracted light in the optical phase modulation element 101 according to the comparative example.
  • FIG. 7 shows an example in which the optical phase modulation element 101 is operated as a reflection type diffraction grating.
  • the orientation direction of the entire pixel region 90 is one direction ( ⁇ X direction).
  • the polarization axis Px is irradiated and diffracted with the incident light L1 parallel to the X-axis direction
  • the diffraction efficiency varies depending on the diffraction direction.
  • the diffraction efficiency of the diffracted light L12 diffracted in the direction opposite to the alignment direction (X direction) is lower than that of the diffracted light L11 diffracted in the same direction as the alignment direction ( ⁇ X direction).
  • the light intensity of the diffracted light L12 diffracted in the direction opposite to the alignment direction is relatively lower than that of the diffracted light L11 diffracted in the same direction as the alignment direction.
  • FIG. 8 shows an example of the relationship between the diffraction direction and the diffraction efficiency by the optical phase modulation element 101 according to the comparative example shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an example of a reproduced image 60 obtained by the optical phase modulation element 101 according to the comparative example.
  • FIG. 10 shows an example of a display pattern and a diffraction direction by the optical phase modulation element 101 according to the comparative example.
  • FIG. 11 shows an example of the level of a blazed diffraction grating.
  • FIG. 8 is obtained under the conditions shown in FIG. 10 and FIG.
  • a display pattern (phase distribution pattern) of a blazed diffraction grating having a different diffraction direction is displayed on the optical phase modulation element 101, and the reproduced image 60 is reproduced on the screen 80.
  • the diffraction directions are 0 ° direction, 90 ° direction, 180 ° direction, and 270 ° direction on the screen surface.
  • the diffraction angle by the optical phase modulation element 101 varies depending on the level of the blazed diffraction grating to be displayed.
  • FIG. 11 shows an example of a blazed diffraction grating having 4 values (4 levels), 8 values (8 levels), and 16 values (16 levels).
  • the diffraction efficiency varies depending on the diffraction direction.
  • the diffraction efficiency is high only when the diffraction direction is 180 °, and the diffraction efficiency is decreased in other diffraction directions.
  • FIG. 9 shows an example in which the ideal state of the reproduced image 60 is a uniform luminance distribution in the plane.
  • the optical phase modulation element 1 In contrast to the optical phase modulation element 101 according to the comparative example, the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment forms a plurality of pixel regions by a plurality of pixels 10 and optimizes the orientation direction of each pixel region. It has become.
  • the optical phase modulation element 1 modulates the phase of incident light L1 incident on a plurality of pixel regions for each pixel.
  • the plurality of pixel regions include at least one first alignment region and at least one second alignment region.
  • the first alignment region is a region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules 14 is a first direction parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second alignment region is a region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules 14 is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction that is 180 ° different from the first direction.
  • the plurality of pixel regions may further include at least one third alignment region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules 14 is a third direction different from the first direction and the second direction. .
  • FIG. 12 shows an example of the relationship between the polarization axis Px of the incident light L1, the orientation direction, and the diffracted light in the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 12 shows an example in which the optical phase modulation element 1 acts as a reflection type diffraction grating.
  • the pixel area 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into two in the horizontal direction, and a first pixel area 91 and a second pixel area 92 are formed in the horizontal direction.
  • the first direction is the -X direction
  • the second direction is the X direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • the orientation direction is horizontal (parallel) with respect to the polarization axis Px and includes two directions different by 180 °.
  • the diffraction efficiency is made uniform. Thereby, the reproduced image is also made uniform.
  • the first pixel region 91 and the second pixel region 92 In the example of FIG. 12, in the optical phase modulation element 1, when the incident light L1 having the polarization axis Px parallel to the X-axis direction is irradiated and diffracted, the first pixel region 91 and the second pixel region 92 The phase shift due to disclination that occurs depending on the orientation direction becomes opposite to each other, so that the diffraction efficiency is made uniform. In the first pixel region 91, the diffraction efficiency of the diffracted light L12 diffracted in the X direction is lower than that of the diffracted light L11 diffracted in the -X direction.
  • the diffraction efficiency of the diffracted light L21 diffracted in the ⁇ X direction is lower than that of the diffracted light L22 diffracted in the X direction. Thereby, the diffraction efficiency is made uniform in the entire pixel region 90.
  • FIG. 13 to 21 show variations of a plurality of pixel regions and optimized alignment directions in the optical phase modulation element 1.
  • the first direction and the second direction described above are also parallel to another direction that differs from the X axis by an angle ⁇ .
  • the direction should be correct.
  • FIGS. 13 to 16 show examples in which the pixel region 90 is divided into two parts, a first pixel region 91 and a second pixel region 92, and the orientation directions thereof are different.
  • the alignment direction is constituted by only two directions that are parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and differ by 180 °, and the division location and division area of the pixel region 90 are arbitrary.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into two in the horizontal direction, and a first pixel region 91 and a second pixel region 92 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • FIG. 14 shows an example in which the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into two in the horizontal direction, and a first pixel region 91 and a second pixel region 92 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 is a second alignment region whose alignment direction is a second direction (X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a first direction in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is 180 ° different from the second direction ( ⁇ X direction). It is an alignment region.
  • FIG. 15 shows an example in which the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into two in the vertical direction, and the first pixel region 91 and the second pixel region 92 are formed in the vertical direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • FIG. 16 is basically the same as the example of FIG. 14 except that the boundary between the first pixel region 91 and the second pixel region 92 is not linear but curved.
  • the pixel region 90 is divided into three parts, a first pixel region 91, a second pixel region 92, and a third pixel region 93, and the respective orientation directions are optimized.
  • the pixel region 90 can be further divided into four or more divisions. In the case of multi-division with three or more divisions, it is only necessary that the orientation in two directions parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and different by 180 ° is included at least in part.
  • the orientation direction of the other divided regions is arbitrary. Further, the division part and the division area of the pixel region 90 are also arbitrary as in the case of the division into two.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into three in the horizontal direction, and a first pixel region 91, a second pixel region 92, and a third pixel region 93 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • the third pixel region 93 is a first alignment region in which the alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is substantially divided into two in the horizontal direction, and a first pixel region 91 and a second pixel region 92 are formed in the horizontal direction.
  • An example in which a third pixel region 93 is formed in the region 91 is shown.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • the third pixel region 93 is a third alignment region whose alignment direction is a third direction different from the first direction and the second direction.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into three in the horizontal direction, and a first pixel region 91, a second pixel region 92, and a third pixel region 93 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 is a third alignment region whose alignment direction is a third direction different from the first direction and the second direction.
  • the third pixel region 93 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into three in the horizontal direction, and a first pixel region 91, a second pixel region 92, and a third pixel region 93 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the second pixel region 92 has a second orientation in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction. It is an area.
  • the third pixel region 93 is a third alignment region whose alignment direction is a third direction different from the first direction and the second direction.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into three in the horizontal direction, and a first pixel region 91, a second pixel region 92, and a third pixel region 93 are formed in the horizontal direction.
  • the first pixel region 91 has an orientation direction parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and a second direction (X direction) that is 180 ° different from the first direction.
  • the second alignment region is formed.
  • the second pixel region 92 is a first alignment region whose alignment direction is a first direction ( ⁇ X direction) parallel to the polarization axis Px of the incident light L1.
  • the third pixel region 93 is a third alignment region whose alignment direction is a third direction different from the first direction and the second direction.
  • the area of the third alignment region is desirably 2% or less of the entire area of the plurality of pixel regions (the entire pixel region 90).
  • FIG. 22 shows an example of the relationship between the diffraction direction and the diffraction efficiency in the optical phase modulation element 101 according to the comparative example and the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment.
  • the diffraction characteristics of the optical phase modulation element 101 according to the comparative example are the same as those in FIG.
  • the characteristic indicated by reference numeral 200 indicates the diffraction characteristic of the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment.
  • the worst value of diffraction efficiency is 84.7% (90 ° direction).
  • the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment since the averaged diffraction efficiency is obtained by optimizing the orientation direction as described above, the optical phase modulation element 1 does not depend on the direction. A diffraction efficiency of about 4% is expected to be obtained.
  • the optical phase modulation element 1 according to the first embodiment, an increase in diffraction efficiency of about 2% is expected with respect to the optical phase modulation element 101 according to the comparative example. Accordingly, if the third alignment region is a region that does not contribute to diffraction, the area is preferably approximately 2% or less of the entire pixel region 90.
  • the optical phase modulation element 1 has alignment control means (alignment control unit) that controls the alignment direction of the liquid crystal molecules 14 in each of the plurality of pixel regions.
  • the alignment control means may be a method using alignment films 15 and 16 (see FIG. 3), for example. In this case, there is a method of determining the orientation direction by oblique deposition of SiO, rubbing of polyimide, or irradiating the polymer film with anisotropic light. Further, the alignment control means may be a method that does not use the alignment films 15 and 16.
  • the liquid crystal layer 13 there is a method of regulating the tilt direction of the liquid crystal molecules 14 by providing the liquid crystal layer 13 with a structure that makes the tilt direction of the liquid crystal molecules 14 constant when a voltage is applied.
  • a method of determining the tilt direction of the liquid crystal molecules 14 by generating an electric field in an oblique direction in front of the panel using electrodes. The orientation direction can be defined using these techniques.
  • the light source 50 is preferably a coherent light source.
  • a coherent light source such as a laser light source
  • linearly polarized light can be incident on the optical phase modulation element 1 as the incident light L1 without using a polarization control means such as a polarizing plate.
  • a polarization control means such as a polarizing plate.
  • the coherence of the incident light L1 increases, the diffraction efficiency can be improved.
  • an extra optical member for converting the incident light L1 into linearly polarized light is not required, the cost of the display device can be reduced.
  • the boundaries between the plurality of pixel regions be shielded from light.
  • a switching portion of the alignment control means is formed, and thus a region that cannot be aligned in the intended direction is generated.
  • the tilt direction of the liquid crystal molecules 14 is not stable, disclination occurs, and a reproduced image is deteriorated due to noise due to the disclination. Therefore, in order to prevent deterioration due to noise, it is desirable to hide the disclination by shielding the division boundary.
  • the diffraction efficiency in the diffraction direction in the optical phase modulation element 1 can be made uniform, and the reproduced image 60 can be made uniform.
  • the diffraction efficiency in the diffraction direction in the optical phase modulation element 1 can be made uniform, and the reproduced image 60 can be made uniform.
  • phase modulation device and a display device according to the second embodiment of the present disclosure will be described.
  • substantially the same components as those of the phase modulation device and the display device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
  • the light source 50 may emit a plurality of lights having different wavelengths.
  • the optical phase modulation element 1 may be irradiated with incident light L1 on a plurality of irradiation regions set for each wavelength.
  • each of the plurality of irradiation regions may be set so as to include the first alignment region and the second alignment region as in the first embodiment.
  • the light source 50 has two or more different wavelengths, for example, light having RGB components is incident on the optical phase modulation element 1 at the same time, and the reproduced images 60 at the respective wavelengths are synthesized on the reproduction surface, thereby displaying full color. Is possible.
  • the reproduced image 60 can be made uniform.
  • the irradiation position, irradiation shape, division shape of a plurality of pixel regions, and the number of divisions of each wavelength are arbitrary. Further, if the irradiation region of each wavelength includes two alignment directions parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and different by 180 °, the other alignment directions are arbitrary.
  • FIG. 23 shows an example of the relationship between the polarization axis Px of the incident light L1 and the orientation direction in the optical phase modulation element 1 according to the second embodiment.
  • the pixel region 90 of the optical phase modulation element 1 is divided into four in the horizontal direction, and the first pixel region 91, the second pixel region 92, the third pixel region 93, and the fourth pixel in the horizontal direction.
  • An example in which a region 94 is formed is shown.
  • the first pixel region 91 and the third pixel region 93 are aligned in the first direction ( ⁇ X direction) in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1. 1 orientation region.
  • the second pixel region 92 and the fourth pixel region 94 have a second direction (X direction) in which the orientation direction is parallel to the polarization axis Px of the incident light L1 and is 180 ° different from the first direction. This is the second alignment region.
  • an R (red) light irradiation region 90R, a G (green) light irradiation region 90G, and a B (blue) light irradiation region 90B may be set.
  • the R light irradiation region 90 ⁇ / b> R includes the entire first pixel region 91 and a part of the second pixel region 92.
  • the R light irradiation region 90R is set to include the first alignment region and the second alignment region.
  • the G light irradiation region 90 ⁇ / b> G includes a part of the second pixel region 92 and a part of the third pixel region 93.
  • the G light irradiation region 90G is set to include the first alignment region and the second alignment region.
  • the B light irradiation area 90 ⁇ / b> B includes a part of the third pixel area 93 and the entire fourth pixel area 94.
  • the B light irradiation region 90B is set to include the first alignment region and the second alignment region.
  • phase modulation device and display device may be substantially the same as those of the phase modulation device and display device according to the first embodiment.
  • phase modulation device and a display device according to the third embodiment of the present disclosure will be described.
  • substantially the same components as those of the phase modulation device and the display device according to the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
  • a polarization control means that adjusts the polarization state of light incident on the optical phase modulation element 1 may be provided between the light source 50 and the optical phase modulation element 1.
  • FIG. 24 shows a first configuration example of the phase modulation apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 25 illustrates a second configuration example of the phase modulation apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 24 shows a configuration example in which a polarizer 53 is disposed between the light source 50 and the optical phase modulation element 1 as a polarization control member.
  • the polarizer 53 converts the polarization state of the light emitted from the light source 50 so that the direction of the polarization axis is linearly polarized light parallel to the first direction and the second direction.
  • the polarizer 53 may be a polarizing plate or PBS, for example.
  • FIG. 25 shows a configuration example in which a wave plate 54 using a birefringent material is disposed between the light source 50 and the optical phase modulation element 1 as a polarization control member.
  • the wave plate 54 changes the polarization state of the light emitted from the light source 50 so that the polarization component parallel to the first direction and the second direction increases. Thereby, the linearly polarized light component of the light emitted from the light source 50 is maximized.
  • phase modulation device and the display device according to the first or second embodiment.
  • this technique can also take the following structures.
  • a plurality of pixel regions are formed in the optical phase modulation element, and the alignment direction is optimized for each pixel region, so that the diffraction efficiency in the optical phase modulation element is made uniform. It becomes possible to plan.
  • a light source; Each pixel has a plurality of pixels in which liquid crystal molecules are arranged, a plurality of pixel regions are formed by the plurality of pixels, and the phase of incident light from the light source incident on the plurality of pixel regions is modulated for each pixel.
  • the optical phase modulation element is As the plurality of pixel regions, At least one first alignment region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules is a first direction parallel to the polarization axis of the incident light; And at least one second alignment region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the polarization axis of the incident light and is a second direction that is 180 ° different from the first direction. Modulation device.
  • the optical phase modulation element is As the plurality of pixel regions, The phase modulation device according to (1), further including at least one third alignment region in which an alignment direction of the liquid crystal molecules is a third direction different from the first direction and the second direction. .
  • the phase modulation device according to (2) wherein an area of the third alignment region is 2% or less of an entire area of the plurality of pixel regions.
  • the optical phase modulation element is An alignment controller that controls the alignment direction of the liquid crystal molecules in each of the plurality of pixel regions; The phase modulation device according to any one of (1) to (4).
  • the optical phase modulation element is First and second substrates disposed opposite to each other across the liquid crystal molecules; Further comprising The phase modulation device according to (5), wherein the orientation control unit is provided on each of the opposing surfaces of the first and second substrates.
  • the light source emits a plurality of lights having mutually different wavelengths
  • the incident light is irradiated to a plurality of irradiation areas set for each wavelength
  • the phase modulation device according to any one of (1) to (6), wherein each of the plurality of irradiation regions is set to include the first alignment region and the second alignment region.
  • the polarization control member that is disposed between the light source and the optical phase modulation element and that adjusts the polarization state of the light emitted from the light source, further includes (1) to (7). Phase modulation device.
  • the polarization control member is The polarizer according to (8), wherein the polarization state of the light emitted from the light source is converted so that the direction of a polarization axis is linearly polarized light parallel to the first direction and the second direction.
  • Phase modulator (10)
  • the polarization control member is The phase modulation device according to (8), wherein the phase modulation device is a wave plate that changes a polarization state of light emitted from the light source so that a polarization component parallel to the first direction and the second direction increases.
  • (11) The phase modulation device according to any one of (1) to (10), wherein boundaries between the plurality of pixel regions are shielded from light.
  • a light source Each pixel has a plurality of pixels in which liquid crystal molecules are arranged, a plurality of pixel regions are formed by the plurality of pixels, and the phase of incident light from the light source incident on the plurality of pixel regions is modulated for each pixel.
  • An optical phase modulation element that reproduces a reproduced image, and The optical phase modulation element is As the plurality of pixel regions, At least one first alignment region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules is a first direction parallel to the polarization axis of the incident light; And at least one second alignment region in which the alignment direction of the liquid crystal molecules is parallel to the polarization axis of the incident light and the second direction is 180 ° different from the first direction. apparatus.
  • the display device according to (12) further including: a light intensity modulation element that uses the reproduced image by the optical phase modulation element as illumination light and modulates the intensity of the illumination light to generate an image.

Abstract

本開示の位相変調装置は、光源と、それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、複数の画素によって複数の画素領域が形成され、複数の画素領域に入射した光源からの入射光の位相を画素ごとに変調する光位相変調素子とを備えている。光位相変調素子は、複数の画素領域として、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域とを含む。

Description

位相変調装置、および表示装置
　本開示は、光位相変調素子を用いる位相変調装置、および表示装置に関する。
　光の位相を変調して所望の再生像を得る光位相変調素子が知られている。光位相変調素子は、例えば液晶パネル等のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）で構成される。このような光位相変調素子の応用例として、プロジェクタにおいて、照明装置に光位相変調素子を用いることで画像に応じて位相変調された再生像を生成し、その再生像を映像表示用の光強度変調素子への照明光として利用する技術がある。また、光位相変調素子は、ホログラフィ技術等にも用いられる。また、光位相変調素子は、光スイッチや光コンピュータ等の技術にも用いられる。
特開昭６１－５１１２４号公報 特開昭６１－５１１２５号公報
Gilles Cheriaux, Chris J. Hooker, Michal Stupka, "Wave front generation using a phase-only modulating liquid-crystal-based micro-display with HDTV resolution", Proc. Of SPIE Vol.6584, 65840E,(2007)
　液晶パネルを用いた光位相変調素子では、通常、配向方向はパネル面内で特定の１つの方向とされている。光位相変調素子を回折素子として作用させた場合、配向方向に依存して発生するディスクリネーションの影響によって、回折効率が低下し得る。
　回折効率の均一化を図ることが可能な位相変調装置、および表示装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施の形態に係る位相変調装置は、光源と、それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、複数の画素によって複数の画素領域が形成され、複数の画素領域に入射した光源からの入射光の位相を画素ごとに変調する光位相変調素子とを備え、光位相変調素子が、複数の画素領域として、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域とを含むものである。
　本開示の一実施の形態に係る表示装置は、光源と、それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、複数の画素によって複数の画素領域が形成され、複数の画素領域に入射した光源からの入射光の位相を画素ごとに変調することによって、再生像を再生する光位相変調素子とを備え、光位相変調素子が、複数の画素領域として、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、液晶分子の配向方向が入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域とを含むものである。
　本開示の一実施の形態に係る位相変調装置、または表示装置では、光位相変調素子に複数の画素領域を形成し、画素領域ごとに配向方向の最適化が図られる。
本開示の第１の実施の形態に係る位相変調装置に適用される光位相変調素子の一例を概略的に示す平面図である。 光位相変調素子の画素位置と位相変調量との関係の一例を示す説明図である。 光位相変調素子の一構成例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る位相変調装置の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示す構成図である。 第１の実施の形態に係る表示装置の第２の構成例を概略的に示す構成図である。 比較例に係る光位相変調素子における入射光の偏光軸と配向方向と回折光との関係の一例を示す説明図である。 比較例に係る光位相変調素子による回折方向と回折効率との関係の一例を示す説明図である。 比較例に係る光位相変調素子による再生像の一例を示す説明図である。 比較例に係る光位相変調素子による表示パターンおよび回折方向の一例を示す説明図である。 ブレーズド回折格子のレベルを示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における入射光の偏光軸と配向方向と回折光との関係の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第１の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第２の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第３の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第４の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第５の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第６の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第７の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第８の例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る光位相変調素子における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションの第９の例を示す説明図である。 比較例に係る光位相変調素子と第１の実施の形態に係る光位相変調素子とにおける回折方向と回折効率との関係を比較して示す説明図である。 第２の実施の形態に係る光位相変調素子における入射光の偏光軸と配向方向との関係の一例を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る位相変調装置の第１の構成例を示す構成図である。 第３の実施の形態に係る位相変調装置の第２の構成例を示す構成図である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．第１の実施の形態（図１～図２２）
　　１．０　比較例
　　１．１　第１の実施の形態に係る位相変調装置および表示装置の構成および動作
　　１．２　光位相変調素子における配向方向の最適化
　　１．３　効果
　２．第２の実施の形態（図２３）
　３．第３の実施の形態（図２４～図２５）
　４．その他の実施の形態
＜１．第１の実施の形態＞
［１．０　比較例］
　光位相変調素子において、ホログラムパターンを表示することで、位相変調による像の再生が可能となる。光位相変調素子はマイクロディスプレイと呼ばれる、画素ピッチが数ミクロン～１０数ミクロンの液晶パネルが用いられることが多い。このとき、隣接する画素に異なる電圧を印可した場合、画素間に生じる横電界の影響を受け、ディスクリネーションと呼ばれる配向異常が発生する。配向異常を生じると位相変調量が、本来求められている状態からずれるため、回折効率の低下、ひいては再生像の劣化が生じる。また、配向異常の状態は液晶材料の配向方向に依存するため、通常、特定方向に揃った配向方向を持つＳＬＭにおいて位相変調を行った場合、回折方向によって回折効率が異なり、再生像が劣化し得る。非特許文献１(Gilles Cheriaux, Chris J. Hooker, Michal Stupka, "Wave front generation using a phase-only modulating liquid-crystal-based micro-display with HDTV resolution", Proc. Of SPIE Vol.6584, 65840E,(2007))では、２つの異なる電圧を画素ラインごとに交互に印可したときの回折方向と回折効率とについて検証しており、画素間に生じるディスクリネーションにより波面の乱れが生じることで、回折効率に差が生じている。
　そこで、本開示では、光位相変調素子内の画素領域おいて、配向方向を２つ以上持つことで、ディスクリネーションの影響を平均化し、回折効率の均一化および再生像の劣化抑制を行う技術について説明する。
　なお、特許文献１，２（特開昭６１－５１１２４号公報、特開昭６１－５１１２５号公報）には、光強度変調素子における視野角改善技術として、表示パターンと称される画素ごとの配向方向を異ならせる技術が開示されている。しかしながら、画素ごとに配向方向を異ならせた場合には、それぞれの画素に同一の電圧を印可して液晶を制御しようとする場合であっても、配向の異なる境界部分にディスクリネーションが発生してしまう。特に光位相変調素子に用いられるマイクロディスプレイでは、画素ピッチが数ミクロン～１０数ミクロンとなるため、各画素に発生するディスクリネーションの影響を大きく受けてしまい、各画素で目的の位相変調量を得ることが困難となる。さらに、特許文献１に記載の技術では、光強度変調を行うために、基板の上下に偏光板を必要としているが、光位相変調ではこのような光取り出し側の光学素子は必要とされない。
［１．１　第１の実施の形態に係る位相変調装置および表示装置の構成および動作］
（位相変調装置の概要）
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る位相変調装置に適用される光位相変調素子１の一例を概略的に示している。図２は、光位相変調素子１の画素位置と位相変調量との関係の一例を示している。図３は、光位相変調素子１の一断面の構成例を示している。
　光位相変調素子１は、マトリクス状に配置された複数の画素１０を有している。複数の画素１０によって、画素領域９０が形成されている。画素領域９０は、光源からの光が照射される照射領域である。光位相変調素子１において、各画素１０ごとに光源からの光の位相を変調することで、回折格子として用いることができる。例えば図２に示したように、ブレーズド回折格子を構成できる。図２において、横軸は画素位置、縦軸は位相変調量を示す。位相の変調量は例えば０～２πの範囲となる。
　光位相変調素子１は、例えば、位相変調液晶パネルで構成されている。光位相変調素子１は、図３に示したように、例えば、互いに対向配置された第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを備えている。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間には、液晶分子１４を含む液晶層１３が図示しない封止部材によって封止されている。
　第１のガラス基板２における第２のガラス基板３に対向する対向面上には、配向膜１５が設けられている。第２のガラス基板３における第１のガラス基板２に対向する対向面上には、配向膜１６が設けられている。液晶分子１４は、画素１０ごとに、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間に複数配列されている。各画素１０における液晶分子１４の配向方向は、例えば配向膜１５および配向膜１６によって規定される。
　第１のガラス基板２には、対向電極（共通電極）４が設けられている。第２のガラス基板３には、複数の画素電極１１が設けられている。図３には、複数の画素電極１１の一例として、隣り合う２つの画素電極のみを示している。
　対向電極４には、複数の画素電極１１に共通の共通電圧（例えば０［Ｖ］）が印加される。複数の画素電極１１には、入力信号に応じた印加電圧（例えばＶ１［Ｖ］）が印加される。光位相変調素子１における各画素１０の位相変調量は、印加電圧に応じて変化する。
　光位相変調素子１は、反射型の位相変調液晶パネルであってもよいし、透過型の位相変調液晶パネルであってもよい。反射型の位相変調液晶パネルの場合、対向電極４は光を透過する透明電極、画素電極１１は光を反射する反射電極で構成される。透過型の位相変調液晶パネルの場合、対向電極４と画素電極１１とが共に、光を透過する透明電極で構成される。
　このような光位相変調素子１は、例えばプロジェクタにおける光強度変調素子への照明光を生成する照明装置の一部として利用される。また、光位相変調素子１は、ホログラフィ技術等にも用いられる。また、光位相変調素子１は、光スイッチや光コンピュータ等の技術にも用いられる。
　図４は、第１の実施の形態に係る位相変調装置の回路構成例を示している。
　位相変調装置は、光源５０からの光の位相を変調する光位相変調素子１と、位相分布演算回路５１と、位相変調素子駆動回路５２とを備えている。
　位相分布演算回路５１は、入力信号に基づいて、目的位相分布データ（位相変調信号）を生成する位相分布演算部である。目的位相分布データは、目的とする再生像６０（目的再生像）を光位相変調素子１によって再生することが可能となるような位相分布を持つデータである。
　ここで、例えば、光位相変調素子１をプロジェクタにおける照明装置の一部として利用する場合、入力信号は例えば画像信号である。この場合、再生像６０は照明対象物５を照明する照明像となる。照明対象物５は、例えばプロジェクタにおける強度変調液晶パネル等の光強度変調素子である。この場合、目的位相分布データは、プロジェクタで表示する画像に応じた輝度分布を持つ照明像を形成することが可能な位相分布パターンを持つデータである。
　回折素子駆動回路５２は、位相分布演算回路５１で生成された目的位相分布データに基づく印加電圧（駆動電圧）を生成し、各画素１０が目的とする位相分布となるように光位相変調素子１を駆動する。
　光位相変調素子１は、回折素子駆動回路５２によって与えられた印加電圧に基づいて光源５０からの光の位相を変調する。
　図４は、第１の実施の形態に係る位相変調装置の回路構成例を示している。
　位相変調装置は、光源５０からの光の位相を変調する光位相変調素子１と、位相分布演算回路５１と、位相変調素子駆動回路５２とを備えている。
　位相分布演算回路５１は、入力信号に基づいて、目的位相分布データ（位相変調信号）を生成する位相分布演算部である。目的位相分布データは、目的とする再生像６０（目的再生像）を光位相変調素子１によって再生することが可能となるような位相分布を持つデータである。
　ここで、例えば、光位相変調素子１をプロジェクタにおける照明装置の一部として利用する場合、入力信号は例えば画像信号である。この場合、再生像６０は照明対象物５を照明する照明像となる。照明対象物５は、例えばプロジェクタにおける強度変調液晶パネル等の光強度変調素子である。この場合、目的位相分布データは、プロジェクタで表示する画像に応じた輝度分布を持つ照明像を形成することが可能な位相分布パターンを持つデータである。
　回折素子駆動回路５２は、位相分布演算回路５１で生成された目的位相分布データに基づく印加電圧（駆動電圧）を生成し、各画素１０が目的とする位相分布となるように光位相変調素子１を駆動する。
　光位相変調素子１は、回折素子駆動回路５２によって与えられた印加電圧に基づいて光源５０からの光の位相を変調する。
　図４の位相変調装置において、フィールドシーケンシャル方式（時分割方式）で、互いに波長の異なる複数の光の位相変調を行う場合、光源５０から、互いに波長の異なる複数の光を時分割で出射する。光位相変調素子１は、光源５０からの複数の光の位相を波長ごとに時分割で変調して、波長ごとの複数の再生像６０を時分割で再生する。位相分布演算回路５１は、光位相変調素子１によって再生される波長ごとの複数の再生像６０に対応する波長ごとの複数の位相分布のデータ（目的位相分布データ）を生成する。位相変調素子駆動回路５２は、波長ごとの複数の位相分布のデータに基づいて、光位相変調素子１に印加する波長ごとの複数の印加電圧を生成し、光位相変調素子１に対して、複数の光の位相を波長ごとに時分割で変調させる。
（表示装置への適用例）
　図５および図６に、図４の位相変調装置を用いた第１の実施の形態に係る表示装置としてのプロジェクタの第１および第２の構成例を示す。図５および図６には、フィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示を行うプロジェクタの構成例を示す。
　図５に示したプロジェクタ１００、および図６に示したプロジェクタ１００Ａはそれぞれ、光源５０と、光位相変調素子１と、光強度変調素子６１と、投射レンズ（投影光学系）８１とを備えている。
　なお、図５および図６には、光位相変調素子１として透過型位相変調素子を用いた構成例を示すが、反射型位相変調素子で構成してもよい。
　図５に示したプロジェクタ１００は、光強度変調素子６１として透過型の光強度変調素子、例えば透過型の強度変調液晶表示パネルで構成した例を示している。図６に示したプロジェクタ１００Ａは、光強度変調素子６１として反射型の光強度変調素子、例えば反射型の強度変調液晶表示パネルで構成した例を示している。
　光源５０は、赤色（Ｒ）光を発する赤用光源と、緑色（Ｇ）光を発する緑用光源と、青色（Ｂ）光を発する青用光源とを有している。赤用光源、緑用光源、および青用光源はそれぞれ、例えば１または複数のレーザ光源で構成されている。光源５０は、赤色光と、緑色光と、青色光とを時分割で出射する。
　プロジェクタ１００，１００Ａでは、光位相変調素子１が光源５０からの各色の光で照明される。このとき、光位相変調素子１は、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれの色ごとに、時分割で照明される。光位相変調素子１は、各色の波長ごとに最適化された位相分布パターンを時分割で表示する。図４の位相分布演算回路５１は、光位相変調素子１によって再生される各色の再生像６０に対応する各色の位相分布のデータ（目的位相分布データ）を生成する。位相変調素子駆動回路５２は、各色の位相分布のデータに基づいて、光位相変調素子１に印加する各色の印加電圧を生成し、光位相変調素子１に対して、各色の光の位相を色ごとに時分割で変調させる。
　光強度変調素子６１には、光位相変調素子１によって形成された各色の再生像６０が照明光として、色ごとに時分割で照射される。光強度変調素子６１は、光源５０が各色光を発するタイミングに同期して、各色の照明光に対して強度変調を行い、各色の投影画像を時分割で生成する。
　赤色光、緑色光、および青色光による各色の投影画像は、投射レンズ８１に向けて出射される。投射レンズ８１は、その各色の投影画像を、スクリーン８０等の投影面に時分割で投影する。
　なお、以上では、光位相変調素子１と光強度変調素子６１とを組み合わせた表示装置の構成例を説明したが、光強度変調素子６１を用いない表示装置であってもよい。例えば、光位相変調素子１による再生像６０を照明光に利用するのではなく、再生像６０そのものを、表示画像とするような表示装置であってもよい。
　また、図５および図６にはフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示を行う表示装置の構成例を示したが、１つの光位相変調素子１の別々の照射領域に各色の光を同時に照射するような構成であってもよい。また、光位相変調素子１を複数備え、別々の光位相変調素子１に各色の光を別々に照射するような構成であってもよい。これにより、例えばいわゆる３板式のプロジェクタを構成してもよい。
［１．２　光位相変調素子における配向方向の最適化］
（光位相変調素子における配向方向と回折効率との関係）
　図７は、比較例に係る光位相変調素子１０１における入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘと配向方向と回折光との関係の一例を示している。なお、図７には、光位相変調素子１０１を反射型の回折格子として作用させた例を示す。
　比較例に係る光位相変調素子１０１は、画素領域９０全体として、配向方向が１つの方向（－Ｘ方向）とされている。比較例に係る光位相変調素子１０１において、偏光軸ＰｘがＸ軸方向に平行な入射光Ｌ１を照射し、回折させた場合、配向方向に依存して発生するディスクリネーションによる位相ずれの影響を受け、回折方向によって回折効率に差が生じる。例えば、配向方向とは反対方向（Ｘ方向）に回折される回折光Ｌ１２の方が、配向方向と同方向（－Ｘ方向）に回折される回折光Ｌ１１に比べて回折効率が低下する。これにより、配向方向とは反対方向に回折される回折光Ｌ１２の方が、配向方向と同方向に回折される回折光Ｌ１１に比べて相対的に光強度が低くなる。
　図８は、図７に示した比較例に係る光位相変調素子１０１による回折方向と回折効率との関係の一例を示している。図９は、比較例に係る光位相変調素子１０１による再生像６０の一例を示している。図１０は、比較例に係る光位相変調素子１０１による表示パターンおよび回折方向の一例を示している。図１１は、ブレーズド回折格子のレベルの一例を示している。
　図８の回折効率の特性は、図１０および図１１に示した条件で求められたものである。図１０に示したように、光位相変調素子１０１に回折方向の異なるブレーズド回折格子の表示パターン（位相分布パターン）を表示し、スクリーン８０で再生像６０を再生する。回折方向はスクリーン面において０°方向、９０°方向、１８０°方向、および２７０°方向である。光位相変調素子１０１による回折角度は、表示するブレーズド回折格子のレベルによって変化する。図１１には、４値（４レベル）、８値（８レベル）、１６値（１６レベル）のブレーズド回折格子の例を示す。
　図８に示したように、比較例に係る光位相変調素子１０１では、回折方向により回折効率に差異が生じる。図８の比較例では、回折方向が１８０°の場合のみ回折効率が高く、他の回折方向では回折効率が低下している。このため、例えば図９に示したように、光位相変調素子１０１による再生像６０の均一性が悪化する。なお、図９では、再生像６０の理想状態が面内で一様な輝度分布である場合を例にしている。
（最適化された配向方向の具体例）
　上記比較例に係る光位相変調素子１０１に対して、第１の実施の形態に係る光位相変調素子１は、複数の画素１０によって複数の画素領域を形成し、各画素領域の配向方向を最適化している。光位相変調素子１は、複数の画素領域に入射した入射光Ｌ１の位相を画素ごとに変調する。複数の画素領域には、少なくとも１つの第１の配向領域と少なくとも１つの第２の配向領域とが含まれるようにする。第１の配向領域は、液晶分子１４の配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向とされた領域とする。第２の配向領域は、液晶分子１４の配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた領域とする。
　また、複数の画素領域として、液晶分子１４の配向方向が第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向とされた少なくとも１つの第３の配向領域、をさらに含んでいてもよい。
　以下、複数の画素領域および最適化された配向方向の具体例を説明する。
　図１２は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子１における入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘと配向方向と回折光との関係の一例を示している。なお、図１２には、光位相変調素子１を反射型の回折格子として作用させた例を示す。
　図１２の例では、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に２分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とが形成されている。上述の第１の方向を－Ｘ方向、第２の方向をＸ方向としている。第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。
　図１２に示すように、光位相変調素子１の画素領域９０内において、配向方向を偏光軸Ｐｘに対して水平（平行）であり、かつ１８０°異なる２方向が含まれるようにすることで、回折効率が均一化される。これにより、再生像も均一化される。
　図１２の例では、光位相変調素子１において、偏光軸ＰｘがＸ軸方向に平行な入射光Ｌ１を照射し、回折させた場合、第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とで、配向方向に依存して発生するディスクリネーションによる位相ずれが、互いに逆特性となることで、回折効率が均一化される。第１の画素領域９１においては、Ｘ方向に回折される回折光Ｌ１２の方が、－Ｘ方向に回折される回折光Ｌ１１に比べて回折効率が低下する。逆に、第２の画素領域９２においては、－Ｘ方向に回折される回折光Ｌ２１の方が、Ｘ方向に回折される回折光Ｌ２２に比べて回折効率が低下する。これにより、画素領域９０全体としては、回折効率が均一化される。
　図１３～図２１に、光位相変調素子１における複数の画素領域および最適化された配向方向のバリエーションを示す。
　回折効率を均一化するためには、少なくとも、入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行、かつ１８０°異なる２方向の配向領域が含まれていればよいため、画素領域９０の分割方法、および配向領域の設定方法には例えば図１３～図２１に示すようなバリエーションが考えられる。なお、以下では、入射光Ｌ１の偏光軸ＰｘがＸ軸に平行な方向であり、上述の第１の方向を－Ｘ方向、第２の方向をＸ方向とする場合を例に説明する。入射光Ｌ１の偏光軸ＰｘがＸ軸とは角度θだけ異なる他の方向となる場合には、上述の第１の方向および第２の方向もＸ軸とは角度θだけ異なる他の方向に平行な方向とすればよい。
　ここで、図１３～図１６には、画素領域９０を第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とに２分割し、それぞれの配向方向を異ならせた例を示す。２分割の場合は、配向方向は入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに平行で、かつ１８０°異なる２方向のみで構成され、画素領域９０の分割箇所、および分割面積は任意である。
　図１３は、図１２の例と同様に、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に２分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とが形成された例を示している。図１３の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。
　図１４は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に２分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とが形成された例を示している。図１４の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第２の方向とは１８０°異なる第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。
　図１５は、光位相変調素子１の画素領域９０が、上下方向に２分割され、上下方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とが形成された例を示している。図１５の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。
　図１６は、第１の画素領域９１と第２の画素領域９２との境界が直線状ではなく曲線状となっていること以外は、基本的に、図１４の例と同様である。
　また、図１７～図２１には、画素領域９０を第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３とに３分割し、それぞれの配向方向を最適化した例を示す。なお、画素領域９０を、さらに４分割以上に多分割することも可能である。３分割以上の多分割の場合、入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ１８０°異なる２方向の配向が少なくとも一部に含まれていればよい。その他の分割領域の配向方向は任意である。また、画素領域９０の分割箇所、および分割面積も２分割の場合と同様に任意である。
　図１７は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に３分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３とが形成された例を示している。図１７の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。第３の画素領域９３は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。
　図１８は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に略２分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２とが形成されると共に、第１の画素領域９１内に第３の画素領域９３が形成された例を示している。図１８の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。第３の画素領域９３は、配向方向が第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向とされた第３の配向領域となっている。
　図１９は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に３分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３とが形成された例を示している。図１９の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向とされた第３の配向領域となっている。第３の画素領域９３は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。
　図２０は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に３分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３とが形成された例を示している。図２０の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。第３の画素領域９３は、配向方向が第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向とされた第３の配向領域となっている。
　図２１は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に３分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３とが形成された例を示している。図２１の例では、第１の画素領域９１は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。第２の画素領域９２は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第３の画素領域９３は、配向方向が第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向とされた第３の配向領域となっている。
　なお、第３の配向領域の面積は、複数の画素領域全体（画素領域９０全体）の面積の２％以下であることが望ましい。
　図２２は、比較例に係る光位相変調素子１０１と第１の実施の形態に係る光位相変調素子１とにおける回折方向と回折効率との関係の一例を比較して示している。
　なお、図２２において、比較例に係る光位相変調素子１０１の回折特性は、図８と同様である。図２２において、符号２００に示す特性は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子１の回折特性を示す。
　図２２において、例えば１６レベルの回折特性に注目すると、比較例に係る光位相変調素子１０１で回折効率の均一化を図るためには、回折効率のワースト値８４．７％（９０°方向）に合わせて光位相変調素子１０１に表示する位相分布を設計する必要がある。これに対して、第１の実施の形態に係る光位相変調素子１では、上述のように配向方向を最適化することにより、平均化された回折効率が得られるため、方向によらず８６．４％程度の回折効率が得られると予測される。このことから、第１の実施の形態に係る光位相変調素子１では、比較例に係る光位相変調素子１０１に対して、２％程度の回折効率の上昇が見込まれる。従って、第３の配向領域が回折に寄与しない領域であるものとすると、その面積はおおむね画素領域９０全体の２％以下であることが望ましい。
（配向方向の制御の具体例）
　光位相変調素子１は、複数の画素領域のそれぞれにおける液晶分子１４の配向方向を制御する配向制御手段（配向制御部）を有する。配向制御手段は、例えば配向膜１５，１６（図３参照）を用いる方法であってもよい。この場合、ＳｉＯの斜方蒸着、ポリイミドのラビング、または高分子膜に異方性のある光を照射することなどによって配向方向を決定する方法がある。さらに、配向制御手段としては、配向膜１５，１６を用いない方法であってもよい。例えば、電圧印可時に液晶分子１４の傾き方向が一定となるような構造物を液晶層１３に設けることで液晶分子１４の傾き方向を規制する方法がある。また、電極を用いてパネル正面視で斜め方向に電界を発生させることで、液晶分子１４の傾き方向を確定する方法などがある。これらの手法を用いて配向方向を規定することができる。
（光源５０の具体例）
　光源５０は、コヒーレント光源であることが望ましい。光源５０にレーザ光源などのコヒーレントな光源を用いる場合、偏光板などの偏光制御手段を用いることなく、入射光Ｌ１として直線偏光の光を光位相変調素子１に入射することができる。このため、入射光Ｌ１の干渉性が高まることから回折効率の向上を図ることができる。この場合、入射光Ｌ１を直線偏光にするための余分な光学部材を必要としないことから表示装置のコスト低減が可能となる。
（その他）
　光位相変調素子１において、複数の画素領域の境界は遮光されていることが望ましい。配向方向が異なる領域の境界においては、配向制御手段の切り替わり部分ができるため、意図した方向に配向できない領域が発生する。その場合、液晶分子１４の傾斜方向が安定しないため、ディスクリネーションが発生し、そのディスクリネーションによるノイズによって再生像の劣化が生じる。そこで、ノイズによる劣化を防ぐため、分割境界を遮光することでディスクリネーションを隠すことが望ましい。
［１．３　効果］
　以上説明したように、第１の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置によれば、光位相変調素子１に複数の画素領域を形成し、画素領域ごとに配向方向の最適化を図るようにしたので、光位相変調素子１における回折効率の均一化を図ることが可能となる。
　第１の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置によれば、光位相変調素子１における回折方向に対して回折効率の均一化が図られ、ひいては再生像６０の均一化が可能となる。これにより、光位相変調素子１に表示する位相分布を計算する際に、再生像６０の不均一性の補正を考慮する必要がなくなるため、設計および生産時の調整工数が減少する。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。
＜２．第２の実施の形態＞
　次に、本開示の第２の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
　例えば、図４～図６に示した構成例において、光源５０は、互いに波長の異なる複数の光を出射してもよい。光位相変調素子１には、入射光Ｌ１が、波長ごとに設定された複数の照射領域に照射されてもよい。この場合、複数の照射領域はそれぞれ、上記第１の実施の形態のように、第１の配向領域と第２の配向領域とを含むように設定されてもよい。
　光源５０が異なる２つ以上の波長を持つ場合、例えばＲＧＢの成分を持つ光を同時に光位相変調素子１に入射し、それぞれの波長における再生像６０を再生面上で合成することで、フルカラー表示することが可能である。このとき、ＲＧＢの成分を持つ光は光位相変調素子１の異なる箇所に入射されるため、その異なる箇所において、入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに平行で、かつ１８０°異なる２方向の配向方向を持つことで、再生像６０の均一化が可能となる。
　なお、それぞれの波長の照射位置、照射形状、複数の画素領域の分割形状、および分割数は任意である。さらに、各波長の照射領域内に、入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに平行かつ１８０°異なる２方向の配向方向が含まれていればそれ以外の配向方向は任意である。
　図２３は、第２の実施の形態に係る光位相変調素子１における入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘと配向方向との関係の一例を示している。
　図２３は、光位相変調素子１の画素領域９０が、水平方向に４分割され、水平方向に第１の画素領域９１と第２の画素領域９２と第３の画素領域９３と第４の画素領域９４とが形成された例を示している。図２３の例では、第１の画素領域９１と第３の画素領域９３とが、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行な第１の方向（－Ｘ方向）とされた第１の配向領域となっている。第２の画素領域９２と第４の画素領域９４は、配向方向が入射光Ｌ１の偏光軸Ｐｘに対して平行で、かつ、第１の方向とは１８０°異なる第２の方向（Ｘ方向）とされた第２の配向領域となっている。
　例えば図２３に示したように、Ｒ（赤色）光の照射領域９０Ｒと、Ｇ（緑色）光の照射領域９０Ｇと、Ｂ（青色）光の照射領域９０Ｂとを設定してもよい。
　Ｒ光の照射領域９０Ｒは、第１の画素領域９１の全体と第２の画素領域９２の一部とを含んでいる。これにより、Ｒ光の照射領域９０Ｒは、第１の配向領域と第２の配向領域とを含むように設定されている。
　Ｇ光の照射領域９０Ｇは、第２の画素領域９２の一部と第３の画素領域９３の一部とを含んでいる。これにより、Ｇ光の照射領域９０Ｇは、第１の配向領域と第２の配向領域とを含むように設定されている。
　Ｂ光の照射領域９０Ｂは、第３の画素領域９３の一部と第４の画素領域９４の全体とを含んでいる。これにより、Ｂ光の照射領域９０Ｂは、第１の配向領域と第２の配向領域とを含むように設定されている。
　その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置と略同様であってもよい。
＜３．第３の実施の形態＞
　次に、本開示の第３の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
　干渉性を高くし、回折効率を上げるためには、光位相変調素子１に入射する光は配向方向になるべく平行である直線偏光であることが望ましい。そのため光位相変調素子１に入射する光の偏光状態を調整する偏光制御手段（偏光制御部材）を光源５０と光位相変調素子１との間に設けてもよい。
　図２４は、第３の実施の形態に係る位相変調装置の第１の構成例を示している。図２５は、第３の実施の形態に係る位相変調装置の第２の構成例を示している。
　図２４は、偏光制御部材として、光源５０と光位相変調素子１との間に偏光子５３を配置した構成例を示している。偏光子５３は、光源５０から出射された光の偏光状態を、偏光軸の方向が第１の方向および第２の方向に平行な直線偏光となるように変換する。偏光子５３は、例えば偏光板やＰＢＳであってもよい。
　図２５は、偏光制御部材として、光源５０と光位相変調素子１との間に、複屈折材料を用いた波長板５４を配置した構成例を示している。波長板５４は、第１の方向および第２の方向に平行な偏光成分が増加するように、光源５０から出射された光の偏光状態を変える。これにより、光源５０から出射された光の直線偏光成分を最大化する。
　なお、以上で挙げた偏光子５３としての偏光板およびＰＢＳと、波長板５４とを組み合わせて使用してもよい。
　その他の構成、動作および効果は、上記第１または第２の実施の形態に係る位相変調装置、および表示装置と略同様であってもよい。
＜４．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
　例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
　以下の構成の本技術によれば、光位相変調素子に複数の画素領域を形成し、画素領域ごとに配向方向の最適化を図るようにしたので、光位相変調素子における回折効率の均一化を図ることが可能となる。
（１）
　光源と、
　それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、前記複数の画素によって複数の画素領域が形成され、前記複数の画素領域に入射した前記光源からの入射光の位相を前記画素ごとに変調する光位相変調素子と
　を備え、
　前記光位相変調素子は、
　前記複数の画素領域として、
　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、
　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、前記第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域と
　を含む
　位相変調装置。
（２）
　前記光位相変調素子は、
　前記複数の画素領域として、
　前記液晶分子の配向方向が前記第１の方向および前記第２の方向とは異なる第３の方向とされた少なくとも１つの第３の配向領域、をさらに含む
　上記（１）に記載の位相変調装置。
（３）
　前記第３の配向領域の面積は、前記複数の画素領域全体の面積の２％以下である
　上記（２）に記載の位相変調装置。
（４）
　前記光源は、コヒーレント光源である
　上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の位相変調装置。
（５）
　前記光位相変調素子は、
　前記複数の画素領域のそれぞれにおける前記液晶分子の配向方向を制御する配向制御部、
　をさらに有する
　上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の位相変調装置。
（６）
　前記光位相変調素子は、
　前記液晶分子を挟んで互いに対向配置された第１および第２の基板、
　をさらに有し、
　前記配向制御部は、前記第１および第２の基板のそれぞれの対向面上に設けられている
　上記（５）に記載の位相変調装置。
（７）
　前記光源は、互いに波長の異なる複数の光を出射し、
　前記光位相変調素子には、
　前記入射光が、波長ごとに設定された複数の照射領域に照射されるようになされ、
　前記複数の照射領域はそれぞれ、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とを含むように設定される
　上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の位相変調装置。
（８）
　前記光源と前記光位相変調素子との間に配置され、前記光源から出射された光の偏光状態を調整する偏光制御部材、をさらに備える
　上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の位相変調装置。
（９）
　前記偏光制御部材は、
　前記光源から出射された光の偏光状態を、偏光軸の方向が前記第１の方向および前記第２の方向に平行な直線偏光となるように変換する偏光子である
　上記（８）に記載の位相変調装置。
（１０）
　前記偏光制御部材は、
　前記第１の方向および前記第２の方向に平行な偏光成分が増加するように、前記光源から出射された光の偏光状態を変える波長板である
　上記（８）に記載の位相変調装置。
（１１）
　前記複数の画素領域の境界は遮光されている
　上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の位相変調装置。
（１２）
　光源と、
　それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、前記複数の画素によって複数の画素領域が形成され、前記複数の画素領域に入射した前記光源からの入射光の位相を前記画素ごとに変調することによって、再生像を再生する光位相変調素子と
　を備え、
　前記光位相変調素子は、
　前記複数の画素領域として、
　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、
　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、前記第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域と
　を含む
　表示装置。
（１３）
　前記光位相変調素子による前記再生像を照明光とし、前記照明光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子、をさらに備えた
　上記（１２）に記載の表示装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０１８年５月１５日に出願された日本特許出願番号第２０１８－０９３７１７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (13)

  1. 　光源と、
    　それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、前記複数の画素によって複数の画素領域が形成され、前記複数の画素領域に入射した前記光源からの入射光の位相を前記画素ごとに変調する光位相変調素子と
    　を備え、
    　前記光位相変調素子は、
    　前記複数の画素領域として、
    　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、
    　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、前記第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域と
    　を含む
    　位相変調装置。
  2. 　前記光位相変調素子は、
    　前記複数の画素領域として、
    　前記液晶分子の配向方向が前記第１の方向および前記第２の方向とは異なる第３の方向とされた少なくとも１つの第３の配向領域、をさらに含む
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  3. 　前記第３の配向領域の面積は、前記複数の画素領域全体の面積の２％以下である
    　請求項２に記載の位相変調装置。
  4. 　前記光源は、コヒーレント光源である
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  5. 　前記光位相変調素子は、
    　前記複数の画素領域のそれぞれにおける前記液晶分子の配向方向を制御する配向制御部、
    　をさらに有する
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  6. 　前記光位相変調素子は、
    　前記液晶分子を挟んで互いに対向配置された第１および第２の基板、
    　をさらに有し、
    　前記配向制御部は、前記第１および第２の基板のそれぞれの対向面上に設けられている
    　請求項５に記載の位相変調装置。
  7. 　前記光源は、互いに波長の異なる複数の光を出射し、
    　前記光位相変調素子には、
    　前記入射光が、波長ごとに設定された複数の照射領域に照射されるようになされ、
    　前記複数の照射領域はそれぞれ、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とを含むように設定される
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  8. 　前記光源と前記光位相変調素子との間に配置され、前記光源から出射された光の偏光状態を調整する偏光制御部材、をさらに備える
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  9. 　前記偏光制御部材は、
    　前記光源から出射された光の偏光状態を、偏光軸の方向が前記第１の方向および前記第２の方向に平行な直線偏光となるように変換する偏光子である
    　請求項８に記載の位相変調装置。
  10. 　前記偏光制御部材は、
    　前記第１の方向および前記第２の方向に平行な偏光成分が増加するように、前記光源から出射された光の偏光状態を変える波長板である
    　請求項８に記載の位相変調装置。
  11. 　前記複数の画素領域の境界は遮光されている
    　請求項１に記載の位相変調装置。
  12. 　光源と、
    　それぞれに液晶分子が配列された複数の画素を有し、前記複数の画素によって複数の画素領域が形成され、前記複数の画素領域に入射した前記光源からの入射光の位相を前記画素ごとに変調することによって、再生像を再生する光位相変調素子と
    　を備え、
    　前記光位相変調素子は、
    　前記複数の画素領域として、
    　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行な第１の方向とされた少なくとも１つの第１の配向領域と、
    　前記液晶分子の配向方向が前記入射光の偏光軸に対して平行で、かつ、前記第１の方向とは１８０°異なる第２の方向とされた少なくとも１つの第２の配向領域と
    　を含む
    　表示装置。
  13. 　前記光位相変調素子による前記再生像を照明光とし、前記照明光を強度変調して画像を生成する光強度変調素子、をさらに備えた
    　請求項１２に記載の表示装置。
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