WO2012066776A1 - 光偏向器及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

光偏向器及びこれを用いた液晶表示装置 Download PDF

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WO2012066776A1
WO2012066776A1 PCT/JP2011/006376 JP2011006376W WO2012066776A1 WO 2012066776 A1 WO2012066776 A1 WO 2012066776A1 JP 2011006376 W JP2011006376 W JP 2011006376W WO 2012066776 A1 WO2012066776 A1 WO 2012066776A1
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light
liquid crystal
deflection
optical deflector
elements
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PCT/JP2011/006376
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English (en)
French (fr)
Inventor
式井　愼一
林　克彦
吉川　智延
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/291—Two-dimensional analogue deflection

Definitions

  • the present invention relates to an optical deflector for deflecting light and a liquid crystal display device using the same.
  • An optical deflector is an indispensable device in a laser scanner used in, for example, a laser printer.
  • a polygon scanner, a galvano scanner, a MEMS mirror, or the like has been used as an optical deflector.
  • such polygon scanners, galvano scanners, MEMS mirrors, and the like have a problem in that failure is likely to occur because they have movable parts (mechanical mechanisms) for moving parts. Therefore, development of an optical deflector that can deflect light without providing a movable part is desired.
  • FIGS. 7A and 7B A conventional optical deflector will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • 7A is a cross-sectional view of a conventional optical deflector
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the optical deflector taken along line AA in FIG. 7A.
  • the illustrated optical deflector 50 includes a liquid crystal deflecting element 501 and a pair of electrodes 502 a, 502 b, and 502 c arranged around the liquid crystal deflecting element 501.
  • the liquid crystal deflecting element 501 includes a liquid crystal 503 having a triangular cross section and a dielectric 504 having a shape complementary to the shape of the liquid crystal 503.
  • the dielectric 504 is disposed on the inclined surface side of the liquid crystal 503, whereby the liquid crystal deflecting element 501 is configured to have a rectangular cross section as a whole.
  • the dielectric 504 can be made of, for example, a polymer resin such as plastic, or glass.
  • the three pairs of electrodes 502a, 502b, and 502c are disposed so as to face each other with the liquid crystal deflecting element 501 interposed therebetween.
  • the refractive index of the liquid crystal 503 is modulated, and the light incident on the liquid crystal deflecting element 501 is deflected.
  • 7A and 7B three pairs of electrodes 502a, 502b, and 502c are provided. However, only one pair of these electrodes or only two pairs of electrodes are included. It can also comprise so that it may provide.
  • the pair of electrodes 502b is preferably a transparent electrode so that light can pass through the pair of electrodes 502b.
  • the light deflection angle can be modulated.
  • a plurality (three in FIG. 8) of liquid crystal deflecting elements 501a, 501b, and 501c can be arranged side by side.
  • dielectrics 504a, 504b, and 504c are arranged on the inclined surfaces of the liquid crystal deflecting elements 501a, 501b, and 501c, respectively.
  • the dielectrics 504a, 504b, and 504c are integrally molded.
  • wide light for example, linear light or planar light
  • the conventional optical deflector described above has the following problems.
  • diffracted light is generated in the direction of the angle ⁇ that satisfies a predetermined condition.
  • diffracted light is generated in the direction indicated by the arrow 506.
  • Equation 1 ⁇ is the wavelength of the light 111, ND is the refractive index of the dielectrics 504a, 504b, and 504c, and n is an arbitrary integer.
  • ⁇ is the outgoing angle of the diffracted light with respect to the vertical direction (vertical direction in FIG. 8). For example, when the light is deflected in the direction indicated by the arrow 505m in FIG. 8, diffracted light is generated in the direction of the angle ⁇ , so that the amount of light deflected in the direction indicated by the arrow 505m in FIG. Decreases by the amount of diffracted light.
  • a liquid crystal display device such as a tablet-type 3D (three dimensions) display is configured using the above-described conventional optical deflector.
  • the liquid crystal display device configured as described above has the following problems. As described above, since the light deflection angle cannot be increased in the optical deflector, there arises a problem that the viewing angle of the liquid crystal display device becomes narrow. Further, as described above, a light quantity loss due to the generation of diffracted light occurs in the optical deflector, which causes a problem that the luminance of the liquid crystal display device is lowered.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to use an optical deflector capable of increasing a light deflection angle and reducing a light amount loss due to generation of diffracted light, and the same.
  • a liquid crystal display device is provided.
  • an optical deflector is an optical deflector capable of deflecting light in a predetermined deflection direction and modulating a deflection angle of the light, and the predetermined deflection direction.
  • a plurality of optical deflection elements arranged side by side, and at least one pair of adjacent optical deflection elements, the size of one optical deflection element in the predetermined deflection direction is the predetermined one of the other optical deflection element Different from the size in the deflection direction.
  • an angle magnifying lens provided on the light emission side of the plurality of light deflection elements is provided, and a deflection angle of light emitted from the plurality of light deflection elements is enlarged by the angle magnifying lens.
  • the deflection angle of the light emitted from the optical deflector can be increased.
  • the plurality of light deflection elements are laminated in a direction from the light incident side toward the light emitting side.
  • the deflection angle of the light emitted from the optical deflector can be increased.
  • Each of the plurality of light deflecting elements is a liquid crystal deflecting element, and a voltage is applied to each of the plurality of liquid crystal deflecting elements to modulate the refractive index of each of the plurality of liquid crystal deflecting elements.
  • the light incident on each of the liquid crystal deflecting elements is preferably deflected by refraction.
  • An optical deflector is an optical deflector capable of deflecting light in a predetermined deflection direction by diffraction and modulating the light deflection angle, and is arranged side by side in the predetermined deflection direction.
  • a plurality of liquid crystal deflecting elements, and each of the plurality of liquid crystal deflecting elements has substantially the same size in the predetermined deflection direction, and a voltage is applied to each of the plurality of liquid crystal deflecting elements to By modulating the refractive index of each of the plurality of liquid crystal deflecting elements, light incident on each of the plurality of liquid crystal deflecting elements is deflected by diffraction.
  • each of the plurality of liquid crystal deflecting elements in the predetermined deflection direction of the opening where light enters is 50 ⁇ m or less.
  • an angle expansion lens provided on the light emission side of the plurality of liquid crystal deflection elements is provided, and a deflection angle of light emitted from the plurality of liquid crystal deflection elements is expanded by the angle expansion lens.
  • the deflection angle of the light emitted from the optical deflector can be increased.
  • the plurality of liquid crystal deflecting elements are preferably laminated in a plurality of layers in a direction from the light incident side to the light emitting side.
  • the deflection angle of the light emitted from the optical deflector can be increased.
  • a liquid crystal display device includes the optical deflector according to any one of claims 1 to 8, a light source provided on a light incident side of the optical deflector, and the light A liquid crystal panel provided on the light emission side of the deflector, and the light emitted from the light source is incident on the optical deflector and deflected by the optical deflector and then emitted from the optical deflector. And is incident on the liquid crystal panel.
  • the viewing angle of the liquid crystal display device can be widened.
  • the light amount loss due to the generation of diffracted light in the optical deflector is reduced, the luminance of the liquid crystal display device can be increased.
  • the light source is configured to sequentially emit light of a plurality of colors having different wavelengths, and when the light of the plurality of colors having different wavelengths emitted from the light source is sequentially incident on the optical deflector,
  • the refractive index of each of the plurality of light deflecting elements or the refractive index of each of the plurality of liquid crystal deflecting elements may be modulated in accordance with the wavelength of incident light so that the deflection angles of different colors of light are the same. preferable.
  • a liquid crystal display device includes an optical deflector that deflects light in a predetermined deflection direction, and a light incident side of the optical deflector, and emits light toward the optical deflector.
  • a light source that emits light, and a liquid crystal panel that is provided on a light emission side of the light deflector and into which the light deflected by the light deflector is incident, and the liquid crystal panels are arranged in a predetermined direction.
  • Each of the plurality of pixels is composed of a plurality of sub-pixels, and the arrangement direction of the plurality of sub-pixels is orthogonal to the predetermined deflection direction.
  • the light is incident on the plurality of sub-pixels in the same amount regardless of the deflection angle at which the light is deflected in the pixel.
  • a high-quality liquid crystal display device that does not cause color unevenness can be realized.
  • a liquid crystal display device includes an optical deflector that deflects light in a predetermined deflection direction, and a light incident side of the optical deflector, and emits light toward the optical deflector.
  • a light source that emits light
  • a liquid crystal panel that is provided on a light emission side of the light deflector and into which the light deflected by the light deflector is incident.
  • the light deflector is arranged in the predetermined deflection direction.
  • the liquid crystal panel includes a plurality of pixels arranged side by side in the predetermined deflection direction, and each of the plurality of pixels has a size in the predetermined deflection direction. The size of each of the plurality of light deflection elements is larger than the size in the predetermined deflection direction.
  • the size of each of the plurality of pixels in the predetermined deflection direction is preferably an integer multiple of the size of each of the plurality of light deflection elements in the predetermined deflection direction.
  • the spatial frequency in the deflection direction of the optical deflection element is a constant multiple of the spatial frequency in the deflection direction of the pixel, the occurrence of moire can be prevented and a high-quality liquid crystal display device can be realized.
  • a detection unit that detects the positions of the right eye and the left eye of a viewer viewing the liquid crystal panel, and the deflection angle of the light by the optical deflector are controlled based on the positions of the right eye and the left eye detected by the detection unit.
  • a liquid crystal display device as a 3D display can be realized.
  • the light deflection angle can be increased, and the light loss caused by the generation of diffracted light can be reduced. Further, in the liquid crystal display device of the present invention, by using the above-described optical deflector, the viewing angle can be widened and the light utilization efficiency can be increased.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an optical deflector according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing an optical deflector according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing an optical deflector according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a liquid crystal display device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an extracted light source, an optical deflector, and a liquid crystal panel in the liquid crystal display device of FIG.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a region S surrounded by a dashed line in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of pixels constituting the liquid crystal panel.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing a conventional optical deflector.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the optical deflector cut along line AA in FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional optical deflector in which a plurality of optical deflecting elements are arranged side by side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical deflector 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the illustrated optical deflector 10 is configured by arranging a plurality (three in the present embodiment) of liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c side by side in the light deflection direction (left-right direction in FIG. 1). .
  • Each of these liquid crystal deflection elements 101a, 101b, and 101c constitutes an optical deflection element.
  • Each of the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c includes a liquid crystal 102a, 102b, 102c having a triangular cross section and dielectrics 103a, 103b, 103c having shapes complementary to the shapes of the liquid crystals 102a, 102b, 102c.
  • the dielectrics 103a, 103b, and 103c are disposed on the inclined side of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c. Accordingly, each of the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c is configured to have a rectangular cross section as a whole.
  • the dielectrics 103a, 103b, and 103c can be made of a polymer resin such as plastic, or glass, for example. In the present embodiment, the dielectrics 103a, 103b, and 103c are integrally molded.
  • the size Wa of the liquid crystal deflection element 101a, the size Wb of the liquid crystal deflection element 101b, and the size Wc of the liquid crystal deflection element 101c in the light deflection direction are set to different sizes.
  • the size Wa of the liquid crystal deflecting element 101a is 100 ⁇ m
  • the size Wb of the liquid crystal deflecting element 101b is 80 ⁇ m
  • the size Wc of the liquid crystal deflecting element 101c is 120 ⁇ m.
  • the inclination angle ⁇ a of the inclined surface of the liquid crystal 102a, the inclination angle ⁇ b of the inclined surface of the liquid crystal 102b, and the inclination angle ⁇ c of the inclined surface of the liquid crystal 102c are all set to the same magnitude.
  • a pair of electrodes (not shown) for applying a voltage to the liquid crystals 102a, 102b, 102c of the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c are provided.
  • the pair of electrodes are arranged so as to face each other with the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c interposed therebetween.
  • the refractive index NL of each liquid crystal 102a, 102b, 102c can be modulated with a predetermined modulation width.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, 102c is higher than the refractive index ND of the dielectrics 103a, 103b, 103c.
  • the refractive index NL of each liquid crystal 102a, 102b, 102c is greater than the refractive index ND of each dielectric 103a, 103b, 103c. Also lower.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c is the same value as the refractive index ND of each of the dielectrics 103a, 103b, and 103c.
  • an angle magnifying lens 104 is disposed on the light emission side of each of the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c.
  • the angle magnifying lens 104 is configured by combining a concave lens 105 and a convex lens 106.
  • a convex lens 106 and a concave lens 105 are arranged in this order from the side closer to the light emission side of each liquid crystal deflection element 101a, 101b, 101c.
  • a light source (not shown) is disposed on the light incident side of the optical deflector 10. As indicated by an arrow 107 in FIG. 1, light from the light source enters from the incident end face (the lower face in FIG. 1) of each liquid crystal 102a, 102b, 102c.
  • each liquid crystal 102a, 102b, 102c and the refractive index ND of each dielectric 103a, 103b, 103c have the same value.
  • the light incident from the incident end face of each liquid crystal 102a, 102b, 102c is not refracted at the interface between each liquid crystal 102a, 102b, 102c and each dielectric 103a, 103b, 103c, and the arrow 107s in FIG. Go straight as shown in.
  • the light deflection angle is an angle at which the light is deflected with respect to the vertical direction (vertical direction in FIG. 1). In this case, the light deflection angle is 0 °.
  • the light emitted from the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c passes through the convex lens 106 and the concave lens 105 of the angle expansion lens 104 and further advances straight, and is emitted from the angle expansion lens 104 as indicated by an arrow 108s in FIG. .
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c is higher than the refractive index ND of each of the dielectrics 103a, 103b, and 103c.
  • 11 is refracted at the interface between each liquid crystal 102a, 102b, 102c and each dielectric 103a, 103b, 103c, as indicated by an arrow 107h in FIG.
  • the deflection angle of light is alpha 1.
  • the light deflected and emitted from the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c passes through the angle magnifying lens 104 and then exits from the angle magnifying lens 104 as indicated by an arrow 108h in FIG.
  • the light deflection angle is magnified by the convex lens 106 and the concave lens 105 of the angle magnifying lens 104. Therefore, the deflection angle ⁇ 1 of the light emitted from the angle expansion lens 104 is larger than the deflection angle ⁇ 1 of the light emitted from the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, 102c is lower than the refractive index ND of each of the dielectrics 103a, 103b, 103c.
  • the light 11 is refracted at the interface between each liquid crystal 102a, 102b, 102c and each dielectric 103a, 103b, 103c, as indicated by an arrow 107m in FIG. In this case, the deflection angle of light is alpha 2.
  • the light deflected and emitted from the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c passes through the angle magnifying lens 104 and then exits from the angle magnifying lens 104 as indicated by an arrow 108m in FIG.
  • the deflection angle ⁇ 2 of the light deflected and emitted from the liquid crystal deflection elements 101 a, 101 b, 101 c is magnified by the angle magnifying lens 104.
  • the deflection angle ⁇ 2 of the light emitted from the angle expanding lens 104 becomes larger than the deflection angle ⁇ 2 of the light emitted from the liquid crystal deflection elements 101a, 101b, 101c.
  • the arrangement structure of the plurality of liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c is a non-periodic structure, so that the predetermined condition expressed by the above formula 1 is not satisfied, and the generation of diffracted light can be reduced.
  • the three liquid crystal deflection elements 101a, 101b, and 101c are arranged in the light deflection direction, but the present invention is not limited to this.
  • two liquid crystal deflecting elements or four or more liquid crystal deflecting elements can be arranged side by side in the light deflection direction.
  • a plurality of liquid crystal deflecting elements are arranged in a matrix in a predetermined deflection direction (left-right direction in FIG. 1) and in a direction perpendicular to the predetermined deflection direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). You can also.
  • the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c that deflect light by refraction are described as the light deflecting elements constituting the optical deflector 10.
  • the present invention is not limited to this, and light other than refraction is used.
  • Other optical deflecting elements that are deflected by this method can also be used.
  • the angle expansion lens 104 is configured by a combination of the convex lens 106 and the concave lens 105.
  • the present invention is not limited thereto, and may be configured by another type of single lens or a combination of other types of lenses. You can also.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical deflector 20 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the illustrated optical deflector 20 includes a plurality of liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c according to the first embodiment in a direction from the light incident side to the light emission side (a direction from the lower side to the upper side in FIG. 2). It is configured by stacking layers (two layers in this embodiment).
  • Angle magnifying lenses 104 are arranged on the light emission sides of the upper liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c, respectively.
  • a pair of electrodes (not shown) for applying a voltage to the liquid crystals 102a, 102b, 102c of the upper and lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c are provided.
  • the pair of electrodes are arranged so as to face each other with the upper and lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c interposed therebetween.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c and the dielectrics 103a, 103b, and 103c is the same value.
  • the light travels straight through the lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c as indicated by an arrow 201s in FIG. 2, and thereafter, as indicated by an arrow 202s in FIG. Go straight through the elements 101a, 101b, 101c.
  • the light deflection angle is 0 °.
  • the light emitted from the upper liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c passes through the angle magnifying lens 104 and further advances straight, and is emitted from the angle magnifying lens 104 as indicated by an arrow 203s in FIG.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c in each of the upper and lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c is the dielectric 103a, It becomes higher than the refractive index ND of 103b and 103c.
  • the light incident from the incident end faces of the lower liquid crystals 102a, 102b, and 102c is transmitted between the liquid crystals 102a, 102b, and 102c and the dielectrics 103a, 103b, and 103c, as indicated by arrows 201h in FIG. Refracted at the interface.
  • the deflection angle of light is alpha 1.
  • the light deflected and emitted from the lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c is incident from the incident end surfaces of the liquid crystals 102a, 102b, and 102c of the upper liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c.
  • the incident light is refracted at the interface between each liquid crystal 102a, 102b, 102c and each dielectric 103a, 103b, 103c, as indicated by an arrow 202h in FIG.
  • the deflection angle of light is 2.alpha 1.
  • the deflection angle 2 ⁇ 1 of the light emitted from the upper liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c is larger than the deflection angle ⁇ 1 of the light emitted from the lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c (about twice). growing.
  • Light emitted from the upper liquid crystal deflecting elements 101 a, 101 b, and 101 c passes through the angle magnifying lens 104 and then exits from the angle magnifying lens 104.
  • the light deflection angle is magnified by the convex lens 106 and the concave lens 105 of the angle magnifying lens 104.
  • the deflection angle ⁇ 1 ′ of the light emitted from the angle expansion lens 104 becomes larger than the deflection angle 2 ⁇ 1 of the light emitted from the upper liquid crystal deflection elements 101a, 101b, 101c.
  • the refractive index NL of each of the liquid crystals 102a, 102b, 102c in each of the upper and lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c It becomes lower than the refractive index ND of 103a, 103b, 103c.
  • the deflection angle of light is alpha 2.
  • the deflection angle of light is 2.alpha 2.
  • the deflection angle 2 ⁇ 2 of the light emitted from the upper liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c is larger than the deflection angle ⁇ 2 of the light emitted from the lower liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c (about twice). growing.
  • the deflection angle of the light emitted from the optical deflector 20 can be increased by laminating a plurality of liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, 101c.
  • the liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c are stacked in two layers, but three or four or more layers may be stacked. As the number of stacked liquid crystal deflecting elements 101a, 101b, and 101c increases, the deflection angle of light emitted from the optical deflector 20 is further expanded.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an optical deflector 30 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the illustrated optical deflector 30 is configured by arranging a plurality (three in the present embodiment) of liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c in the light deflection direction (left-right direction in FIG. 3).
  • Each of the liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c is composed of liquid crystals 302a, 302b, and 302c having a rectangular cross section.
  • the size D of each liquid crystal deflecting element 301a, 301b, 301c in the light deflection direction is configured to be substantially the same size.
  • a light amount limiting unit 303 is disposed on the incident end faces of the plurality of liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c.
  • the light amount limiting unit 303 is configured by a diffraction grating, and the light amount limiting unit 303 is provided with a plurality of aperture limiting units 304a, 304b, and 304c corresponding to the plurality of liquid crystal deflection elements 301a, 301b, and 301c.
  • the size D 'of the aperture limiting portions 304a, 304b, and 304c in the light deflection direction is configured to be smaller than the size D of the liquid crystal deflection elements 301a, 301b, and 301c in the light deflection direction.
  • a pair of electrodes (not shown) for applying a voltage to each of the liquid crystals 302a, 302b, and 302c are provided.
  • the pair of electrodes are arranged so as to face each other with the plurality of liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c interposed therebetween.
  • a method of deflecting light by the optical deflector 30 of this embodiment will be described.
  • Light incident from the incident end surfaces (lower surfaces in FIG. 3) of the liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c is diffracted by the aperture restricting portions 304a, 304b, and 304c of the light amount restricting portion 303, while being diffracted. It propagates in 302b and 302c.
  • the size of each of the liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c in the light deflection direction is D
  • the light travels in the direction of an angle ⁇ that satisfies the following Expression 2 by diffraction.
  • Equation 2 n is an integer, ⁇ is the wavelength of light, and NL is the refractive index of the liquid crystals 302a, 302b, and 302c.
  • each of the liquid crystals 302a, 302b, and 302c is configured to have a rectangular cross section, but each of the liquid crystals 302a, 302b, and 302c may be configured to have a prism shape, for example. Thereby, the intensity
  • the size D ′ of the aperture limiting portions 304a, 304b, and 304c in the light deflection direction is 50 ⁇ m or less. The reason will be described as follows.
  • the diffracted light is generated in the direction of the angle ⁇ satisfying the above formula 2 in the angle range limited by the following formula 3.
  • an aspect ratio that can be manufactured for a prism composed of a liquid crystal and a dielectric (the size of the prism in the horizontal direction: the size of the prism in the vertical direction) ) Is about 10: 1. Since the difference between the refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the dielectric is about 0.1 at the maximum, the refractive angle is about 0.6 ° at the maximum. In order to deflect light by diffraction at an angle larger than this, in the case of light having a wavelength of 532 nm (green light), the aperture width (that is, the light of each liquid crystal deflecting element 301a, 301b, 301c is calculated from Equation 3.
  • the size of the opening in which light enters is about 50 ⁇ m or less. Therefore, by setting the size D ′ of the aperture limiting portions 304a, 304b, and 304c in the light deflection direction to 50 ⁇ m or less, the light can be deflected by diffraction at an angle larger than the maximum refraction angle.
  • an angle magnifying lens can be disposed on the light emission side of each of the liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c.
  • deviation element 301a, 301b, 301c can be expanded.
  • a plurality of liquid crystal deflecting elements 301a, 301b, and 301c may be stacked in a direction from the light incident side toward the light emitting side. it can.
  • the light amount limiting unit 303 is provided.
  • the light amount limiting unit 303 can be omitted.
  • the liquid crystal deflection elements 301a, 301b, and 301c have substantially the same size D in the light deflection direction, so that the light diffraction effect in each of the liquid crystal deflection elements 301a, 301b, and 301c. Can be obtained.
  • FIG. 4 is a diagram showing a liquid crystal display device 40 according to the fourth embodiment.
  • the illustrated liquid crystal display device 40 includes a rectangular frame (not shown), and in this frame, a light source 401, an optical deflector 402, a liquid crystal panel 403, a right camera 404a, a left camera 404b, and a control unit 405 are accommodated. ing.
  • the liquid crystal display device 40 of the present embodiment is configured with, for example, a tablet-type 3D display panel.
  • the optical deflector 402 is configured to deflect incident light in a predetermined deflection direction (left-right direction in FIG. 4) and to modulate the deflection angle of the light.
  • the optical deflector 402 for example, the optical deflector 10 of the first embodiment, the optical deflector 20 of the second embodiment, or the optical deflector 30 of the third embodiment can be used.
  • the optical deflector 402 is configured in a panel shape, and a plurality of optical deflecting elements 406 (see FIG. 5A) configuring the optical deflector 402 are arranged in a matrix.
  • the light source 401 is composed of a planar light source and is disposed to face the incident end face of the optical deflector 402. Light emitted from the light source 401 enters the incident end face of the optical deflector 402.
  • the liquid crystal panel 403 is disposed to face the emission end face of the optical deflector 402.
  • a plurality of pixels 407 are arranged in a matrix.
  • the right camera 404a detects the position of the right eye 409a of the viewer 408 who visually recognizes the liquid crystal display device 40.
  • the left camera 404b detects the position of the left eye 409b of the viewer 408 who views the liquid crystal display device 40.
  • the right camera 404a and the left camera 404b constitute a detection unit.
  • the control unit 405 is applied to the liquid crystal (not shown) of each light deflection element 406 constituting the light deflector 402 based on the right eye position detection signal from the right camera 404a and the left eye position detection signal from the left camera. By controlling the voltage, the refractive index of the liquid crystal is modulated.
  • FIG. 5A is a diagram in which the light source 401, the optical deflector 402, and the liquid crystal panel 403 are extracted from FIG.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a region S surrounded by a dashed line in FIG. 5A.
  • the size Wp of the pixel 407 constituting the liquid crystal panel 403 in the light deflection direction is larger than the size Wh of the light deflection element 406 in the light deflection direction. Is configured to be larger. Thereby, since the light emitted from the light deflection element 406 enters all the pixels 407, all the pixels 407 can be illuminated without any problem.
  • the size Wp of the pixel 407 in the light deflection direction is preferably an integral multiple of the size Wh of the light deflection element 406 in the light deflection direction. Accordingly, loss due to absorption of light incident on a boundary portion between a pair of adjacent pixels 407 can be reduced, so that light use efficiency can be increased. Furthermore, since the spatial frequency in the deflection direction of the light deflection element 406 is a constant multiple of the spatial frequency in the deflection direction of the pixel 407, the occurrence of moire is prevented, and the high-quality liquid crystal display device 40 can be realized.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of pixels 407 constituting the liquid crystal panel 403.
  • the pixel 407 includes three sub-pixels, that is, a red sub-pixel 407r, a green sub-pixel 407g, and a blue sub-pixel 407b.
  • the red sub-pixel 407r, the green sub-pixel 407g, and the blue sub-pixel 407b are arranged in a direction orthogonal to the light deflection direction (left-right direction in FIG. 6).
  • the light is divided into three parts to each of the red sub-pixel 407r, the green sub-pixel 407g, and the blue sub-pixel 407b regardless of the deflection angle in the pixel 407. Are incident in equal amounts. Thereby, it is possible to realize a high-quality liquid crystal display device 40 that does not cause color unevenness.
  • the right camera 404a and the left camera 404b detect the positions of the right eye 409a and the left eye 409b of the viewer 408 who views the liquid crystal display device 40, respectively.
  • the right eye position detection signal from the right camera 404a and the left eye position detection signal from the left camera 404b are respectively sent to the control unit 405.
  • the control unit 405 controls the voltage applied to the liquid crystal of each light deflection element 406 constituting the light deflector 402 based on the right eye position detection signal from the right camera 404a and the left eye position detection signal from the left camera 404b. As a result, the refractive index of the liquid crystal of each light deflection element 406 is modulated.
  • the light source 401 starts lighting, the light emitted from the light source 401 passes through the light deflector 402 and the liquid crystal panel 403 and is emitted toward the outside of the liquid crystal display device 40. At this time, an image is formed on the liquid crystal panel 403 by illuminating the liquid crystal panel 403 with the light emitted from the optical deflector 402.
  • the controller 405 modulates the refractive index of the liquid crystal of each light deflection element 406 until a predetermined time elapses after the light source 401 starts lighting.
  • the light emitted from the light source 401 is deflected by the optical deflector 402 as indicated by an arrow 410a in FIG. 4 and collected at the position of the right eye 409a of the viewer 408.
  • the right-eye image is displayed on the liquid crystal panel 403 at the timing when the light is deflected toward the right eye 409a.
  • the control unit 405 modulates the refractive index of the liquid crystal of each light deflection element 406.
  • the light emitted from the light source 401 is deflected by the optical deflector 402 as indicated by an arrow 410b in FIG. 4 and condensed at the position of the left eye 409b of the viewer 408.
  • the image for the left eye is displayed on the liquid crystal panel 403 at the timing when the light is deflected toward the left eye 409b.
  • the control unit 405 switches the light deflection angle by the optical deflector 402 in time series.
  • the light emitted from the light source 401 is deflected by the light deflector 402 and is alternately condensed in time series on the position of the right eye 409a and the position of the left eye 409b of the viewer 408.
  • An image for the right eye is displayed on the liquid crystal panel 403 at a timing when the light is deflected toward the right eye 409a
  • an image for the left eye is displayed on the liquid crystal panel 403 at a timing when the light is deflected toward the left eye 409b.
  • the viewer 408 can recognize the 3D image.
  • the light source 401 is configured to repeatedly irradiate red laser light (wavelength 640 nm), green laser light (wavelength 532 nm), and blue laser light (450 nm) in order in time series.
  • the deflection angle of the laser light of each color can be made the same. Accordingly, the laser beams of the respective colors are sequentially irradiated in the same direction in time series, and uniform white light without color misregistration can be irradiated.
  • the liquid crystal display device can function as a 3D display.
  • the right eye and the left eye of each of the detected plurality of viewers are condensed by deflecting light, and an appropriate image is displayed on the liquid crystal panel 403 at each timing.
  • the liquid crystal display device 40 functions as a privacy display.
  • the light source 401 can be configured by arranging a large number of white LEDs or the like, for example, or can be configured by arranging a large number of red LEDs, blue LEDs, and green LEDs in a planar shape. .
  • the light source 401 can also be comprised by LED, CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp; cold cathode fluorescent lamp), a laser, etc. which are arrange
  • the angle magnifying lens 104 of the first embodiment can be disposed between the optical deflector 402 and the liquid crystal panel 403. Accordingly, even when the distance between the liquid crystal panel 403 and the viewer 408 is relatively short, light can be deflected, and the range (viewing angle) that can be viewed as a 3D display panel, a privacy display panel, or the like is widened. be able to.
  • the position of the right eye 409a and the position of the left eye 409b of the viewer 408 is detected using the two cameras 404a and 404b.
  • the position of the right eye 409a and the position of the left eye 409b is detected by other means.
  • the eyes 409a and 409b of the viewer 408 can be photographed by the two cameras 404a and 404b, and the positions of the eyes 409a and 409b can be detected based on the difference between the images photographed by the cameras 404a and 404b.
  • first to fourth embodiments of the present invention have been described above, the configurations shown in the first to fourth embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Needless to say. Further, it is of course possible to use the above-described first to fourth embodiments in combination, or a combination of the inventions obtained by modifying them.
  • the optical deflector of the present invention can be applied as an optical deflector that has a large light deflection angle and further reduces light loss caused by the generation of diffracted light. Further, the liquid crystal display device using the optical deflector of the present invention can be applied as a tablet-type 3D display panel, an installation-type 3D display panel, a privacy display panel, or the like.
  • Optical deflector 40 Liquid crystal display devices 101a, 101b, 101c, 301a, 301b, 301c, 501, 501a, 501b, 501c Liquid crystal deflecting elements 102a, 102b, 102c, 302a, 302b, 302c, 503, 503a, 503b, 503c Liquid crystals 103a, 103b, 103c, 504, 504a, 504b, 504c Dielectric 104 Angular magnification lens 105 Concave lens 106 Convex lens 303 Light quantity restricting parts 304a, 304b, 304c Aperture restricting part 401 Light source 403 Liquid crystal panel 404a Right camera 404b Left camera 405 Control unit 406 Light deflection element 407 Pixel 407r Red sub pixel 407g Green sub pixel 407b Blue sub pixel 408 Viewer 409a Right eye 409b Left eye 502a, 502

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Abstract

本発明は、回折光の発生による光量ロスを低減可能な光偏向器を実現することを目的とする。本発明は、光を所定の偏向方向に偏向させ且つ光の偏向角度を変調可能な光偏向器（１０）であって、所定の偏向方向に並べて配置された複数の液晶偏向素子（１０１ａ），（１０１ｂ），（１０１ｃ）を備え、少なくとも一組の隣接する一対の液晶偏向素子において、一方の液晶偏向素子の所定の偏向方向における大きさは、他方の液晶偏向素子の所定の偏向方向における大きさと異なる。

Description

光偏向器及びこれを用いた液晶表示装置
　本発明は、光を偏向する光偏向器及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
　光を偏向する光偏向器は、従来から種々研究されている。光偏向器は、例えばレーザプリンタ等に用いられるレーザスキャナにおいては欠かすことのできないデバイスである。従来は、光偏向器として例えば、ポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナ及びＭＥＭＳミラー等が使用されていた。しかしながら、このようなポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナ及びＭＥＭＳミラー等では、部品を可動させるための可動部（機械的機構）を有するために、故障が発生しやすいという問題がある。そのため、可動部を設けることなく、光を偏向することができる光偏向器の開発が望まれている。
　その要望に対して、下記特許文献１に開示されているような光偏向器が提案されている。この光偏向器では、可動部を設けることなく、電圧の印加により液晶の屈折率が変調することを利用して光を偏向する。これにより、故障の発生が低減され、高い信頼性を得ることができる。
　図７Ａ及び図７Ｂを用いて、従来の光偏向器について説明する。図７Ａは、従来の光偏向器の断面図であり、図７Ｂは、図７Ａ中のＡ－Ａ線により切断した光偏向器の断面図である。図示の光偏向器５０は、液晶偏向素子５０１と、液晶偏向素子５０１の周囲に配置された３組の一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃと、を備えている。液晶偏向素子５０１は、断面三角形状の液晶５０３と、液晶５０３の形状に対して相補的な形状を有する誘電体５０４と、を有している。誘電体５０４は液晶５０３の斜面側に配置されており、これにより液晶偏向素子５０１は全体として断面矩形状に構成されている。誘電体５０４は、例えばプラスチック等の高分子樹脂等、或いは、ガラス等で構成することができる。３組の一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃはそれぞれ、液晶偏向素子５０１を挟んで相互に対向するように配置されている。
　３組の一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間にそれぞれ電圧を印加することにより、液晶５０３の屈折率が変調され、液晶偏向素子５０１に入射した光が偏向される。なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、３組の一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃを設けるように構成したが、これらのうちいずれか１組の一対の電極のみ、或いは、２組の一対の電極のみを設けるように構成することもできる。
　光は、図７Ａ中の矢印５０５で示すように、液晶５０３の入射端面（図７Ａにおいて下側の面）から液晶偏向素子５０１に入射する。なお、光が一対の電極５０２ｂを通過できるように、一対の電極５０２ｂは透明電極であることが望ましい。
　一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間に電圧が印加されていない状態において、液晶５０３の屈折率ＮＬと誘電体５０４の屈折率ＮＤとが同じ値である場合には、光は、屈折することなく図７Ａ中の矢印５０５ｓで示す方向に直進する。一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間に電圧を印加することにより、液晶５０３の屈折率ＮＬが誘電体５０４の屈折率ＮＤよりも高くなった場合には、光は、図７Ａ中の矢印５０５ｈで示す方向に屈折する。また、一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間に電圧を印加することにより、液晶５０３の屈折率ＮＬが誘電体５０４の屈折率ＮＤよりも低くなった場合には、光は、図７Ａ中の矢印５０５ｍで示す方向に屈折する。このように、一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間に印加する電圧を制御することにより、光の偏向角度を変調することができる。
　また、図８に示すように、液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを横方向に複数個（図８では３個）並べて配置することもできる。図８の光偏向器６０では、各液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの斜面側にはそれぞれ、誘電体５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃが配置されている。誘電体５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃは、一体的に成型されている。光の偏向方向（図８において左右方向）における液晶偏向素子５０１ａの大きさＷａ、液晶偏向素子５０１ｂの大きさＷｂ、液晶偏向素子５０１ｃの大きさＷｃはそれぞれ同じ大きさ（Ｗａ＝Ｗｂ＝Ｗｃ）である。また、液晶５０３ａの斜面の傾斜角度θａ、液晶５０３ｂの斜面の傾斜角度θｂ、液晶５０３ｃの斜面の傾斜角度θｃはそれぞれ同じ大きさ（θａ＝θｂ＝θｃ）である。なお、図８では、上述した３組の一対の電極の図示を省略している。
　このように、複数の液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを並べて配置することにより、幅の広い光（例えば、線状光又は面状光等）を偏向することができる。
国際公開第２００５／０６９９１８号
　しかしながら、上述した従来の光偏向器では、次のような問題が生じる。第１に、図７Ａに示す光偏向器５０において、一対の電極５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ間に電圧を印加した際に、液晶５０３の屈折率の変調量が小さいため、光の偏向角度を大きくすることができない。
　第２に、図８に示す光偏向器６０のように、複数の液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを並べて配置して幅の広い光を偏向する場合には、回折光の発生による光量ロスが発生するため、液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃから所定の偏向角度で出射する光の光量が低下する。図８に示す光偏向器５０において、回折光は次のようにして発生する。複数の液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの配置構造が周期構造であること、即ち、光の偏向方向における液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの大きさＷａ，Ｗｂ，Ｗｃがそれぞれ同じ大きさであることに起因して、所定の条件を満たす角度φの向きに回折光が発生する。図８において、回折光は、矢印５０６で示す方向に発生する。上記所定の条件は、光の偏向方向における液晶偏向素子５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの大きさＷａ，Ｗｂ，ＷｃについてＷａ＝Ｗｂ＝Ｗｃ＝Ｄとし、下記の式１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式１において、λは光１１１の波長であり、ＮＤは誘電体５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃの屈折率であり、ｎは任意の整数である。φは、鉛直方向（図８において上下方向）に対する回折光の出射角度である。例えば、図８中の矢印５０５ｍで示す方向に光が偏向されている場合において、角度φの向きに回折光が発生することにより、図８中の矢印５０５ｍで示す方向に偏向した光の光量が回折光の光量分だけ低下する。
　また、上述した従来の光偏向器を用いて、例えばタブレット型の３Ｄ（ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）ディスプレイ等の液晶表示装置を構成する場合がある。しかしながら、このように構成された液晶表示装置では、次のような問題が生じる。上述したように、光偏向器において光の偏向角度を大きくすることができないため、液晶表示装置の視野角が狭くなるという問題が生じる。また、上述したように、光偏向器において回折光の発生による光量ロスが発生するため、液晶表示装置の輝度が低下するという問題が生じる。
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、その目的は、光の偏向角度を大きくすることができ、回折光の発生による光量ロスを低減することができる光偏向器及びこれを用いた液晶表示装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る光偏向器は、光を所定の偏向方向に偏向させ且つ光の偏向角度を変調可能な光偏向器であって、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の光偏向素子を備え、少なくとも一組の隣接する一対の光偏向素子において、一方の光偏向素子の前記所定の偏向方向における大きさは、他方の光偏向素子の前記所定の偏向方向における大きさと異なる。
　このような構成とすることにより、回折光の発生が低減され、回折光の発生による光量ロスを低減することができる。これにより、高効率の光偏向器を実現することができる。
　さらに、前記複数の光偏向素子の光の出射側に設けられた角度拡大レンズを備え、前記複数の光偏向素子より出射された光の偏向角度は、前記角度拡大レンズにより拡大されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、光偏向器より出射する光の偏向角度を大きくすることができる。
　また、前記複数の光偏向素子は、光の入射側から光の出射側に向かう方向に複数層積層されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、光偏向器より出射する光の偏向角度を大きくすることができる。
　また、前記複数の光偏向素子の各々は液晶偏向素子であり、前記複数の液晶偏向素子の各々に電圧を印加して前記複数の液晶偏向素子の各々の屈折率を変調することにより、前記複数の液晶偏向素子の各々に入射した光が屈折により偏向されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、簡単な構成で、複数の液晶偏向素子の各々に入射した光を屈折により偏向させることができる。
　また、本発明の一態様に係る光偏向器は、光を回折により所定の偏向方向に偏向させ且つ光の偏向角度を変調可能な光偏向器であって、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の液晶偏向素子を備え、前記複数の液晶偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさは略同一の大きさであり、前記複数の液晶偏向素子の各々に電圧を印加して前記複数の液晶偏向素子の各々の屈折率を変調することにより、前記複数の液晶偏向素子の各々に入射した光が回折により偏向される。
　このような構成とすることにより、光の偏向角度の大きい光偏向器を実現することができる。
　また、前記複数の液晶偏向素子の各々の、光が入射する開口部の前記所定の偏向方向における大きさは、５０μｍ以下であることが好ましい。
　このような構成とすることにより、最大となり得る屈折角よりも大きな偏向角度で、回折により光を偏向させることができる。
　さらに、前記複数の液晶偏向素子の光の出射側に設けられた角度拡大レンズを備え、前記複数の液晶偏向素子より出射された光の偏向角度は、前記角度拡大レンズにより拡大されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、光偏向器より出射する光の偏向角度を大きくすることができる。
　また、前記複数の液晶偏向素子は、光の入射側から光の出射側に向かう方向に複数層積層されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、光偏向器より出射する光の偏向角度を大きくすることができる。
　また、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、請求項１～８のいずれか１項に記載の光偏向器と、前記光偏向器の光の入射側に設けられた光源と、前記光偏向器の光の出射側に設けられた液晶パネルと、を備え、前記光源より発した光は、前記光偏向器に入射されて前記光偏向器により偏向された後に、前記光偏向器より出射されて前記液晶パネルに入射される。
　このような構成とすることにより、光偏向器において光の偏向角度が大きくなるため、液晶表示装置の視野角を広くすることができる。また、光偏向器において回折光の発生による光量ロスが低減されるため、液晶表示装置の輝度を高めることができる。
　また、前記光源は、波長の異なる複数色の光を順に発するように構成され、前記光源より発した前記波長の異なる複数色の光が前記光偏向器に順に入射された際に、前記波長の異なる複数色の光の偏向角度が同じになるように、入射する光の波長に応じて複数の光偏向素子の各々の屈折率又は複数の液晶偏向素子の各々の屈折率が変調されることが好ましい。
　このような構成とすることにより、色ずれのない均一な白色光を照射することができる。
　また、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、光を所定の偏向方向に偏向させる光偏向器と、前記光偏向器の光の入射側に設けられ、前記光偏向器に向けて光を発する光源と、前記光偏向器の光の出射側に設けられ、前記光偏向器により偏向された光が入射される液晶パネルと、を備え、前記液晶パネルは、所定方向に並べて配置された複数の画素を有し、前記複数の画素の各々は複数のサブ画素で構成され、前記複数のサブ画素の配列方向は、前記所定の偏向方向に対して直交する。
　このような構成とすることにより、画素内でどのような偏向角度で光が偏向された場合であっても、光は、複数のサブ画素にそれぞれ等しい量で入射する。これにより、色ムラが生じない、高画質な液晶表示装置を実現することができる。
　また、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、光を所定の偏向方向に偏向させる光偏向器と、前記光偏向器の光の入射側に設けられ、前記光偏向器に向けて光を発する光源と、前記光偏向器の光の出射側に設けられ、前記光偏向器により偏向された光が入射される液晶パネルと、を備え、前記光偏向器は、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の光偏向素子を有し、前記液晶パネルは、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の画素を有し、前記複数の画素の各々の前記所定の偏向方向における大きさは、前記複数の光偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさよりも大きい。
　このような構成とすることにより、光偏向素子より出射した光が全ての画素に入射するので、全ての画素を隈なく照明することができる。
　また、前記複数の画素の各々の前記所定の偏向方向における大きさは、前記複数の光偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさの整数倍であることが好ましい。
　このような構成とすることにより、隣接する一対の画素の境界部に入射する光が吸収されることによるロスが低減され、光の利用効率を高めることができる。さらに、光偏向素子の偏向方向の空間周波数が、画素の偏向方向の空間周波数の定数倍となるため、モアレの発生が防止され、高画質な液晶表示装置を実現することができる。
　さらに、前記液晶パネルを視認する視認者の右目及び左目の位置を検出する検出部と、前記検出部により検出された右目及び左目の位置に基づいて、前記光偏向器による光の偏向角度を制御する制御部と、を備え、前記検出部により検出された右目及び左目の位置に対して、前記液晶パネルから出射された光が時系列で交互に集光されるように、前記制御部は、前記光偏向器による光の偏向角度を時系列で切り替えることが好ましい。
　このような構成とすることにより、３Ｄディスプレイとしての液晶表示装置を実現することができる。
　以上説明したように、本発明の光偏向器では、光の偏向角度を大きくすることができ、回折光の発生による光量ロスを低減することができる。また、本発明の液晶表示装置では、上述した光偏向器を用いることにより、視野角を広くすることができ、光の利用効率を高めることができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る光偏向器を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る光偏向器を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態３に係る光偏向器を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置を示す図である。 図５Ａは、図４の液晶表示装置における光源、光偏向器及び液晶パネルを抽出して示す図である。 図５Ｂは、図５Ａにおける一点鎖線で囲まれた領域Ｓを拡大して示す図である。 図６は、液晶パネルを構成する複数の画素の配置を示す図である。 図７Ａは、従来の光偏向器を示す断面図である。 図７Ｂは、図７Ａ中のＡ－Ａ線により切断した光偏向器の断面図である。 図８は、複数の光偏向素子を並べて配置した、従来の光偏向器を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素及び構成要素の配置位置等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲のみによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の目的を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面は、理解を容易にするために、各構成要素を主体に模式的に示している。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る光偏向器１０を示す断面図である。図示の光偏向器１０は、複数個（本実施の形態では３個）の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを光の偏向方向（図１において左右方向）に並べて配置することにより構成されている。これら液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃはそれぞれ、光偏向素子を構成する。
　各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、断面三角形状の液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと、液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの形状に対して相補的な形状を有する誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと、を有している。誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの斜面側に配置されている。これにより、各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、全体として断面矩形状に構成されている。誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、例えばプラスチック等の高分子樹脂等、或いは、ガラス等で構成することができる。なお、本実施の形態では、誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、一体的に成型されている。
　本実施の形態の光偏向器１０では、光の偏向方向における液晶偏向素子１０１ａの大きさＷａ、液晶偏向素子１０１ｂの大きさＷｂ及び液晶偏向素子１０１ｃの大きさＷｃは、互いに異なる大きさに設定されている。例えば、液晶偏向素子１０１ａの大きさＷａは１００μｍであり、液晶偏向素子１０１ｂの大きさＷｂは８０μｍであり、液晶偏向素子１０１ｃの大きさＷｃは１２０μｍである。また、液晶１０２ａの斜面の傾斜角度θａ、液晶１０２ｂの斜面の傾斜角度θｂ及び液晶１０２ｃの斜面の傾斜角度θｃは、いずれも同じ大きさに設定されている。
　また、液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃに対して電圧を印加するための一対の電極（図示せず）が設けられている。一対の電極は、各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを挟んで相互に対向するように配置されている。一対の電極間に印加する電圧を制御することにより、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬを所定の変調幅で変調することができる。例えば、一対の電極間に第１の電圧を印加した際には、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬは、誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも高くなる。一対の電極間に上記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加した際には、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬは、各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも低くなる。一対の電極間に電圧を印加しない状態では、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬは、各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤと同じ値になる。
　また、各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの光の出射側にはそれぞれ角度拡大レンズ１０４が配置されている。本実施の形態では、角度拡大レンズ１０４は、凹レンズ１０５と凸レンズ１０６とを組み合わせることにより構成されている。各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの光の出射側に近い方から、凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５の順に配置されている。このように角度拡大レンズ１０４を配置することによって、各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃから出射した光の偏向角度が拡大される。
　次に、本実施の形態の光偏向器１０による光の偏向方法について説明する。光偏向器１０の光の入射側には、光源（図示せず）が配置されている。図１中の矢印１０７で示すように、光源からの光は、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面（図１において下側の面）より入射する。
　一対の電極間に電圧が印加されていない場合には、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤとが同じ値になる。これにより、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射した光は、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折することなく、図１中の矢印１０７ｓで示すように直進する。なお、光の偏向角度とは、鉛直方向（図１において上下方向）に対して光が偏向される角度であり、この場合には、光の偏向角度は０°である。液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光は、角度拡大レンズ１０４の凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５を通過してさらに直進し、図１中の矢印１０８ｓで示すように、角度拡大レンズ１０４より出射する。
　一対の電極間に例えば上記第１の電圧が印加された場合には、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬが各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも高くなるので、光１１は、図１中の矢印１０７ｈで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度はα１である。液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより偏向して出射した光は、角度拡大レンズ１０４を通過した後に、図１中の矢印１０８ｈで示すように、角度拡大レンズ１０４より出射する。光の偏向角度は、角度拡大レンズ１０４の凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５によって拡大される。従って、角度拡大レンズ１０４より出射する光の偏向角度β１は、液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度α１よりも大きくなる。
　また、一対の電極間に例えば上記第２の電圧が印加された場合には、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬが各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも低くなるので、光１１は、図１中の矢印１０７ｍで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度はα２である。上述と同様に、液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより偏向して出射した光は、角度拡大レンズ１０４を通過した後に、図１中の矢印１０８ｍで示すように、角度拡大レンズ１０４より出射する。液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより偏向して出射した光の偏向角度α２は、角度拡大レンズ１０４によって拡大される。これにより、角度拡大レンズ１０４より出射する光の偏向角度β２は、液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度α２よりも大きくなる。
　上述したように、本実施の形態の光偏向器１０では、少なくとも一組の隣接する一対の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ（又は１０１ｂ，１０１ｃ）において、光の偏向方向における液晶偏向素子の大きさＷａ，Ｗｂ（又はＷｂ，Ｗｃ）が相違する。これにより、複数の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの配置構造が非周期構造となるので、上記式１で表される所定の条件が成立せず、回折光の発生を低減することができる。
　なお、本実施の形態では、３個の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを光の偏向方向に並べて配置したが、これに限られない。例えば、２個の液晶偏向素子、或いは、４個以上の液晶偏向素子を光の偏向方向に並べて配置することもできる。また、複数の液晶偏向素子を所定の偏向方向（図１において左右方向）及び上記所定の偏向方向に対して直交する方向（図１の紙面に対して垂直な方向）にマトリクス状に並べて配置することもできる。
　また、本実施の形態では、光偏向器１０を構成する光偏向素子として、光を屈折により偏向させる液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを用いて説明したが、これに限られず、光を屈折以外の方法で偏向させる他の光偏向素子を用いることもできる。
　また、本実施の形態では、角度拡大レンズ１０４を凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５の組み合わせで構成したが、これに限られず、他の種類のレンズ単体、或いは、他の種類のレンズの組み合わせで構成することもできる。
　（実施の形態２）
　図２は、本発明の実施の形態２に係る光偏向器２０を示す断面図である。図示の光偏向器２０は、実施の形態１の複数の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを光の入射側から光の出射側に向かう方向（図２において下側から上側に向かう方向）に複数層（本実施の形態では２層）積層することにより構成されている。上層の各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの光の出射側にはそれぞれ、角度拡大レンズ１０４が配置されている。また、上層及び下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃに対して電圧を印加するための一対の電極（図示せず）が設けられている。一対の電極は、上層及び下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを挟んで相互に対向するように配置されている。
　次に、本実施の形態の光偏向器２０による光の偏向方法について説明する。図２中の矢印２０１で示すように、光源（図示せず）からの光は、下層の各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射する。
　一対の電極間に電圧が印加されていない場合には、上層及び下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおいて、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤとが同じ値になる。これにより、光は、図２中の矢印２０１ｓで示すように、下層の各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを直進し、その後、図２中の矢印２０２ｓで示すように、上層の各液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを直進する。この場合には、光の偏向角度は０°である。上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光は、角度拡大レンズ１０４を通過してさらに直進し、図２中の矢印２０３ｓで示すように、角度拡大レンズ１０４より出射する。
　一対の電極間に例えば上記第１の電圧が印加された場合には、上層及び下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおいて、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬが各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも高くなる。これにより、下層の各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射した光は、図２中の矢印２０１ｈで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度はα１である。下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより偏向して出射した光は、上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射する。この入射した光は、図２中の矢印２０２ｈで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度は２α１である。このとき、上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度２α１は、下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度α１よりも大きく（約２倍大きく）なる。上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光は、角度拡大レンズ１０４を通過した後に、角度拡大レンズ１０４より出射する。このとき、光の偏向角度は、角度拡大レンズ１０４の凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５によって拡大される。これにより、角度拡大レンズ１０４より出射する光の偏向角度β１’は、上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度２α１よりも大きくなる。
　また、一対の電極間に例えば上記第２の電圧が印加された場合には、上層及び下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおいて、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの屈折率ＮＬが各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの屈折率ＮＤよりも低くなる。これにより、下層の各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射した光は、図２中の矢印２０１ｍで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度はα２である。下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光は、上層の各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの入射端面より入射する。この入射した光は、図２中の矢印２０２ｍで示すように、各液晶１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと各誘電体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃとの界面で屈折される。この場合には、光の偏向角度は２α２である。このとき、上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度２α２は、下層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度α２よりも大きく（約２倍大きく）なる。上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光は、角度拡大レンズ１０４を通過した後に、角度拡大レンズ１０４より出射する。このとき、光の偏向角度は、角度拡大レンズ１０４の凸レンズ１０６及び凹レンズ１０５によって拡大される。これにより、角度拡大レンズ１０４より出射する光の偏向角度β２’は、上層の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃより出射した光の偏向角度２α２よりも大きくなる。
　従って、本実施の形態の光偏向器２０では、複数の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを複数層積層することによって、光偏向器２０より出射する光の偏向角度をより大きくすることができる。
　なお、本実施の形態では、複数の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを２層積層する構成としたが、３層、或いは４層以上積層する構成にすることもできる。複数の液晶偏向素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの積層数が増大するに従って、光偏向器２０より出射する光の偏向角度がより拡大する。
　（実施の形態３）
　図３は、本発明の実施の形態３に係る光偏向器３０を示す断面図である。図示の光偏向器３０は、複数個（本実施の形態では３個）の液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを光の偏向方向（図３において左右方向）に並べて配置することにより構成されている。各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃは、断面矩形状の液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃで構成されている。光の偏向方向における各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの大きさＤは、略同一の大きさに構成されている。
　また、複数の液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの入射端面には、光量制限部３０３が配置されている。光量制限部３０３は回折格子で構成され、光量制限部３０３には、複数の液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃに対応して、複数の開口制限部３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃが設けられている。光の偏向方向における開口制限部３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃの大きさＤ’は、光の偏向方向における液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの大きさＤよりも小さく構成されている。
　また、各液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃに対して電圧を印加するための一対の電極（図示せず）が設けられている。一対の電極は、複数の液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを挟んで相互に対向するように配置されている。
　本実施の形態の光偏向器３０による光の偏向方法について説明する。各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの入射端面（図３において下側の面）より入射した光は、光量制限部３０３の各開口制限部３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃで回折されながら、各液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ内を伝搬する。ここで、光の偏向方向における各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの大きさがいずれもＤであるとき、光は、回折によって下記の式２を満たす角度φの向きに進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式２において、ｎは整数であり、λは光の波長であり、ＮＬは液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃの屈折率である。
　式２において、例えばｎ＝１、λ＝４５０ｎｍ、Ｄ＝１μｍである場合には、角度φ＝１７．５°の方向に光が出射する。従って、本実施の形態の光偏向器３０では、比較的大きな偏向角度φで光を偏向させることができる。また、一対の電極間に電圧を印加して、各液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃの屈折率ＮＬを変調することにより、光の偏向角度を変調することができる。
　なお、本実施の形態では、各液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃを断面矩形状に構成したが、例えば各液晶３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃをプリズム形状に構成することもできる。これにより、所定方向の回折光の強度を強めることができる。
　光の偏向方向における開口制限部３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃの大きさＤ’は、５０μｍ以下であるのが好ましい。その理由について説明すると、次の通りである。回折光は、下記の式３で制限される角度範囲で、上記の式２を満たす角度φの向きに生じる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　周期的なプリズムアレイでの回折により光を偏向させる場合には、液晶と誘電体とで構成されるプリズムの製造上可能なアスペクト比（プリズムの横方向の大きさ：プリズムの縦方向の大きさ）は１０：１程度である。液晶の屈折率と誘電体の屈折率との差は、最大で０．１程度であるため、屈折角としては０．６°程度が最大となる。これよりも大きい角度で回折により光を偏向させるためには、波長５３２ｎｍの光（緑色の光）の場合には、式３より開口幅（即ち、各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの、光が入射する開口部の光の偏向方向における大きさ）は約５０μｍ以下となる。従って、光の偏向方向における開口制限部３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃの大きさＤ’を５０μｍ以下とすることにより、最大となり得る屈折角よりも大きな角度で、回折により光を偏向させることができる。
　また、本実施の形態においても、実施の形態１及び２と同様に、各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの光の出射側に角度拡大レンズを配置することができる。これにより、各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃから出射した光の偏向角度を拡大することができる。
　また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、複数の液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを光の入射側から光の出射側に向かう方向に複数層積層して構成することもできる。
　なお、本実施の形態では、光量制限部３０３を設けるように構成したが、この光量制限部３０３を省略することもできる。このように構成した場合であっても、光の偏向方向における各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの大きさＤが略同一であるので、各液晶偏向素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃにおいて光の回折効果を得ることができる。
　（実施の形態４）
　図４は、実施の形態４に係る液晶表示装置４０を示す図である。図示の液晶表示装置４０は矩形状のフレーム（図示せず）を備え、このフレームには、光源４０１、光偏向器４０２、液晶パネル４０３、右側カメラ４０４ａ、左側カメラ４０４ｂ及び制御部４０５が収容されている。本実施の形態の液晶表示装置４０は、例えば、タブレット型の３Ｄディスプレイパネルで構成される。
　光偏向器４０２は、入射する光を所定の偏向方向（図４において左右方向）に偏向させ、且つ、光の偏向角度を変調可能に構成されている。光偏向器４０２として、例えば、実施の形態１の光偏向器１０、実施の形態２の光偏向器２０又は実施の形態３の光偏向器３０を用いることができる。光偏向器４０２はパネル状に構成され、光偏向器４０２を構成する複数の光偏向素子４０６（図５Ａ参照）は、マトリクス状に配置されている。
　光源４０１は面状光源で構成され、光偏向器４０２の入射端面に対向して配置されている。光源４０１から発する光は、光偏向器４０２の入射端面に入射する。
　液晶パネル４０３は、光偏向器４０２の出射端面に対向して配置されている。液晶パネル４０３の表示領域には、複数の画素４０７（図５Ａ参照）がマトリクス状に配置されている。
　右側カメラ４０４ａは、液晶表示装置４０を視認する視認者４０８の右目４０９ａの位置を検出する。左側カメラ４０４ｂは、液晶表示装置４０を視認する視認者４０８の左目４０９ｂの位置を検出する。これら右側カメラ４０４ａ及び左側カメラ４０４ｂは、検出部を構成する。
　制御部４０５は、右側カメラ４０４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラからの左目位置検出信号に基づいて、光偏向器４０２を構成する各光偏向素子４０６の液晶（図示せず）に印加される電圧を制御することにより、液晶の屈折率を変調する。
　次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、液晶パネル４０３を構成する画素４０７と、光偏向器４０２を構成する光偏向素子４０６との配置関係について説明する。図５Ａは、図４より、光源４０１、光偏向器４０２及び液晶パネル４０３を抽出した図である。図５Ｂは、図５Ａにおける一点鎖線で囲まれた領域Ｓを拡大して示す図である。
　図５Ｂに示すように、光の偏向方向（図５Ａ及び図５Ｂにおいて左右方向）における液晶パネル４０３を構成する画素４０７の大きさＷｐは、光の偏向方向における光偏向素子４０６の大きさＷｈよりも大きくなるように構成されている。これにより、光偏向素子４０６より出射した光は、全ての画素４０７に入射するので、全ての画素４０７を隈なく照明することができる。
　なお、光の偏向方向における画素４０７の大きさＷｐは、光の偏向方向における光偏向素子４０６の大きさＷｈの整数倍であることが好ましい。これにより、隣接する一対の画素４０７の境界部に入射する光が吸収されることによるロスを低減することができるため、光の利用効率を高めることができる。さらに、光偏向素子４０６の偏向方向の空間周波数が、画素４０７の偏向方向の空間周波数の定数倍となるため、モアレの発生が防止され、高画質な液晶表示装置４０を実現することができる。
　次に、図６を用いて、液晶パネル４０３を構成する複数の画素４０７の配置について説明する。図６は、液晶パネル４０３を構成する複数の画素４０７の配置を示す図である。本実施の形態では、画素４０７は３つのサブ画素、即ち、赤サブ画素４０７ｒ、緑サブ画素４０７ｇ及び青サブ画素４０７ｂで構成される。各画素４０７において、赤サブ画素４０７ｒ、緑サブ画素４０７ｇ及び青サブ画素４０７ｂは、光の偏向方向（図６において左右方向）に対して直交する方向に配列されている。このように配列することにより、画素４０７内でどのような偏向角度で光が偏向された場合であっても、光は、赤サブ画素４０７ｒ、緑サブ画素４０７ｇ及び青サブ画素４０７ｂにそれぞれ三分の一ずつ等しい量で入射する。これにより、色ムラが生じない、高画質な液晶表示装置４０を実現することができる。
　次に、図４を用いて、本実施の形態の液晶表示装置４０の動作の仕組みについて説明する。右側カメラ４０４ａ及び左側カメラ４０４ｂはそれぞれ、液晶表示装置４０を視認する視認者４０８の右目４０９ａ及び左目４０９ｂの位置を検出する。右側カメラ４０４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラ４０４ｂからの左目位置検出信号はそれぞれ、制御部４０５に送られる。制御部４０５は、右側カメラ４０４ａからの右目位置検出信号及び左側カメラ４０４ｂからの左目位置検出信号に基づいて、光偏向器４０２を構成する各光偏向素子４０６の液晶に印加される電圧を制御することにより、各光偏向素子４０６の液晶の屈折率を変調する。
　光源４０１が点灯を開始すると、光源４０１から発した光は、光偏向器４０２及び液晶パネル４０３を通過して、液晶表示装置４０の外部に向けて出射する。このとき、光偏向器４０２より出射した光により液晶パネル４０３が照明されることにより、液晶パネル４０３に画像が形成される。
　光源４０１が点灯を開始してから所定の時間が経過するまでの間、制御部４０５は、各光偏向素子４０６の液晶の屈折率を変調する。これにより、光源４０１から発した光は、光偏向器４０２により図４中の矢印４１０ａで示すように偏向され、視認者４０８の右目４０９ａの位置に集光する。このように右目４０９ａに向けて光が偏向されるタイミングで、液晶パネル４０３には右目用の画像が表示される。
　上記所定の時間が経過した後、制御部４０５は、各光偏向素子４０６の液晶の屈折率を変調する。これにより、光源４０１から発した光は、光偏向器４０２により図４中の矢印４１０ｂで示すように偏向され、視認者４０８の左目４０９ｂの位置に集光する。このように左目４０９ｂに向けて光が偏向されるタイミングで、液晶パネル４０３には左目用の画像が表示される。
　このように、制御部４０５は、光偏向器４０２による光の偏向角度を時系列で切り替える。これにより、光源４０１から発した光は、光偏向器４０２により偏向されて、視認者４０８の右目４０９ａの位置及び左目４０９ｂの位置に時系列で交互に集光する。右目４０９ａに向けて光が偏向されるタイミングで、液晶パネル４０３に右目用の画像が表示され、左目４０９ｂに向けて光が偏向されるタイミングで、液晶パネル４０３に左目用の画像が表示されることにより、視認者４０８は３Ｄ画像を認識することができる。
　なお、光偏向器４０２として、実施の形態１～３のいずれかの光偏向器を用いた場合には、例えば次のような構成にすることができる。光源４０１は、赤色レーザ光（波長６４０ｎｍ）、緑色レーザ光（波長５３２ｎｍ）及び青色レーザ光（４５０ｎｍ）を時系列で順番に繰り返し照射するように構成されている。各色のレーザ光の照射時に、各液晶偏向素子を構成する液晶の屈折率を調整することにより、各色のレーザ光の偏向角度を同じにすることができる。これにより、各色のレーザ光が同じ方向に時系列で順番に照射され、色ずれのない均一な白色光を照射することができる。
　なお、本実施の形態では、視認者が一名の場合について説明したが、視認者が複数名の場合であっても、液晶表示装置を３Ｄディスプレイとして機能させることができる。この場合には、検出された複数の視認者の各々の右目及び左目に対して、光を偏向することにより集光させ、それぞれのタイミングで液晶パネル４０３に適切な画像を表示させる。
　また、液晶パネル４０３に表示させる右目用の画像と左目用の画像とを同じ画像にした場合には、視認者４０８は２Ｄ画像として画像を認識するが、視認者４０８以外の人は、液晶パネル４０３に表示される画像を視認することができない。そのため、液晶表示装置４０は、プライバシーディスプレイとして機能する。
　なお、光源４０１は、例えば白色ＬＥＤ等を面状に多数配置して構成することができ、或いは、赤色のＬＥＤ、青色のＬＥＤ及び緑色のＬＥＤを面状に多数配置して構成することもできる。或いは、光源４０１は、導光板の側面に配置したＬＥＤ、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　Ｌａｍｐ；冷陰極蛍光ランプ）又はレーザ等で構成することもできる。
　また、本実施の形態の液晶表示装置４０において、光偏向器４０２と液晶パネル４０３との間に、実施の形態１の角度拡大レンズ１０４を配置することもできる。これにより、液晶パネル４０３と視認者４０８との距離が比較的短い場合であっても、光を偏向することができ、３Ｄディスプレイパネル及びプライバシーディスプレイパネル等として視認可能な範囲（視野角）を広げることができる。
　また、本実施の形態では、２つのカメラ４０４ａ，４０４ｂを用いて視認者４０８の右目４０９ａの位置及び左目４０９ｂの位置を検出したが、他の手段により右目４０９ａの位置及び左目４０９ｂの位置を検出することもできる。例えば、２つのカメラ４０４ａ，４０４ｂで視認者４０８の両目４０９ａ，４０９ｂを撮影し、各カメラ４０４ａ，４０４ｂで撮影した画像の差に基づいて両目４０９ａ，４０９ｂの位置を検出することもできる。
　以上、本発明の実施の形態１～４について説明したが、上記実施の形態１～４に示す構成は一例であって、発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形を加えることができるのは言うまでも無い。また、上記実施の形態１～４を組み合わせて、或いは、それらを変形した発明を組み合わせて用いることももちろん可能である。
　本発明の光偏向器は、光の偏向角度が大きく、さらに回折光の発生による光量ロスが低減される光偏向器として適用することができる。また、本発明の光偏向器を用いた液晶表示装置は、タブレット型の３Ｄディスプレイパネル、設置型の３Ｄディスプレイパネル又はプライバシーディスプレイパネル等として適用することができる。
１０，２０，３０，５０，６０，４０２　光偏向器
４０　液晶表示装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，５０１，５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ　液晶偏向素子
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，５０３，５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃ　液晶
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，５０４，５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ　誘電体
１０４　角度拡大レンズ
１０５　凹レンズ
１０６　凸レンズ
３０３　光量制限部
３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ　開口制限部
４０１　光源
４０３　液晶パネル
４０４ａ　右側カメラ
４０４ｂ　左側カメラ
４０５　制御部
４０６　光偏向素子
４０７　画素
４０７ｒ　赤サブ画素
４０７ｇ　緑サブ画素
４０７ｂ　青サブ画素
４０８　視認者
４０９ａ　右目
４０９ｂ　左目
５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ　電極

Claims (14)

  1. 　光を所定の偏向方向に偏向させ且つ光の偏向角度を変調可能な光偏向器であって、
    　前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の光偏向素子を備え、
    　少なくとも一組の隣接する一対の光偏向素子において、一方の光偏向素子の前記所定の偏向方向における大きさは、他方の光偏向素子の前記所定の偏向方向における大きさと異なる
    　光偏向器。
  2. 　さらに、前記複数の光偏向素子の光の出射側に設けられた角度拡大レンズを備え、
    　前記複数の光偏向素子より出射された光の偏向角度は、前記角度拡大レンズにより拡大される
    　請求項１に記載の光偏向器。
  3. 　前記複数の光偏向素子は、光の入射側から光の出射側に向かう方向に複数層積層される
    　請求項１又は２に記載の光偏向器。
  4. 　前記複数の光偏向素子の各々は液晶偏向素子であり、
    　前記複数の液晶偏向素子の各々に電圧を印加して前記複数の液晶偏向素子の各々の屈折率を変調することにより、前記複数の液晶偏向素子の各々に入射した光が屈折により偏向される
    　請求項１に記載の光偏向器。
  5. 　光を回折により所定の偏向方向に偏向させ且つ光の偏向角度を変調可能な光偏向器であって、
    　前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の液晶偏向素子を備え、
    　前記複数の液晶偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさは略同一の大きさであり、
    　前記複数の液晶偏向素子の各々に電圧を印加して前記複数の液晶偏向素子の各々の屈折率を変調することにより、前記複数の液晶偏向素子の各々に入射した光が回折により偏向される
    　光偏向器。
  6. 　前記複数の液晶偏向素子の各々の、光が入射する開口部の前記所定の偏向方向における大きさは、５０μｍ以下である
    　請求項５に記載の光偏向器。
  7. 　さらに、前記複数の液晶偏向素子の光の出射側に設けられた角度拡大レンズを備え、
    　前記複数の液晶偏向素子より出射された光の偏向角度は、前記角度拡大レンズにより拡大される
    　請求項５又は６に記載の光偏向器。
  8. 　前記複数の液晶偏向素子は、光の入射側から光の出射側に向かう方向に複数層積層される
    　請求項５～７のいずれか１項に記載の光偏向器。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の光偏向器と、
    　前記光偏向器の光の入射側に設けられた光源と、
    　前記光偏向器の光の出射側に設けられた液晶パネルと、を備え、
    　前記光源より発した光は、前記光偏向器に入射されて前記光偏向器により偏向された後に、前記光偏向器より出射されて前記液晶パネルに入射される
    　液晶表示装置。
  10. 　前記光源は、波長の異なる複数色の光を順に発するように構成され、
    　前記光源より発した前記波長の異なる複数色の光が前記光偏向器に順に入射された際に、前記波長の異なる複数色の光の偏向角度が同じになるように、入射する光の波長に応じて複数の光偏向素子の各々の屈折率又は複数の液晶偏向素子の各々の屈折率が変調される
    　請求項９に記載の液晶表示装置。
  11. 　光を所定の偏向方向に偏向させる光偏向器と、
    　前記光偏向器の光の入射側に設けられ、前記光偏向器に向けて光を発する光源と、
    　前記光偏向器の光の出射側に設けられ、前記光偏向器により偏向された光が入射される液晶パネルと、を備え、
    　前記液晶パネルは、所定方向に並べて配置された複数の画素を有し、前記複数の画素の各々は複数のサブ画素で構成され、前記複数のサブ画素の配列方向は、前記所定の偏向方向に対して直交する
    　液晶表示装置。
  12. 　光を所定の偏向方向に偏向させる光偏向器と、
    　前記光偏向器の光の入射側に設けられ、前記光偏向器に向けて光を発する光源と、
    　前記光偏向器の光の出射側に設けられ、前記光偏向器により偏向された光が入射される液晶パネルと、を備え、
    　前記光偏向器は、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の光偏向素子を有し、前記液晶パネルは、前記所定の偏向方向に並べて配置された複数の画素を有し、前記複数の画素の各々の前記所定の偏向方向における大きさは、前記複数の光偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさよりも大きい
    　液晶表示装置。
  13. 　前記複数の画素の各々の前記所定の偏向方向における大きさは、前記複数の光偏向素子の各々の前記所定の偏向方向における大きさの整数倍である
    　請求項１２に記載の液晶表示装置。
  14. 　さらに、前記液晶パネルを視認する視認者の右目及び左目の位置を検出する検出部と、前記検出部により検出された右目及び左目の位置に基づいて、前記光偏向器による光の偏向角度を制御する制御部と、を備え、
    　前記検出部により検出された右目及び左目の位置に対して、前記液晶パネルから出射された光が時系列で交互に集光されるように、前記制御部は、前記光偏向器による光の偏向角度を時系列で切り替える
    　請求項９～１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
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