JP2003098560A - Optical element, optical deflection element and image display device - Google Patents
Optical element, optical deflection element and image display deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号によって
光の方向を変える光偏向素子、及び光偏向素子を利用し
た画像表示装置に関し、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
イ装置に応用可能な光偏向技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light deflection element that changes the direction of light according to an electric signal, and an image display device using the light deflection element, and is applicable to electronic display devices such as projection displays and head mounted displays. Optical deflection technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】光偏向素子なる光学素子として、従来よ
り、KH2PO4(KDP),NH4H2PO4(AD
P),LiNbO3,LiTaO3,GaAs,CdTe
など第1次電気光学効果(ポッケルス効果)の大きな材
料や、KTN,SrTiO3,CS2,ニトロベンゼン等
の第2次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学デ
バイスや、ガラス,シリカ,TeO2などの材料を用い
た音響光学デバイスが知られている(例えば、青木昌治
編;「オプトエレクトロニックデバイス」、昭晃堂)。
これらは、一般的に、十分大きな光偏向量を得るために
は光路長を長く取る必要があり、また、材料が高価であ
るため用途が制限されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, KH 2 PO 4 (KDP), NH 4 H 2 PO 4 (AD
P), LiNbO 3 , LiTaO 3 , GaAs, CdTe
Electro-optical devices using materials with large primary electro-optical effect (Pockels effect), materials with large secondary electro-optical effect such as KTN, SrTiO 3 , CS 2 and nitrobenzene, glass, silica, TeO 2 Acousto-optic devices using materials such as (for example, Shoji Aoki; “Optoelectronic Device”, Shokoido) are known.
Generally, these require a long optical path length in order to obtain a sufficiently large light deflection amount, and their materials are expensive, so that their applications are limited.
【0003】一方で、液晶材料を用いた光偏向素子なる
光学素子も各種提案されており、その数例を挙げると、
以下に示すような提案例がある。例えば、特開平6−1
8940号公報によれば、光空間スイッチの光の損失を
低減することを目的に、人工複屈折板からなる光ビーム
シフタが提案されている。内容的には、2枚のくさび形
の透明基板を互いに逆向きに配置し、該透明基板間に液
晶層を挟んだ光ビームシフタ、及びマトリクス形偏向制
御素子の後面に前記光ビームシフタを接続した光ビーム
シフタが提案され、併せて、2枚のくさび形の透明基板
を互いに逆向きに配置し、該透明基板間にマトリクス駆
動が可能で、入射光ビームを半セルシフトする液晶層を
挟んだ光ビームシフタを半セルずらして多段接続した光
ビームシフタが提案されている。On the other hand, various optical elements, which are light deflection elements using a liquid crystal material, have been proposed.
There are proposal examples as shown below. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-1
According to Japanese Patent No. 8940, a light beam shifter including an artificial birefringent plate is proposed for the purpose of reducing the light loss of the optical space switch. Specifically, two wedge-shaped transparent substrates are arranged opposite to each other, and a light beam shifter having a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates and a light beam shifter connected to the rear surface of the matrix type deflection control element are provided. A beam shifter has been proposed. In addition, a light beam shifter in which two wedge-shaped transparent substrates are arranged in opposite directions, matrix driving is possible between the transparent substrates, and a liquid crystal layer that shifts an incident light beam by a half cell is sandwiched is provided. A light beam shifter in which half cells are shifted and connected in multiple stages has been proposed.
【0004】しかし上記特開平6−18940号公報例
においては、液晶材料にネマチック液晶を用いているた
め、応答速度をサブミリ秒にまで速めることは困難であ
り、高速なスイッチングが必要な用途には用いることは
できない。However, in the example of Japanese Patent Laid-Open No. 6-18940, since nematic liquid crystal is used as the liquid crystal material, it is difficult to increase the response speed to sub-milliseconds, and for applications requiring high-speed switching. It cannot be used.
【0005】また、特開平9−133904号公報によ
れば、大きな偏向を得ることが可能で、偏向効率が高
く、しかも、偏向角と偏向距離とを任意に設定すること
ができる光偏向スイッチが提案されている。具体的に
は、2枚の透明基板を所定の間隔で対向配置させ、対向
させた面に垂直配向処理を施し、透明基板間にスメクチ
ックA相の強誘電性液晶を封入し、前記透明基板に対し
て垂直配向させ、スメクチック層と平行に交流電界を印
加できるように電極対を配置し、電極対に交流電界を印
加する駆動装置を備えた液晶素子である。即ち、スメク
チックA相の強誘電性液晶による電傾効果を用い、液晶
分子の傾斜による複屈折によって、液晶層に入射する偏
光の屈折角と変位する方向を変化できるようにしたもの
である。Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 9-133904, there is provided an optical deflection switch capable of obtaining a large deflection, high in deflection efficiency, and capable of arbitrarily setting a deflection angle and a deflection distance. Proposed. Specifically, two transparent substrates are arranged to face each other at a predetermined interval, and the surfaces facing each other are subjected to vertical alignment treatment, and a smectic A-phase ferroelectric liquid crystal is sealed between the transparent substrates, It is a liquid crystal element having a driving device that is vertically aligned with respect to the electrode pair, has an electrode pair arranged in parallel with the smectic layer so that an AC electric field can be applied, and applies an AC electric field to the electrode pair. That is, the electroclinic effect of the smectic A-phase ferroelectric liquid crystal is used to change the refraction angle and the displacement direction of the polarized light incident on the liquid crystal layer by the birefringence due to the inclination of the liquid crystal molecules.
【0006】しかし上記特開平9−133904号公報
例においては、スメクチックA相の強誘電液晶を用いて
いるが、スメクチックA相は自発分極を持たないため、
高速動作は望めない。However, although the smectic A phase ferroelectric liquid crystal is used in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-133904, the smectic A phase has no spontaneous polarization.
High speed operation cannot be expected.
【0007】上記の通り、従来技術で十分でなかった高
速性を改善することを目的に、本出願人は、先に透明な
一対の基板と、これらの基板間に充填されたホモジニア
ス配向されたキラルスメクチックC相よりなる液晶と、
一対の前記基板と前記液晶との間に形成された電極対に
よる電界印加手段とを備え、光の入射方向が基板面法線
方向と異なる方向に設定されている光偏向素子および、
透明な一対の基板と、これらの基板間に充填されたキラ
ルスメクチックC相よりなる液晶と、少なくとも1組以
上の電界印加手段とを備え、前記液晶を挟む前記両基板
面が光偏向方向に対応して傾斜して対向する光偏向素子
および、光進行方向上に所定距離を隔てて上記の光偏向
素子を2組備える光偏向デバイスを提供した。As described above, for the purpose of improving the high speed which was not sufficient in the prior art, the present applicant has previously made a pair of transparent substrates and a homogeneous orientation filled between these substrates. Liquid crystal composed of chiral smectic C phase,
An optical deflecting element comprising an electric field applying unit formed of an electrode pair formed between a pair of the substrate and the liquid crystal, wherein the incident direction of light is set in a direction different from the substrate surface normal direction, and
A pair of transparent substrates, a liquid crystal having a chiral smectic C phase filled between the substrates, and at least one set of electric field applying means are provided, and both substrate surfaces sandwiching the liquid crystal correspond to the light deflection direction. Thus, there is provided an optical deflecting device that is inclined and faces each other, and an optical deflecting device that includes two sets of the above optical deflecting devices that are separated by a predetermined distance in the light traveling direction.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記本出願人により提
出した光偏向素子及び光偏向デバイスでは、液晶材料と
してキラルスメクチックC液晶を用いており,上記従来
技術と比べ極めて高速なスイッチングが可能であるが、
一方でキラルスメクチックC層よりなる液晶は所定の領
域内を均一に配向させることが難しく、特に基板間隔が
非平行である場合には、従来これを均一に配向させる為
の技術に関する報告はなかった。In the optical deflecting element and the optical deflecting device submitted by the present applicant, a chiral smectic C liquid crystal is used as a liquid crystal material, and it is possible to switch at an extremely high speed as compared with the prior art. But,
On the other hand, it is difficult for a liquid crystal composed of a chiral smectic C layer to be uniformly aligned in a predetermined region, and there has been no report on a technique for uniformly aligning the liquid crystal particularly when the substrate intervals are non-parallel. .
【0009】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたものであり、キラルスメクチックC層を用いた基板
間隔が非平行の液晶セルによる光学素子において、傾斜
領域内で強誘電性液晶の2方向への双安定なホモジニア
ス配向状態の形成方法を提供し、簡単な構成で高速な光
路シフトが可能な光学素子、光偏向素子、光偏向デバイ
ス、光偏向装置、及び該光偏向デバイスまたは光偏向装
置を用いた画像表示装置を提供することを目的とするも
のである。各請求項に対応する目的を以下に記載する。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and in an optical element including a liquid crystal cell using a chiral smectic C layer and having a non-parallel substrate spacing, a ferroelectric liquid crystal of 2 is formed in an inclined region. An optical element, an optical deflecting element, an optical deflecting device, an optical deflecting device, and the optical deflecting device or the optical deflector, which provide a method for forming a bistable homogeneous alignment state in a direction, and which enables a high-speed optical path shift with a simple configuration. An object of the present invention is to provide an image display device using the device. The purpose corresponding to each claim is described below.
【0010】請求項1の発明は、キラルスメクチックC
層を用いた基板間隔が非平行の液晶セルによる光学素子
において、均一な配向状態の光学素子を提供することを
目的とするものである。請求項2の発明は、上記の光学
素子を用いて均一な偏向特性を有し、高速応答が可能な
光偏向素子を提供することを目的とする。請求項3の発
明は、スイッチング時の液晶分子の配向状態の安定性を
向上させ、高い信頼性で動作する光偏向素子を提供する
ことを目的とする。The invention of claim 1 is a chiral smectic C
It is an object of the present invention to provide an optical element having a uniform alignment state in an optical element using a liquid crystal cell in which layers are non-parallel to each other. It is an object of the invention of claim 2 to provide an optical deflection element using the above optical element, which has a uniform deflection characteristic and is capable of high-speed response. It is an object of the invention of claim 3 to provide an optical deflecting element which improves stability of alignment state of liquid crystal molecules during switching and operates with high reliability.
【0011】請求項4の発明は、光の利用効率を向上さ
せた高効率の光偏向素子を提供することを目的とする。
請求項5の発明は、不要なノイズ光を除去することによ
り高精度な光偏向素子を提供することを目的とする。請
求項6の発明は、液晶物性と入射光の特性を最適化する
ことにより、より効率の良い光偏向素子を提供すること
を目的とする。It is an object of the invention of claim 4 to provide a highly efficient light deflection element with improved light utilization efficiency.
It is an object of the invention of claim 5 to provide a highly accurate optical deflection element by removing unnecessary noise light. An object of the invention of claim 6 is to provide a more efficient light deflection element by optimizing the physical properties of the liquid crystal and the characteristics of the incident light.
【0012】請求項7の発明は、スイッチング時の液晶
分子の配向安定性を向上させ、効率が良く、より安定し
て動作する光偏向素子を提供することを目的とする。請
求項8及び9の発明は、大面積で光路シフトが可能な光
学素子または光偏向素子を提供することを目的とするも
のである。請求項10ないし12の発明は、光路を一方
向に平行シフトさせることが可能な光偏向デバイスを提
供することを目的とするものである。It is an object of the invention of claim 7 to provide an optical deflecting element which improves the alignment stability of liquid crystal molecules at the time of switching, is efficient, and operates more stably. It is an object of the inventions of claims 8 and 9 to provide an optical element or an optical deflecting element capable of shifting an optical path in a large area. It is an object of the inventions of claims 10 to 12 to provide an optical deflecting device capable of parallel shifting an optical path in one direction.
【0013】請求項13の発明は、光路をXYの二方向
に平行シフトさせることが可能な光偏向装置を提供する
ことを目的とするものである。請求項14の発明は、画
素数の少ない画像表示素子を用いて、見かけ上高精細で
光利用効率の高い画像表示装置を提供することを目的と
するものである。It is an object of the invention of claim 13 to provide an optical deflecting device capable of parallel shifting the optical path in two directions of XY. It is an object of the invention of claim 14 to provide an image display device having an apparently high definition and a high light utilization efficiency by using an image display element having a small number of pixels.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、透明
電極膜と液晶配向膜とを有する二枚の基板と、前記液晶
配向膜上で液晶分子が所定の向きに配向している液晶層
を前記基板間に封入した液晶セルとを備えた光学素子で
あって、前記液晶セルは、前記二枚の基板が所定の傾斜
角度をもって配置される傾斜領域を有し、前記液晶層
は、前記傾斜領域で2方向への双安定なホモジニアス配
向状態をとるキラルスメクチックC相を有し、前記傾斜
領域内で前記各液晶配向膜上の前記液晶分子の配向方向
が同一平面内にあることを特徴としたものである。According to a first aspect of the present invention, there are provided two substrates having a transparent electrode film and a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal in which liquid crystal molecules are aligned in a predetermined direction on the liquid crystal alignment film. An optical element comprising a liquid crystal cell in which a layer is enclosed between the substrates, wherein the liquid crystal cell has an inclined region in which the two substrates are arranged at a predetermined inclination angle, and the liquid crystal layer is It has a chiral smectic C phase that takes a bistable homogeneous alignment state in two directions in the tilted region, and the alignment directions of the liquid crystal molecules on the liquid crystal alignment films in the tilted regions are in the same plane. It is a feature.
【0015】請求項2の発明は、請求項1に記載の光学
素子を用いて入射直線偏光の進行方向を偏向できるよう
にした光偏向素子であって、前記双安定なホモジニアス
配向のそれぞれの配向方向が、前記入射直線偏光の偏光
方向を中心軸としたときに非対称となるように設置され
ていることを特徴としたものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical deflecting element capable of deflecting the traveling direction of incident linearly polarized light by using the optical element according to the first aspect, wherein each of the bistable homogeneous orientations is provided. It is characterized in that the directions are set so as to be asymmetrical with respect to the polarization direction of the incident linearly polarized light as the central axis.
【0016】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、前記双安定なホモジニアス配向の一方の安定方向
が、前記傾斜領域における最大傾斜方向に垂直な方向を
含む平面に一致するように、前記配向処理の方向が設定
されていることを特徴としたものである。According to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, one stable direction of the bistable homogeneous alignment is aligned with a plane including a direction perpendicular to the maximum tilt direction in the tilt region, It is characterized in that the direction of the alignment treatment is set.
【0017】請求項4の発明は、請求項2または3の発
明において、入射直線偏光の偏光方向が、双安定なホモ
ジニアス配向の一方の安定方向と一致するように配置さ
れていることを特徴としたものである。The invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of claim 2 or 3, the polarization direction of the incident linearly polarized light is arranged so as to coincide with one stable direction of the bistable homogeneous alignment. It was done.
【0018】請求項5の発明は、請求項2ないし4のい
ずれか1の発明において、前記液晶セルの出射側に偏光
板が設けられていることを特徴としたものである。According to a fifth aspect of the invention, in any one of the second to fourth aspects of the invention, a polarizing plate is provided on the exit side of the liquid crystal cell.
【0019】請求項6の発明は、請求項2の発明におい
て、前記双安定なホモジニアス配向の2方向間の角度が
略直角であり、入射直線偏光の偏光方向が、該双安定な
ホモジニアス配向の一方の安定方向と平行となるように
配置されていることを特徴としたものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, the angle between the two directions of the bistable homogeneous orientation is substantially right, and the polarization direction of the incident linearly polarized light is the bistable homogeneous orientation. It is characterized in that it is arranged so as to be parallel to one of the stable directions.
【0020】請求項7の発明は、請求項5の発明におい
て、前記双安定なホモジニアス配向の一方の安定方向
が、前記傾斜領域における最大傾斜方向に垂直な方向と
一致するように配向処理の方向が設定されていることを
特徴としたものである。According to the invention of claim 7, in the invention of claim 5, the direction of the alignment treatment is such that one stable direction of the bistable homogeneous alignment coincides with a direction perpendicular to the maximum tilt direction in the tilt region. Is set.
【0021】請求項8の発明は、請求項1の発明におい
て、一方の前記基板の内側表面に断面が鋸歯形状の周期
構造を設けることにより、該鋸歯形状の一辺によって前
記傾斜領域が形成され、該鋸歯形状の周期構造によって
前記傾斜領域が巨視的に連続して形成されるようにした
ことを特徴としたものである。According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inclined region is formed by one side of the sawtooth shape by providing a periodic structure having a sawtooth cross section on the inner surface of one of the substrates, It is characterized in that the inclined regions are macroscopically and continuously formed by the saw-toothed periodic structure.
【0022】請求項9の発明は、請求項2ないし7のい
ずれか1の発明において、一方の前記基板の内側表面に
断面が鋸歯形状の周期構造を設けることにより、該鋸歯
形状の一辺によって前記傾斜領域が形成され、該鋸歯形
状の周期構造によって前記傾斜領域が巨視的に連続して
形成されるようにしたことを特徴としたものである。According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the second to seventh aspects of the invention, a periodic structure having a sawtooth-shaped cross section is provided on the inner surface of one of the substrates, so that one side of the sawtooth-shaped structure is used. An inclined region is formed, and the inclined region is macroscopically formed continuously by the sawtooth-shaped periodic structure.
【0023】請求項10の発明は、請求項1ないし9の
いずれか1に記載の光偏向素子を一対有する光偏向デバ
イスであって、入射光の進行方向に対して第1の前記光
偏向素子の前記傾斜領域で屈折された光が、一定間隔を
おいて設置された第2の前記光偏向素子の前記傾斜領域
に入射し、該第2の光偏向素子の傾斜領域で再度屈折さ
れて出射する際に、前記双安定なホモジニアス配向のそ
れぞれの配向方向に応じて出射する偏向光が平行光とし
て出射するように、前記第1の傾斜領域で光路の偏向を
行う基板面及び前記第2の傾斜領域で光路の偏向を行う
基板面の入射光に対する配設角度が設定されていること
を特徴としたものである。A tenth aspect of the present invention is an optical deflecting device having a pair of the optical deflecting elements according to any one of the first to ninth aspects, wherein the first optical deflecting element is in the traveling direction of incident light. Of light refracted in the inclined region of the second optical deflector is incident on the inclined region of the second optical deflector arranged at a constant interval, is refracted again in the inclined region of the second optical deflector, and is emitted. In doing so, so that the deflected light emitted in accordance with the respective orientation directions of the bistable homogeneous orientation is emitted as parallel light, the substrate surface for deflecting the optical path in the first inclined region and the second It is characterized in that an arrangement angle for incident light on a substrate surface for deflecting an optical path in an inclined region is set.
【0024】請求項11の発明は、請求項10の発明に
おいて、前記第1の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面
と前記第2の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面は、平
行となるように設定されていることを特徴としたもので
ある。According to the invention of claim 11, in the invention of claim 10, the substrate surface for deflecting the optical path in the first inclined region and the substrate surface for deflecting the optical path in the second inclined region are parallel to each other. It is characterized by being set so that
【0025】請求項12の発明は、請求項10または1
1の発明において、前記第1の光偏向素子と前記第2の
光偏向素子は、光偏向素子を構成する一方の基板を一枚
の基板で共有するように構成されていることを特徴とし
たものである。The invention of claim 12 is the invention of claim 10 or 1.
In the invention of claim 1, the first light deflecting element and the second light deflecting element are configured such that one substrate forming the light deflecting element is shared by one substrate. It is a thing.
【0026】請求項13の発明は、請求項10ないし1
2のいずれか1に記載の第1の光偏向デバイスと、該第
1の光偏向デバイスの出射光の偏光面を略直角に回転さ
せる偏光面回転手段と、該偏光面回転手段による偏光面
回転後の出射光を入射させる請求項10ないし12のい
ずれか1に記載の第2の光偏向デバイスとを有し、前記
第1の光偏向デバイスの傾斜領域の最大傾斜方向と、前
記第2の光偏向デバイスの傾斜領域の最大傾斜方向と
が、略直交するように配置されてなることを特徴とした
ものである。The thirteenth aspect of the present invention provides the tenth to first aspects.
2. The first optical deflection device according to any one of 2, a polarization plane rotation unit that rotates the polarization plane of the emitted light of the first optical deflection device substantially at a right angle, and a polarization plane rotation by the polarization plane rotation unit. The second optical deflecting device according to claim 10, wherein the subsequent outgoing light is incident, the maximum inclination direction of the inclined region of the first optical deflecting device, and the second optical deflecting device. It is characterized in that it is arranged so that the maximum tilt direction of the tilt region of the light deflecting device is substantially orthogonal.
【0027】請求項14の発明は、少なくとも、画像情
報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的に配列
した画像表示素子と、該画像表示素子を照明する光源
と、前記画像表示素子に表示した画像パターンを観察す
るための光学部材と、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毎に前記画像表示素子と前記光
学部材の間の光路を偏向する請求項10ないし12のい
ずれか1に記載の光偏向デバイスまたは請求項13に記
載の光偏向装置による光偏向手段とを備えることを特徴
としたものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, at least an image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating the image display element, and the image display element are provided. 13. An optical member for observing a displayed image pattern, and deflecting an optical path between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field. The optical deflecting device according to claim 1 or the optical deflecting means according to the optical deflecting device according to claim 13 is provided.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】まず本明細書において、光偏向素
子(光偏向デバイス、光偏向装置)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、或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り換えるこ
とが可能な光学素子を意味する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present specification, an optical deflecting element (optical deflecting device, optical deflecting device) deflects an optical path of light by an electric signal from the outside, that is, parallels outgoing light with incident light. It means an optical element capable of shifting the optical path by shifting the optical path, rotating the optical path at a certain angle, or combining the both.
【0029】また、ピクセルシフト素子は、少なくとも
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的
に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光
源と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察する
ための光学部材と、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毎に画像表示素子と光学部材の間
の光路を偏向する光偏向手段とを有し、光偏向手段によ
りサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置がず
れている状態の画像パターンを表示させることで、画像
表示素子の見掛け上の画素数を増倍して表示する画像表
示装置における光偏向手段を意味する。The pixel shift element includes an image display element in which a plurality of pixels capable of controlling light according to at least image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating the image display element, and an image displayed on the image display element. An optical member for observing the pattern and an optical deflecting unit for deflecting an optical path between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field are provided. Means a light deflecting means in an image display device for displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each field to multiply and display the apparent number of pixels of the image display element. To do.
【0030】表示素子として一般的に知られているキラ
ルスメクチックC液晶よりなる表面安定化型強誘電性液
晶素子は双安定なホモジニアス配向状態を取り、表示素
子に印加する電界の極性によりこの双安定な状態間をス
イッチングすることができる。また一方の安定状態で電
界を切ってもその安定状態が保たれるメモリー性や、ス
メクチックA液晶やネマチック液晶などに比較してスメ
クチックC液晶での高速応答性も特徴として挙げられ
る。A surface-stabilized ferroelectric liquid crystal device made of a chiral smectic C liquid crystal, which is generally known as a display device, takes a bistable homogeneous alignment state and, depending on the polarity of an electric field applied to the display device, this bistable It is possible to switch between different states. Another feature is that the stable state is maintained even when the electric field is cut off in one stable state, and the high-speed response in the smectic C liquid crystal as compared with the smectic A liquid crystal and nematic liquid crystal.
【0031】本発明者らは光偏向素子への応用として、
透明電極膜と液晶配向膜とを有する略透明な二枚の基板
間隔が非平行で傾斜角度(対向基板表面のなす角度)θ
が一定である傾斜領域を有した液晶セルに、該傾斜領域
内で強誘電液晶による2方向への双安定なホモジニアス
配向状態を形成し、液晶分子のダイレクタの制御によっ
て、入射光に対する出射光が回転移動可能な構成を検討
した。液晶分子の双安定な配向状態間をスイッチングし
て屈折率を切り替えることにより、傾斜領域の基板界面
における屈折率差に応じて光の進行方向を変えることが
でき、光偏向素子と受光部の距離を適切に選ぶことで所
望の偏向量を得ることができる。The inventors of the present invention, as an application to a light deflection element,
The distance between two substantially transparent substrates having a transparent electrode film and a liquid crystal alignment film is non-parallel and the tilt angle (angle formed by the surfaces of the opposing substrates) θ
In a liquid crystal cell having a tilted region in which the constant angle is constant, a bistable homogeneous alignment state in two directions is formed by the ferroelectric liquid crystal in the tilted region, and the emitted light with respect to the incident light is controlled by controlling the director of the liquid crystal molecules. The structure which can be rotated and moved was examined. By switching between the bistable alignment states of liquid crystal molecules to switch the refractive index, it is possible to change the traveling direction of light according to the difference in the refractive index at the substrate interface in the inclined region. By appropriately selecting, the desired deflection amount can be obtained.
【0032】ここで液晶層厚が均一ではない基板の傾斜
領域において、欠陥のない均一な双安定ホモジニアス配
向状態を形成できるかが懸念されたが、二枚の基板上の
液晶分子配列方向を検討した結果、本発明では対向する
上下の基板上の液晶分子配列方向が互いに平行方向とな
るように(傾斜領域における二枚の基板間の液晶分子配
列方向が同一平面内にあるように)配向処理を施すこと
で、この課題を解決している。また、このような構造の
光偏向素子で光路シフトの原理確認を行ったところ、傾
斜領域に対する液晶分子配列の向きに対し、入射する直
線偏光の方向が光路シフトの機能に重要な役割があるこ
とが見いだされた。本発明は、傾斜領域内で強誘電性液
晶の2方向への双安定なホモジニアス配向状態の形成方
法を提供し、簡単な構成で高速な光路シフトが可能な光
偏向素子を提供する。Here, it was feared that a uniform bistable homogeneous alignment state without defects could be formed in the tilted region of the substrate where the liquid crystal layer thickness was not uniform. However, the alignment direction of liquid crystal molecules on the two substrates was examined. As a result, in the present invention, the alignment treatment is performed so that the liquid crystal molecule alignment directions on the upper and lower substrates facing each other are parallel to each other (so that the liquid crystal molecule alignment directions between the two substrates in the inclined region are in the same plane). This problem is solved by applying. Moreover, when the principle of the optical path shift was confirmed with the optical deflector having such a structure, it was found that the direction of the linearly polarized light incident on the orientation of the liquid crystal molecules with respect to the tilted region plays an important role in the function of the optical path shift. Was found. The present invention provides a method for forming a bistable homogeneous alignment state of a ferroelectric liquid crystal in two directions within an inclined region, and an optical deflecting element capable of high-speed optical path shift with a simple configuration.
【0033】本発明は、透明電極膜と液晶配向膜とを有
する略透明な二枚の基板からなる液晶セルの少なくとも
一部に、基板間隔が非平行で傾斜角度θが一定の傾斜領
域を有し、傾斜領域における二枚の基板上での液晶分子
配列方向が互いに平行方向となるように配向処理を施
し、傾斜領域内での双安定なホモジニアス配向状態を取
り得る強誘電性液晶層を有する光偏向素子を提供するも
のである。双安定なホモジニアスの配向方向は基板領域
に対してどの方向でも良いが、安定したスイッチングを
するには一方の安定方向が傾斜領域の傾斜方向(対向基
板に対する最大傾斜方向)に垂直な方向と一致するよう
に配向処理方向を設定するのが好ましい。According to the present invention, in at least a part of a liquid crystal cell composed of two substantially transparent substrates having a transparent electrode film and a liquid crystal alignment film, there is an inclined region in which the substrate distance is non-parallel and the inclination angle θ is constant. And has a ferroelectric liquid crystal layer capable of taking a bistable homogeneous alignment state in the inclined region by performing an alignment treatment so that the liquid crystal molecule alignment directions on the two substrates in the inclined region are parallel to each other. A light deflection element is provided. The orientation direction of the bistable homogeneous may be any direction with respect to the substrate region, but for stable switching, one stable direction matches the direction perpendicular to the tilt direction of the tilted region (maximum tilt direction with respect to the counter substrate). It is preferable to set the orientation processing direction so that
【0034】光偏向素子に対する入射光は直線偏光であ
り、その偏光面を中心軸としたときに双安定なホモジニ
アス配向の2方向がその中心軸に対して非対称となるよ
うに設置することで、それぞれの配向状態に対する基板
界面との屈折率差が変化し、出射光の角度が変化する。
すなわち、光偏向の機能を得ることができる。また、光
偏向素子の出射側に偏光板を設けることで出射光中に含
まれるノイズ光(偏光角度や偏光面が異なる光成分)を
除去する効果が得られる。さらに、光の利用効率を向上
させてより効率の良い光偏向素子を得るには、双安定な
ホモジニアス配向の2方向間の角度が略直角な強誘電性
液晶材料を充填することで可能である。大面積での光路
シフトを行うためには、基板の片側一方の内側に断面が
鋸歯形状の周期構造を、巨視的に連続した傾斜領域とし
て形成することで可能となる。The incident light to the light deflection element is linearly polarized light, and when two planes of bistable homogeneous alignment are asymmetric with respect to the central axis when the plane of polarization is the central axis, The difference in refractive index from the substrate interface for each alignment state changes, and the angle of emitted light changes.
That is, the function of light deflection can be obtained. Further, by providing a polarizing plate on the exit side of the light deflection element, it is possible to obtain the effect of removing noise light (light components having different polarization angles and polarization planes) contained in the exit light. Further, in order to improve the utilization efficiency of light and obtain a more efficient light deflection element, it is possible to fill the ferroelectric liquid crystal material in which the angle between the two directions of the bistable homogeneous alignment is substantially right. . In order to shift the optical path in a large area, it is possible to form a periodic structure having a sawtooth-shaped cross section inside one side of the substrate as a macroscopically continuous inclined region.
【0035】図1は、本発明の第1の実施形態(請求項
1ないし7に対応)を説明するための図で、光学素子
(光偏向素子)の側面構成概略図を図1(A)に、図1
(A)のA−A’断面における液晶分子の配向状態を説
明する模式図を図1(B)に示すものである。図1にお
いて、1は光学素子、2は透明電極、3,4は基板、5
はスペーサ、6は配向膜、7は液晶層、Lは液晶分子で
ある。光学素子1においては、まず図1(A)に示すよ
うに、透明電極2を有した一対の透明な基板3,4が少
なくともその一部に傾斜角(透明基板の対向面同士がな
す角度)θを有して対向配置させて設けられている。基
板3,4の傾斜角θを規制するためのスペーサ5は光路
と重ならない位置に設定されている。また基板3,4の
内面には配向膜6が形成されており2枚の基板上での分
子配列が図1(B)の方向に配向処理され、基板3,4
間に強誘電液晶が充填されて液晶層7を構成している。FIG. 1 is a view for explaining a first embodiment of the present invention (corresponding to claims 1 to 7). FIG. 1A is a schematic side view of an optical element (light deflection element). In Fig. 1
FIG. 1B is a schematic diagram illustrating the alignment state of liquid crystal molecules in the AA ′ cross section of FIG. In FIG. 1, 1 is an optical element, 2 is a transparent electrode, 3 and 4 are substrates, 5
Is a spacer, 6 is an alignment film, 7 is a liquid crystal layer, and L is a liquid crystal molecule. In the optical element 1, first, as shown in FIG. 1A, a pair of transparent substrates 3 and 4 having a transparent electrode 2 has an inclination angle (an angle formed by opposing surfaces of transparent substrates) at least at a part thereof. They are provided so as to face each other with θ. The spacer 5 for controlling the inclination angle θ of the substrates 3 and 4 is set at a position where it does not overlap the optical path. Further, an alignment film 6 is formed on the inner surfaces of the substrates 3 and 4, and the molecular arrangement on the two substrates is subjected to alignment treatment in the direction of FIG.
Ferroelectric liquid crystal is filled between them to form the liquid crystal layer 7.
【0036】光路シフトを正確に行う前提として、傾斜
領域を持つ基板3,4間に充填する強誘電性液晶の層を
欠陥のない双安定なホモジニアス配向状態に形成する必
要がある。そのための配向処理の方向を検討した。各基
板上における液晶分子Lの配列が液晶材料のコーン角程
度の開き角を持って交差する方向に配向処理を施して配
向状態を制御したが、良好な配向状態は得られなかっ
た。傾斜面に対していずれの方向に配向処理を施した場
合でも配向欠陥の程度は同じであった。As a prerequisite for accurately performing the optical path shift, it is necessary to form the ferroelectric liquid crystal layer filled between the substrates 3 and 4 having the inclined regions in a bistable homogeneous alignment state without defects. The direction of the alignment treatment for that purpose was examined. Although the alignment state was controlled by performing the alignment treatment in the direction in which the alignment of the liquid crystal molecules L on each substrate intersects with an opening angle of about the cone angle of the liquid crystal material, a good alignment state was not obtained. The degree of alignment defect was the same regardless of the orientation of the inclined surface.
【0037】一方、図1(B)を一例とした各基板上の
液晶分子Lの配列方向が互いに平行方向となるように配
向処理を施すことにより、良好な配向状態を得ることが
できた。この方法によれば傾斜面に対してどの方向に処
理を施した場合でも良好な配向状態を容易に得ることが
できる。しかしながら、傾斜領域での液晶層の厚みが大
きくなると配向処理の規制力が弱まり、液晶分子Lの配
列の乱れが発生してしまう。また初期の双安定な配向状
態は良好でも、継続的な使用には信頼性の低下が懸念さ
れる。よって、光偏向素子として適切な液晶層7の厚み
は、使用する強誘電性液晶材料によっても異なるが6μ
m以下に抑えるのが良い。好ましくは4μm以下であ
る。On the other hand, by performing the alignment treatment so that the alignment directions of the liquid crystal molecules L on each substrate, which are shown in FIG. 1B as an example, were parallel to each other, a good alignment state could be obtained. According to this method, it is possible to easily obtain a good orientation state in whichever direction the inclined surface is treated. However, when the thickness of the liquid crystal layer in the tilted region is large, the regulation force of the alignment treatment is weakened and the alignment of the liquid crystal molecules L is disturbed. Further, although the initial bistable orientation state is good, there is concern that the reliability may be deteriorated in continuous use. Therefore, the thickness of the liquid crystal layer 7 suitable for the light deflecting element varies depending on the ferroelectric liquid crystal material used, but is 6 μm.
It is better to keep it below m. It is preferably 4 μm or less.
【0038】上記のようなホモジニアス配向のための配
向処理法としては、従来より行われている公知の方法を
適用することができる。即ち、ラビング法、温度勾配
法、光配向法等がある。双安定なホモジニアスの配列の
方向は、配向処理方向を中心線とした両側に等しい角度
に発生し、液晶セルに印加する電界の極性を変えること
で図1(B)のように第一の安定方向・第二の安定方向
をスイッチングできる。このように液晶分子配列方向が
互いに平行方向となるように配向処理を施すことで、傾
斜領域内でも双安定なホモジニアス配向状態が得られ
る。これによって配向不良にともなう素子製造時の歩留
まりを改善でき,素子寿命を向上させることができる。As the alignment treatment method for the above-described homogeneous alignment, a conventionally known method can be applied. That is, there are a rubbing method, a temperature gradient method, a photo-alignment method and the like. The orientation of the bistable homogeneous array is generated at equal angles on both sides of the alignment treatment direction as the center line, and the polarity of the electric field applied to the liquid crystal cell is changed to produce the first stable orientation as shown in FIG. 1 (B). The direction and the second stable direction can be switched. By performing the alignment treatment such that the liquid crystal molecule alignment directions are parallel to each other, a bistable homogeneous alignment state can be obtained even in the inclined region. As a result, it is possible to improve the yield at the time of manufacturing the device due to the defective alignment, and it is possible to extend the device life.
【0039】このように双安定な2方向への液晶ダイレ
クタの切換えで光路シフトを行うためには、入射光の直
線偏光面に対して、液晶ダイレクタの2方向のそれぞれ
が非対象な位置になるように双安定方向を設置する必要
がある。In order to shift the optical path by switching the bistable liquid crystal directors in two directions, the two directions of the liquid crystal directors are asymmetrical with respect to the linearly polarized plane of the incident light. So it is necessary to set up a bistable orientation.
【0040】図2は、基板傾斜面における屈折率変化に
よる偏向動作について説明するための図で、液晶分子L
の長軸方向が入射光の偏光方向に比較的近い場合の動作
を図2(A)に、液晶分子の短軸方向が入射光の偏光方
向に比較的近い場合の動作を図2(B)に示すものであ
る。液晶分子L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、入射した直線偏光は屈折率n
o,ne及び液晶ダイレクタの方向(どちらかの安定方
向)に対応した実効的な屈折率差に応じて偏向を受けシ
フトする。図2(A)に示すように、液晶分子Lの長軸
方向が入射光の偏光方向に比較的近い場合、光は液晶層
7内の屈折率を大きく感じるため、液晶層7と基板4の
傾斜界面で比較的大きく屈折し、入射光軸Xに対して角
度θeで出射する。FIG. 2 is a diagram for explaining the deflecting operation due to the change in the refractive index on the inclined surface of the substrate.
2A shows the operation when the major axis direction of is relatively close to the polarization direction of the incident light, and FIG. 2B shows the operation when the minor axis direction of the liquid crystal molecules is relatively close to the polarization direction of the incident light. It is shown in. When the refractive index of the liquid crystal molecule L in the major axis direction is ne and the refractive index in the minor axis direction is no, the incident linearly polarized light has a refractive index n.
The light is deflected and shifted in accordance with the effective refractive index difference corresponding to the directions of o and ne and the liquid crystal director (either stable direction). As shown in FIG. 2A, when the long axis direction of the liquid crystal molecules L is relatively close to the polarization direction of the incident light, the light feels a large refractive index in the liquid crystal layer 7, so that the liquid crystal layer 7 and the substrate 4 are separated from each other. Refraction is relatively large at the inclined interface, and the light exits at an angle θe with respect to the incident optical axis X.
【0041】一方、図2(B)に示すように、液晶分子
Lの短軸方向が入射光の偏光方向に比較的近い場合、光
は液晶層7内の屈折率を小さく感じるため、液晶層7と
基板4の傾斜界面で比較的小さく屈折し、入射光軸Xと
の角度θoで出射する。上記の二つの状態での角度の差
θe−θoが偏向角度となる。二つの配向状態の屈折角
度の差を偏向角度として利用するので、必ずしも液晶分
子Lの屈折率neあるいはnoと、基板3,4あるいは
配向膜6の屈折率ngとが一致している必要はない。入
射する直線偏光の偏光方向に対して、二つの配向状態で
の屈折率差が生じるように構成されていれば良い。入射
する直線偏光に対して対称な位置に双安定な方向が設置
されていては、屈折率差が発生せず光路シフトの機能が
得られないためである(請求項2)。上記のように双安
定なホモジニアス配向方向が、入射する直線偏光の方向
に対していずれも非対称となるように設置することで屈
折率変化が生じ、高速応答が可能な光路シフトの機能が
得られる。On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the minor axis direction of the liquid crystal molecule L is relatively close to the polarization direction of the incident light, the light feels the refractive index in the liquid crystal layer 7 to be small, so that the liquid crystal layer Refraction is relatively small at the inclined interface between 7 and the substrate 4, and the light is emitted at an angle θo with respect to the incident optical axis X. The angle difference θe−θo between the above two states is the deflection angle. Since the difference between the refraction angles of the two alignment states is used as the deflection angle, it is not necessary that the refraction index ne or no of the liquid crystal molecule L and the refraction index ng of the substrates 3, 4 or the alignment film 6 match. . It suffices that the refractive index difference between the two alignment states is generated with respect to the polarization direction of the incident linearly polarized light. This is because if a bistable direction is installed at a position symmetrical with respect to the incident linearly polarized light, a difference in refractive index does not occur and the function of optical path shift cannot be obtained (claim 2). As described above, when the bistable homogeneous orientation direction is asymmetric with respect to the direction of the incident linearly polarized light, the refractive index changes, and the function of optical path shift capable of high-speed response is obtained. .
【0042】図3は、液晶分子の安定な動作を実現する
ために好適な配列方向について説明するための図で、光
偏向素子の側面構成概略図を図3(A)に、図3(A)
のA−A’断面における液晶分子の配向状態を説明する
模式図を図3(B)に示すものである。図3において、
1’は液晶分子の配向方向を最適化した本実施例に係わ
る光偏向素子である。双安定なホモジニアスの配列方向
はどの方向でもよいが、安定した液晶分子の動作をさせ
るためには、図3の光偏向素子1’のように液晶分子の
一方の安定方向が傾斜領域内での安定な位置とされる傾
斜方向に垂直な方向に配向処理をするのが好ましい。FIG. 3 is a view for explaining an arrangement direction suitable for realizing stable operation of liquid crystal molecules. FIG. 3A is a schematic side view of the configuration of the light deflection element, and FIG. )
FIG. 3B is a schematic diagram illustrating the alignment state of the liquid crystal molecules in the section AA ′ of FIG. In FIG.
Reference numeral 1'denotes an optical deflector according to this embodiment in which the alignment direction of liquid crystal molecules is optimized. The bistable homogeneous array direction may be any direction, but in order to operate the liquid crystal molecules stably, one stable direction of the liquid crystal molecules within the tilted region as in the light deflection element 1 ′ in FIG. It is preferable to perform the alignment treatment in a direction perpendicular to the tilt direction which is a stable position.
【0043】配向処理方向の設定については、用いる液
晶材料のコーン角によって配向処理の方向が容易に決定
できる。前述したように、基板の傾斜面に対してどのよ
うな角度で配向処理を施したとしても、電界印加による
双安定な方向は配向処理方向を中心線とした両側に等し
い角度に発生するので、例えば50°のコーン角を持つ
液晶材料を用いる場合は、図3(B)の実線に示すよう
に、基板3,4の傾斜面に垂直な方向に対する配向処理
方向の角度θRを25°にすることで、図3(B)のよ
うな第一の安定方向及び第二の安定方向が設定できる。
また、図3(B)の破線の方向に配向処理を施しても同
様な機能を得ることが可能である(請求項3)。このよ
うに、双安定なホモジニアス配向の一方の安定方向を、
傾斜領域の傾斜方向に垂直な方向と一致させ、傾斜面に
対して安定な方向にすることで、スイッチング時の液晶
分子の配向状態の安定性が向上し、動作の信頼性が高い
光偏向素子が得られる。Regarding the setting of the orientation processing direction, the orientation processing direction can be easily determined by the cone angle of the liquid crystal material used. As described above, no matter which angle the alignment treatment is applied to the inclined surface of the substrate, the bistable direction due to the electric field application occurs at the same angle on both sides with the alignment treatment direction as the center line. For example, when a liquid crystal material having a cone angle of 50 ° is used, as shown by the solid line in FIG. 3B, the angle θ R of the alignment treatment direction with respect to the direction perpendicular to the inclined surfaces of the substrates 3 and 4 is set to 25 °. By doing so, the first stable direction and the second stable direction as shown in FIG. 3B can be set.
Further, it is possible to obtain the same function by performing the alignment treatment in the direction of the broken line in FIG. 3 (B) (claim 3). Thus, one stable direction of the bistable homogeneous orientation is
By aligning the direction perpendicular to the tilt direction of the tilted region and making it stable with respect to the tilted surface, the stability of the alignment state of liquid crystal molecules at the time of switching is improved, and the optical deflection element with high operation reliability is provided. Is obtained.
【0044】図3に示すように、液晶分子の一方の安定
方向が基板傾斜面の傾斜方向に垂直な方向となるように
形成した液晶セルで、より効率の良い光偏向を行うため
には、入射する直線偏光の方向が、双安定なホモジニア
ス配向の一方の安定方向と一致するように配置すると良
い。液晶分子の長軸neと偏光方向を一致させること
で、効率が向上し、高効率な光偏向素子となる(請求項
4)。As shown in FIG. 3, in a liquid crystal cell formed so that one stable direction of liquid crystal molecules is perpendicular to the tilt direction of the tilted surface of the substrate, in order to perform more efficient light deflection, It is advisable to arrange the direction of the incident linearly polarized light so as to coincide with one stable direction of the bistable homogeneous alignment. By matching the long axis ne of the liquid crystal molecules with the polarization direction, the efficiency is improved and a highly efficient light deflection element is obtained (claim 4).
【0045】しかし、いずれの構成の場合も、液晶分子
Lの長軸方向と入射光の偏光方向が水平あるいは垂直で
無い場合、すなわち、液晶分子のコーン角が90度では
なく、二つの安定配向方向に対して斜めに直線偏光が入
射する条件では、偏向されないノイズ光成分が発生す
る。また、このノイズ光は偏光面が回転している。この
ノイズ光を除去するためには出射光側に偏光板を設ける
ことで、ノイズ光成分をカットする効果が得られ確実に
光路シフトを行うことができ、より高精度な光偏向素子
を得ることができ、コントラストを向上させることがで
きる(請求項5)。However, in any of the configurations, when the long axis direction of the liquid crystal molecule L and the polarization direction of the incident light are not horizontal or vertical, that is, the cone angle of the liquid crystal molecule is not 90 degrees, and two stable alignments are obtained. Under the condition that linearly polarized light is obliquely incident on the direction, a noise light component that is not deflected is generated. The polarization plane of this noise light is rotated. In order to remove this noise light, a polarizing plate is provided on the side of the outgoing light to obtain the effect of cutting the noise light component, and the optical path can be shifted reliably, and a more accurate light deflection element can be obtained. Therefore, the contrast can be improved (Claim 5).
【0046】以上、光偏向素子としての機能を有する強
誘電性液晶セルの配向処理方法と入射光の直線偏光の方
向について述べてきたが、さらに液晶分子の長軸と短軸
の屈折率を効率良く利用した高機能な光偏向素子につい
て以下に説明する(請求項6,7に対応)。The method of aligning a ferroelectric liquid crystal cell having a function as a light deflection element and the direction of linear polarization of incident light have been described above. A highly-functionalized optical deflector that is often used will be described below (corresponding to claims 6 and 7).
【0047】図4は、本発明による光偏向素子において
液晶分子の配向状態を最適化した実施形態の正面概略図
で、光偏向素子の液晶セルを模式的に示すものである。
図4において、1”は液晶分子の屈折率を効率良く利用
できる本実施例に係わる高機能の光偏向素子、3は基
板、5はスペーサである。光偏光素子1”においては、
まず図1と同様な構成に透明電極を有した一対の透明な
基板が少なくとも一部に傾斜角θを有して対向配置させ
て設けられている。基板の傾斜角θを規制するためのス
ペーサ5は光路と重ならない位置に設定されている。基
板間にほぼ直角のコーン角をもつ強誘電液晶が、図4の
ような双安定方向を取るように配向処理がなされ充填し
てある。FIG. 4 is a schematic front view of an embodiment in which the alignment state of liquid crystal molecules is optimized in the light deflection element according to the present invention, and schematically shows a liquid crystal cell of the light deflection element.
In FIG. 4, 1 "is a high-performance optical deflecting element according to the present embodiment that can efficiently use the refractive index of liquid crystal molecules, 3 is a substrate, and 5 is a spacer. In the optical polarizing element 1",
First, a pair of transparent substrates having transparent electrodes having a structure similar to that shown in FIG. 1 are provided so as to face each other with an inclination angle θ. The spacer 5 for controlling the inclination angle θ of the substrate is set at a position where it does not overlap the optical path. Ferroelectric liquid crystal having a cone angle of almost right angle between the substrates is filled with the alignment treatment so as to take a bistable direction as shown in FIG.
【0048】入射する直線偏光の方向は、双安定なホモ
ジニアス配向の一方の安定方向と一致させる。図4にお
いては、入射直線偏光の偏光方向は第二の安定状に一致
させてある。光偏向素子1”の液晶セルに強誘電液晶層
が第二の安定方向を向くように電界を印加すると、入射
光は異常光屈折率neに応じた出射角で透過する。一
方、電界を反転させて第一の安定方向を向くようにした
時、傾斜領域に沿って傾斜した液晶分子内を通過する直
線偏光は常光屈折率noに応じた出射角で透過する。こ
の出射角度の差が偏向角となる。この場合、液晶分子の
複屈折を最大限に利用しているので、光利用効率が向上
し、高効率な光偏向素子となる。また、液晶層内を通過
した光の偏光回転が起こらないので、出射異常光を除去
するための出射光側の偏光板を設けなくても良いという
利点がある(請求項6)。すなわち、双安定なホモジニ
アス配向の2方向間の角度を略直角とし、入射する直線
偏光の偏光方向が、双安定なホモジニアス配向の一方の
安定方向と平行となるように配置することで、偏光方向
が液晶分子の長軸屈折率neと短軸屈折率noの方向と
一致するため、より効率の良い光偏向を行うことができ
る。The direction of the incident linearly polarized light is made to coincide with one stable direction of the bistable homogeneous orientation. In FIG. 4, the polarization direction of the incident linearly polarized light is matched with the second stable state. When an electric field is applied to the liquid crystal cell of the light deflecting element 1 ″ so that the ferroelectric liquid crystal layer faces the second stable direction, the incident light is transmitted at an emission angle according to the extraordinary light refractive index ne. Then, when the liquid crystal molecules are oriented in the first stable direction, the linearly polarized light passing through the liquid crystal molecules tilted along the tilted region is transmitted at an emission angle according to the ordinary refractive index no. In this case, since the birefringence of the liquid crystal molecules is used to the maximum, the light utilization efficiency is improved, resulting in a highly efficient light deflecting element, and the polarization rotation of the light passing through the liquid crystal layer. Since it does not occur, there is an advantage that it is not necessary to provide a polarizing plate on the outgoing light side for removing the extraordinary outgoing light (claim 6), that is, the angle between the two directions of the bistable homogeneous alignment is substantially the same. The polarization direction of the incident linearly polarized light at a right angle is bistable homo By arranging so as to be parallel to one of the stable directions of the near alignment, the polarization direction coincides with the directions of the long-axis refractive index ne and the short-axis refractive index no of the liquid crystal molecule, so that more efficient light deflection is performed. be able to.
【0049】強誘電液晶の双安定な2方向は、傾斜領域
に対してどの角度で配置されても高効率な光偏向素子と
なり得るが、より安定に動作させるために、請求項2と
同様な理由により、液晶分子の一方の安定方向が、傾斜
領域内での安定な位置とされる傾斜方向に垂直な方向
(図4の方向)となるように配置するのが好ましい(請
求項7)。すなわち双安定なホモジニアス配向の一方の
安定方向が、傾斜領域内で、傾斜方向に垂直な安定位置
とすることで、スイッチング時の液晶分子の配向安定性
がより向上し、信頼性の高い光偏向素子が得られる。The bistable two directions of the ferroelectric liquid crystal can be a highly efficient light deflecting element regardless of the angle of arrangement with respect to the inclined region, but in order to operate more stably, it is the same as in claim 2. For the reason, it is preferable to arrange such that one stable direction of the liquid crystal molecules is a direction perpendicular to the tilt direction (direction of FIG. 4) which is a stable position in the tilt region (claim 7). That is, by setting one stable direction of the bistable homogeneous alignment to be a stable position in the tilt region, which is perpendicular to the tilt direction, the alignment stability of liquid crystal molecules during switching is further improved, and highly reliable light deflection is achieved. The device is obtained.
【0050】図5は、本発明の他の実施形態(請求項
8、9に対応)を説明するための図で、光学素子(光偏
向素子)の側面構成概略図を図5(A)に、図5(A)
のA−A’断面における液晶分子の配向状態を説明する
模式図を図5(B)に示すものである。図5において、
11は本実施例における光偏向素子、13,14は基
板、15はスペーサ、17は強誘電液晶による液晶層で
ある。なお、図5において、液晶セルに必要とする配向
膜及び透明電極はその図示を省略する。FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the present invention (corresponding to claims 8 and 9). FIG. 5A is a schematic side view of an optical element (optical deflection element). , Fig. 5 (A)
FIG. 5B is a schematic diagram for explaining the alignment state of the liquid crystal molecules in the section AA ′ of FIG. In FIG.
Reference numeral 11 is a light deflection element in the present embodiment, 13 and 14 are substrates, 15 is a spacer, and 17 is a liquid crystal layer made of ferroelectric liquid crystal. In FIG. 5, the alignment film and the transparent electrode required for the liquid crystal cell are not shown.
【0051】光偏向素子11は、図5(A)に示すよう
に、対向する一対の基板13,14の内側に断面が鋸歯
形状の周期構造が形成され、液晶層17に接する両界面
は互いに傾斜領域を有して対向している。すなわち、対
向基板表面のなす角が傾斜している傾斜領域を鋸歯形状
の斜面の一辺によって構成している。両基板13,14
には、透明電極(不図示)が設けられ、基板13,14
内面には配向膜(不図示)が形成されており、図5
(B)に示す方向にラビング処理され、液晶分子Lの一
方の安定方向を鋸歯形状の斜面の傾斜方向に垂直な方向
に制御してある。液晶層17の厚みは最大部で6μm程
度よりも薄くなるようにスペーサ5で制御してある。配
向欠陥部分をつくらないようにするためには、液晶層1
7の厚みの差が1μm以下になるような鋸歯形状に形成
するのが好ましい。形成する方法としてはガラス基板を
エッチングするか透明プラスチック材料を射出成形等に
より加工しても良い。このように巨視的に連続した傾斜
領域を形成することで、大面積での光偏向が可能な光学
素子となる。As shown in FIG. 5A, the light deflection element 11 has a periodic structure having a sawtooth-shaped cross section formed inside a pair of opposing substrates 13 and 14, and both interfaces contacting the liquid crystal layer 17 are mutually adjacent. Opposed to each other with an inclined region. That is, the inclined region in which the angle formed by the surface of the counter substrate is inclined is formed by one side of the sawtooth-shaped inclined surface. Both boards 13, 14
Is provided with a transparent electrode (not shown), and substrates 13 and 14 are provided.
An alignment film (not shown) is formed on the inner surface.
The liquid crystal molecules L are rubbed in the direction shown in (B) so that one stable direction of the liquid crystal molecules L is controlled to be a direction perpendicular to the tilt direction of the sawtooth slope. The thickness of the liquid crystal layer 17 is controlled by the spacer 5 so as to be thinner than about 6 μm at the maximum. In order to prevent the formation of alignment defects, the liquid crystal layer 1
It is preferable to form the saw-tooth shape so that the thickness difference of 7 becomes 1 μm or less. As a method of forming, a glass substrate may be etched or a transparent plastic material may be processed by injection molding or the like. By forming macroscopically continuous inclined regions in this way, an optical element capable of deflecting light in a large area is obtained.
【0052】図6は、本発明による光偏向デバイスの一
実施形態を説明するための図で、上記光学素子の傾斜領
域を対向配置するように構成したときの作用について説
明するための図である。図6において、21は光偏向デ
バイス、23,24は基板、27は液晶層、28は中間
基板、T1は第1の傾斜領域、T2は第2の傾斜領域であ
る。図6において、透明電極配向膜、スペーサ等はその
図示を省略する。上述の光偏向素子では出射光の角度を
偏向することができるが、図6に示すように、第1の傾
斜領域T1で屈折された光が、一定間隔をおいて設置さ
れた第2の傾斜領域T2に入射し、第2の傾斜領域T2で
再度屈折されて略平行光として出射するように、第1の
傾斜領域T1と第2の傾斜領域T2とを対向させて配置す
ることで、光路を一方向に平行シフトさせることが可能
になる。また、両傾斜領域T1,T2の間隔を調整するこ
とで、平行シフト量を容易に調整することができる。図
6に示す構成は、二つの傾斜領域T1,T2に対して共通
の中間基板28を用いているが、二つの光偏向素子を空
間を空けて対向配置しても良い。FIG. 6 is a diagram for explaining an embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, and is a diagram for explaining the action when the inclined regions of the optical element are arranged to face each other. . In FIG. 6, 21 is an optical deflecting device, 23 and 24 are substrates, 27 is a liquid crystal layer, 28 is an intermediate substrate, T 1 is a first inclined region, and T 2 is a second inclined region. In FIG. 6, the illustration of the transparent electrode alignment film, spacers, etc. is omitted. Although the light deflecting element described above can deflect the angle of the emitted light, as shown in FIG. 6, the light refracted in the first tilted region T 1 is moved to a second position where the light is refracted at regular intervals. It enters the inclined area T 2, to emit a substantially parallel light is again refracted at the second slope region T 2, disposed first inclined region T 1 and a second inclined region T 2 are opposed By doing so, the optical path can be parallel-shifted in one direction. Further, the parallel shift amount can be easily adjusted by adjusting the distance between the two inclined regions T 1 and T 2 . The structure shown in FIG. 6 uses the common intermediate substrate 28 for the two tilted regions T 1 and T 2 , but the two light deflection elements may be arranged to face each other with a space.
【0053】図7は、一対の鋸刃状の基板を対向配置し
た構成を有する光偏向デバイスの他の実施形態を説明す
るための概略図で、図中、31は光偏向デバイス、3
3,34は基板、37は液晶層、38は中間基板であ
る。図7に示すように、一対の鋸歯状の表面形状を有す
る基板33,34を該鋸歯形状が対向するように配置す
ることで、比較的広い面積で光路の平行シフトが可能に
なる。なお、図7においては、透明電極、配向膜、スペ
ーサなどは図示を省略している(請求項10ないし12
に対応)。FIG. 7 is a schematic view for explaining another embodiment of an optical deflecting device having a structure in which a pair of sawtooth-shaped substrates are arranged so as to face each other, in which 31 is an optical deflecting device and 3 is an optical deflecting device.
Reference numerals 3 and 34 denote substrates, 37 denotes a liquid crystal layer, and 38 denotes an intermediate substrate. As shown in FIG. 7, by arranging a pair of substrates 33, 34 having a sawtooth surface shape so that the sawtooth shapes face each other, it is possible to shift the optical paths in parallel over a relatively wide area. In FIG. 7, the transparent electrodes, the alignment film, the spacers and the like are omitted (claims 10 to 12).
Corresponding to).
【0054】図8は本発明による光偏向装置の一実施形
態を説明するための斜視概略図で図中、41aは第1の
光偏向デバイス、41bは第2の光偏向デバイス、43
は偏光面回転手段、T1は第1の傾斜領域、T2は第2の
傾斜領域、T3は第3の傾斜領域、T4は第4の傾斜領
域、TLは傾斜領域における最大傾斜方向である。上述
したごとくの光偏向デバイスでは、一方向のみにしか光
路をシフトさせることができないが、図8に示すよう
に、入射光をY方向に平行シフトする第1の光偏向デバ
イス41aと、該第1の光偏向デバイス41aの出射光
の偏光面を略直角に回転させる偏光面回転手段42と、
偏光面回転後の出射光を入射光とする第2の光偏向デバ
イス41bを有し、第1の光偏向デバイス41aの傾斜
領域の最大傾斜方向TLと第2の光偏向デバイス41b
の傾斜領域の最大傾斜方向TLとが、略直交するように
配置することで、光路をXYの二方向に平行シフトさせ
ることが可能となる。すなわち本構成により、確実に2
次元方向への光偏向を可能とすることができる。FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining an embodiment of a light deflecting device according to the present invention, in which 41a is a first light deflecting device, 41b is a second light deflecting device, and 43 is a light deflecting device.
Is the polarization plane rotating means, T 1 is the first tilt region, T 2 is the second tilt region, T 3 is the third tilt region, T 4 is the fourth tilt region, and T L is the maximum tilt in the tilt region. Direction. In the optical deflecting device as described above, the optical path can be shifted only in one direction, but as shown in FIG. 8, the first optical deflecting device 41a that shifts the incident light in parallel in the Y direction, and the first optical deflecting device 41a. A polarization plane rotation means 42 for rotating the polarization plane of the outgoing light of the first light deflection device 41a at a substantially right angle;
It has a second light deflection device 41b which makes the outgoing light after the polarization plane rotation the incident light, and the maximum tilt direction T L of the tilt region of the first light deflection device 41a and the second light deflection device 41b.
By arranging so that the maximum inclination direction T L of the inclined region is substantially orthogonal, the optical path can be parallel-shifted in the two directions of XY. In other words, this configuration ensures 2
Light can be deflected in the dimension.
【0055】図8において、第1の光偏向デバイス41
aと偏光面回転手段42と第2の光偏向デバイス41b
は互いに間隔を空けて配されているように示されている
が、実際には上記各素子が接して配置されるようにする
ことが好ましい。偏光面回転手段42としては、1/2
波長板やツイストネマチック(TN)セルを用いること
ができる。例えば、TNセルの場合、ガラス基板上に配
向膜を形成した後、ラビングなどの配向処理を行い、配
向方向が直交するようにセルを作成してネマチック液晶
を注入する。In FIG. 8, the first light deflection device 41
a, polarization plane rotation means 42, and second light deflection device 41b
Are shown to be spaced apart from each other, but in practice it is preferred that the elements be placed in contact. As the polarization plane rotation means 42, 1/2
A wave plate or a twisted nematic (TN) cell can be used. For example, in the case of a TN cell, after forming an alignment film on a glass substrate, an alignment treatment such as rubbing is performed to form a cell so that the alignment directions are orthogonal to each other, and nematic liquid crystal is injected.
【0056】図9は、TNセルによる偏光面の回転作用
について説明するための図で、図中、50はTNセル、
51,52は基板、LTNはツイストネマチック(TN)
液晶である。図9に示すように、入射側の基板51の配
向方向が入射光の偏光方向と一致するように配置するこ
とで、TNセル50を透過した光は偏光面が90度回転
した出射光となる。この場合、TNセル50を電界駆動
する必要は無いので透明電極は必要無く、簡単な構成と
なる。また、光偏向素子の基板とTNセルの基板を共通
化することで基板界面の数を減少させ、界面反射による
光利用効率のロスを低減することもできる(請求項13
に対応)。FIG. 9 is a view for explaining the rotation action of the plane of polarization by the TN cell, in which 50 is a TN cell.
51 and 52 are substrates, L TN is twisted nematic (TN)
It is a liquid crystal. As shown in FIG. 9, by arranging the substrate 51 on the incident side so that the orientation direction thereof coincides with the polarization direction of the incident light, the light transmitted through the TN cell 50 becomes the emitted light with the polarization plane rotated by 90 degrees. . In this case, since it is not necessary to drive the TN cell 50 with an electric field, a transparent electrode is not required and the structure is simple. Further, by sharing the substrate of the light deflection element and the substrate of the TN cell, it is possible to reduce the number of substrate interfaces and reduce the loss of light utilization efficiency due to interface reflection.
Corresponding to).
【0057】(実施例1)図10は、本発明の光学素子
(光偏向素子)を具体的に実施化した例について説明す
るための図で、配向処理の方向を変えて光学素子を構成
した例を図10(A)〜図10(C)に示すものであ
る。図10において、60は光学素子、61,62はI
TO付きガラス基板、63はスペーサ、Rは配向処理方
向である。まず大きさ3cm×3cm、厚さ3mmのI
TO付きガラス基板61,62を洗浄し、ポリイミド配
向剤AL3046を約800Åの厚さに塗布した。その
基板表面を図10(A),図10(B)及び図10
(C)の3種類の方向に、両基板61,62の配向処理
方向Rが同一方向(パラレル方向)となるようにラビン
グ配向処理を行った。(Embodiment 1) FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which the optical element (light deflecting element) of the present invention is specifically embodied, and the optical element is formed by changing the direction of the alignment treatment. An example is shown in FIGS. 10 (A) to 10 (C). In FIG. 10, 60 is an optical element, and 61 and 62 are I.
A glass substrate with TO, 63 is a spacer, and R is the orientation processing direction. First, I with a size of 3 cm × 3 cm and a thickness of 3 mm
The glass substrates 61 and 62 with TO were washed, and a polyimide orientation agent AL3046 was applied to a thickness of about 800Å. The substrate surface is shown in FIG. 10 (A), FIG. 10 (B) and FIG.
The rubbing alignment treatment was performed in the three types of directions (C) so that the alignment treatment directions R of the substrates 61 and 62 were the same direction (parallel direction).
【0058】次に基板61,62の一部に37μmの厚
さのスペーサ63を配して貼り合わせ、基板間の傾斜角
が0.2°のクサビ型の液晶セルを3種類(図10
(A)ないし図10(C))作製した。そして基板6
1,62を90℃に加熱した状態で、2枚の基板61,
62の間にコーン角が50°の強誘電性液晶(チッソ製
CS1029)を毛管法で注入した。徐冷後、接着剤で
封止して強誘電性液晶の配向状態を偏光顕微鏡で観察し
たところ、液晶層厚が6μm以下の部分では、全てのラ
ビング方向で均一な配向が得られていた。Next, a spacer 63 having a thickness of 37 μm is arranged on and bonded to a part of the substrates 61 and 62, and three kinds of wedge-shaped liquid crystal cells having an inclination angle between the substrates of 0.2 ° (see FIG. 10).
(A) to FIG. 10 (C)) were produced. And substrate 6
In the state where 1, 62 are heated to 90 ° C., two substrates 61,
Between 62, a ferroelectric liquid crystal (CS1029 manufactured by Chisso) having a cone angle of 50 ° was injected by a capillary method. After slowly cooling and sealing with an adhesive, the alignment state of the ferroelectric liquid crystal was observed with a polarization microscope. As a result, uniform alignment was obtained in all rubbing directions in the portion where the liquid crystal layer thickness was 6 μm or less.
【0059】次いで配向処理方向Rが異なる上記3種類
のセルに10vの電圧を印加して双安定状態の角度を測
定した。測定方向は二つの安定状態間を極性を変えてス
イッチングして、クロスニコル間で透過率が最小となる
2方向の角度を求めた。上記3種類の液晶セルとも、安
定な状態はラビング方向Rから左右に25°の位置にあ
り、強誘電性液晶のクサビセルにおいてもパラレルラビ
ング方向で双安定な方向を制御できることがわかった。Then, a voltage of 10 V was applied to the above three types of cells having different orientation treatment directions R, and the angle of the bistable state was measured. The measurement direction was switched between two stable states with different polarities, and the angle between the two directions that minimizes the transmittance between the crossed Nicols was obtained. It was found that the stable state of all three types of liquid crystal cells was at a position of 25 ° to the left and right from the rubbing direction R, and even in the wedge cell of the ferroelectric liquid crystal, the bistable direction could be controlled by the parallel rubbing direction.
【0060】(比較例1)図11は、本発明に係わる光
学素子の比較例について説明するための図で、配向処理
の方向を変えて光学素子を構成した例について、図11
(A)〜図11(C)に示すものである。図11におい
て、R1は第1の基板(上側基板)61側の配向処理方
向、R2は第2の基板(下側基板)62側の配向処理方
向で、その他、図10と同様の機能を有する部分には図
10と同じ符号が付してある。(Comparative Example 1) FIG. 11 is a diagram for explaining a comparative example of the optical element according to the present invention. FIG. 11 shows an example in which the optical element is formed by changing the direction of the alignment treatment.
It is shown in (A) to FIG. 11 (C). In FIG. 11, R1 is an alignment treatment direction on the first substrate (upper substrate) 61 side, R2 is an alignment treatment direction on the second substrate (lower substrate) 62 side, and has the same functions as those in FIG. The parts are given the same reference numerals as in FIG.
【0061】本比較例では、図11(A),図11
(B)及び図11(C)に示すように、ラビングによる
配向処理の方向R1,R2が互いにクロスする方向にな
るように処理した。その他のプロセスは上記実施例1と
同様にして、図11(A)〜図11(C)に示す3種類
の液晶セルを作製した。液晶注入後に配向の様子を偏光
顕微鏡で観察したところ、3種類の液晶セルとも液晶層
厚が6μm以下の部分であっても、スジ状の欠陥が発生
し配向は不均一であった。In this comparative example, FIG. 11 (A) and FIG.
As shown in (B) and FIG. 11 (C), the treatments were performed so that the orientation treatment directions R1 and R2 by rubbing crossed each other. Other processes were the same as in Example 1, and three types of liquid crystal cells shown in FIGS. 11A to 11C were manufactured. When the state of alignment was observed with a polarizing microscope after injecting the liquid crystal, streak-like defects were generated and the alignment was non-uniform in all of the three types of liquid crystal cells even when the liquid crystal layer thickness was 6 μm or less.
【0062】また、上記3種類の液晶セルでできるだけ
均一な配向の部分を使って、実施例1と同様の方法で二
つの安定状態の角度を測定したが、測定する部分によっ
て透過率が最小となる2方向の角度は異なり、双安定状
態が得られていないことがわかった。Further, two stable state angles were measured in the same manner as in Example 1 by using the portions of the above-mentioned three kinds of liquid crystal cells with the orientation as uniform as possible, but the transmittance was minimized depending on the portion to be measured. It was found that the bistable states were not obtained because the angles in the two directions were different.
【0063】(実施例2)上記実施例1で作製した図1
0(A)のセルを用い、該セルの液晶層厚が5μmの部
分にレーザ光を入射させ、±15vで液晶分子のスイッ
チングを行って出射側のCCD面でのシフト量を測定し
た。入射光の偏光方向をラビングによる配向処理方向R
と一致するように配置したところ、光路シフトはしなか
った。しかし、入射光の偏光方向を配向処理方向Rから
10°の位置にずらしたところ、1mの距離で約0.5
mmの光路シフトが得られた。但し、光路の二個所のシ
フト位置に残像のようなノイズ光成分があり、コントラ
ストは比較的小さかった。Example 2 FIG. 1 produced in Example 1 above.
Using a cell of 0 (A), laser light was made incident on a portion where the liquid crystal layer thickness of the cell was 5 μm, the liquid crystal molecules were switched at ± 15 v, and the shift amount on the emission side CCD surface was measured. Orientation processing direction R by rubbing the polarization direction of incident light
However, the optical path was not shifted. However, when the polarization direction of the incident light was shifted to a position of 10 ° from the alignment treatment direction R, it was about 0.5 at a distance of 1 m.
An optical path shift of mm was obtained. However, there was a noise light component such as an afterimage at two shift positions of the optical path, and the contrast was relatively small.
【0064】(実施例3)実施例1で作製した図10
(B)と図10(C)のセルを用い、これらセルの液晶
層厚が5μmの部分にレーザ光を入射させ、±15vで
液晶分子のスイッチングを行って出射側のCCD面での
シフト量を測定した。入射光の偏光方向は液晶分子の一
方の安定方向と一致させて配置した。いずれも1mの距
離で約0.8mmの比較的大きな光路シフトが確認でき
た。但し、光路における2個所のシフト位置のうち一方
に残像のようなノイズ光成分があり、コントラストは比
較的小さかった。Example 3 FIG. 10 produced in Example 1
Using the cells of (B) and FIG. 10 (C), a laser beam is made incident on a portion where the liquid crystal layer thickness of these cells is 5 μm, the liquid crystal molecules are switched at ± 15 v, and the shift amount on the emission side CCD surface is adjusted. Was measured. The polarization direction of the incident light was aligned with one stable direction of the liquid crystal molecules. In each case, a relatively large optical path shift of about 0.8 mm could be confirmed at a distance of 1 m. However, there was a noise light component such as an afterimage in one of the two shift positions in the optical path, and the contrast was relatively small.
【0065】(実施例4)実施例3と同様の構成で、出
射光側に偏光板を設置した。光路シフト量には変化がな
かったが、ノイズ光成分が除去され、コントラストが向
上した。但し、偏光板の設置により光量が僅かに減少し
た。(Embodiment 4) With the same construction as in Embodiment 3, a polarizing plate was installed on the outgoing light side. Although the optical path shift amount did not change, the noise light component was removed and the contrast was improved. However, the amount of light was slightly reduced by installing the polarizing plate.
【0066】(実施例5)液晶材料としてコーン角が8
6度の強誘電液晶(チッソ製CS2005)を用い、こ
れ以外は実施例1及び実施例3と同様にしてセルを作成
した。得られたセルの液晶層厚が5μmの部分にレーザ
光を入射させ、±15vで液晶分子のスイッチングを行
って出射側のCCD面でのシフト量を測定した。入射光
の偏光方向は液晶分子の一方の安定方向と一致させて配
置した。いずれも1mの距離で約0.8mmの比較的大
きな光路シフトが確認できた。この場合、光路の2個所
のシフト位置でのノイズ光成分は非常に少なく、コント
ラストは比較的大きかった。Example 5 A liquid crystal material having a cone angle of 8
A 6 degree ferroelectric liquid crystal (CS2005 manufactured by Chisso) was used, and cells were prepared in the same manner as in Example 1 and Example 3 except for this. Laser light was made incident on a portion of the obtained cell having a liquid crystal layer thickness of 5 μm, the liquid crystal molecules were switched at ± 15 v, and the shift amount on the emission side CCD surface was measured. The polarization direction of the incident light was aligned with one stable direction of the liquid crystal molecules. In each case, a relatively large optical path shift of about 0.8 mm could be confirmed at a distance of 1 m. In this case, the noise light component at the two shift positions of the optical path was very small, and the contrast was relatively large.
【0067】(実施例6)大きさ3cm×3cm、厚さ
1mmの石英ガラス基板をドライエッチングして、傾き
角(エッチング前の基板表面を基準面としたときその基
準面に対する傾斜角)が約0.5°、ピッチ100μm
の鋸歯形状を1cm×1cmの面積に形成した後、鋸歯
形状の表面にITOを2000Åの厚さにスパッタし
た。次にポリイミド配向剤AL3046を約800Åの
厚さに塗布し、その基板表面を、双安定なホモジニアス
方向一方の安定状態が傾斜領域の傾斜方向に垂直な方向
になるような条件でラビング法により配向処理を行っ
た。平滑な面のITO付きガラス基板を対向基板とし
て、液晶層厚の小さい部分が3μmになるようにビーズ
を混入した接着剤を用いて貼り合わせた。そして基板を
90度に加熱した状態で2枚の基板間に実施例5と同様
な強誘電性液晶を毛管法で注入し、冷却後に封止した。
配向状態を観察したところ、鋸歯形状の1cm×1cm
の部分はほぼ均一な配向状態であった。(Embodiment 6) A quartz glass substrate having a size of 3 cm × 3 cm and a thickness of 1 mm is dry-etched, and the tilt angle (the tilt angle with respect to the reference surface when the substrate surface before etching is used as the reference surface) is about. 0.5 °, pitch 100 μm
After forming a sawtooth shape of 1 cm × 1 cm in area, ITO was sputtered on the sawtooth surface to a thickness of 2000 Å. Next, a polyimide alignment agent AL3046 is applied to a thickness of about 800 Å, and the substrate surface is aligned by a rubbing method under the condition that one stable state in the bistable homogeneous direction is perpendicular to the inclination direction of the inclined region. Processed. The glass substrate with ITO having a smooth surface was used as a counter substrate, and the glass substrate was bonded using an adhesive agent in which beads were mixed so that a portion having a small liquid crystal layer thickness was 3 μm. Then, while the substrates were heated to 90 degrees, a ferroelectric liquid crystal similar to that in Example 5 was injected between the two substrates by a capillary method, and after cooling, sealing was performed.
Observation of the alignment state shows a sawtooth shape of 1 cm x 1 cm
The portion of was in a substantially uniform alignment state.
【0068】上記の液晶セルにレーザ光を入射させ、±
15vで液晶分子のスイッチングを行って出射側のCC
D面でのシフト量を測定した。入射光の偏光方向は鋸歯
形状の傾斜方向に垂直な方向にした。鋸歯形状部分を対
角に5点測定したところ、光路シフト量は全ての点で
0.8mmであった。広い範囲で均一な光路シフト量が
得られた。Laser light is made incident on the above liquid crystal cell,
Switching of liquid crystal molecules at 15v and CC on the output side
The shift amount on the D surface was measured. The polarization direction of the incident light was perpendicular to the tilt direction of the sawtooth shape. When the sawtooth-shaped portion was measured at five points diagonally, the optical path shift amount was 0.8 mm at all points. A uniform optical path shift amount was obtained in a wide range.
【0069】(実施例7)図12は、本発明による光偏
向素子を適用した画像表示装置の実施例について説明す
るための図で、図中、70は画像表示装置、71は光
源、72は拡散板、73はコンデンサレンズ、74は画
示素子としての透過型液晶パネル、75は画像パターン
を観察するための光学部材としての投射レンズ、76は
スクリーン、77は光源に対する光源ドライブ部、78
は透過型液晶パネルに対する液晶ドライブ部、79は光
偏向手段のドライブ部、80は光偏向手段である。(Embodiment 7) FIG. 12 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device to which the light deflection element according to the present invention is applied. In the drawing, 70 is an image display device, 71 is a light source, and 72 is A diffusion plate, 73 is a condenser lens, 74 is a transmissive liquid crystal panel as a display element, 75 is a projection lens as an optical member for observing an image pattern, 76 is a screen, 77 is a light source drive unit for a light source, 78
Is a liquid crystal drive unit for the transmissive liquid crystal panel, 79 is a drive unit of the light deflection unit, and 80 is a light deflection unit.
【0070】LEDランプを2次元アレイ状に配列した
光源71からスクリーン76に向けて発せられる光の進
行方向には、拡散板72、コンデンサレンズ73、画像
表示素子としての透過型液晶パネル74、画像パターン
を観察するための光学部材としての投射レンズ75が順
に配設されている。そして透過型液晶パネル74と投射
レンズ75との間の光路上にはピクセルシフト素子とし
て機能する光偏向手段80が介在されており、ドライブ
部79に接続されている。光偏向手段80として、前述
したような本発明による光偏向デバイスあるいは光偏向
装置を好適に用いることができる。In the traveling direction of the light emitted from the light source 71 in which the LED lamps are arranged in a two-dimensional array toward the screen 76, the diffusion plate 72, the condenser lens 73, the transmissive liquid crystal panel 74 as an image display element, the image A projection lens 75 as an optical member for observing the pattern is sequentially arranged. An optical deflector 80 functioning as a pixel shift element is interposed on the optical path between the transmissive liquid crystal panel 74 and the projection lens 75, and is connected to the drive unit 79. As the light deflecting means 80, the light deflecting device or the light deflecting device according to the present invention as described above can be preferably used.
【0071】光源ドライブ部77で制御されて光源71
から放出された照明光は、拡散板72により均一化され
た照明光となり、コンデンサレンズ73により液晶ドラ
イブ部78で照明光源と同期して制御されて透過型液晶
パネル74をクリティカル照明する。この透過型液晶パ
ネル74で空間光変調された照明光は、画像光として光
偏向手段80に入射し、この光偏向手段80によって画
像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされる。
この光は投射レンズ75で拡大されスクリーン76上に
投射される。The light source 71 is controlled by the light source drive unit 77.
The illuminating light emitted from the illuminating device becomes uniform illuminating light by the diffusion plate 72, and is controlled by the condenser lens 73 by the liquid crystal drive unit 78 in synchronization with the illuminating light source to critically illuminate the transmissive liquid crystal panel 74. The illumination light spatially light-modulated by the transmissive liquid crystal panel 74 is incident on the light deflecting unit 80 as image light, and the image deflecting unit 80 shifts the image light in the pixel arrangement direction by an arbitrary distance.
This light is magnified by the projection lens 75 and projected on the screen 76.
【0072】ここに、光偏向手段80により画像フィー
ルドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎の光路
の偏向に応じて表示位置がずれている状態の画像パター
ンを表示させることで、透過型液晶パネル74の見掛け
上の画素数を増倍して表示する。このように光偏向手段
80によるシフト量は、透過型液晶パネル74の画素の
配列方向に対して2倍の画像増倍を行うことから、画素
ピッチの1/2に設定される。シフト量に応じて透過型
液晶パネル74を駆動する画像信号をシフト量分だけ補
正することで、見掛け上高精細な画像を表示することが
できる。この際、光偏向手段80として、前述した各実
施の形態のような光偏向素子または光偏向デバイスを用
いているので、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とって明るく高品質の画像を
提供できる。By displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection of the optical path for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field by the light deflecting means 80, the transmissive liquid crystal is displayed. The apparent number of pixels of the panel 74 is multiplied and displayed. In this way, the shift amount by the light deflecting means 80 is set to 1/2 of the pixel pitch because image multiplication is performed twice in the pixel arrangement direction of the transmissive liquid crystal panel 74. By correcting the image signal for driving the transmissive liquid crystal panel 74 according to the shift amount by the shift amount, an apparently high-definition image can be displayed. At this time, since the light deflecting device or the light deflecting device as in each of the above-described embodiments is used as the light deflecting means 80, the utilization efficiency of light is improved, and the observer can observe the light without increasing the load on the light source. It can provide bright and high quality images.
【0073】ちなみに、従来の画像表示装置に組み込ま
れるピクセルシフト素子用の光偏向手段の例(特開平6
−324320号公報提案例)を示す。この光偏向手段
としての光学素子は水平垂直方向に各2位置、合計4位
置の光シフトを行うための素子であり(2次元の4点絵
素ずらし)、強誘電液晶等よりなる結晶位相変調素子と
電気光学素子等よりなる複屈折媒体との組合せが水平・
垂直方向用に各2組で構成される。Incidentally, an example of a light deflecting means for a pixel shift element incorporated in a conventional image display device (Japanese Patent Laid-Open No. 6-58242).
(Proposed example of JP-A-324320) is shown. The optical element as the light deflecting means is an element for shifting the light at two positions in the horizontal and vertical directions and a total of four positions (two-dimensional four-point pixel shift), and a crystal phase modulation made of a ferroelectric liquid crystal or the like. The combination of the element and the birefringent medium consisting of an electro-optical element is horizontal
Each set consists of two sets for the vertical direction.
【0074】従来のこの光学素子を用いた画像表示装置
では、この光学素子が(1)結晶位相変調素子と複屈折
媒体との組合せで光偏向を達成しているため、この界面
での光損失がある、(2)同様に、界面での光散乱によ
りコントラストが低下しやすい、(3)複屈折媒体用の
電気光学素子が高価であるためコストが高い、などの問
題を有するため、必ずしも得られる画像品質が良好なも
のではなく、装置コストも大幅に増加する傾向にあっ
た。この点、本実施形態の光偏向手段80のような構成
の場合、各実施の形態で前述した通り、これらの要因を
排除できるため、光偏向素子の配向不良に基づく画像劣
化の発生を抑えることができ、画像品質が良好であり、
コスト的にも有利となる。In the conventional image display device using this optical element, since this optical element achieves the light deflection by the combination of (1) the crystal phase modulation element and the birefringent medium, the light loss at this interface is However, similarly, (2) there is a problem that the contrast is likely to be lowered due to light scattering at the interface, and (3) the cost is high because the electro-optical element for the birefringent medium is expensive. The image quality obtained was not good, and the device cost tended to increase significantly. In this respect, in the case of the configuration of the light deflection unit 80 of the present embodiment, these factors can be eliminated as described above in each embodiment, so that the occurrence of image deterioration due to the alignment defect of the light deflection element can be suppressed. And the image quality is good,
It is also advantageous in terms of cost.
【0075】図13は、画像表示素子として反射型液晶
パネルを用いた本発明に係わる画像表示装置の実施例を
説明するための図で、図中、81は反射型液晶パネル、
82は偏光ビームスプリッタで、その他、図12と同様
の機能を有する部分は図12と同じ符号が付してある。
画像表示装置90としては、図12に示したごとくの画
像表示素子に透過型液晶パネル74を用いるタイプに限
られることなく、図13に示すように、反射型液晶パネ
ル81を用いるタイプにも同様に適用できる。この場
合、図12に示した画像表示装置70に比較して偏光ビ
ームスプリッタ(PBS)82が付加され、照明系から
の光はPBS82により反射型液晶パネル81側に折り
返され、光偏向手段80を介して反射型液晶パネル81
に照射される。この反射型液晶パネル81に入射した照
明光は、液晶パネル背面に配された反射板(図示せず)
によって反射されながら画像に対応した空間変調を受け
画像光として出射する。その後、光偏向手段80に入射
し、この光偏向手段80によって画像光が画素の配列方
向に所定距離だけシフトされる。その後の経路は図12
に示した透過型液晶パネル74の場合と同様である。FIG. 13 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device according to the present invention which uses a reflective liquid crystal panel as an image display element. In the figure, 81 is a reflective liquid crystal panel.
Reference numeral 82 denotes a polarization beam splitter, and other parts having the same functions as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
The image display device 90 is not limited to the type in which the transmissive liquid crystal panel 74 is used for the image display element as shown in FIG. 12, and is also the type in which the reflective liquid crystal panel 81 is used as shown in FIG. Applicable to In this case, a polarization beam splitter (PBS) 82 is added as compared with the image display device 70 shown in FIG. 12, and the light from the illumination system is reflected by the PBS 82 toward the reflective liquid crystal panel 81 side, and the light deflecting means 80 is turned on. Through the reflective liquid crystal panel 81
Is irradiated. Illumination light that has entered the reflective liquid crystal panel 81 is reflected by a reflector (not shown) provided on the rear surface of the liquid crystal panel.
While being reflected by, it undergoes spatial modulation corresponding to the image and is emitted as image light. After that, the light enters the light deflection unit 80, and the image light is shifted by a predetermined distance in the pixel arrangement direction by the light deflection unit 80. The subsequent route is shown in Figure 12.
This is similar to the case of the transmissive liquid crystal panel 74 shown in FIG.
【0076】[0076]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、キラルスメクチックC層を用いた基板間隔が
非平行の液晶セルによる光学素子において、傾斜領域内
で強誘電性液晶の2方向への双安定なホモジニアス配向
状態の形成方法を提供し、簡単な構成で高速な光路シフ
トが可能な光学素子、光偏向素子、光偏向デバイス及び
光偏向装置を提供することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, in an optical element including a liquid crystal cell using a chiral smectic C layer and having a non-parallel substrate spacing, a ferroelectric liquid crystal having a ferroelectric liquid crystal within a tilt region is used. It is possible to provide a method for forming a bistable homogeneous alignment state in a direction, and to provide an optical element, a light deflecting element, a light deflecting device, and a light deflecting device capable of performing high-speed optical path shift with a simple configuration.
【0077】すなわち、液晶分子配列方向が同一平面内
となるように配向処理を施すことで、傾斜領域内でも双
安定なホモジニアス配向状態が得られ、これによって配
向不良にともなう素子製造時の歩留まりを改善でき、素
子寿命を向上させることができる。また、双安定なホモ
ジニアス配向方向が、入射する直線偏光の方向に対して
いずれも非対称となるように設置することで屈折率変化
が生じ、高速応答が可能な光路シフトの機能が得られ
る。That is, by performing the alignment treatment so that the liquid crystal molecule alignment directions are in the same plane, a bistable homogeneous alignment state can be obtained even in the inclined region, and the yield at the time of manufacturing the element due to the alignment failure can be obtained. It is possible to improve the life of the device. Further, when the bistable homogeneous orientation directions are arranged so as to be asymmetric with respect to the direction of the incident linearly polarized light, the refractive index changes, and the function of optical path shift capable of high-speed response is obtained.
【0078】一対の光偏向素子の傾斜領域を対面させる
ことで光路を平行シフトさせることができる。光偏向デ
バイスが提供できる。また、一方向への偏向が可能な上
記光路偏向デバイスを二枚組み合わせ、両者の傾斜領域
の最大傾斜方向を90度回転させて配置し、入射側の光
偏向デバイスから出射した光の偏光面を90度回転させ
て、第2の光偏向デバイスに入射させることで、確実に
二次元方向への光偏向が可能となる光偏向装置を提供で
きる。また上記のごとくの光偏向デバイスまたは光偏向
装置を画像表示装置に適用することで、従来に比べ光偏
向素子の配向不良にもとづく画像劣化が発生しづらく、
安定した画像品質を得ることができるようになる。The optical paths can be parallel-shifted by making the inclined regions of the pair of optical deflection elements face each other. A light deflection device can be provided. In addition, two optical path deflecting devices capable of deflecting in one direction are combined and arranged so that the maximum inclination directions of both inclined regions are rotated by 90 degrees, and the polarization plane of the light emitted from the incident side optical deflecting device is changed. It is possible to provide an optical deflecting device capable of surely deflecting light in a two-dimensional direction by rotating it by 90 degrees and making it enter the second optical deflecting device. Further, by applying the optical deflecting device or the optical deflecting device as described above to the image display device, it is less likely that the image deterioration based on the alignment defect of the optical deflecting element occurs as compared with the conventional case.
It becomes possible to obtain stable image quality.
【図1】 本発明の第1の実施形態を説明するための図
である。FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
【図2】 基板傾斜面における屈折率変化による偏向動
作について説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a deflection operation due to a change in refractive index on an inclined surface of a substrate.
【図3】 液晶分子の安定な動作を実現するために好適
な配列方向について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an alignment direction suitable for realizing stable operation of liquid crystal molecules.
【図4】 本発明による光偏向素子において液晶分子の
配向状態を最適化した実施形態の正面概略図で、光偏向
素子の液晶セルを模式的に示す図である。FIG. 4 is a schematic front view of an embodiment in which the alignment state of liquid crystal molecules is optimized in the light deflection element according to the present invention, and is a diagram schematically showing a liquid crystal cell of the light deflection element.
【図5】 本発明の他の実施形態を説明するための図で
ある。FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
【図6】 本発明による光偏向デバイスの一実施形態を
説明するための図で、光学素子の傾斜領域を対向配置す
るように構成したときの作用について説明するための図
である。FIG. 6 is a diagram for explaining an embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, and is a diagram for explaining an operation when the inclined regions of the optical element are arranged to face each other.
【図7】 一対の鋸刃状の基板を対向配置した構成を有
する光偏向デバイスの他の実施形態を説明するための概
略図である。FIG. 7 is a schematic view for explaining another embodiment of an optical deflecting device having a configuration in which a pair of sawtooth substrates are arranged to face each other.
【図8】 本発明による光偏向装置の一実施形態を説明
するための斜視概略図である。FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining an embodiment of a light deflecting device according to the present invention.
【図9】 TNセルによる偏光面の回転作用について説
明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the rotation action of the polarization plane by the TN cell.
【図10】 本発明の光学素子(光偏向素子)を具体的
に実施化した例について説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which the optical element (optical deflection element) of the present invention is specifically embodied.
【図11】 本発明に係わる光学素子の比較例について
説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a comparative example of the optical element according to the present invention.
【図12】 本発明による光偏向素子を適用した画像表
示装置の実施例について説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining an example of the image display device to which the light deflection element according to the present invention is applied.
【図13】 画像表示素子として反射型液晶パネルを用
いた本発明に係わる画像表示装置の実施例を説明するた
めの図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an example of an image display device according to the present invention using a reflective liquid crystal panel as an image display element.
1,1’,1”…光偏向素子、2…透明電極、3,4…
基板、5…スペーサ、6…配向膜、7…液晶層、10…
ラビング方向示唆矢印、11…光偏向素子、13,14
…基板、15…スペーサ、17…液晶層、21…光偏向
デバイス、23,24…基板、27…液晶層、28…中
間基板、31…光偏向デバイス、33,34…基板、3
7…液晶層、38…中間基板、41a…第1の光偏向デ
バイス、41b…第2の光偏向デバイス、42…偏光面
回転手段、43…偏光面回転手段、50…TNセル、5
1,52…基板、60…光学素子、61,62…ITO
付きガラス基板、63…スペーサ、70,90…画像表
示装置、71…光源、72…拡散板、73…コンデンサ
レンズ、74…透過型液晶パネル、75…投射レンズ、
76…スクリーン、77…光源ドライブ部、78…液晶
ドライブ部、79…光偏向手段のドライブ部、80…光
偏向手段、81…反射型液晶パネル、82…偏光ビーム
スプリッタ、L…液晶分子、R,R1,R2…配向処理
方向、T1…第1の傾斜領域、T2…第2の傾斜領域、T
3…第3の傾斜領域、T4…第4の傾斜領域、TL…傾斜
領域における最大傾斜方向、LTN…ツイストネマチック
(TN)液晶。1, 1 ', 1 "... Optical deflection element, 2 ... Transparent electrode, 3, 4 ...
Substrate, 5 ... Spacer, 6 ... Alignment film, 7 ... Liquid crystal layer, 10 ...
Rubbing direction indicating arrow, 11 ... Optical deflector, 13, 14
... substrate, 15 ... spacer, 17 ... liquid crystal layer, 21 ... optical deflection device, 23, 24 ... substrate, 27 ... liquid crystal layer, 28 ... intermediate substrate, 31 ... optical deflection device, 33, 34 ... substrate, 3
7 ... Liquid crystal layer, 38 ... Intermediate substrate, 41a ... First light deflecting device, 41b ... Second light deflecting device, 42 ... Polarization plane rotating means, 43 ... Polarization plane rotating means, 50 ... TN cell, 5
1, 52 ... Substrate, 60 ... Optical element, 61, 62 ... ITO
Attached glass substrate, 63 ... Spacers, 70, 90 ... Image display device, 71 ... Light source, 72 ... Diffusion plate, 73 ... Condenser lens, 74 ... Transmissive liquid crystal panel, 75 ... Projection lens,
76 ... Screen, 77 ... Light source drive section, 78 ... Liquid crystal drive section, 79 ... Light deflection means drive section, 80 ... Light deflection means, 81 ... Reflective liquid crystal panel, 82 ... Polarization beam splitter, L ... Liquid crystal molecule, R , R1, R2 ... Orientation processing direction, T 1 ... First inclined region, T 2 ... Second inclined region, T
3 ... third inclined area, T 4 ... fourth inclined region, the maximum inclination direction in the T L ... inclined region, L TN ... twisted nematic (TN) liquid crystal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鴇田 才明 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 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 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB03 BB62 2H088 EA45 EA47 GA04 GA17 HA03 HA15 HA18 JA11 JA17 KA15 MA18 2K002 AA01 AB04 BA06 CA14 DA14 EA30 HA02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Saiki Tokita 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks Company Ricoh (72) Inventor Yasuyuki Takiguchi 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks Company Ricoh (72) Inventor Emura Nimura 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks Company Ricoh (72) Inventor Masanori Kobayashi 1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks Company Ricoh F-term (reference) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB03 BB62 2H088 EA45 EA47 GA04 GA17 HA03 HA15 HA18 JA11 JA17 KA15 MA18 2K002 AA01 AB04 BA06 CA14 DA14 EA30 HA02
Claims (14)
の基板と、前記液晶配向膜上で液晶分子が所定の向きに
配向している液晶層を前記基板間に封入した液晶セルと
を備えた光学素子であって、前記液晶セルは、前記二枚
の基板が所定の傾斜角度をもって配置される傾斜領域を
有し、前記液晶層は、前記傾斜領域で2方向への双安定
なホモジニアス配向状態をとるキラルスメクチックC相
を有し、前記傾斜領域内で前記各液晶配向膜上の前記液
晶分子の配向方向が同一平面内にあることを特徴とする
光学素子。1. A liquid crystal cell in which two substrates each having a transparent electrode film and a liquid crystal alignment film, and a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned in a predetermined direction on the liquid crystal alignment film are sealed between the substrates. The liquid crystal cell has an inclined region in which the two substrates are arranged at a predetermined inclination angle, and the liquid crystal layer is bistable in two directions in the inclined region. An optical element having a chiral smectic C phase having a homogeneous alignment state, wherein the alignment directions of the liquid crystal molecules on each of the liquid crystal alignment films in the inclined region are in the same plane.
直線偏光の進行方向を偏向できるようにした光偏向素子
であって、前記双安定なホモジニアス配向のそれぞれの
配向方向が、前記入射直線偏光の偏光方向を中心軸とし
たときに非対称となるように設置されていることを特徴
とする光偏向素子。2. An optical deflecting element capable of deflecting a traveling direction of incident linearly polarized light by using the optical element according to claim 1, wherein each orientation direction of the bistable homogeneous orientation is the incident direction. An optical deflection element, which is installed so as to be asymmetric when the polarization direction of linearly polarized light is the central axis.
前記双安定なホモジニアス配向の一方の安定方向が、前
記傾斜領域における最大傾斜方向に垂直な方向を含む平
面に一致するように、前記配向処理の方向が設定されて
いることを特徴とする光偏向素子。3. The optical deflection element according to claim 2, wherein
The direction of the alignment treatment is set so that one stable direction of the bistable homogeneous alignment matches a plane including a direction perpendicular to the maximum tilt direction in the tilt region. element.
おいて、入射直線偏光の偏光方向が、双安定なホモジニ
アス配向の一方の安定方向と一致するように配置されて
いることを特徴とする光偏向素子。4. The light deflection element according to claim 2 or 3, wherein the polarization direction of the incident linearly polarized light is arranged so as to coincide with one stable direction of the bistable homogeneous alignment. Light deflection element.
光偏向素子において、前記液晶セルの出射側に偏光板が
設けられていることを特徴とする光偏向素子。5. The optical deflector according to claim 2, wherein a polarizing plate is provided on the exit side of the liquid crystal cell.
前記双安定なホモジニアス配向の2方向間の角度が略直
角であり、入射直線偏光の偏光方向が、該双安定なホモ
ジニアス配向の一方の安定方向と平行となるように配置
されていることを特徴とする光偏向素子。6. The optical deflection element according to claim 2, wherein
The angle between the two directions of the bistable homogeneous orientation is substantially a right angle, and the polarization direction of the incident linearly polarized light is arranged to be parallel to one stable direction of the bistable homogeneous orientation. And a light deflection element.
前記双安定なホモジニアス配向の一方の安定方向が、前
記傾斜領域における最大傾斜方向に垂直な方向と一致す
るように配向処理の方向が設定されていることを特徴と
する光偏向素子。7. The optical deflection element according to claim 5, wherein
An optical deflection element, wherein a direction of alignment treatment is set so that one stable direction of the bistable homogeneous alignment matches a direction perpendicular to a maximum tilt direction in the tilt region.
方の前記基板の内側表面に断面が鋸歯形状の周期構造を
設けることにより、該鋸歯形状の一辺によって前記傾斜
領域が形成され、該鋸歯形状の周期構造によって前記傾
斜領域が巨視的に連続して形成されるようにしたことを
特徴とする光学素子。8. The optical element according to claim 1, wherein a periodic structure having a sawtooth-shaped cross section is provided on the inner surface of one of the substrates, so that the inclined region is formed by one side of the sawtooth shape. An optical element characterized in that the inclined regions are macroscopically and continuously formed by a periodic structure having a shape.
光偏向素子において、一方の前記基板の内側表面に断面
が鋸歯形状の周期構造を設けることにより、該鋸歯形状
の一辺によって前記傾斜領域が形成され、該鋸歯形状の
周期構造によって前記傾斜領域が巨視的に連続して形成
されるようにしたことを特徴とする光偏向素子。9. The optical deflection element according to claim 2, wherein a periodic structure having a sawtooth-shaped cross section is provided on the inner surface of one of the substrates, and the tilt is formed by one side of the sawtooth-shaped structure. A light deflection element, wherein a region is formed, and the inclined region is macroscopically continuously formed by the saw-toothed periodic structure.
の光偏向素子を一対有する光偏向デバイスであって、入
射光の進行方向に対して第1の前記光偏向素子の前記傾
斜領域で屈折された光が、一定間隔をおいて設置された
第2の前記光偏向素子の前記傾斜領域に入射し、該第2
の光偏向素子の傾斜領域で再度屈折されて出射する際
に、前記双安定なホモジニアス配向のそれぞれの配向方
向に応じて出射する偏向光が平行光として出射するよう
に、前記第1の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面及び
前記第2の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面の入射光
に対する配設角度が設定されていることを特徴とする光
偏向デバイス。10. An optical deflecting device having a pair of the optical deflecting elements according to claim 1, wherein the first deflecting element is provided in the inclined region with respect to a traveling direction of incident light. The refracted light is incident on the inclined region of the second optical deflection element installed at a constant interval,
When the light is refracted again in the inclined region of the optical deflecting element and emitted, the deflected light emitted in accordance with each orientation direction of the bistable homogeneous orientation is emitted as parallel light so that the first inclined region The optical deflection device is characterized in that the arrangement angles of the substrate surface for deflecting the optical path and the substrate surface for deflecting the optical path in the second inclined region with respect to the incident light are set.
おいて、前記第1の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面
と前記第2の傾斜領域で光路の偏向を行う基板面は、平
行となるように設定されていることを特徴とする光偏向
デバイス。11. The optical deflection device according to claim 10, wherein a substrate surface for deflecting an optical path in the first inclined region and a substrate surface for deflecting an optical path in the second inclined region are parallel to each other. An optical deflection device characterized by being set as follows.
デバイスにおいて、前記第1の光偏向素子と前記第2の
光偏向素子は、光偏向素子を構成する一方の基板を一枚
の基板で共有するように構成されていることを特徴とす
る光偏向デバイス。12. The optical deflecting device according to claim 10, wherein the first optical deflecting element and the second optical deflecting element are one substrate constituting one optical deflecting element. An optical deflection device, characterized in that it is configured to be shared.
記載の第1の光偏向デバイスと、該第1の光偏向デバイ
スの出射光の偏光面を略直角に回転させる偏光面回転手
段と、該偏光面回転手段による偏光面回転後の出射光を
入射させる請求項10ないし12のいずれか1に記載の
第2の光偏向デバイスとを有し、前記第1の光偏向デバ
イスの傾斜領域の最大傾斜方向と、前記第2の光偏向デ
バイスの傾斜領域の最大傾斜方向とが、略直交するよう
に配置されてなることを特徴とする光偏向装置。13. A first light deflecting device according to claim 10, and a polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of the emitted light of the first light deflecting device substantially at right angles. The second light deflection device according to any one of claims 10 to 12, wherein the outgoing light after the polarization plane is rotated by the polarization plane rotation means is incident, and the tilted area of the first light deflection device is provided. The optical deflecting device, wherein the maximum inclination direction and the maximum inclination direction of the inclination region of the second optical deflection device are arranged so as to be substantially orthogonal to each other.
御可能な複数の画素を二次元的に配列した画像表示素子
と、該画像表示素子を照明する光源と、前記画像表示素
子に表示した画像パターンを観察するための光学部材
と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィ
ールド毎に前記画像表示素子と前記光学部材の間の光路
を偏向する請求項10ないし12のいずれか1に記載の
光偏向デバイスまたは請求項13に記載の光偏向装置に
よる光偏向手段とを備えることを特徴とする画像表示装
置。14. An image display device in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, a light source for illuminating the image display device, and an image pattern displayed on the image display device. 13. The light according to claim 10, wherein an optical member for observing and an optical path between the image display element and the optical member are deflected for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field. An image display device, comprising: a deflection device or a light deflection unit according to claim 13.
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JP2001287877A JP2003098560A (en) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | Optical element, optical deflection element and image display device |
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JP2001287877A Withdrawn JP2003098560A (en) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | Optical element, optical deflection element and image display device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006184489A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Ricoh Co Ltd | Display device and picture projection device |
CN102640045A (en) * | 2009-10-30 | 2012-08-15 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Beam steering device |
-
2001
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006184489A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Ricoh Co Ltd | Display device and picture projection device |
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JP2013509608A (en) * | 2009-10-30 | 2013-03-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Beam manipulation device |
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Legal Events
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