JP2007206676A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも長期間にわたってフリッカの視認や焼きつきの発生を回避する。
【解決手段】液晶表示装置は、第1電極102と、該第1電極とは異なる材料で構成された第2電極105と、第1電極と第2電極との間に配置された液晶層100と、第1電極と液晶層との間に配置された第1配向膜101aと、第2電極と液晶層との間に配置された第2配向膜101bとを含む液晶変調素子400を有し、第1電極側から液晶層に光束を入射させて画像を表示する。液晶層に与えられる電位差が正と負とに周期的に変化するように、第1電極に与える電位と、第2電極に与える、中心電位に対して正と負とに周期的に変化する電位とを制御する制御手段204を有する。該制御手段は、フリッカを特定範囲内に抑えるように、第1電極に与える電位と第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させる。
【選択図】 図4
【解決手段】液晶表示装置は、第1電極102と、該第1電極とは異なる材料で構成された第2電極105と、第1電極と第2電極との間に配置された液晶層100と、第1電極と液晶層との間に配置された第1配向膜101aと、第2電極と液晶層との間に配置された第2配向膜101bとを含む液晶変調素子400を有し、第1電極側から液晶層に光束を入射させて画像を表示する。液晶層に与えられる電位差が正と負とに周期的に変化するように、第1電極に与える電位と、第2電極に与える、中心電位に対して正と負とに周期的に変化する電位とを制御する制御手段204を有する。該制御手段は、フリッカを特定範囲内に抑えるように、第1電極に与える電位と第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、液晶変調素子を用いたプロジェクタ等の液晶表示装置に関する。
液晶変調素子には、透明電極(共通電極)を有する第1の透明基板と、画素を形成する透明電極(画素電極)や配線、スイッチング素子等を有する第2の透明基板との間に誘電異方性が正であるネマチック液晶を封入したものがある。この液晶変調素子は、液晶分子長軸を2枚のガラス基板間で連続的に90°ねじった、いわゆるTN(Twisted Nematic)液晶変調素子と称され、透過型の液晶変調素子として用いられている。また、上記第2の透明基板に代えて、反射鏡、配線及びスイッチング素子等を有する回路基板を用いたものもある。この液晶変調素子は、液晶分子長軸を2枚の基板に対してほぼ垂直にモメオトロピック配向させた、いわゆるVAN(Vertical Arrangement Nematic)液晶変調素子と称され、反射型液晶素子として用いられている。
これらの液晶変調素子では、一般に、ECB(Electrically Controlled Birefringence)効果を利用し、液晶層を通過する光波動に対してリタデーションを与える(偏光状態を変化させる)作用を制御して画像を形成する。
このようなECB効果を用いて光強度を変調する液晶変調素子においては、液晶層に電界を印加することによって、該液晶層に存在するイオン性物質が移動する。液晶層に直流電界を与え続けると、イオン性物質が対向する2つの電極のどちらかに引き寄せられる。これにより、電極に与えられる電圧が一定であっても、液晶層に与えられる電界がイオンの電荷によって相殺され、実質的に液晶層へ印加される電界が減衰する。このような現象を回避するために、一般に、配列画素のラインごとに、印加する電界の正負極性を反転し、かつ該極性を60ヘルツ等の所定周期で切り換えるライン反転ドライブ方法が採用される。また、配列画素の全てに印加する電界の正負極性を所定周期で反転するフィールド反転ドライブ方法も用いられる。これらのドライブ方法により、液晶層にかかる電界が一定の極性にならないようにし、イオンの偏りを防止することができる。
このことは、液晶層に対する実効電界を、電極に印加される電圧に対して常に同じ値となるようにすることに相当する。
ところが、液晶層に印加される実効電界が変動する要因は、上述したイオン性物質の移動だけではない。他の要因として、絶縁体で構成されている液晶配向膜や反射増強膜や金属溶出防止用の無機パッシベーション膜等の非導電性膜において、電子やホールの電荷そのものがトラッピングされることがある。このトラッピングによって、膜の界面がチャージアップを引き起こし、この静電帯電によって液晶層への実効電界が経時変化する。
この帯電現象は、透過型液晶変調素子においても形状要因で発生するが、対向電極が異材質(ミラー金属とインジウム錫酸化膜〈ITO膜〉)である反射型液晶変調素子において特に顕著に発生する。
この帯電現象に対して、例えば、特許文献1には以下のような技術が開示されている。すなわち、反射画素電極上に仕事関数調整膜層を形成し、反射電極の仕事関数を対向透明電極(ITO膜電極)の仕事関数に対して±2%以内にする。これにより、液晶界面層のチャージアップを抑制し、液晶変調素子(又はこれを用いた液晶表示装置)のフリッカや焼きつきの発生を回避する。
また、電荷がトラップされるためには、絶縁膜のエネルギーポテンシャルを励起ホッピングする必要がある。特許文献1では、対向するミラー電極とITO電極から励起ホッピングする確率を同等にすることによって、同じ量の電荷トラップによるチャージアップを生じさせている。
これにより、フィールド反転ドライブ方法によって液晶に印加される電界は電位としてはシフトするが、電界の大きさは変わらなくなる。液晶に生ずる電界は、対向電極間での相対値によって決まるため、液晶の動作は変化しない。
これにより、フィールド反転ドライブ方法によって液晶に印加される電界は電位としてはシフトするが、電界の大きさは変わらなくなる。液晶が受ける電界は、対向電極間での相対値によって反応ECB動作するため、液晶の動作は変化しなくなる。
特開2005−49817号公報(段落0028,0032)
しかしながら、特許文献1で開示されたように、液晶変調素子に、対向電極間の仕事関数差を調整するための膜を追加するだけでは、長期的信頼性において十分とは言えない。すなわち、液晶界面層のチャージアップ電荷が液晶変調素子の動作時間に応じて徐々に蓄積され、数千時間から数万時間のオーダで、ミラー電極とITO電極間での電位差が数100ミリボルトに達する。この現象は、液晶変調素子に入力するフォトンエネルギーが高いほど、かつ光量総エネルギーが多いほど顕著に発生する。
ミラー電極とITO電極間で電位差が生じると、60Hzでフィールド反転ドライブする場合には、液晶層に印加する電界の極性に応じて液晶のリタデーション変調に差異が生じ、光変調強度が60Hzで振動するようになる。60Hzの振動は、人間の目で認識することはできない。この振動の振幅が増加して、対向電極間の電位差が200ミリボルトを超えると、振動の低周波成分が増加し、人間の目で光強度の振動がフリッカとして認識できるようになってくる。この視覚認識の程度は、特に諧調ガンマの変化が急峻な50%強度変調時に強い。
また、液晶界面層のチャージアップが生じて、ミラー電極とITO電極間で電位差が生じると、さらなる問題が生ずる。すなわち、液晶層に一定の直流電界が印加され続けられることになるため、液晶層内に微量に存在するイオン性物質が対向電極のうち一方に引き寄せられる。また、イオン電荷の極性によっては、液晶層の両側の界面に引き寄せられる場合もある。
そして、電極界面にはり付いたイオンは、フィールド反転ドライブ電位の振幅電位幅に応じて揺り動かされるため、ドライブ電位の振幅電位の強弱によってイオンのはり付き状態が異なってしまう。これにより、液晶層にかかる実効電界が表示エリアの位置によって異なる状態が生じる。この現象によって生じるのが焼きつきであり、長時間、同一画像を表示し続けた後、異なる画像を表示したときに、前の画像が残像として残ってしまう。
本発明は、従来よりも長期間にわたって視認可能なフリッカの視認や焼きつきの発生を回避できるようにした液晶表示装置を提供することを目的の1つとしている。
本発明の一側面としての液晶表示装置は、第1電極と、該第1電極とは異なる材料で構成された第2電極と、第1電極と第2電極との間に配置された液晶層と、第1電極と液晶層との間に配置された第1配向膜と、第2電極と液晶層との間に配置された第2配向膜とを含む液晶変調素子を有し、第1電極側から液晶層に光束を入射させて画像を表示する液晶表示装置である。該液晶表示装置は、液晶層に与える電位差が正と負とに周期的に変化するように、第1電極に与える電位と、第2電極に与える、中心電位に対して正と負とに周期的に変化する電位とを制御する制御手段を有する。そして、制御手段は、フリッカを特定範囲内に抑えるように、第1電極に与える電位と第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする。
また、本発明の他の側面としての液晶表示装置は、第1及び第2電極間に液晶層を有する液晶変調素子と、第1電極に対する第2電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように第1及び第2電極間に与える電位差を制御する制御手段とを有する。フリッカが最小となる第1及び第2の電極間の電位差をフリッカ最小電極間電位差とするとき、液晶変調素子は、その毎回使用時における定常化後のフリッカ最小電極間電位差が、該液晶変調素子の使用時間の増加に伴って変化する特性を有する。制御手段は、該使用時間の初期において、上記定常化後のフリッカ最小電極間電位差とは異なる電位差を第1及び第2電極間に与える制御を行うことを特徴とする。
さらに、本発明の他の側面としての液晶表示装置は、第1及び第2電極間に液晶層を有する液晶変調素子と、第1電極に対する第2電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように第1及び第2電極間に与える電位差を制御する制御手段とを有する。フリッカが最小となる第1及び第2の電極間の電位差をフリッカ最小電極間電位差とするとき、液晶変調素子は、その毎回使用時において、フリッカ最小電極間電位差が変化した後定常化する特性を有する。そして、制御手段は、該フリッカ最小電極間電位差が定常化したときに、該定常化したフリッカ最小電極間電位差とは異なる電位差を第1及び第2電極間に与える制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、液晶変調素子の長期的な使用における視認可能なフリッカや焼きつき等の発生を効果的に抑制することができる。したがって、長期的に表示画像の品位の低下が少ない液晶表示装置を実現することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、実施例の説明に先立って、本発明の前提となる技術について説明する。
図1には、液晶表示装置の光路を示している。図に示すように、矢印IWで示す光源からの光は、偏光ビームスプリッタ401に入射する。偏光ビームスプリッタ401に入射した光のうち、P偏光成分は、偏光分離面401aを矢印IWBの方向に透過し、S偏光成分は偏光分離面401aで矢印IWAの方向に反射される。該S偏光成分は、図の紙面に垂直な方向を偏光方向とする直線偏光である。
反射型液晶変調素子400の液晶のプレチルト配向方向は、該S偏光成分の偏光方向に対して45°傾いている。反射型液晶変調素子400の液晶層には、該液晶層によって、入射した光(光束)に1/2波長分のリタデーションが与えられるように電界が印加されている。反射型液晶変調素子400に入射した光は、液晶層を2つの固有モードに分かれて伝播する。そして、反射型液晶変調素子400から矢印OWの方向に反射して射出するときには、該2つの固有モードの間に次式(1)で表わされる位相差δ(λ)が光に与えられる。
δ(λ)=2π(2dΔn)/λ …(1)
ここで、λは入射光の波長、dは液晶層の厚さ、Δnは所定電界が印加された状態での液晶層の屈折率異方性Δnである。
ここで、λは入射光の波長、dは液晶層の厚さ、Δnは所定電界が印加された状態での液晶層の屈折率異方性Δnである。
反射型液晶変調素子400から矢印OWの方向に射出した光のうち、図の紙面に垂直な方向を偏光方向とする成分(偏光ビームスプリッタ401に対してS偏光となる成分)は、偏光分離面401aによって矢印BWの方向に反射されて光源側へ戻される。一方、図の紙面に平行な方向を偏光方向とする成分(偏光ビームスプリッタ401に対してP偏光となる成分)は、偏光分離面401aを矢印MWの方向に透過する。
反射型液晶変調素子400で反射され、偏光ビームスプリッタ401を矢印MWの方向に透過する光の光量、すなわち光転送率R(λ)は次式(2)で表される。
R(λ)=0.5{1−cosδ(λ)} …(2)
但し、δ(λ)は上述した位相差である。また、偏光ビームスプリッタ401のS偏光に対する反射率、P偏光に対する透過率、反射型液晶変調素子400の開口率及び無偏光光の反射率はいずれも100%とする。
但し、δ(λ)は上述した位相差である。また、偏光ビームスプリッタ401のS偏光に対する反射率、P偏光に対する透過率、反射型液晶変調素子400の開口率及び無偏光光の反射率はいずれも100%とする。
なお、液晶層に対して印加する電界を変調すると、液晶分子は、液晶層を挟む基板に対して略垂直のチルト角度から略水平のチルト角まで変位動作する。この結果、見掛け上、屈折率異方性Δnが変化する。このため、位相差δ(λ)は減少変調され、δ≒0度からδ≒90度となる。
次に、反射型液晶変調素子の内部におけるエネルギーバンド(エネルギーポテンシャル)の基本構造を図2を用いて説明する。反射型液晶変調素子では、光の入射出側に配置されるITO透明電極と、電極及びミラー面としての機能を有する金属ミラー電極とを介して液晶層に電界が印加される。金属ミラー電極は、主としてアルミニウムやアルミニウム合金により構成される。
図2において、102はITO透明電極、103はアルミニウムで構成された金属ミラー電極である。また、100は液晶層、101a,101bは液晶をVAN配向させるためのポーラス状の斜方蒸着液晶配向膜である。該液晶配向膜101a,101bは、酸化ケイ素を主成分とする無機非導電性材料により構成されている。
液晶層100は、液晶配向膜101a,101bによって挟まれ、その外側にITO透明電極102と金属ミラー電極103とが接触した基本構造を有する。図2の上下方向はエネルギーポテンシャルの高さを示しており、真空準位は上方に存在する。
ITO透明電極102の真空準位からの仕事関数エネルギーは約5.0eV、アルミニウム金属ミラー電極103の真空準位からの仕事関数エネルギーは約4.2eVであるため、これらは材料的に約0.8eVのエネルギーポテンシャル差を有する。
また、非導電性絶縁体である液晶層と酸化ケイ素からなる液晶配向膜101a,101bのフェルミ準位は、電子モビリティーとホールモビリティーがほぼ等しいアルミニウムのエネルギーポテンシャルレベルに等しい高さにロックされる。
ポーラス酸化ケイ素からなる液晶配向膜101a,101bのエネルギーバンドの幅は直接測定が困難である。二酸化ケイ素のエネルギーバンド幅は、その膜質に依存するが、約6〜9eVである。このため、ここでは、ポーラス構造を考慮して、約6eVと推測する。
したがって、アルミニウム金属からなるミラー電極103、液晶層100及び液晶配向膜101aの間において、電子が励起トラップされるエネルギーは約3eV、ホールが励起トラップされるエネルギーも約3eVと推定される。
これに対し、ITO透明電極102、液晶層100及び液晶配向膜101bの間において、電子が励起トラップされるエネルギーは約3.8eV、ホールが励起トラップされるエネルギーは約2.2eVと推定される。
このように、反射型液晶変調素子のエネルギーバンド構造は、図2に示すような基本構造を有している。しかしながら、このままのエネルギーバンド構造であると、電子とホールの励起チャージアップバランスが不均等であるため、液晶変調素子の使用時間の増加に伴い、液晶層を挟む対向膜間で、チャージアップによる直流電界が急激に拡大する。
前述した特許文献1では、この問題を改善するために、図3に示す方法を開示している。図3では、アルミニウムからなる金属ミラー電極103と液晶配向膜101bとの間に、アルミニウムよりも仕事関数の大きいニッケル、ロジウム、鉛、白金又はこれらの酸化物からなる仕事関数調整膜104を形成している。これにより、金属ミラー電極103の仕事関数をITO透明電極102の仕事関数に近似させている。
図中のENI,ENMは電子の励起、EPI,EPMはホールの励起、ENI,EPIはITO透明電極102側からの励起、ENM,EPMは金属ミラー電極103側からの励起を示す。
図3の構成によれば、両電極102,103から励起する電子及びホールの励起確率がほぼ同等になる。これにより、液晶層100と液晶配向膜101a,101bにトラップされる電子とホールによるチャージアップ量は、両電極側で同一になる。したがって、ITO透明電極102と金属ミラー電極103との間での電界の発生が回避される。
なお、液晶変調素子の動作中は、図中に矢印VPPで示される電界が、金属ミラー電極103にフィールド変転ドライブ電位(AC成分)として印加されており、エネルギーポテンシャルはこの電界印加によって歪んでいる。また、電子又はホールの励起確率は、図中に矢印hνで示される光エネルギー及びフォトンエネルギーの量によって変動する。
以上の液晶変調素子の構造的対策によって、液晶変調素子の使用初期においては、フリッカや焼きつきが回避されるとも考えられる。
しかしながら、実際には、ITO透明電極側と金属ミラー電極側の仕事関数値、すなわちエネルギーポテンシャルは、仕事関数調整膜104の材質の制限と製法条件のばらつき等によって、完全に一致せず、0.1eV程度の差異が生じる。
この差異によって、液晶変調素子の長期的な使用時間の増加に伴って液晶層100と液晶配向膜101a,101bにトラップチャージが除々に蓄積する。また、励起確率の不均衡性によって、透明電極102と金属ミラー電極103の間に電界が生じる。こうして、長期的に見れば、視認可能なフリッカや焼きつきが生じる。
尚、ここでは「視認可能なフリッカ」と表現したが、これは、人間にとって見え易い、又は人間が不快と思うレベルのフリッカのことである。視認可能ではあるが、人間にはあまり見えず、不快には思わない程度のフリッカのことではない。
以下、本発明の実施例について、図4以降の図を用いて説明する。図4には、本発明の実施例である液晶表示装置の基本構成であって、液晶変調素子400において相互に対向するITO透明電極102と金属ミラー電極103に印加する電圧を制御する回路の構成を説明している。なお、液晶変調素子400の構成や、各電極及び各配向膜の材料は上記前提技術で説明したものと同じである。
201は直流電圧出力回路、202は画像信号出力・反転駆動回路、203は画素電極走査回路、204は制御手段としての液晶変調素子制御回路である。
液晶変調素子制御回路204は、直流電圧出力回路201を制御する。直流電圧出力回路201は、ITO透明電極102に所定の直流電圧を印加する。
また、液晶変調素子制御回路204は、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビチューナー等の画像供給装置500から供給される画像情報に応じた信号を画像信号出力・反転駆動回路202に出力する。画像供給装置500と液晶表示装置により、画像表示システムが構成される。
画像信号出力・反転駆動回路202は、液晶変調素子制御回路204からの信号に応じて、画素電極走査回路203に所定の交流電圧を出力する。画素電極走査回路203は、画像信号出力・反転駆動回路202からの交流電圧に応じた交流電圧を金属ミラー電極103に印加する。
これにより、金属ミラー電極103には、ITO透明電極102に印加される電圧に対して、正の電位差を有する状態と負の電位差を有する状態とが特定周期で(周期的に)変化する矩形波形の交流電圧が印加される。
なお、本実施例で各電極又は液晶層に印加する電圧とは、不図示のグランド(0V)を基準とした電位(グランドとの間の電位差)を意味する。また、金属ミラー電極103に与えられる交流電位の中心値を中心電位という。ただし、以下の説明では、金属ミラー電極103の中心電位を単に、金属ミラー電極103の電位という。さらに、以下の説明において、液晶層100における金属ミラー電極103側の端部を単にミラー電極側端部といい、ITO透明電極102側の端部を単にITO電極側端部という。
210は液晶変調素子400に照明光hνを照射する光源である。
図8には、金属ミラー電極103及びITO透明電極102を介して液晶層100に生じる実効電界を示している。横軸は時間、縦軸は液晶層100の実効電界(電位差)である。金属ミラー電極103を介して液晶層100のミラー電極側端部に与えられる電界は、特定周期αを持った交流電界(実線)V2であり、ITO透明電極102を介して液晶層100のITO電極側端部に与えられる電界は、直流電界(破線)V1である。液晶層100に生じる実効電界は、これら交流電界と直流電界との差に応じて発生し、特定周期αで正の極性を持った電界PVと負の極性を持った電界NVとが交互に切り換わる。なお、以下の説明において、正の極性を持った電界PVと負の極性を持った電界NVをそれぞれ、単に正の電界、負の電界という。
ここで、特定周期αは、NTSC方式では1/120秒、PAL方式では1/100秒であり、1フィールドの周期に相当する。2つのフィールド周期(1/60秒又は1/50秒)で1フレーム画像が表示される。ただし、特定周期αは、1フレーム画像の表示周期に相当するものであってもよい。
また、正の電界PVと負の電界NVは、両電極102,103に与えられる電界に、電極と液晶の界面に設けられた配向膜の抵抗による電圧降下や、トラップ電荷等の作り出す微小な電界が全て重畳されたものである。
液晶変調素子制御回路204は、コンピュータプログラムを内部に有し、該プログラムに従って、液晶変調素子の使用時間に応じて直流電圧出力回路201を制御する機能を有する。ここにいう、液晶変調素子の使用時間とは、光源から入射した光を変調する動作を行った累積時間の長さを意味する。液晶変調素子の使用時間は、該液晶表示装置の累積の使用時間(画像の表示動作を行った時間の長さ)と言い換えることもできる。
以下、液晶変調素子制御回路204による直流電圧出力回路201の制御内容、つまりは直流電圧出力回路201を介してITO透明電極102に印加する直流電圧の制御について、図5Aを用いて説明する。
図5A中のグラフAは、ITO透明電極102の電位と金属ミラー電極103の電位とが等しい場合に、フリッカを最小とするのにITO透明電極102に与えることが必要な電位(以下、フリッカ最小ITO電極電位という)の経時変化を示す。なお、本実施例及び後述する他の実施例において「フリッカ」とは、人間の目に認識されない光量の変動を含む。
また、前述の正の極性を持った電界PVと負の極性を持った電界NVとの絶対値の差が400mVより大きくなると、人間の目で認識しやすいフリッカが発生する。逆に言えば、フリッカを人間の目で認識できないようにするためには、正の極性を持った電界PVと負の極性を持った電界NVとの絶対値の差を400mV以下(好ましくは300mV以下、更に好ましくは200mV以下)と言う範囲内に抑えることが望ましい。これは後述するITO透明電極の電位と、フリッカ最小ITO電極電位との差で表現すると、200mV以下(好ましくは150mV以下、更に好ましくは100mV以下)に相当する。
従来においては、初期におけるフリッカ最小ITO電極電位(0V)と同じ電位が、液晶変調素子の使用時間中継続してITO透明電極102に与えられる。
このグラフAは、複数の同一構成の液晶変調素子に対して行ったフリッカ最小ITO電極電位の測定結果から平均値を求めてプロットしたものである。なお、金属ミラー電極103に印加される交流電圧のピーク値は一定としている。
ここで、一般に、液晶変調素子は、図9のグラフDに示すように、その毎回使用時において、使用開始(光変調動作の開始)から約30分経過後の時間T1まではフリッカ最小ITO電極電位が減少方向に変化し、時間T1後は電位Vcにて定常化する特性を有する。液晶変調素子の使用時間の初期、例えば初回の使用時においては、定常化したフリッカ最小ITO電極電位Vcは0Vである。上述したフリッカ最小ITO電極電位の経時変化とは、この毎回使用時において定常化した後のフリッカ最小ITO電極電位Vcが、使用回数を重ねるごとに、言い換えれば液晶変調素子の使用時間の増加に伴って変動(増加)することを意味する。
そして、図5AのグラフAでは、液晶変調素子の使用時間の初期においてフリッカ最小ITO電極電位が定常化した時点を0時間として、その後の経時変化を示している。
ここにいう初回の使用時とは、実際の液晶表示装置においては、例えば、工場出荷前の検査で液晶変調素子の光変調動作を試験したときや、工場出荷後、販売店又はユーザーが初めて画像を表示させるために液晶変調素子に光変調動作を行わせたときに相当する。また、初期とは、上述した初回の使用時や、使用開始後10時間や100時間といった所定期間を含む。このことは、本実施例のグラフB,C及び後述する実施例2,4〜6においても同様である。
従来においては、グラフAから分かるように、フリッカ最小ITO電極電位は、液晶変調素子を約2000時間動作させた時点で、初期におけるフリッカ最小ITO電極電位(0V)に対して200mV(0.2V)程度増加する。また、約3000時間動作させた時点では、300mV以上増加する。ITO透明電極102に、フリッカ最小ITO電極電位に対して200mV以上異なる電位が与えられると、特に比視感度が高い緑光の領域においてフリッカが視認しやすいレベルに達する。また、焼きつき特性に関しても、初回の使用時に比べて著しく劣化してしまう。このため、仮に初期におけるフリッカ最小ITO電極電位(0V)と同じ電位が使用時間中継続してITO透明電極102に与えられると、液晶変調素子の寿命は約2000時間と短くなる。
そこで、本実施例では、図5A中のグラフBで示すように、直流電圧出力回路201からITO透明電極102に印加される直流電圧(直流電位)を制御する。ITO透明電極102に印加される電位を制御するとは、ITO透明電極102と金属ミラー電極103との間の電位差を制御することと同義である。
本実施例では、液晶変調素子の使用時間の初期において、ITO透明電極102に印加する直流電位を、フリッカ最小ITO電極電位(0V)よりも50mV(0.05V)低い電位に設定する。
このことは、グラフAに示すフリッカ最小ITO電極電位が液晶変調素子の使用時間の増加に伴って+方向(特定方向)に単調に変化する特性を有し、使用初期においては、ITO透明電極に与える電位をミラー電極103の電位に対して−方向(反対方向)に異ならせることを意味する。
単調な変化とは、ある特定の方向に変化し続ける(変化が止まっても構わない)ことを意味しており、実質的にその特定の方向の反対方向に変化しなければ、それは単調な変化と言うこととする。ここでは、液晶変調素子において、定常後のフリッカ最小ITO電極電位がマイナス方向に変化する特性を持たなければ、その液晶変調素子が上記の特性を持つものと見なす。
また、本実施例では、両電極102、103の間の電位差を、ITO透明電極102の電位がフリッカ最小ITO電極電位よりも50mV低くなるように、フリッカが最小となる両電極間の電位差であるフリッカ最小電極間電位差とは異なる値に設定する。
さらに言えば、本実施例では、図9のグラフEに示すように、液晶変調素子の初回の使用開始時(初回使用時において初めて光源からの光が液晶変調素子に入射した時点)から、ITO透明電極102にフリッカ最小ITO電極電位よりも50mV低い電位を与える。
ここで、液晶変調素子のフリッカ最小ITO電極電位(フリッカ最小電極間電位差)の定義を明確にしておく。フリッカ最小ITO電極電位は、照射光強度等の様々な外的要因により変化する。
例えば、液晶変調素子に3mW/cm2程度の高強度光を照射すると、30分程度でフリッカ最小ITO電極電位が200mV程度、経時的に変動する場合がある。そのような場合も考慮に入れると、フリッカ最小ITO電極電位の定義としては、数分程度の短期的には変動しない定常状態における電位とする。
具体的には、ある連続した2分間フリッカ最小ITO電極電位を測定し続けた際に、最初の1分間と次の1分間でのフリッカ最小ITO電極電位の平均値の差が10mV以下となるような状態を定常状態とする。そして、この定常状態となった後のフリッカ最小ITO電極電位が図5AのグラフAに示されている。この際、10mVという値は、一般的な液晶変調素子の定常状態の値として差し支えない値であるが、まれに存在する液晶変調素子の特性が特異的なものも考慮するならば、この値を30mVとしてもよい。
次に、上記のように使用時間の初期(以下、使用初期という)においてITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位よりも低くすることによる効果を、図6を用いて説明する。
ITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位よりも低くすると、液晶層100内に発生する正の電界と負の電界とが非対称になる。そして、この非対称電界によって、図中に矢印で示すように、両電極102,103間(液晶層100)に直流電界VDCが発生する。図6は、この直流電界によって歪んだエネルギーポテンシャルを示している。
この状態を維持したまま液晶変調素子に光hνを入射させると、図中に矢印RNIで示すように、液晶層100と液晶配向膜101aの界面付近において、液晶変調素子の使用に伴ってトラップされる電子が光hνにより強制励起される。これらの電子は、電界印加によるエネルギー準位の傾きによってITO透明電極102側へ除去される。また、図中に矢印RPMで示すように、液晶層100と液晶配向膜101bの界面付近にトラップされていたホールが光hνにより強制励起される。これらのホールは、電界印加によるエネルギー準位の傾きによって金属ミラー電極103側へ除去される。
すなわち、液晶層100と液晶配向膜101a,101bの界面付近にてトラップされる電荷を、電極102,103に励起移動させて除去し、液晶層100に発生する正と負の電界の差違を低減する。
これらの作用によって、液晶層100と液晶配向膜101a,101bの界面付近にチャージアップする電荷の蓄積速度を減少させることができる。
ここで、使用初期においてITO透明電極102に与える電位は、フリッカ最小ITO電位に対する差が200mVより小さいことが望ましい。該差が200mV以上となると、比視感度が高い緑光でのフリッカが視認されてしまうからである。なお、比視感度の低い赤光や青光のみが液晶変調素子に入射する場合においては、ITO透明電極102に与える電位は、フリッカ最小ITO電極電位に対する差が250mVより小さい電位であることが望ましい。
一方、使用初期においてITO透明電極102に与える電位としての最低値は、液晶変調素子の個体差を考慮して、液晶層100での正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値との差が30mV以上となる値とする。これにより、上述した効果が得られると考えられるからである。この場合、ITO透明電極102に与える電位のフリッカ最小ITO電極電位に対する差は、15mVとなる。
本実施例では、使用初期においてITO透明電極102に与える電位として、上述した効果を確実に得るため、フリッカ最小ITO電極電位に対して50mV低い電位を設定した。この電位差50mVは200mVよりも小さいので、50mV低くすることによってフリッカが視認されることはない。
本実施例で用いる液晶変調素子は、その使用時間の増加に伴って、液晶層における正の電位差の絶対値が負の電位差の絶対値よりも大きくなる方向に変化する特性を有する。勿論、逆に小さくなる方向に変化する特性を持つ場合もあるが、本実施例では例示的に大きくなる方向に変化する特性を持つ液晶変調素子について記載する。
そして、本実施例では、使用初期において、上記正の電位差の絶対値を負の電位差の絶対値よりも大きくする方向に、ITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位に対してずらしている。
例えば、ITO透明電極に与える電位をマイナス方向にシフトさせて(ミラー電極に与える電位をプラス方向にシフトさせて)、正の電位差の絶対値を負の電位差の絶対値よりも大きくしている。
すなわち、液晶変調素子の長期間の使用により、図8に示した正の電界PVが負の電界NVより大きくなる非対称性が生じるとき、使用初期において、正の電界PVが負の電界NVより大きくなるように電界を設定する。
但し、液晶変調素子の膜構造や照射光量の条件等によっては、液晶変調素子の使用時間の増加に伴って、液晶層における負の電位差の絶対値が正の電位差の絶対値よりも大きくなる方向に変化する場合もある。
この場合、使用初期において、上記負の電位差の絶対値を正の電位差の絶対値よりも大きくする方向に、ITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位に対してずらせばよい。
すなわち、正の電界PVが負の電界NVより小さくなる非対称性が生じるとき、使用初期において、正の電界PVが負の電界NVより小さくなるように電界を設定する。
また、本実施例では、両電極102,103間に与える電位差を、液晶層100における前述した正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値との和が一定となるように変化させる。このことにより、正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値の変動によって液晶変調素子の画像輝度が変動することを防止できる。
また、液晶変調素子が、図9に示すように、その毎回使用時においてフリッカ最小ITO電極電位(つまりはフリッカ最小電極間電位差)が変化した後定常化する特性を有する場合には、本実施例を以下のように説明することもできる。すなわち、毎回使用時においてフリッカ最小ITO電極電位が定常化した時点で、該定常化したフリッカ最小ITO電極電位とは異なる電位をITO透明電極102に与える。言い換えれば、フリッカ最小電極間電位差が定常化した時点で、該定常化したフリッカ最小電極間電位差とは異なる電位差をITO透明電極102と金属ミラー電極103との間に与える制御を行う。
さらに、液晶変調素子の使用時間の初期において上記のような電圧設定をしても、使用時間の増加に伴うチャージアップ電荷の蓄積を完全に抑制することはできない。したがって、本実施例では、ITO透明電極102に与える電位を、液晶変調素子の使用時間の増加に伴い、0.6mV/hour程度の速度で増加させる。すなわち、フリッカ最小ITO電極電位の経時変化値に追従させるように、ITO透明電極102と金属ミラー電極103との間に与える電位差を変化させる制御を行う。本実施例においては、直流電圧出力回路201の出力電圧の最小分解能は約3mVであり、約5時間毎に両電極102,103間の電位差を再設定する。これにより、上述した正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値との差がトラップ電荷によって経時的に変化していくことを抑制でき、長期的にフリッカや焼きつきを抑制することができる。
前述した使用初期における電圧設定とこの電圧の追従制御とを合わせて行うことにより、フリッカ最小ITO電極電位は、図5AにグラフCで示すように変化する。このグラフCとグラフBとの差が200mV(0.2V)に達する前までフリッカは視認されず、200mV以上となるとフリッカが視認され始める。したがって、液晶変調素子の寿命を、従来の2000時間に対して700時間程度延ばすことができる。
また、液晶変調素子の使用時間が5000時間程度に達すると、フリッカ最小ITO電極電位は、使用初期に対して450mV程度変動し、定常化する。このため、本実施例では、5000時間を目途に、電圧の追従制御を終了する。これにより、フリッカが視認されるリスクを最小限とすることができる。
なお、ITO透明電極102に与える電位、つまりは両電極102,103間に与える電位差を変更するタイミングに関して説明する。本実施例においては、一度に変動させる電極102,103間の電位差としては、3mV程度である。このため、電位差の変更時に表示される画像に乱れが生じることはない。
したがって、画像表示中であっても、所定の変更時間が到来することに応じて、電極102,103間の電位差を変更する。仮に電位差変更によって画像に乱れが生じる場合には、画像表示を行っていない間、例えば電源投入時や電源遮断時、又は画像情報の入力がない動作時間内に電位差を変更すればよい。この電位差変更タイミングについては、後述する実施例2でも同様である。
図7は、本実施例の液晶変調素子制御回路204のコンピュータプログラムに従った処理手順を示すフローチャートである。
ステップ(図にはSと略記する)1では、液晶変調素子制御回路204は、内部に設けられたタイマーをスタートさせる。
ステップ2では、タイマーによるカウント時間が、所定の電位変更時間に到達したか否かを判別する。到達した場合はステップ3に進み、まだ到達していない場合はステップ2を繰り返す。
ステップ3では、液晶変調素子制御回路204は、内部メモリに記憶されたITO電位設定テーブルから到達した電位変更時間に対して割り当てられたITO電極電位データを読み出す。そして、該ITO電極電位データに対応する直流電圧をITO透明電極102に印加させるように、直流電圧出力回路201を制御する。
ステップ4では、液晶変調素子制御回路204は、ITO電位設定テーブルにてITO電極電位データが割り当てられたすべての電位変更時間が終了した(すべての電極電位データを使用した)か否かを判別する。終了した場合は本フローを終了する。終了して以内場合は、ステップ1に戻り、新たなタイマーカウントを開始する。
なお、液晶変調素子でのチャージアップの速度は、液晶変調素子が使用される条件(環境温度、入射光のパワーやスペクトル、使用初期におけるITO透明電極の電位とフリッカ最小ITO電極電位との差)により変わる。また、上記正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値との差の大きさによっても変わる。
このため、使用条件の変化に応じたチャージアップ速度の変化量を予め調査し、該使用条件の変化に応じてITO透明電極102に与える電位、つまりは両電極102,103間に与える電位差を変更(補正)するとよい。このことは次に説明する実施例2でも同様である。
図5Bには、本発明の実施例2である液晶表示装置の液晶変調素子制御回路204によるITO透明電極に対する直流電圧の印加制御の内容を示している。なお、本実施例の液晶表示装置における基本的な構成は実施例1と同じであり、共通する構成要素には実施例1と同一の符号を付す。
図5Bにおいて、グラフAは、ITO透明電極102の電位と金属ミラー電極103の電位とが等しい場合のフリッカ最小ITO電極電位の経時変化を示す。また、グラフBは、本実施例において直流電圧出力回路201を介してITO透明電極102に与えられる電位を示す。さらに、グラフCは、グラフBで示す電位がITO透明電極102に与えられた場合のフリッカ最小ITO電極電位の経時変化を示している。
本実施例では、グラフBで示すように、液晶変調素子の使用初期において、ITO透明電極102に印加する直流電圧を、フリッカ最小ITO電極電位(0V=Vc)よりも150mV(0.15V)低い電位に設定する。つまり、使用初期における両電極102,103の間の電位差を、ITO透明電極102の電位がフリッカ最小ITO電極電位よりも150mV低くなるように、フリッカが最小となる両電極間の電位差であるフリッカ最小電極間電位差とは異なる値に設定する。
前述したように、ITO透明電極102の電位とフリッカ最小ITO電極電位との電位差が200mV以上になるとフリッカが視認される。このため、本実施例のように、ITO透明電極102の電位をフリッカ最小ITO電極電位に対して150mV下げても、フリッカが視認されることはない。
本実施例のように、液晶変調素子の使用初期において、実施例1よりもさらにITO透明電極102の電位とフリッカ最小ITO電極電位との差を大きくすることで、液晶層100に生ずる正と負の電界の非対称がより大きくなる。このため、実施例1において図6に示した、両電極102,103間(液晶層100)に発生する直流電界VDCがさらに大きくなる。
この直流電界VDCにより、液晶層100のエネルギーポテンシャルがより大きく歪む。このため、光hνを入射させると、液晶変調素子の使用に伴いトラップされる電子が該光hνにより強制励起され、ITO透明電極側へ除去される電子の量が多くなる。また、液晶層100と液晶配向膜101bの界面付近にトラップされていたホールのうち金属ミラー電極側へ除去される量が多くなる。これにより、液晶層100と液晶配向膜101a,10bの界面付近にチャージアップする電荷の蓄積速度を実施例1よりもさらに減少させることができる。
本実施例では、このような使用初期の電圧設定に加えて、使用時間の増加に伴って0.4mV/hour程度の穏やかな速度で、ITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位に追従させるように変化させる。これにより、実施例1と同様に、長期的にフリッカや焼きつきを抑制することができる。
前述した使用初期における電圧設定と該電圧の追従制御とを合わせて行うことにより、フリッカ最小ITO電極電位は、図5BにグラフCで示すように変化する。このグラフCとグラフBとの差が200mVに達する前までフリッカは視認されず、200mV以上となるとフリッカが視認され始める。したがって、液晶変調素子の寿命を、従来の2000時間に対して4000時間程度延ばすことができる。
また、液晶変調素子の使用時間が10000時間程度に達すると、フリッカ最小ITO電極電位は、使用初期に対して600mV程度変動し、定常化する。このため、本実施例では、10000時間を目途に、電圧の追従制御を終了する。これにより、フリッカが視認されるリスクを最小限とすることができる。
本実施例は、使用時間中に液晶変調素子のフリッカ最小ITO電位(又はフリッカ最小電極間電位差)が大きく変動する場合等において、フリッカ最小ITO電極電位の変動を抑制するのに有効である。
実施例1,2において説明した両電極102,103間に与える電位差の増加速度は、液晶変調素子に入射する照明光の波長や液晶変調素子の冷却温度等のパラメータによって異なる。また、フリッカが視認される閾値としての電位差についても、赤、緑及び青等の波長のパラメータによって異なる。このため、液晶表示装置内に組み込んだ液晶変調素子に対して個別に予め特性の測定を行った上で、実施例1,2で説明した制御を行うための最適なパラメータを決定することが望ましい。
また、フリッカ最小ITO電極電位の使用時間による変化を示す曲線が非線形な曲線によって近似できる場合においては、制御されるITO透明電極102の電位の曲線も非線形曲線として設定することが望ましい。
さらに、上記実施例1,2では、ITO透明電極に直流電圧を、金属ミラー電極に交流電圧を印加する場合について説明したが、特定周期で正の電界と負の電界を液晶層に生じさせるのであれば、両電極に交流電圧を印加してもよい。このことは、後述する実施例4〜6についても同様である。
図10は、実施例1,2で説明した液晶表示装置の1つである液晶プロジェクタ(画像投射装置)の光学的構成を示す上面図(一部側面図)である。
3は液晶パネルドライバであり、図4に示した液晶変調素子制御回路204、直流電圧出力回路201、画像信号出力・反転駆動回路202及び画素電極走査回路203の機能を有する。該液晶パネルドライバ3は、図4に示した画像供給装置500から入力された画像情報をレッド用、グリーン用及びブルー用パネル駆動信号に変換する。各パネル駆動信号は、反射型液晶変調素子であるレッド用液晶パネル2R、グリーン用液晶パネル2G及びブルー用液晶パネル2Bにそれぞれ入力される。これにより、3つの液晶パネル2R,2G,2Bは互いに独立に駆動される。
1は照明光学系であり、図中の枠内の左側にはその上面図を、右側にはその側面図を示している。照明光学系1は、光源ランプ、放物面リフレクタ、フライアイレンズ、偏光変換素子、コンデンサーレンズ等を含み、偏光方向が揃った直線偏光光(S偏光)としての照明光を射出する。
照明光学系1からの照明光は、マゼンタ色を反射してグリーン色を透過するダイクロイックミラー30に入射する。照明光のうちマゼンタ色成分はこのダイクロイックミラーで反射され、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子34を透過する。これにより、図の紙面に平行な方向を偏光方向とするブルー色の直線偏光(P偏光)と、図の紙面に垂直な方向を偏光方向とするレッド色の直線偏光(S偏光)とが生成される。
ブルー色のP偏光は、第1の偏光ビームスプリッタ33に入射し、その偏光分離膜を透過して、ブルー用液晶パネル2Bに導かれる。また、レッド色のS偏光は、第1の偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜で反射されて、レッド用液晶パネル2Rに導かれる。
一方、ダイクロイックミラー30を透過したグリーン色の直線偏光光(S偏光)は、光路長を補正するためのダミーガラス36を透過し、次に第2の偏光ビームスプリッタ31に入射する。そして、グリーン色のS偏光は、その偏光分離膜で反射されて、グリーン用液晶パネル2Gに導かれる。
このようにして、レッド用、グリーン用及びブルー用液晶パネル2R,2G,2Bは照明光によって照明される。
そして、各液晶パネルに入射した光は、各液晶パネルに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与されるとともに、該液晶パネルによって反射されて射出する。反射光のうち照明光と同じ偏光方向を有する偏光成分は、照明光の光路を逆に辿って照明光学系1側に戻る。
また、反射光のうち照明光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する偏光成分(変調光)は以下のように進む。P偏光であるレッド用液晶パネル2Rによる変調光は、第1の偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜を透過する。次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子35を透過してS偏光とされる。そして、該レッド色のS偏光は、第3の偏光ビームスプリッタ32に入射し、その偏光分離膜で反射されて、投射レンズ4に導かれる。
S偏光であるブルー用液晶パネル2Bによる変調光は、第1の偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜で反射され、レッドクロスカラー偏光子35をリタデーション作用を受けることなく透過して第3の偏光ビームスプリッタ32に入射する。該ブルー色のS偏光は、第3の偏光ビームスプリッタ32の偏光分離膜で反射されて、投射レンズ4に導かれる。
P偏光であるグリーン用液晶パネル2Gによる変調光は、第2の偏光ビームスプリッタ31の偏光分離膜を透過して、光路長を補正するためのダミーガラス37を透過し、第3の偏光ビームスプリッタ32に入射する。該グリーン色のP偏光は、第3の偏光ビームスプリッタ32の偏光分離膜を透過して、投射レンズ4に導かれる。
こうして色合成された3色の変調光は、投射レンズ4によって被投射面である光拡散スクリーン5に投射される。これにより、フルカラー画像が表示される。
前述したように、フリッカ最小電極間電位差は、レッド、グリーン及びブルー用の液晶パネルで異なる。このため、液晶パネルの使用初期における電圧設定と該電圧の追従制御とを、液晶パネルごとに独立して行うようにしてもよい。
以上説明した各実施例においては、液晶表示装置の使用初期にITO透明電極の電位をフリッカが最小となるような液晶変調素子の対向電極間の電位差よりも意図的に下げた状態で使用を開始した。この方法では、ITO透明電極の電位の下げ量が200mVを超えるとフリッカの視認が始まるため、下げ量としては200mVが上限となる。液晶表示装置を構成する膜の構成によっては、この200mVという電圧下げ量により、チャージアップを十分に抑制することができない場合がある。
そこで、本実施例では、使用初期においてITO透明電極102に与える電位を下げることによるチャージアップ抑制効果が少ない膜構成を有する液晶変調素子に対応した制御方法について説明する。なお、本実施例の液晶表示装置における基本的な構成は実施例1と同じであり、共通する構成要素には実施例1と同一の符号を付す。ただし、液晶変調素子の配向膜の構成は、実施例1〜3と異なる。
まず、本実施例の説明の先だって、本発明の実施例にて述べてきたようなITO透明電極102に与える電位を下げることによるフリッカ最小ITO電極電位の経時変動の抑制方法以外の方法について説明する。
代表的なものとして特許第3079402号公報にて開示されている技術では、液晶表示装置に、液晶表示パネルを透過する光量を検出する光検出器を設け、光検出器によりフリッカが最小となるように共通電極の電位を調整する。
この方法を用いることでも、フリッカ最小ITO電極電位の経時変動に対するフリッカの出現を抑制することが可能であるが、以下に挙げるような問題点が残る。
まず、光検出器により、フリッカを測定するためには、時間変動しない静止画の出力が必要であり、出力静止画に関しても、フリッカの測定に適した中間調の出力が必要である。したがって、登録第3079402号にて開示されているような技術の使用時には、特定の調整用中間調画像を一時的に出力する調整シーケンスを別途設ける必要があり、通常の画像表示動作の邪魔になるという問題がある。
また、調整シーケンスは、液晶表示装置の電源投入時や電源遮断時に実行することが普通であるため、使用途中でのフリッカ最小ITO電極電位の大きな変動を抑制することができない。
次に、図11を用いて本実施例について説明する。図11は、本実施例における液晶変調素子制御回路204によるITO透明電極102に対する直流電圧の印加制御を示している。
図中のグラフGは、ITO透明電極102の電位と金属ミラー電極103の電位とが等しい場合のフリッカ最小ITO電極電位の経時変化を示す。
本実施例では、図11中のグラフHで示すように、直流電圧出力回路201からITO透明電極102に印加される直流電圧を制御する。また、グラフIは、グラフHで示す電位がITO透明電極102に与えられた場合のフリッカITO電極電位の経時変化を示している。
液晶変調素子の使用時間の初期(0時間)においては、フリッカ最小ITO電極電位と一致するようにITO透明電極102に印加する電位を調整する。
そして、使用時間の経過とともに、0.08mV/hour程度でフリッカ最小ITO電極電位の変動値に追随するよう、ITO透明電極102に与える電位を自動的に変更する。
ITO透明電極102に与える電位の変更速度は、事前の実験結果などの実績値に基づいて決定される。また、ITO電極電位の設定値は、実験結果から得られる代表的なフリッカ最小ITO電極電位の変動曲線から±200mVの範囲内で適当に設定することができる。
詳細な設定値は、液晶変調素子の個体間のばらつき傾向等も踏まえて決定される。これらITO透明電極102に与える電位に関する設定データは、液晶変調素子制御回路204の内部メモリに記憶されている。
本実施例では、チャージアップによるフリッカ最小ITO電極電位の経時変動が飽和する時間(約5000時間)を目途にITO透明電極102に与える電位の自動変更を終了する。
このようにITO透明電極102に与える電位を制御することで、使用開始からのフリッカの視認が開始される時間を、従来に比べて2000時間程度延ばすことができる。
また、本実施例を用いることで、光検出器等の新しい構成要素を追加することなく、通常の画像表示を行いながら、使用者に気づかれることなくほぼリアルタイムでフリッカの最小化調整を行うことができる。
実施例4では、ITO透明電極102に与える電位をほぼリアルタイムで調整する場合について説明したが、その調整を所定の時間間隔で、すなわち段階的に行ってもよい。図12は、本実施例における液晶変調素子制御回路204によるITO透明電極102に対する直流電圧の印加制御の内容を示している。図中のグラフG,H,Iの意味は実施例4と同じである。
本実施例では、液晶変調素子制御回路204は、ITO透明電極102に与える電位を、装置の使用時間が使用初期より所定時間(例えば1000時間)が経過するごとに、フリッカ最小ITO電極電位の変動予測に基づいてシフトさせる。
ここで、所定時間ごとにITO透明電極102に与える電位をシフトさせる際、シフト後(直後)のITO透明電極102に与える電位とフリッカ最小ITO電極電位との差は、200mV未満(フリッカが人間の目で認識できないような範囲内)とする。その差は、50mV未満、好ましくは30mV未満であることが望ましい。このことは後述する実施例6についても同様である。
本実施例においては、シフト後(直後)のITO透明電極102に与える電位は、フリッカ最小ITO電極電位に対して、フリッカ最小ITO電極電位が変化していく方向(特定方向、ここではプラス方向)と逆方向にずらした。こうすることによって、フリッカ最小ITO電極電位の変化を遅らせることが可能となる。
但し、後述する実施例6(図13、14)のように、シフト後(直後)のITO透明電極102に与える電位が、フリッカ最小ITO電極電位に対して、特定方向にずらしても構わない。このようにすれば、ITO透明電極102に与える電位をシフトさせる周期が長くても良くなる。
また、本実施例では、4000時間を越えたところで、ITO透明電極102に与える電位(グラフHで示す)のシフトを止めているがその限りでは無い。つまり、ITO透明電極102に与える電位を更にシフトさせ続け、4000時間を越えても人間にはフリッカが認識出来ないようにし続けても構わない。
これにより、所定時間が経過するごとに、ITO透明電極102に与える電位をフリッカを小さくする方向に変化させて、フリッカの出現を抑制することができる。また、本実施例によれば、液晶変調素子制御回路204の内部メモリの容量を節約することができる。
また、本実施例では、ITO透明電極102に与える電位をシフトさせる周期を1000時間としたが、勿論その周期は100時間ごとでも、10時間ごとでも構わない。
図13には、実施例5の変形例としての実施例6を示す。本実施例では、液晶変調素子制御回路204は、使用初期から所定時間が経過するごとに、フリッカ最小ITO電極電位の変動予測ポイントに加えて、その後の変動も考慮したもう少し大きな電位へとITO透明電極102に印加する電位を段階的に変更する。すなわち、実施例5と同様に、ITO透明電極102に与える電位をフリッカを小さくする方向に変化させる場合でも、ITO透明電極102に与える電位をフリッカ最小ITO電極電位にかならずしも一致させる必要はない。
この場合、フリッカ最小ITO電極電位の変動が過剰に加速しないように、図中の変更後電位500とその直前の変更前電位501との差が正となるような量を目安にITO透明電極102に与える電位の変更量が決定される。
また、液晶変調素子の膜構成により、ITO透明電極102に与える電位のフリッカ最小ITO電極電位に対する追随によるフリッカ出現の加速が殆ど起き得ない場合であれば、図14に示すような制御も可能である。
この場合、図14中の変更後電位502とその直前の変更前電位503の大きさ等の条件を考慮する必要無く、フリッカ最小ITO電極電位の変動に応じてITO透明電極102に与える電位を設定することができる。
本実施例6においては、シフト後(直後)のITO透明電極102に与える電位がフリッカ最小ITO電極電位よりも特定方向にずれており、その両者の差が図13においては略0以上20mV以下、図14においては10以上50mV以下である。
ここで、シフト後(直後)のITO透明電極102に与える電位がフリッカ最小ITO電極電位との差は、100mV以下、好ましくは50mV以下、更に好ましくは30mV以下とすることが望ましい。
ITO透明電極102に与える電位がフリッカ最小ITO電極電位よりも特定方向にずれることによる、フリッカ最小ITO電極電位の変化の加速への影響が小さければ、前述した差が大きくても構わない。
なお、実施例4〜6で説明した液晶変調素子の制御方法も実施例3で説明した液晶プロジェクタ等の画像表示装置に適用することができる。
以上説明したように、上記各実施例では、光量変動としてのフリッカを人間の目で視認されない範囲内(特定範囲内)に抑えるように、ITO透明電極に与える電位を使用時間の増加に伴って変化させる。すなわち、液晶層に生ずる正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値の差を、上記特定範囲に対応した範囲(ITO透明電極の電位とフリッカ最小ITO電極電位との差が400mVより小さい範囲)内に抑えるようにする。具体的には、ITO透明電極電位を使用時間の増加に伴って変化させたり、ミラー電極電位(ミラー電極に与える電位の中心電位)を変化させたりする。
これにより、液晶変調素子の長期的な使用における視認可能なフリッカや焼きつき等の発生を効果的に抑制することができる。
なお、実施例1、2及び4〜6で説明した制御方法は、実施例3で説明した液晶プロジェクタ以外の液晶表示装置、例えば直視型の液晶表示装置にも適用することができる。
また、上記各実施例では、ITO透明電極に与える電位を使用時間の増加に伴って変化させる場合について説明したが、ITO透明電極に与える電位を一定としてミラー電極の電位を使用時間の増加に伴って変化させるようにしてもよい。この場合、フリッカが最小となるミラー電極の中心電位(フリッカ最小ミラー電極電位)は、使用時間の増加に伴いITO透明電極の電位(0V)に対して−方向に変化する。このため、実施例1,2と同様に、使用初期のミラー電極の電位をフリッカ最小ミラー電極電位(0V)に対してずらす場合は、+方向にずらせばよい。
さらに、ITO透明電極に与える電位とミラー電極の電位の両方を使用時間の増加に伴って変化させるようにしてもよい。
また、上記各実施例では、使用時間に応じて、メモリに記憶された設定電位のデータを読み出して電極に与える電位を変更する場合について説明した。しかし、本発明では、これに限らず、光量センサとしてのフリッカセンサを設け、該センサの検出結果に基づいて電極に与える電位を変更してもよい。
1 照明光学系
2R レッド用液晶パネル
2G グリーン用液晶パネル
2B ブルー用液晶パネル
3 パネルドライバ
4 投射レンズ
31〜33,401 偏光ビームスプリッタ
100 液晶層
101a,101b 液晶配向膜
102 ITO透明電極
103 金属ミラー電極
104 仕事関数調整膜
201 直流電圧出力回路
202 画像信号出力・反転駆動回路
203 画素電極走査回路
204 液晶変調素子制御回路
400 反射型液晶変調素子
2R レッド用液晶パネル
2G グリーン用液晶パネル
2B ブルー用液晶パネル
3 パネルドライバ
4 投射レンズ
31〜33,401 偏光ビームスプリッタ
100 液晶層
101a,101b 液晶配向膜
102 ITO透明電極
103 金属ミラー電極
104 仕事関数調整膜
201 直流電圧出力回路
202 画像信号出力・反転駆動回路
203 画素電極走査回路
204 液晶変調素子制御回路
400 反射型液晶変調素子
Claims (9)
- 第1電極と、該第1電極とは異なる材料で構成された第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置された液晶層と、前記第1電極と前記液晶層との間に配置された第1配向膜と、前記第2電極と前記液晶層との間に配置された第2配向膜とを含む液晶変調素子を有し、前記第1電極側から前記液晶層に光束を入射させて画像を表示する液晶表示装置であって、
前記液晶層に与えられる電位差が正と負とに周期的に変化するように、前記第1電極に与える電位と、前記第2電極に与える、中心電位に対して正と負とに周期的に変化する電位とを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、フリッカを特定範囲内に抑えるように、前記第1電極に与える電位と前記第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記制御手段は、1フレーム画像の表示中に前記液晶層に与えられる正の電位差の絶対値と負の電位差の絶対値との差を前記特定範囲に対応する範囲内抑えるように、前記第1電極に与える電位と前記第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1電極に与えられる電位と前記第2電極に与えられる電位の中心電位のうち一方を第1電位とし、他方を第2電位とするとき、
前記液晶変調素子は、前記両電極に与えられた前記第1及び第2電位が互いに等しい場合に、前記液晶変調素子の毎回使用時における前記フリッカを最小とする定常化後の前記第1電位が、該液晶変調素子の使用時間の増加に伴って、前記両電極のうち一方に与えられた第2電位に対して特定方向に単調に変化する特性を有し、
前記制御手段は、前記両電極のうち一方に与える前記第2電位に対して、前記両電極のうち他方に与える前記第1電位を相対的に前記特定方向に変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。 - 前記制御手段は、前記液晶変調素子の使用時間の初期において、前記第2電位に対して前記第1電位を前記特定方向とは反対方向に異ならせることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記制御手段は、前記フリッカが小さくなる方向に前記第1電極に与える電位と前記第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の液晶表示装置。
- 前記第1電極の材料と前記第2電極の材料とは、仕事関数が互いに異なることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の液晶表示装置。
- 前記制御手段は、前記第1電極に与える電位と前記第2電極に与える電位の中心電位のうち少なくとも一方を、段階的に変化させることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の液晶表示装置。
- 第1及び第2電極間に液晶層を有する液晶変調素子と、
前記第1電極に対する前記第2電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように前記第1及び第2電極間に与える電位差を制御する制御手段とを有し、
フリッカが最小となる前記第1及び第2の電極間の電位差をフリッカ最小電極間電位差とするとき、
前記液晶変調素子は、その毎回使用時における定常化後の前記フリッカ最小電極間電位差が、該液晶変調素子の使用時間の増加に伴って変化する特性を有し、
前記制御手段は、該使用時間の初期において、前記定常化後のフリッカ最小電極間電位差とは異なる電位差を前記第1及び第2電極間に与える制御を行うことを特徴とする液晶表示装置。 - 第1及び第2電極間に液晶層を有する液晶変調素子と、
前記第1電極に対する前記第2電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように前記第1及び第2電極間に与える電位差を制御する制御手段とを有し、
フリッカが最小となる前記第1及び第2の電極間の電位差をフリッカ最小電極間電位差とするとき、
前記液晶変調素子は、その毎回使用時において、前記フリッカ最小電極間電位差が変化した後定常化する特性を有し、
前記制御手段は、該フリッカ最小電極間電位差が定常化したときに、該定常化したフリッカ最小電極間電位差とは異なる電位差を前記第1及び第2電極間に与える制御を行うことを特徴とする液晶表示装置。
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