JP2007140008A - 液晶装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶５０が劣化するまでの時間を延長して、信頼性を向上させることが可能な液晶装置１００を提供する。
【解決手段】一対の基板１０，２０と、一対の基板１０，２０間に配置された液晶５０と、液晶５０の周囲に配置されたシール５２とを有する液晶装置１００であって、シール５２の内周縁の外側に、液晶５０の循環流路６０が設けられ、その循環流路６０を通って液晶５０が対流を生じるようになっている。その循環流路６０は、基板１０，２０に溝６２を設けて形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置およびプロジェクタに関するものである。

プロジェクタ等の投射型表示装置が広く利用されている。プロジェクタは、光源光を異なる色光に分離し、分離された色光を変調して各色の画像光を生成し、各色の画像光を合成してカラー画像を生成し、そのカラー画像をスクリーンに向かって拡大投射するものである。このプロジェクタは、分離された色光を変調して各色の画像光を生成するための光変調装置を備えている。

その光変調装置として、液晶装置を備えた液晶ライトバルブが採用されている。その液晶装置は、一対の基板間の周縁部にシールが配設され、シールで囲まれた領域に液晶が封止されたものである。その一対の基板の内側には、液晶に電圧を印加する電極が形成されている。その一対の電極の間に電圧を印加して液晶を駆動することにより、画素ごとに入射光の透過率を変調することが可能になる。これにより、各色の画像光を生成しうるようになっている。
特開平６−８２７９９号公報

しかしながら、上述したプロジェクタでは、スクリーンに拡大投射される画像光の輝度を確保するため、光源から強い光を照射する必要がある。その光が長時間にわたって液晶装置の光変調領域に入射すると、強い光や熱により液晶の分解や重合が発生して液晶が劣化する。これにより、液晶装置の光変調特性が変化して、プロジェクタの信頼性を低下させることになる。

なお特許文献１には、一旦液晶の注入を行った後、パネルを加熱して強制的に液晶材へ不純物を移し、一方の注入孔から新しい液晶を補給しつつ、他方の注入孔から汚れた液晶を排出することによって、パネル内に存在する不純物を除去する技術が提案されている。しかしながら、特許文献１の技術では、プロジェクタの使用に伴う液晶の劣化に対応することができない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、液晶が劣化するまでの時間を延長して信頼性を向上させることが可能な、液晶装置およびプロジェクタの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液晶装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、前記液晶の周囲に配置されたシールとを有する液晶装置であって、前記シールの内周縁と外周縁との間に、前記液晶の循環流路が設けられており、前記循環流路を通って前記液晶が対流を生じることを特徴とする。
この構成によれば、液晶装置に封入される液晶量を増加させることが可能になり、また循環流路を通して液晶を対流させることが可能になる。これにより、光変調領域において強い光や熱を受ける液晶を入れ替えることができるので、液晶の受光量および受熱量を分散させることが可能になる。したがって、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

また本発明に係る他の液晶装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、前記液晶の周囲に配置されたシールとを有する液晶装置であって、前記シールの内周縁と外周縁との間に、前記液晶の循環流路が設けられており、前記循環流路には、前記液晶の強制循環装置が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、循環流路を通して液晶を強制対流させることが可能になる。これにより、光変調領域において強い光や熱を受ける液晶を迅速かつ確実に入れ替えることができるので、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

また前記強制循環装置は、圧電素子により前記液晶に圧力変化を生じさせて循環させるものであることが望ましい。
この構成によれば、小型で高出力の強制循環装置を提供することができる。また高精度の強制循環装置を簡単に形成することができる。

また前記液晶の劣化状態を判定し、判定結果に基づいて前記強制循環装置の運転状態を制御する劣化判定装置を有することが望ましい。
この構成によれば、液晶の劣化状態に応じて、強制循環装置を効率的に運転することができる。

また前記劣化判定装置は、フリッカの発生を検出することで前記液晶の劣化状態を判定することが望ましい。
液晶が劣化すると、電圧の保持率が下がり、フリッカ（画像のちらつき）が出やすくなる。そこでフリッカの発生を検出することにより、液晶の劣化状態を判定することができる。
また前記劣化判定装置は、画像表示フレームより長い周期のフレームで前記液晶の駆動信号を出力することが望ましい。
この構成によれば、通常の画像表示においてフリッカが発生する前に、フリッカの発生を検出することができる。

また前記循環流路には、前記液晶の劣化に伴う生成物の吸着装置が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、液晶の劣化に伴う生成物を除去することができるので、液晶の劣化に伴う表示品質の低下を抑制することが可能になり、信頼性を向上させることができる。

また前記吸着装置は、フィルタおよび／または分子ふるいであることが望ましい。
この構成によれば、液晶の劣化に伴って生成される様々な物質を確実に除去することができる。

また前記循環流路には、前記基板に溝が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、循環流路の断面積を格段に増加させることが可能になり、液晶装置に封入される液晶量を増加させることができる。

また前記基板には、前記液晶を撹拌する撹拌装置が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、光変調領域の内部においても、強い光や熱を受ける液晶を入れ替えることができるので、液晶の受光量および受熱量を分散させることが可能になり、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

また前記撹拌装置は、圧電素子であることが望ましい。
この構成によれば、高精度の撹拌装置を簡単に形成することができる。

また、本発明に係る他の液晶装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、前記一対の基板間に供給される液晶を収容する供給タンクと、前記一対の基板間から排出される液晶を収容する排出タンクと、前記液晶の強制流通装置と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、光変調領域において強い光や熱を受ける液晶を自動的に入れ替えることができるので、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

また前記強制流通装置は、圧電素子により前記液晶に圧力変化を生じさせて流通させるものであることが望ましい。
この構成によれば、高精度の強制流通装置を簡単に形成することができる。

また前記液晶の劣化状態を判定し、判定結果に基づいて前記強制流通装置の運転状態を制御する劣化判定装置を有することが望ましい。
この構成によれば、劣化状態に応じて液晶を入れ替えることができるので、液晶を効率的に利用することが可能になり、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

一方、本発明に係るプロジェクタは、上述した液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、液晶が劣化するまでの時間を延長することが可能な液晶装置を備えているので、光変調特性の変化を抑制することが可能になり、プロジェクタの信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。本明細書では、液晶装置の各構成部材の液晶側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。

（プロジェクタ）
まず、プロジェクタにつき図１を用いて説明する。図１は、プロジェクタの概略構成図である。

光源８１０は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等からなる光源ランプ８１１と、光源ランプ８１１から出射された放射光を略平行な光線束として出射する凹面鏡８１２とを備えている。光源８１０の下流側には、略矩形状の小レンズをマトリクス状に配置してなる第１レンズアレイ８３２および第２レンズアレイ８３４が設けられている。第１レンズアレイ８３２は、光源８１０から入射した平行な光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を第２レンズアレイ８３４の近傍で結像させるものである。第２レンズアレイ８３４は、第１レンズアレイから入射した各部分光束の中心軸が、光変調装置８２２，８２３，８２４に対して垂直に入射するように揃える機能を有している。第２レンズアレイ８３４の下流側には、入射された光束を１種類の直線偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）に変換して出射させる偏光変換装置８３６が設けられている。

偏光変換装置８３６からの出射光は、ダイクロイックミラー８１３に入射する。ダイクロイックミラー８１３は、光源ランプ８１１の白色光に含まれる緑色光および青色光を反射するとともに、赤色光を透過させる機能を有している。ダイクロイックミラー８１３を透過した赤色光は、反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用光変調装置８２２に入射する。一方、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光および青色光は、ダイクロイックミラー８１４に入射する。ダイクロイックミラー８１４は、青色光を透過させるとともに、緑色光を反射する機能を有している。ダイクロイックミラー８１４で反射された緑色光は、緑色光用光変調装置８２３に入射する。一方、ダイクロイックミラー８１４を透過した青色光は、導光手段８２１を介して、青色光用光変調装置８２４に入射する。導光手段８２１は、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなり、長い光路による青色光の損失を防止する機能を有している。

各光変調装置８２２，８２３，８２４として、画素ごとに入射光の透過率を変調する液晶装置１００と、液晶装置を挟持する偏光板および位相差板とを備えた、液晶ライトバルブが採用されている。この液晶ライトバルブにより、各色の画像光が生成されるようになっている。なお液晶装置１００の詳細な構成については後述する。

各光変調装置８２２，８２３，８２４から出射された各色の画像光は、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により各色の画像光が合成されて、カラー画像光が生成される。
生成されたカラー画像光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に拡大投射される。これにより、スクリーン８２７上にカラー画像が表示されるようになっている。

（液晶装置）
次に、上述した光変調装置を構成する液晶装置について説明する。
図２（ａ）は液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う側面断面図である。この液晶装置１００は、一対の基板１０，２０と、一対の基板間の光変調領域１０ａに配置された液晶５０と、液晶の周囲に配置され一対の基板１０，２０を固着するシール５２とを備えたものである。

図２（ｂ）に示すように、液晶装置１００は、ＴＦＴアレイ基板（以下「素子基板」という。）１０と、対向基板２０とを備えている。この一対の基板１０，２０を貼り合わせるため、一対の基板１０，２０の間の周縁部に、シール５２が配置されている。このシール５２は、エポキシなどの熱硬化性樹脂やアクリルなどの紫外線硬化性樹脂等で構成されている。シール５２を配置するには、まずスクリーンによる印刷やディスペンサによる描画等の方法で、液状のシールを一方の基板に塗布する。次に他方の基板を重ね合わせ、加熱や紫外線照射等によりシールを硬化させることにより、両基板を貼り合わせる。

図２（ａ）に示すように、素子基板１０におけるシール５２の外側の周辺回路領域には、データ信号駆動回路１０１および外部回路実装端子１０２が素子基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査信号駆動回路１０４が形成されている。また対向基板２０の角部には、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。

また、一対の基板１０，２０の間におけるシール５２で囲まれた領域に、液晶５０が封入されている。この液晶５０を封入するには、シール５２で囲まれた領域を真空引きし、予めシール５２の一部に設けておいた注入口から液晶５０を注入すればよい。また、液状のシールを一方の基板の全周に塗布し、シールで囲まれた領域に液晶を塗布した後に、他方の基板を重ね合わせてシールを硬化させてもよい。

そして、シール５２で囲まれた領域内に、光変調領域１０ａが設定されている。その光変調領域１０ａにおける素子基板１０には、図２（ｂ）に示すように、マトリクス状に整列配置された複数の画素電極９と、各画素電極への通電を制御する薄膜トランジスタ等のスイッチング素子（不図示）とが形成されている。また対向基板２０の略全面には、共通電極２１が形成されている。この画素電極９および共通電極２１は、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料で構成されている。そして、各画素電極９と共通電極２１との間に電圧を印加して液晶５０を駆動することにより、画素ごとに入射光の透過率を変調することが可能になる。これにより、画像光を生成しうるようになっている。

なお液晶５０は、誘電率異方性が正のネマチック液晶等で構成されている。そして素子基板１０に形成された配向膜１６のラビング方向と、対向基板２０に形成された配向膜２２のラビング方向とを、約９０°で交差させることにより、液晶装置１００をＴＮ（Twisted Nematic）モードで動作させることができる。なお液晶装置１００の動作モードとして、ＯＣＢ（Optical Compensated Bend）モードやＥＣＢ（Electrically-Controlled Birefringence）モード等を採用することも可能である。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係る液晶装置について詳細に説明する。
図３は第１実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。第１実施形態に係る液晶装置１００は、シール５２の内周縁と外周縁との間に、液晶５０の循環流路６０が設けられたものである。

図３（ａ）に示すように、液晶装置１００の光変調領域１０ａに液晶５０が配置され、その液晶５０の周囲に額縁状のシール５２が配置されている。本実施形態では、そのシール５２の一部に液晶５０の流出口６１および流入口６９が設けられている。そして、その流出口６１から流入口６９にかけて、シール５２の内周縁の外側に、液晶５０の循環流路６０が形成されている。この循環流路６０は、シール５２を所定形状に塗布することによって、簡単に形成することが可能である。これにより、循環流路６０の側壁はシール５２で構成される。

流出口６１および流入口６９は、額縁状のシール５２の一部を分断するように形成されている。具体的には、プロジェクタの内部に液晶装置１００を縦型配置した状態において、額縁状のシール５２の上辺に流出口６１が形成され、下辺に流入口６９が形成されている。なお流出口６１および流入口６９は、額縁状のシール５２における対角線の両端付近に形成することが望ましい。これにより、光変調領域１０ａに配置された液晶５０の全体を効率的に循環させることができる。

図３（ｂ）に示すように、循環流路６０は、一対の基板１０，２０の内面に溝６２を設けることによって形成されている。一般に、一対の基板１０，２０の隙間が数μｍ程度であるのに対して、各基板１０，２０の厚さは数１０００μｍ程度である。そこで、一対の基板１０，２０の内面に溝６２を設けることにより、循環流路６０の高さを数１００μｍ程度に高くすることが可能になる。これにより、循環流路６０の断面積を格段に増加させることができるので、循環流路６０の流路抵抗を低下させることが可能になり、また循環流路６０の容積を確保することが可能になる。例えば、循環流路６０の内部に配置される液晶の体積が、光変調領域の内部に配置される液晶の体積の１０倍程度となるように、循環流路６０の高さおよび幅を設計することも可能である。

ところで、図１に示すプロジェクタ８００では、スクリーン８２７に拡大投射される画像光の輝度を確保するため、光源８１０から強い光を照射する必要がある。その強い光が光変調装置を構成する液晶装置１００に入射すると、図３（ａ）の光変調領域１０ａに配置された液晶５０が加熱される。加熱された液晶５０は、比重が低下して光変調領域１０ａの上方に移動し、流出口６１から循環流路６０に流出する。この循環流路６０は遮光されているので、循環流路６０には光源光が入射せず、循環流路６０内の液晶は冷却される。冷却された液晶は、比重が増加して循環流路６０内を下降し、流入口６９から光変調領域１０ａに流入する。このように、循環流路６０を通して液晶５０を対流させることができるようになっている。

なお、光源から照射された強い光が長時間にわたって液晶装置に入射すると、液晶の分解や重合が発生して液晶が劣化する。これにより、液晶装置の光変調特性が変化して、プロジェクタの信頼性を低下させることになる。
これに対して、本実施形態に係る液晶装置では、液晶の循環流路６０が設けられている。この構成によれば、循環流路により液晶量を増加させることが可能になり、また循環流路６０を通して液晶５０を対流させることが可能になる。これにより、光変調領域において強い光や熱を受ける液晶を入れ替えることができるので、液晶の受光量および受熱量を分散させることが可能になる。したがって、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

上述したように、例えば循環流路６０内の液晶の体積を光変調領域１０ａ内の液晶の体積の１０倍程度にすれば、液晶が劣化するまでの時間を従来の１０倍程度に延長することも可能である。これにより、プロジェクタの信頼性を１０倍程度に向上させることができる。また、循環流路６０の容積を調整することにより、プロジェクタの信頼性向上の度合いを調整することも可能になる。

（撹拌装置）
光変調領域１０ａの内部において、開口部に配置されて強い光や熱を受ける液晶と、非開口部に配置された液晶との入れ替えを促進するため、液晶の撹拌装置を設けることが望ましい。撹拌装置として、図３（ａ）に示すように、素子基板または対向基板の表面に圧電素子１１０，１２０を装着する。圧電素子を採用することにより、高精度な撹拌装置を簡単に形成することができる。

図４は圧電素子の説明図である。圧電素子として、図４（ａ）に示す圧電振動板１１０を採用することができる。圧電振動板１１０は、厚み方向に分極された圧電セラミクス薄板１１２の表面に、金属薄板１１４を貼り合わせたものである。圧電セラミクス薄板１１２は、交流電圧を印加すると伸縮する性質を有する。そこで、圧電セラミクス薄板１１２を交流電源１１６に接続することにより、圧電振動板１１０を矢印１１８で示す法線方向に振動させることができる。

また圧電素子として、図４（ｂ）に示す弾性表面波素子１２０を採用してもよい。弾性表面波素子１２０は、水晶等の圧電材料からなる基板１２２の表面に、金属材料等からなるインターデジタル電極１２４を備えたものである。インターデジタル電極１２４は、一対の櫛歯状電極を交互に組み合わせて形成されている。このインターデジタル電極１２４を交流電源１２６に接続することにより、櫛歯のピッチを波長とする弾性表面波１２８を発生させ、基板１２２の表面に沿って伝搬させることができる。

そして図３（ａ）に示すように、基板上に装着された圧電素子１１０，１２０を駆動して基板を振動させると、一対の基板間に配置された液晶は、主に配向膜のラビング方向に沿って流動する。これにより、光変調領域１０ａに配置された液晶を撹拌することが可能になり、光変調領域１０ａの内部において、開口部に配置されて強い光や熱を受ける液晶を、非開口部に配置された液晶と入れ替えることができる。したがって、液晶の受光量および受熱量を分散させることが可能になり、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

なお、基板には１個の圧電素子のみを装着してもよいが、複数個の圧電素子を装着することが望ましい。特に、複数個の圧電素子を、基板の四隅等の対称位置に装着することにより、素子基板１０を均等に振動させて液晶を撹拌することが可能になる。また撹拌装置の運転は、プロジェクタの使用中に連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。また、プロジェクタの立ち上げ時または立ち下げ時に、一定時間だけ行ってもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る液晶装置について詳細に説明する。
図５は第２実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図５（ｂ）は平面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図である。第２実施形態に係る液晶装置は、循環流路６０に、液晶貯留部６４と、液晶の強制循環装置７０とが設けられている点で、第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図５（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る液晶装置１００では、循環流路６０に液晶貯留部６４が設けられている。液晶貯留部６４は、循環流路６０の一部の断面積を大きくすることによって形成されている。循環流路６０の断面積を大きくするには、シール５２の塗布形状を変更して循環流路６０の幅を広くする方法や、素子基板または対向基板に形成する溝を深くして循環流路６０の高さを高くする方法を採用することが可能である。このように液晶貯留部６４を設けることにより、循環流路６０の容積が大きくなるので、液晶装置に封入される液晶量を増加させることが可能になる。これにより、液晶の受光量および受熱量を分散させることが可能になり、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。

また第２実施形態に係る液晶装置１００では、循環流路６０に液晶の強制循環装置７０が設けられている。液晶の強制循環装置７０として、圧電素子により前記液晶に圧力変化を生じさせて循環させる圧電素子ポンプを採用することにより、小型で高出力の強制循環装置を提供することができる。また、高精度の強制循環装置を簡単に形成することができる。

図５（ａ）は、圧電素子ポンプの概略構成図である。圧電素子ポンプ７０の形成領域では、素子基板１０の外側に凹部を設けて循環流路６０の壁面を薄型化することにより、振動板７１が形成されている。この凹部は、ガラス材料等からなる素子基板１０をフッ酸でハーフエッチングすることにより形成することが可能である。その振動板７１の外側に、圧電素子７２が装着されている。圧電素子７２は、ＰＺＴ等からなる圧電材料を一対の電極で挟持したものである。

一方、循環流路６０における振動板７１の上流には、素子基板１０から対向基板２０に向かって突起７３が形成されている。この突起７３と対向基板２０との間が、液晶の吸込み口７４に設定されている。一方、循環流路６０における振動板７１の下流にも突起７７が形成されている。そして、突起７７と対向基板２０との間が、液晶の吐出し口７８に設定されている。そして、これらの吸込み口７４と吐出し口７８との間に、振動板７１を隔壁とする圧力室７６が形成されている。なお、突起７３，７７は後述するゾル−ゲル法を用いて形成することが可能であるが、突起７３，７７を設けなくてもよい。

また、突起７３の先端には導電層７５が形成されている。この導電層７５は、画素電極と同じＩＴＯ等の導電性材料により、画素電極と同時に形成することが望ましい。また導電層７５の駆動配線も、画素電極の駆動配線と同じ材料（Ａｌ等）により同じ工程で形成することが望ましい。これにより、製造コストを低減することができる。一方、突起７７の先端にも導電層７９が形成されている。この導電層７５，７９に通電してジュール熱を発生させることにより、吸込み口７４および吐出し口７８に配置された液晶の粘度を変化させることができるようになっている。

図６は、圧電素子ポンプの動作説明図である。図６（ａ）に示すように、圧電素子７２に電圧を印加すると、圧電素子７２が膨張変形する。これにより、振動板７１が循環流路６０側に撓み変形して、圧力室７６の圧力が上昇する。また圧電素子７２への通電と同時に、吐出し口７８の導電層７９に通電する。すると導電層７９の内部抵抗によりジュール熱が発生し、吐出し口７８の周辺が加熱される。これにより、吐出し口７８の液晶の粘度が吸込み口７４より低くなるので、吐出し口７８の液晶の流動抵抗が吸込み口７４より低くなる。したがって、圧力室７６内の液晶は吐出し口７８を通って流出する。

次に図６（ｂ）に示すように、圧電素子７２への電圧印加を停止すると、圧電素子７２が原型に復帰する。これにより、振動板７１も原型に復帰して、圧力室７６の圧力が低下する。また圧電素子７２への通電停止と同時に、吸込み口７４の導電層７５に通電して、吸込み口７４の周辺を加熱する。これにより、吸込み口７４の液晶の粘度が吐出し口７８より低くなるので、吸込み口７４の液晶の流動抵抗が吐出し口７８より低くなる。したがって、液晶は吸込み口７４を通って圧力室７６内に流入する。なお圧電素子７２への電圧印加を停止する代わりに、圧電素子７２に逆電圧を印加した場合でも、上記と略同様に動作する。

そして、圧電素子７２への電圧印加および停止を繰り返すことにより、循環流路６０内の液晶を所定方向に流動させることができる。なお強制循環装置の駆動による液晶の循環は、プロジェクタの使用中に連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。また、プロジェクタの立ち上げ時または立ち下げ時に、一定時間だけ行ってもよい。

なお、吸込み口７４または吐出し口７８を加熱して液晶の粘度を変化させる代わりに、吸込み口７４または吐出し口７８の液晶を駆動して粘度を変化させることも可能である。この場合、導電層７５，７９と対向する共通導電層を、対向基板２０の内面に形成する。これら導電層７５，７９と共通導電層との間に電界を印加すると、液晶は基板に対して垂直に配向し、液晶の粘度が増加する。そこで、吸込み口７４または吐出し口７８の液晶を所定のタイミングで駆動させることにより、上記と同様に液晶を所定方向に流動させることができる。

以上に詳述したように、本実施形態に係る液晶装置は、循環流路内に液晶の強制循環装置を備えているので、循環流路を通して液晶を強制対流させることが可能になる。これにより、光変調領域において強い光を受けて劣化した液晶を、循環流路内の液晶と迅速かつ確実に入れ替えることができるので、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。したがって、液晶装置の光変調特性の変化を抑制することが可能になり、プロジェクタの信頼性を向上させることができる。
なお、強制循環装置による液晶の流動方向は、熱対流による液晶の流動方向に一致させることが望ましい。これにより、液晶を効率的に循環させることが可能になり、液晶の劣化を効果的に抑制することができる。

（劣化判定装置）
ところで、一般に液層装置の駆動方式として、フレーム反転駆動が採用されている。フレームとは、一画面を表示するまでの時間であり、通常は６０分の１秒である。またフレーム反転駆動とは、フレームごとに逆極性の電圧を印加して液晶装置を駆動する方式である。そして液晶が劣化すると、電圧の保持率が下がり、フリッカ（画像のちらつき）が出やすくなる。このフリッカは、フレームの２倍の周期で発生する。

そこで、図１に示すプロジェクタ８００には、液晶の劣化状態を判定し、判定結果に基づいて前記強制循環装置の運転状態を制御する劣化判定装置を設けることが望ましい。この劣化判定装置として、フリッカ判定部８４０およびセンサ８４２を設ける。センサ８４２は、光変調装置より下流側に配置されている。図１では、クロスダイクロイックプリズム８２５と投射レンズ８２６との間にセンサ８４２が配置されている。このセンサ８４２は、ＲＧＢ３原色光を波長ごとに分離して光強度を測定しうるようになっている。

一方、フリッカ判定部８４０は、フリッカの発生を検出するための光変調装置の駆動信号を出力するようになっている。この駆動信号として、ある階調の均一パターンを、通常の画像表示フレーム（６０分の１秒）より長い周期（例えば２０分の１秒）のフレーム（フリッカ検出用フレーム）で出力することが望ましい。これにより、通常の画像表示においてフリッカが発生する前に、フリッカの発生を検出することができる。またフリッカ判定部８４０は、センサ８４２による各波長の光強度の測定データから、フリッカ判定用フレームの２倍の周期の成分（フリッカ強度）を検出しうるようになっている。

なおセンサ８４２として、ＲＧＢ３原色光を波長ごとに分離して光強度を測定するものを採用する代わりに、ＲＧＢ３原色光を位相ごとに分離して光強度を測定するものを採用してもよい。この場合、図１に示すフリッカ判定部８４０にリファレンスクロックを接続する。
図７は、光変調装置の駆動信号の説明図である。この場合のフリッカ判定部は、赤色光変調装置の駆動信号（Ｒ用検出信号）の位相と、緑色光変調装置の駆動信号（Ｇ用検出信号）の位相と、青色光変調装置の駆動信号（Ｂ用検出信号）の位相とを、相互にずらした状態で出力する。

図１に戻り、フリッカ判定部８４０は、定期的にフリッカ強度を検出して、出荷時におけるフリッカ強度と比較する。ここで、前者が後者の所定割合（例えば２倍）を超えた場合には、フリッカが発生したと判断する。そして、上述した液晶の強制循環装置の駆動信号を出力する。これにより、光変調領域に存在する劣化した液晶を、循環経路内の新しい液晶と入れ替えることができる。なお液晶の入れ替えは、長時間を要するので、プロジェクタの立ち下げ時等に行うことが望ましい。

このように、液晶の劣化判定装置を設ける構成としたので、液晶が劣化した場合にのみ強制循環装置を駆動して液晶を循環させることが可能になる。したがって、強制循環装置を効率的に運転しつつ、液晶全部が劣化するまでの時間を延長することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る液晶装置について詳細に説明する。
図８は第３実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図８（ｂ）は平面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のＤ−Ｄ線における断面図である。第３実施形態に係る液晶装置は、循環流路６０に、液晶の劣化に伴う生成物の吸着装置８０が配置されている点で、第２実施形態と異なっている。なお、第１実施形態または第２実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図９は、液晶の劣化に伴う生成物の濃度変化を示すグラフである。上述したように、光源から照射された強い光が長時間にわたって液晶装置に入射すると、光変調領域に配置された液晶の分解や重合が発生して、液晶が劣化する。図９のグラフでは、プロジェクタの使用時間の増加とともに、液晶のポリマー（分子量が７８０または１６００）の濃度が増加している。出荷時の液晶の分子量は２５０〜４００程度であるから、液晶の劣化に伴って液晶の重合物が生成されていることがわかる。また図９のグラフでは、プロジェクタの使用時間の増加とともに、液晶の分解成分（分子量が１００以下）の濃度が増加している。これにより、液晶の劣化に伴って液晶の分解物が生成されていることがわかる。

このような液晶の劣化に伴う生成物を吸着するため、図８（ｂ）に示すように、循環流路６０に吸着装置８０が設けられている。この吸着装置８０として、図８（ａ）に示すように、フィルタ８２および分子ふるい８４が設けられている。この吸着装置８０を形成するには、循環流路６０における吸着装置８０の形成領域の両端部にフィルタ８２を形成し、その間に分子ふるいを配置する。

フィルタ８２として、ゾル−ゲル法により多孔質ガラスフィルタを形成することができる。ゾル−ゲル法は、金属の有機および無機化合物の溶液をゲルとして固化し、ゲルを乾燥・加熱して酸化物固体を作成する方法である。広く用いられている金属アルコキシド溶液を用いたゾル−ゲル法では、アルコキシドの加水分解反応と脱水縮合反応によりゲル化が進行する。例えば、テトラエトキシシランを原料としたときの加水分解・脱水縮合反応は、それぞれ（１）・（２）式で示される。
Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４ ＋ ４Ｈ_２Ｏ → Ｓｉ(ＯＨ)_４ ＋ ４Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ ・・・（１）
Ｓｉ(ＯＨ)_４ → ＳｉＯ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ ・・・（２）
（２）式の脱水縮合反応の結果得られるシリカゲルは内部に溶媒や水を含み、それ自体が多孔体であり、内部に数ｎｍ程度の無数の細孔を有している。通常は緻密なガラスを得るためこの多孔性ゲルを焼成するが、溶媒と水を乾燥させる程度の加熱を行うことで多孔質ガラスを得ることができる。そして、所定直径の微細孔を有するガラスフィルタを採用することにより、液晶の劣化に伴って生成される高分子量の物質（例えば、分子量が７８０および１６００のポリマー）を吸着することができる。

また分子ふるい８４として、モレキュラーシーブス等を採用することが可能である。モレキュラーシーブスは、均一な細孔径を有する無機多孔性物質（合成ゼオライト）であり、細孔径の大小により所定分子量の物質を吸着することができる。なお、液晶の劣化に伴って生成される分解物は様々な分子量を有する。そこで、例えば分子量が５０、１００および１５０の物質を中心的に吸着するモレキュラーシーブスを混合して用いることにより、液晶の劣化に伴って生成される低分子量の物質（例えば、分子量が２００以下の分解物）を広く吸着することができる。

以上に詳述したように、本実施形態に係る液晶装置では、液晶の劣化に伴う生成物の吸着装置が、循環流路に配置されている構成とした。これにより、液晶を対流させるたびに、液晶の劣化に伴う生成物を除去して、液晶を再生させることができる。したがって、液晶の劣化に伴う表示品質の低下を抑制することが可能になり、プロジェクタの信頼性を向上させることができる。なお、吸着装置の断面積を大きくすれば、フィルタおよび分子ふるいの寿命を延長することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る液晶装置について詳細に説明する。
図１０は第４実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図である。第４実施形態に係る液晶装置１００は、一対の基板間に供給される液晶を収容する供給タンク９２と、一対の基板間から排出される液晶を収容する排出タンク９７と、液晶の強制流通装置９３とを有するものである。なお、上記各実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図１０（ａ）に示すように、額縁状のシール５２の一部を分断するように、液晶５０の供給口９１および排出口９９が設けられている。具体的には、プロジェクタの内部に液晶装置１００を縦型配置した状態において、額縁状のシール５２の下辺に供給口９１が形成され、上辺に排出口９９が形成されている。なお供給口９１および排出口９９は、額縁状のシール５２における対角線の両端付近に形成することが望ましい。これにより、光変調領域１０ａに充填された液晶５０の全体を効率的に入れ替えることができる。

液晶の供給口９１には供給チューブ９４が接続され、液晶の排出口９９には排出チューブ９８が接続されている。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、液晶装置１００の側面に開口する供給口９１を覆うように、半球状のゴムキャップ９６が配置されている。そのゴムキャップ９６を覆うように、金属製で箱状の固定治具９５が配置されている。固定治具９５は、ゴムキャップ９６を液晶装置１００の側面に押し付けた状態で、一対の基板１０，２０に固定されている。そして、固定治具９５およびゴムキャップ９６を貫通するように、供給チューブ９４が装着されている。これにより、液晶の漏出を防止しうるようになっている。

図１０（ａ）に戻り、供給チューブ９４の端部には、一対の基板間に供給される液晶を収容する供給タンク９２が接続されている。この供給タンクには、例えば光変調領域１０ａに充填される液晶の１０倍程度の液晶が収容されている。また排出チューブ９８の端部には、一対の基板間から排出される液晶５０を収容する排出タンク９７が接続されている。この供給タンクは、例えば光変調領域１０ａに充填される液晶の１０倍程度の液晶を収容しうるようになっている。

また供給チューブ９４の途中には、液晶の強制流通装置９３が設けられている。なお強制流通装置９３は、排出チューブ９８の途中に設けられていてもよい。強制流通装置９３として、上述した圧電素子ポンプやインクジェット装置等を採用することにより、高精度の強制流通装置を簡単に形成することができる。この強制流通装置９３を運転すると、供給タンク９２から供給チューブ９４を通って液晶装置１００に液晶が供給される。液晶装置１００では、シール５２に設けられた供給口９１から光変調領域１０ａに対して液晶が供給される。これに伴って、光変調領域１０ａに配置されていた液晶が押し出され、シール５２に設けられた排出口９９から排出される。排出された液晶は、排出チューブ９８を通って排出タンク９７に収容される。

なお第２実施形態と同様に、図１に示すプロジェクタ８００に液晶の劣化判定装置を設けることが望ましい。液晶の劣化判定装置として、フリッカ判定部８４０およびセンサ８４２を設ける。そして、フリッカ判定部８４０によりフリッカが発生したと判断された場合に、上述した強制流通装置の駆動信号を出力する。これにより、液晶が劣化した場合にのみ液晶を入れ替えることができるので、液晶を効率的に利用することが可能になり、液晶全体が劣化するまでの時間を最大限に延長することができる
供給タンクから新しい液晶を光変調領域に供給するとともに、光変調領域に存在する劣化した液晶を排出タンクに排出して、液晶を入れ替えることができる。

図１０に示すように、本実施形態に係る液晶装置では、液晶の供給タンク９２、排出タンク９７、および強制流通装置９３を備える構成とした。これにより、光変調領域に存在する液晶を自動的に入れ替えることができるので、液晶全体が劣化するまでの時間を延長することができる。したがって、液晶装置の光変調特性の変化を抑制することが可能になり、プロジェクタの信頼性を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

プロジェクタの概略構成図である。 液晶装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る液晶装置の説明図である。 撹拌装置の説明図である。 第２実施形態に係る液晶装置の説明図である。 圧電素子ポンプの動作説明図である。 光変調装置の駆動信号の説明図である。 第３実施形態に係る液晶装置の説明図である。 液晶の劣化に伴う生成物の濃度変化を示すグラフである。 第４実施形態に係る液晶装置の説明図である。

符号の説明

１０…素子基板 ２０…対向基板 ５０…液晶 ５２…シール ６０…循環流路 ６２…溝 ７０…強制循環装置 ７２…圧電素子 ８０…吸着装置 ８２…フィルタ ８４…分子ふるい ９２…供給タンク ９３…強制流通装置 ９７…排出タンク １００…液晶装置 １１０，１２０…撹拌装置 ８００…プロジェクタ ８４０…フリッカ判定部 ８４２…センサ

Claims (15)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、前記液晶の周囲に配置されたシールとを有する液晶装置であって、
   前記シールの内周縁と外周縁との間に、前記液晶の循環流路が設けられており、
   前記循環流路を通って前記液晶が対流を生じることを特徴とする液晶装置。
2. 一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、前記液晶の周囲に配置されたシールとを有する液晶装置であって、
   前記シールの内周縁と外周縁との間に、前記液晶の循環流路が設けられており、
   前記循環流路には、前記液晶の強制循環装置が設けられていることを特徴とする液晶装置。
3. 前記強制循環装置は、圧電素子により前記液晶に圧力変化を生じさせて循環させるものであることを特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
4. 前記液晶の劣化状態を判定し、判定結果に基づいて前記強制循環装置の運転状態を制御する劣化判定装置を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶装置。
5. 前記劣化判定装置は、フリッカの発生を検出することで前記液晶の劣化状態を判定することを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記劣化判定装置は、画像表示フレームより長い周期のフレームで前記液晶の駆動信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の液晶装置。
7. 前記循環流路には、前記液晶の劣化に伴う生成物の吸着装置が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液晶装置。
8. 前記吸着装置は、フィルタおよび／または分子ふるいであることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置。
9. 前記循環流路には、前記基板に溝が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液晶装置。
10. 前記基板には、前記液晶を撹拌する撹拌装置が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液晶装置。
11. 前記撹拌装置は、圧電素子であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶装置。
12. 一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶と、
    前記一対の基板間に供給される液晶を収容する供給タンクと、
    前記一対の基板間から排出される液晶を収容する排出タンクと、
    前記液晶の強制流通装置と、
    を有することを特徴とする液晶装置。
13. 前記強制流通装置は、圧電素子により前記液晶に圧力変化を生じさせて流通させるものであることを特徴とする請求項１２に記載の液晶装置。
14. 前記液晶の劣化状態を判定し、判定結果に基づいて前記強制流通装置の運転状態を制御する劣化判定装置を有することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の液晶装置。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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