JP4125182B2 - 液晶表示素子、投射型液晶表示装置、画像シフト素子および画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子および画像シフト素子に関する。本発明の液晶表示素子および画像シフト素子は、画像表示装置、例えばプロジェクタを始めとする透過型表示装置に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
〔液晶表示素子に関する従来の技術〕
特許文献１および特許文献２には、液晶パネル内に透明ヒータを形成することによって、液晶の温度を上昇させて、液晶パネルの応答速度を改善する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術では、液晶パネルの加温により液晶の応答性の改善は期待できるが、パネル温度が高くなると、液晶組成物の液晶性の低下を招いたり、液晶相−等方性相転移温度（ＴＮＩ）近傍では液晶の異方性が失われたりすることがあり、十分な表示品位を維持できなくなるという課題が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−５５３２２号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平９−９６８２４号公報
特許文献３には、画像のコントラスト比が最大になる電圧を液晶に印加して、液晶パネルの温度を制御する技術が開示されている。この技術では、液晶表示画像の低下をある程度防ぐことが可能である。しかし、様々な液晶材料や仕様のパネルに対して、パネル温度設計指針が不明確であり、かつ発熱パネルおよびその制御系の構成が極めて複雑となる。したがって、多くの液晶表示装置に容易に適用することが困難である。
【０００５】
【特許文献３】
特開平８−１７１０８４号公報
特許文献４には、液晶パネルの温度制御について開示されている。具体的には、コレステリック液晶の配向転移の高速化を目指して、コレステリック液晶を室温より高く、等方相温度より低い温度で駆動するコレステリック液晶表示装置が開示されている。しかし、この温度制御では、コレステリック液晶の選択反射を電界制御する方式の液晶表示装置に適用するのが難しい。
【０００６】
【特許文献４】
特開２００１−８３４８０号公報
近年では、液晶表示の高速応答化、高輝度化、高コントラスト化の技術開発が急速に進展し、表示品位を確保した上で、動画表示にも対応できる液晶表示装置や投射型液晶表示装置が求められている。
【０００７】
〔画像シフト素子に関する従来の技術〕
特許文献５や特許文献６には、高精細の画像表示を実現させるために、画像シフト素子を用いて赤、緑、青の各画素を光学的に順次シフトさせることにより、画像を時分割に画素単位で重ね合わせることが開示されている。画像シフト素子としては、液晶素子と複屈折素子との組合せが提案されている。これにより、見かけの解像度を３倍に改善することができる。画像シフト素子を用いた画像シフト（ウォブリング）を行わなければ、各画素は赤、緑、青のいずれか１色だけを表示するに過ぎないが、各画素の画像を時分割で画像シフトすることで、画像の解像度を向上させたフルカラー表示が可能となる。
【０００８】
【特許文献５】
米国特許第６０６１１０３号明細書
【０００９】
【特許文献６】
特開平８−１９４２０７号公報
ところで、画像表示装置の駆動方法として、インターレース駆動やノンインターレース駆動等が広く採用される。インターレース駆動は、フィールド毎に奇数行または偶数行を選択し、奇数と偶数のフィールドで１つの画像を構成する駆動法であり、各フィールドの選択時間は通常１６．６ミリ秒（60Hz）である。一方、ノンインターレース駆動は、奇数行と偶数行に関係なく、順次選択する駆動法であり、各フィールドの選択時間は、同様に１６．６ミリ秒（60Hz）である。ここで、フィールドとは、画像の垂直同期の期間を指し、液晶表示装置では、ブランキング時間を含めたスキャン期間がフィールド期間に相当する。
【００１０】
上述の特許文献５および６の画像表示装置では、赤、緑、青の画素シフト位置に応じて１フィールド期間を分割して、分割された期間（以下、サブフィールド期間と称す）毎に異なる画像を表示させている。画像シフト素子での画像シフト動作は、サブフィールドの切り替えタイミングと同期させることが必要である。１フィールド期間を分割した場合のサブフィールド期間は約５ミリ秒程度であるので、サブフィールドの切り替えと同時に、液晶素子の偏光状態の遷移を高速に行うことが重要である。
【００１１】
しかしながら、従来の液晶素子を用いた場合には、応答時間がサブフィールドの選択期間よりも長くなったり、立ち上がり応答時間（τｏｎ）と立ち下がり応答時間（τｏｆｆ ）に差が生じたりして、画像シフト時のタイミングがずれるおそれがある。画像シフト時のタイミングがずれると、二重像が発生し、さらに二重像に起因したフリッカが発生する。したがって、画質劣化が大きくなるという問題点がある。
【００１２】
このように、ウォブリングを利用した画像表示装置では、画像シフト素子を構成する液晶素子の応答特性改善が不可欠であり、併せて画像表示用の液晶表示素子においても、選択するサブフィールド期間に同期した高速応答性が不可欠である。すなわち、従来の液晶素子を用いた場合には、画質の更なる向上が求められる。
【００１３】
一方、液晶素子および複屈折素子の組合せを２組以上用いることにより、シフト位置が３ポジション以上となる画像シフト素子が得られる。この画像シフト素子では、液晶素子が１枚だけの場合と異なり、複数の液晶素子それぞれの応答速度を一致させる必要がある。言い換えれば、液晶素子毎に応答時間が異なると、画像シフトのタイミングがばらついて画質低下が顕著になる。したがって、全ての液晶素子の温度を均一に維持しなければならない。
【００１４】
また、液晶素子では、パネル温度と液晶組成物の温度特性を考慮して、多様な液晶パネル構成や表示モードに対しても高品位かつ高速応答可能な設計が極めて重要となる。通常、液晶パネルを単に加温しただけでは、輝度やコントラストなどの画質に関係した表示品位が低下する。加えて、画像シフト素子を構成する液晶素子にのみ、サブフィールド期間に同期した高速応答性を追及するだけでは、高品位かつ高精細の画像表示装置を実現することが困難である。すなわち、信号に応じて光源からの光を変調する液晶表示素子も、サブフィールド期間に同期した画像情報を表示して、画像シフト素子へ画像情報を導くことが重要であり、そのために、液晶表示素子と画像シフト素子の両者を均一に温度制御することが求められる。
【００１５】
液晶素子の応答特性を改善する目的で、画像シフト素子（振動手段）の温度を調節する機構を組み込んだ画像表示装置が特許文献７に開示されている。具体的には、画像シフト素子の液晶素子の周囲にシート状ヒータを配置して直接加熱させる手法が示されている。他にも液晶素子に形成する透明導電膜や透明の発熱体パターンを設ける手法が示されている。しかし、特許文献７は、画像シフト素子を温度調節する際の問題について何ら開示していない。
【００１６】
【特許文献７】
特開平１１−３２６８７７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、輝度、コントラストなどの画質に関係した表示品位を低下させることなく、パネルの応答速度を改善した液晶表示装置および投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。現状の液晶表示装置では、中間調状態での応答特性が十分でないので、液晶の動画表示に伴う残像現象等が認められる。したがって、高品位のフルカラー動画表示に対応した液晶パネルの開発が望まれている。液晶表示装置の高速応答化に対して、高速な表示モードの適用、駆動方法の利用や液晶材料の改良などの取り組み等が試みられているが、複雑なパネル設計が必要になるという課題がある。したがって、より簡便な高速応答化の手法が求められている。
【００１８】
本発明では、液晶パネルの温度と液晶組成物の温度特性を考慮した設計を行うことにより、多様な液晶パネルや表示モードに対しても高品位かつ高速応答可能な液晶表示装置の実現を目指している。
【００１９】
また、本発明は、画像シフト素子において、液晶表示素子の電圧レベルや画像シフト素子を構成する液晶素子の電圧レベルに応じた応答時間を短縮化することを他の目的とする。さらに、液晶素子の電圧応答の均一性を改善することで、サブフィールド期間内での液晶応答性を向上させて、画像シフト技術を応用した高品位でかつ高解像度の画像表示装置を提供することをさらなる他の目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明では、液晶層を構成する液晶組成物と相転移温度との関係において、液晶表示装置のパネル温度を最適な範囲に規定する。また、温度特性に依存する液晶組成物の回転粘性値の最適値設計を行うことで、上述の課題を解決する。
【００２１】
具体的には、液晶表示装置に温度調節機能体を設けて、液晶パネル温度を最適な温度範囲に設計することで目的を達成している。さらに、液晶層を構成する液晶組成物の物性値の温度依存性が変化することを考慮した上で、特に回転粘性γ１ 値についても最適値を規定することで、より効果的に上述の課題が解決される。
【００２２】
また、本発明は、表示素子の画像を構成する画素情報を時分割で画像シフトさせて、画素情報を重畳して表示することで高解像度化する技術を開示する。特に、表示素子のサブフィールドの切り替えタイミングに同期した液晶応答や画像シフト素子の電圧応答性を改善することで、二重像に起因したフリッカ発生や色の混色・滲みを防止する技術を開示する。
【００２３】
具体的には、表示素子や画像シフト素子に温度調節機能体を設けて、液晶パネル温度を最適な温度範囲に設計し、応答速度を改善することで目的を達成している。さらに、表示素子や画像シフト素子を構成する液晶パネル中の液晶組成物の回転粘性γ１ 値などを規定することで、効果的に上述の課題が解決される。
【００２４】
一般的には、ネマチック液晶を用いた場合の電界に応答する液晶分子の動的なスイッチング挙動は、以下の式で近似的に示される。
【００２５】
τｏｆｆ ＝γ１ ｄ２ ／Ｋπ２ （式１）
τｏｎ＝τｏｆｆ ／｛（Ｖ２ ／Ｖｔｈ ２ ）−１｝ （式２）
Ｖｔｈ＝π（Ｋ／Δε）１／２ （式３）
但し、τｏｆｆ ；パネルへの電圧を切った時の応答時間（立ち下がり時間）、τｏｎ；パネルへの電圧印加時の応答時間（立ち上がり時間）、Ｖｔｈ；閾値電圧、Ｖ；印加電圧、ｄ；液晶セル厚、γ１ ；液晶組成物の回転粘性、Ｋ；液晶の弾性定数、Δε；液晶の誘電異方性である。
【００２６】
これらの関係式から、液晶表示装置の応答速度を高速化する手法としては、（１）液晶セル厚を小さく設計すること、（２）液晶駆動時の印加電圧を高く設計すること、（３）液晶材料の物性パラメータの最適設計を行うことなどが挙げられる。
【００２７】
しかしながら、上記の手法に対しては、各々次のような課題が存在する。（１）液晶セル厚の低減は、液晶表示装置の製造面でのセル厚許容範囲が狭くなり歩留まりが低下するだけでなく、液晶パネルの表示品位面でも輝度低下を招きやすくなる。したがって、高Δｎ液晶と組み合わせることが必要となり、波長分散が顕著になりやすく、光学設計上からもセル厚低減は限られた範囲内でしか適用できない。
【００２８】
（２）液晶駆動時の印加電圧を大きく設定することで、特に、立ち上がり時の応答時間の短縮が可能となるが、消費電力の増大をもたらすので容易に適用できない。
【００２９】
（３）液晶材料面の最適化のうち回転粘性γ１ を低減することは、τｏｆｆ とτｏ ｎ の両者の応答時間の短縮に効果を有するが、液晶材料のΔεやΔｎとのバランスを調整することが必要となる。また、材料の各物性値は温度依存性を示すので、材料の選択が極めて重要な項目となる。
【００３０】
本発明では、パネル温度を調整することにより、さらには液晶層を構成している液晶組成物の回転粘性γ１ を調節することにより、液晶の高速化を達成している。特に液晶組成物の回転粘性γ１ の最適化調節により、液晶表示装置の中間調応答時間の遅さについても効果的に改善できる。
【００３１】
液晶材料の回転粘性係数γ１ も一般の液体と同様に下記のアンドレードの式を満たすことが知られている。
【００３２】
（アンドレードの式） γ１ ＝Ａ exp（Ｂ／Ｔ） （式４）
但し、Ａ，Ｂ；定数、Ｔ；絶対温度である。
【００３３】
この関係式から、回転粘性γ１ は、温度上昇に伴って、指数関数的に低下することが判る。また、温度調節が液晶表示装置の応答速度改善に効果があることが判る。液晶材料のΔεやΔｎ等の物性値も、秩序度Ｓと同様に、温度上昇と共に異方性が小さくなるように変化するので、各種物性値の温度依存性を考慮した総合的な設計が必要となる。応答速度改善の観点からは、温度に依存した光学的および電気的異方性を調整したうえで、回転粘性に着目して液晶パネルの設計をすることが最も効果的であると考えられる。
【００３４】
本発明の液晶表示素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有する液晶表示素子であって、前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下、好ましくはＴＮＩ−３０以上であり、かつＴＮＩ−２０以下で温度制御されている。
【００３５】
前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下であることが好ましい。また、前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。
【００３６】
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有してい る。
【００３７】
前記温度印加部は、透明導電膜から形成されている。また、前記温度印加部は、所定の表示領域に対応してパターニング形成されている。本願明細書において「表示領域」とは、表示の最小単位である画素がマトリクス状に配置された領域をいう。なお、「画素領域」は、アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素電極とこれに対向配置された対向電極とから規定される。単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ状に設けられる列電極とこれに直交するように設けられる行電極とから「画素領域」が規定される。ブラックマトリクスが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が画素領域に対応することになる。本願明細書において「表示領域」は、ブラックマトリクスが設けられた領域を含むことがある。
【００３８】
前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されていてもよい。前記温度印加部は、赤外線ヒータであってもよい。前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有していてもよい。
【００３９】
本発明の第１の局面における投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を互いに異なる色の複数の色光束に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された複数の色光束のそれぞれに対応して配置された複数の液晶表示素子と、前記複数の液晶表示素子のそれぞれによって変調された前記複数の色光束を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって合成された前記複数の色光束を投影する投影光学系を備える投射型液晶表示装置であって、前記複数の液晶表示素子のうち少なくとも１つの液晶表示素子は、本発明の液晶表示素子である。
【００４０】
本発明の画像シフト素子は、光の偏光状態を変調する液晶素子と、前記液晶素子から出射された前記光の偏光状態に応じて光路をシフトさせる複屈折素子との組合せを少なくとも１組有する画像シフト素子であって、前記液晶素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有し、前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下で温度制御されている。
【００４１】
前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下であることが好ましい。また、前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。
【００４２】
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有していてもよい。
【００４３】
前記温度印加部は、透明導電膜から形成されている。また、前記温度印加部は、所定の表示領域に対応してパターニング形成されている。
【００４４】
前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されていてもよい。前記温度印加部は、赤外線ヒータであってもよい。前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有していてもよい。前記複屈折素子は、温度調節機能体を有していてもよい。
【００４５】
本発明の第１の局面における画像表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する本発明の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子を備える。
【００４６】
本発明の第２の局面における画像表示装置は、表示素子と、前記表示素子の光出射側に配置された本発明の画像シフト素子を備える。前記表示素子は、本発明の液晶表示素子であっても良い。前記画像シフト素子は、前記表示素子の表示に同期させて、前記表示素子から出た光をシフトさせても良い。
【００４７】
本発明の第２の局面における投射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する本発明の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子と、前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える。
【００４８】
本発明の第３の局面における投射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置された本発明の画像シフト素子と、前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える。前記液晶表示素子は、本発明の液晶表示素子であっても良い。
【００４９】
本発明の液晶表示素子および投射型表示装置によれば、液晶パネルの温度を最適な温度範囲に調節することで、輝度やコントラスト特性を損なうことなく、応答速度を効果的に改善して、高速化を実現することが可能となる。言い換えれば、液晶パネル温度を調節して最適な温度範囲に設定することで、多様な仕様や表示モードの液晶パネルに対しても容易な手法で応答速度改善を達成できる。また、液晶層を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ の物性値を規定することで、より効果的に液晶表示の高品位化と高速応答化が実現可能となる。
【００５０】
本発明の画像シフト素子によれば、液晶パネルの温度を最適な温度範囲に調節することで、パネル内での液晶応答のムラがなくなり、高速応答性が実現できる。本発明の画像シフト素子を投射型液晶表示装置などの画像表示装置に適用することによって、表示品位の改善が可能となる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５２】
（実施形態１：単純マトリクス透過型液晶表示素子）
図１は、実施形態１の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。図１を参照しながら、本実施形態の液晶表示素子を説明する。本実施形態の液晶表示素子は、単純マトリクス型の液晶表示素子であり、互いに対向する第１基板１および第２基板２と、第１基板１および第２基板２の間隙に介在する液晶層３と、第２基板２に形成された温度調節機能体を有する。第１基板１には、ストライプ状に複数の列電極４が設けられている。第２基板２には、列電極４と直交する複数の行電極５が設けられている。列電極４および行電極５は、いずれも表示用電極であり、ＩＴＯ膜などの透明導電膜から形成され得る。列電極４および行電極５上には、ポリイミドからなる液晶配向膜６，７がそれぞれ設けられている。
【００５３】
図２は、本実施形態の液晶表示素子における温度調整機構のシステム構成図である。温度調節機能体は、第１基板１および第２基板２にそれぞれ形成されていてもよく、また第２基板２に代えて第１基板１にのみ形成されていてもよい。温度調節機能体は、透光性を有する温度印加部８と、この温度印加部８に接続された温度制御部（不図示）を有する。本実施形態では、温度印加部８は、第２基板２の液晶層３側の面２ａに形成されているが、第２基板２の外側の面２ｂに形成されていてもよく、第２基板２の両面２ａ，２ｂに形成されていてもよい。また、第２基板２に形成された温度印加部８とともに、あるいはこれに代えて、第１基板１の液晶層３側の面１ａおよび／または外側面１ｂに、温度印加部８が形成されていてもよい。
【００５４】
透光性の温度印加部８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、SnＯ２ 、ZnＯ、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）などの導電性の金属酸化物薄膜から形成することができる。これら金属酸化物薄膜は、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、スパッタ成膜法やゾルゲル法等の公知の手法で形成することができる。これらの金属酸化物薄膜に所定の通電信号を入力すると、薄膜に電流が流れて、薄膜の抵抗値に応じたジュール熱が発生するので、液晶表示素子を加温することが可能となる。本発明において「透光性」とは、波長400 〜800 ｎｍの可視領域において、光線が40％以上透過できることを意味する。可視領域での光線透過率が40％未満の場合には、入射光線の大部分が遮蔽されるので、液晶パネルを透過する明るさが十分得られず、表示品位が大きく低下する。
【００５５】
均一な液晶表示を実現させるには、少なくとも一方基板の少なくとも一方面の全面もしくは画素領域に、均一にパターニングした、ヒータ電極膜としての温度印加部８を形成することが望ましい。これにより、液晶パネルへの加温が偏在しないように調整することができる。温度印加部８のパターンとしては、例えば特開平５−１７３１５３号公報に開示されたパターンを採用することができる。
【００５６】
第２基板２の内側（液晶層３側）の表示用電極（行電極５）下に温度印加部８を形成する場合には、半導体プロセスなどで利用される透明層間絶縁膜や有機系および有機−無機ハイブリッド系透明絶縁コート膜などの透明絶縁膜９を介して、表示用電極薄膜を積層形成することが望ましい。これにより、上下導電膜間のリークを防ぐことができる。
【００５７】
なお、より簡便な透光性温度印加部として、表示用電極を利用しても良い。例えば、第２基板２の表示用電極（行電極５）の抵抗値や膜厚を設計して、表示用電極を加熱電源に接続してもよい。これにより、表示用電極は、温度印加部としての機能を併有することができる。
【００５８】
さらに、透光性の温度印加部８としては、上記のような透明導電膜を用いた内部ヒータだけでなく、外部ヒータを用いることもできる。例えば、赤外線ヒータなどの外部ヒーターユニットを液晶パネルに接して配置することも可能である。赤外線ヒータは、例えばハロゲンヒーターランプやタングステンランプなどの赤外線／遠赤外線放射ランプ、セラミックヒータなどの赤外線輻射およびその制御・調節機能を有する構造体を包含する。また、液晶パネルにおいて、特に可視の近赤外域での入射光を調節するために、光学フィルタと組み合わせて使用することは、液晶パネルの色再現性を調節する際には有効である。その他、レーザ光を利用した熱源ヒータやホットプレートを利用した外部ヒータなども適用することが可能である。これらの各種温度印加部は組み合わせて導入することも可能である。
【００５９】
温度印加部８に接続された温度制御部としては、ＩＴＯ膜やその他電極膜の電気抵抗値の温度依存性などを利用した検出系による温度制御部が適用できる。例えば、温度検出部を通電した電流値と温度との検量線を求め、この検量線に基づいて温度補償するように外部信号をＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御あるいはファジー制御などの手法で信号制御することが好ましい。温度検出部は、例えば所定の抵抗値を有するＩＴＯ膜などの電極から形成される。
【００６０】
温度調節機能体として、ペルチェ素子を組み込んでパネル温度を調節することも可能である。ペルチェ素子とは、Ｐ型・Ｎ型半導体接合などの異種接合界面を有する素子に電流を流した場合のペルチェ効果を利用した、熱電・冷却作用を有するモジュールである。電流の向きを変えることで、加熱作用と冷却作用が切り替わるという特徴を持つ。したがって、ペルチェ素子についても、電流制御部と組み合わせて温度調節機能体として適用することが有効である。
【００６１】
以上のような構成の温度調節機能体を具備した液晶表示素子では、液晶パネル温度を容易にかつ均一に制御することが可能であり、液晶の表示モードや液晶組成物の種類に拘らず高速応答化を実現させることが可能となる。
【００６２】
本発明の液晶表示素子は、好適なパネル温度Ｔ（℃）として、液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度ＴＮＩ（℃）を用いて、Ｔ１ ≦ＴＮＩ−Ｔ≦Ｔ２ （℃）（但し、Ｔ１ ＝１５，Ｔ２ ＝６５）の範囲に設定される。言い換えれば、液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下となるように温度制御される。ＴＮＩ−Ｔが設定範囲下限値Ｔ１ ＝１５℃より低い場合には、液晶層を構成する液晶組成物の最適な温度条件よりもパネル温度が低すぎるので、例えば、回転粘性が大きくなりすぎる。したがって、表示に十分な応答速度が得られずに、動画表示のフレーム周期で残像が顕著に認められる。一方、ＴＮＩ−Ｔが設定範囲上限値Ｔ２ ＝６５℃よりも高い場合には、液晶層を構成する液晶組成物の異方性の指標である秩序度Ｓ（オーダーパラメータ）が急激に低下する。したがって、液晶性が乏しくなり、光学的にもまた電気的にも異方性が小さくなるので、電界制御時の輝度やコントラスト低下、さらに閾値特性の劣化等の表示特性上の問題が発生する。中間調の応答も含めて１フレーム周期内（１／６０秒内）に液晶応答を高速化するために、２０≦ＴＮＩ−Ｔ≦６０の温度設定範囲がより好ましい。
【００６３】
液晶パネルの温度管理は、上記の温度検出部などの検出系による管理に限定されない。例えば、液晶組成物の種類等が一義的に決定した場合には、液晶組成物の回転粘性γ１ 値と応答速度の温度依存性との検量線などに基づいて、温度を検出することも可能である。
【００６４】
（高速応答液晶）
本実施形態の液晶表示素子に適用可能な高速応答液晶の表示モードとしては、旋光モードのＴＮ（ねじれネマチィク）型、複屈折モードのＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence ）型、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence ）型、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）型やＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）型などが挙げられる。また、本実施形態の液晶表示素子の表示形態としては、透過型液晶だけでなく、反射板等を組み合わせることで反射型液晶や反射透過両用型液晶にも応用可能である。
【００６５】
本実施形態の液晶表示素子は、液晶層３を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ 値が小さい。回転粘性の小さな液晶組成物は、一般に液晶の光学的、電気的異方性の小さい材料が多いので、表示品位と高速応答性を両立するために、液晶モードに合わせた材料の選択が極めて重要となる。
【００６６】
本実施形態の液晶表示素子では、液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度ＴＮＩ（℃）を基準とした温度制限値での回転粘性γ１ 値を所定範囲内に限定している。具体的には、規定温度Ｔａ＝ＴＮＩ−（Ｔ２ −Ｔ１ ）／２（℃）（但し、Ｔ１ ＝１５，Ｔ２ ＝６５）、すなわちＴＮＩ−２５（℃）の温度下においてγ１ 値を２００ｍPa・ｓ以下に限定している。規定温度Ｔａが、このγ１ 値（２００ｍPa・ｓ）よりも大きな値の場合には、応答速度改善の効果が十分に見込むことができず、画像表示時においてシャドーイング（尾引き）残像が顕著となる。
【００６７】
また、規定温度Ｔａにおいて回転粘性γ１ 値が２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。回転粘性γ１ 値が２０ｍPa・ｓより小さい場合には、液晶材料の光学的な異方性を十分に保つことが困難になる。加えて、液晶材料の異方性が急激に低下することに起因して、温度やその他の動作環境の変化に対応する光学特性がシフトして、輝度やコントラストが大きく低下する。したがって、画像の表示品位が劣化して実用に耐えなくなるおそれがある。
【００６８】
画像表示特性とパネル応答性改善の効果を考慮した場合の回転粘性γ１ 値のより好ましい範囲は、規定温度Ｔａにおいて４０ｍPa・ｓ以上１９０ｍPa・ｓ以下の範囲である。一般には、粘性係数が小さいほど高速応答性が実現しやすい。しかし、光学特性の観点では、粘性係数が大きいほど光学的な異方性も大きくなるので、パネルの輝度やコントラストを比較的大きく保ちやすくなる。
【００６９】
液晶組成物の回転粘性γ１ 値は、例えばJpn.J.Appl.Phys., 33,L119(1994) や第23回液晶討論会予稿集212 頁（1997東京）などを参考にして、液晶パネルの過渡電流測定法から簡便に求めることができる。言い換えれば、液晶パネルの環境温度を変化させて、過渡電流測定法により回転粘性γ１ 値を評価することで、回転粘性γ１ 値の温度依存性を簡便に求めることができる。
【００７０】
（実施形態２：アクティブマトリクス透過型液晶表示素子）
図３は、実施形態２の液晶表示素子を模式的に示す斜視図である。図３を参照しながら、本実施形態の液晶表示素子を説明する。なお、図３においては、図１に示す液晶表示素子の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の液晶表示素子は、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)基板１と、ＴＦＴ基板１に対向配置された対向基板２と、これら基板１，２間に配設されたＴＮ液晶層３を有する。ＴＦＴ基板１は、それぞれが行方向に延びる複数のゲートバスライン１１と、ゲートバスライン１１に対して直交して延びる複数のソースバスライン１２と、ゲートバスライン１１およびソースバスライン１２の交差部近傍に設けられたＴＦＴ素子１３と、ＴＦＴ素子１３を介してソースバスライン１２に接続され、マトリクス状に配置された画素電極１４を有する。ＴＦＴ基板１の画素電極１４上には、液晶配向膜（不図示）が設けられている。
【００７２】
対向基板２には、実施形態１の第２基板２と同様に、透光性を有する温度印加部８、透明絶縁膜９、対向電極（共通電極）５および液晶配向膜７が順次積層されている。
【００７３】
ＴＦＴ基板１および対向基板２の各外側面には、それぞれ偏光板２１，２２が設けられている。本実施形態の液晶表示素子では、両偏光板２１，２２の偏光軸が互いに直交するように配置されている。
【００７４】
ＴＦＴ素子１３は、ゲートバスライン１１から与えられる走査信号によってスイッチング制御される。走査信号によってＯＮ状態とされたＴＦＴ素子１３に接続されている画素電極１４に信号電圧が印加される。信号電圧が印加された画素電極１４と対向電極５との間の電位差によって、液晶層３中の液晶分子の配向状態が変化する。ＴＦＴ基板１の外側から入射したバックライト光が液晶層３中を透過するとき、画素領域毎に光透過率が変調される。これにより、バックライト光を利用した透過表示が行われる。
【００７５】
温度印加部８は、温度制御部（不図示）および温度検出部（不図示）に接続されている（図２参照）。温度検出部により液晶パネルの温度Ｔ（℃）がＴＮＩ−６５未満であるか、あるいはＴＮＩ−１５より高いと検出されると、温度制御部から温度印加部８に温度制御信号が入力される。これにより、温度印加部８が加熱または冷却されて、液晶パネル内の液晶層３が加熱または冷却される。
【００７６】
本実施形態では、液晶パネルの対向基板２に温度調節機能体が形成されているが、これに限定されない。液晶パネルのＴＦＴ基板１にのみ温度調節機能体が形成されていても良く、あるいは両基板１，２にそれぞれ温度調節機能体が形成されていても良い。
【００７７】
なお、本実施形態では、アクティブ駆動素子としてＴＦＴを用いた場合について説明したが、これに限定されていない。例えば、ＭＩＭ(Metal Insulator Metal）、ＢＴＢ（バックツーバックダイオード）、ダイオードリング、バリスタまたはプラズマスイッチング等を用いることができる。
【００７８】
本実施形態の液晶表示素子は、アクティブマトリクス型電気書き込み方式により情報の書き込みが行われる。しかし、本発明の液晶表示素子は、実施形態１の液晶表示素子のように単純マトリクス型電気書き込み方式でも良い。また、光書き込み方式、熱（レーザ）書き込み方式の液晶表示素子であっても良い。
【００７９】
（実施形態３：投射型液晶表示装置）
実施形態１および２の液晶表示素子は、投射型液晶表示装置（プロジェクタ）の全般に適用可能である。投射型液晶表示装置は、液晶ライトバルブの背面を光源光で照射し、その透過光を投影レンズにて投影する構造を有している。実施形態３では、赤，緑，青のそれぞれ専用のライトバルブを配置した三板方式の投射型液晶表示装置について説明する。
【００８０】
図４は、本実施形態の投射型液晶表示装置を示す概略図である。投射型液晶表示素子１０００は、ランプ光源１２０を含む照明光学系１００と、ランプ光源１２０からの光束（白色光束）を赤，緑，青の３原色の色光束に分離する色分離光学系２００と、反射ミラー２０６を含むリレー光学系２２０と、赤，緑，青の３原色の光路に対応して配置された３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５２２を含む色合成光学系５２０と、投影レンズ５４２を含む投影光学系５４０を備えている。
【００８１】
照明光学系１００から出射された光（白色光束）は、ダイクロイックミラー２３２を含む色分離光学系２００によって、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の色光束に分離される。色分離光学系２００によって分離された色光束のそれぞれは、色光束のそれぞれに対応して液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに入射する。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、実施形態１または実施形態２に示した本発明による液晶表示素子である。各色光束は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂによって、画像情報に応じて変調される。変調された各色光束は、色合成光学系５２０のクロスダイクロイックプリズム５２２によって合成される。その後、投影レンズ５４２を含む投影光学系５４０によってスクリーン５００上に投影されて、カラー画像が投影表示される。
【００８２】
投射型液晶表示装置では、ランプ光源からの光を液晶ライトバルブに入射するので、液晶ライトバルブに局所的に熱がこもる。また、液晶パネル内での温度不均一に起因して、液晶表示ムラや応答速度のばらつき等が発生する。したがって、表示のちらつきなどの現象が見られるという課題がある。液晶ライトバルブへの温度調節機能の付加は、高速応答化の点に加えて、液晶表示特性を均一にするという観点からも効果が大きい。本発明の液晶表示素子は、パネル温度Ｔ（℃）が所定範囲に温度制御されているので、液晶ライトバルブとして好適に用いることができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂがいずれも、実施形態１または実施形態２に示した液晶表示素子であるが、３つの液晶ライトバルブのうち少なくとも１つの液晶ライトバルブが本発明の液晶表示素子であれば良い。例えば、青（Ｂ）に対応する液晶ライトバルブ３００Ｂは、高い照射エネルギーを受けて、シール近傍で微小気泡が発生し易いので、青の液晶ライトバルブ３００Ｂにのみ、本発明の液晶表示素子を適用しても良い。
【００８４】
本実施形態では、色分離光学系２００が、白色光束を赤，緑，青の色光束に分離する場合について説明したが、白色光束をシアン，マゼンタ，イエローの色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。また、照明光学系１００から出射された光を互いに異なる４色以上の色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。
【００８５】
本実施形態では、クロスダイクロイックプリズム５２２とダイクロイックミラー２３２を用いる三板式（３つの液晶ライトバルブを用いる方式）について説明した。しかし、クロスダイクロイックプリズムを用いずに、ダイクロイックミラーによって各色光束を合成する三板式に適用することもできる。また、本発明の投射型液晶表示装置は、複数の液晶表示素子を用いるが、本発明の液晶表示素子を単板式の投射型液晶表示装置に適用することもできる。例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色のマイクロカラーフィルタを重ね合わせた１つのカラー液晶素子を用いる方式、１つの白黒型液晶素子と三原色のダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いる方式などが挙げられる。
【００８６】
本実施形態の投射型液晶表示装置は、スクリーンの手前から投写するフロント投写方式であるが、反射ミラーを用いてスクリーンの背面から投写するリア投写方式に本発明の投射型液晶表示装置を適用しても良い。
【００８７】
（実施形態４：画像シフト素子）
図５は、本実施形態の画像シフト素子を模式的に示す断面図である。本実施形態の画像シフト素子は、光の入射側に配置された液晶素子１０と、光の出射側に配置された複屈折素子２０を備える。なお、画像シフト素子は、液晶素子１０と複屈折素子２０とからなる組を少なくとも１組備えていれば良く、液晶素子１０と複屈折素子２０を２組以上備えていても良い。
【００８８】
液晶素子１０は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構造を有する単純マトリクス型の液晶素子であり、実施形態１における液晶表示素子の各構成要素の説明をもって、本実施形態の液晶素子１０の各構成要素の説明に代える。なお、図５において、実施形態１の液晶表示素子の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示す。液晶素子１０のモードとしては、周知のモードを適用することができる。例えば、ＴＮ（Twisted Nematic ）、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence ）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal）などである。
【００８９】
複屈折素子２０は、入射してきた直線偏光の偏光方向に応じて、光線をシフトさせる機能を有する。複屈折素子２０は、複屈折性を有する、厚さｔの一軸結晶などから構成される。例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石、雲母、ルチル（ＴｉＯ２ ）、チリ硝石（ＮａＮＯ３ ）などの材料が適用可能である。
【００９０】
図６は、画像シフト素子の動作を説明する図である。図５および図６を参照しながら、本実施形態の画像シフト素子の動作について説明する。液晶素子１０は、光が入射する第１の光入射面２ｂと、光が出射する第２の面（光出射面）１ｂを有し、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦに応じて光の偏光状態を変化させることができる。言い換えれば、液晶素子１０は、入射光の偏光軸を回転させずに、そのまま透過させる状態と、偏光軸を約９０°回転させる状態との間でスイッチング動作を行う。なお、本願明細書での「偏光方向」とは、光の伝搬方向に垂直な方向であり、かつ電場ベクトルの振動面に平行な方向を意味する。
【００９１】
液晶素子１０によるスイッチング動作は、液晶層３に印加する電圧によって制御される。例えば、図６において、紙面に垂直な偏光成分の光が液晶素子１０の左方から第１の面２ｂに入射した場合を想定する。液晶素子１０が電圧無印加状態（例えば０ボルト）のときには、偏光軸が略９０°回転した状態の偏光が液晶素子１０の第２の面１ｂから出射される。この出射光の偏光軸は、紙面に平行となる。
【００９２】
一方、液晶素子１０が電圧印加状態（例えば５ボルト）のときには、偏光軸が回転しない状態の偏光が液晶素子１０の第２の面１ｂから出射される。この出射光の偏光軸は、紙面に垂直なままである。
【００９３】
液晶素子１０の電圧印加がＯＦＦのとき、複屈折素子２０を透過した光は異常光としてシフトする。一方、液晶素子１０の電圧印加がＯＮのときには、複屈折素子２０を透過した光（常光）はシフトしない。このシフト量は、複屈折素子２０の厚さｔによって調節することができる。ヘッド・マウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）のように、表示装置の総重量を小さくする必要がある場合、屈折率異方性（Δｎ）が相対的に大きなニオブ酸リチウムやルチルを用いることが好ましい。Δｎが大きい材料であれば、所望の画像シフト量を得るために必要な複屈折素子２０の厚さｔを薄くできるので、小型化および軽量化に適している。
【００９４】
本実施形態の画像シフト素子は、実施形態１の液晶表示素子と同様に、温度調整機能体を有する。温度調整機能体は、第１基板１および第２基板２にそれぞれ形成されていてもよく、また第２基板２に代えて第１基板１にのみ形成されていてもよい。温度調節機能体は、透光性を有する温度印加部８と、この温度印加部８に接続された温度制御部（不図示）を有する。本実施形態では、温度印加部８は、第２基板２の液晶層３側の面２ａに形成されているが、第２基板２の外側の面２ｂに形成されていてもよく、第２基板２の両面２ａ，２ｂに形成されていてもよい。また、温度印加部８は、第２基板２に形成された温度印加部８とともに、あるいはこれに代えて、第１基板１の液晶層３側の面１ａに形成されていても良く、第１基板１の外側面１ｂと複屈折素子２０との間に形成されていても良い。さらに、複屈折素子２０の外側面に温度印加部８が形成されていてもよい。
【００９５】
本実施形態の画像シフト素子は、液晶素子１０の温度を最適値に均一制御する温度調節機能体を備えているので、液晶の応答性が改善される。これにより、液晶素子１０による画像シフト動作が改善されるので、表示品位が安定化する。
【００９６】
本実施形態では、単純マトリクス型の液晶素子を用いた場合について説明したが、実施形態２で説明したアクティブマトリクス型液晶表示素子を液晶素子１０として用いても良い。
【００９７】
（実施形態５：画像表示装置）
本発明の液晶表示素子や画像シフト素子は、画像シフト技術を利用した画像表示装置に適用することができる。これにより、従来の画像表示装置で課題となっていた素子の応答性が大きく改善される。
【００９８】
図７は、本実施形態の画像表示装置の構成を示す概略図である。本実施形態の画像表示装置は、光源２２０、光源２２０からの光を変調する透過型液晶表示素子１５、画像シフト素子１６および観察光学系１７を備える。液晶表示素子１５として、実施形態１または２で説明した液晶表示素子を用いることができ、画像シフト素子１６として、実施形態４で説明した画像シフト素子を用いることができる。
【００９９】
光源２２０は、液晶表示素子１５を照明するバックライトや投射光源である。液晶表示素子１５は、ＬＣＤ（液晶表示素子）駆動回路１８から駆動信号および映像信号を受け取り、映像信号に応じた画像情報を表示する。液晶表示素子１５は、温度印加部８と温度制御部１９とで構成された温度調節機能体によって、液晶層の温度が調整される。観察光学系１７は、液晶表示素子１５で表示された画像を光学的に拡大するための光学系である。観察者は、画像シフト素子１６および観察光学系１７を介して、液晶表示素子１５で表示された画像を観察することができる。
【０１００】
画像シフト素子１６の動作は、画像シフト素子用の駆動回路２１で制御される。具体的には、駆動回路２１は、ＬＣＤ駆動回路１８から映像信号を受けて、液晶表示素子１５の映像表示に同期した駆動信号を画像シフト素子１６に供給する。これにより、画像シフト素子１６は、液晶表示素子１５に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせることができる。画像シフト素子１６は、液晶表示素子１５と同様に、温度印加部８と温度制御部１９とで構成された温度調節機能体によって、液晶層の温度を設計値のレベルに均一に制御することができる。本実施形態の温度制御部１９は、ＬＣＤ駆動回路１８からの制御信号を受けずに、言い換えればＬＣＤ駆動回路１８から独立して、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６の各温度印加部８を温度制御する。
【０１０１】
本実施形態の画像表示装置によれば、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６の各液晶の応答性が改善されるので、表示品位が安定化する。なお、本実施形態では、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６がともに温度制御されるが、液晶表示素子１５のみ、または画像シフト素子１６のみが温度制御されても良い。液晶表示素子１５または画像シフト素子１６のいずれか一方が温度制御されることによって、画質の改善が期待できる。
【０１０２】
また、本実施形態では、光源２２０からの光を変調する液晶表示素子１５を用いているが、自発光型の表示素子を用いても良い。例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示素子、無機ＥＬ表示素子、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを用いても良い。
【０１０３】
（実施形態６：投射型画像表示装置）
本発明の画像表示装置は、図７に示す直視型の構成だけでなく、投射型表示装置にも応用できる。本実施形態の投射型画像表示装置は、ダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いた投射型液晶表示装置である。図８〜図１０を参照しながら、本実施形態の投射型液晶表示装置を説明する。
【０１０４】
図８は、本実施形態の投射型液晶表示装置２０００を示す概略図である。本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、ランプ光源１２０と、ランプ光源１２０から出射した光束（白色光束）を略平行化させて反射させる放物面鏡６００と、放物面鏡６００からの光を変調させる液晶表示素子６０１と、液晶表示素子６０１を透過して変調された光を周期的に光学シフトさせる画像シフト素子６０６を備える。
【０１０５】
また、本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、放物面鏡６００からの光を液晶表示素子６０１に均一に照射するためのフライアイレンズ６０２と、フライアイレンズ６０２の出射側に配置され、液晶表示素子６０１に入射する照明光の平行度を規制するアパーチャ６０３と、アパーチャ６０３を通過した光を集光させるコンデンサレンズ６０４と、コンデンサレンズ６０４により集光した光をＲＧＢの各光に分離するダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂと、Ｒ, Ｇ, Ｂの３画素毎に１つの割合でマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレイ６０８と、画像シフト素子６０６により光学シフトされた光をスクリーン５００上に投射するための投射レンズ６０７をさらに備える。
【０１０６】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００の動作を説明する。光源１２０から出射した光束（白色光束）は、放物面鏡６００で反射され、略平行化された後、フライアイレンズ６０２、アパーチャ６０３およびコンデンサレンズ６０４を経て、ダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂに導かれる。ダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂにより色分離された光は、色毎に異なる角度で液晶表示素子６０１に入射する。液晶表示素子６０１を透過して変調された光は、画像シフト素子６０６で周期的に光学シフトされた後、投射レンズ６０７を経て、スクリーン５００上で画像を形成する。
【０１０７】
図９は、液晶表示素子６０１にＲ, Ｇ, Ｂの各光が入射する様子を示す概略図である。液晶表示素子６０６の入射光側には、マイクロレンズアレイ６０８が形成されたマイクロレンズ基板が配置されている。各マイクロレンズは、それぞれ異なる角度で入射したＲ, Ｇ, Ｂ光を対応する画素に入射させる。各画素の光透過率はそれぞれ独立して変調されるので、Ｒ, Ｇ, Ｂ光はそれぞれ独立して変調される。
【０１０８】
図１０は、本実施形態で用いる液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６の構成例を示す概略図である。液晶表示素子６０１は、光入射側（ランプ光源１２０側）に温度印加部８を有する。液晶表示素子６０１は、実施形態１または２で説明した液晶表示素子と同様である。したがって、液晶表示素子６０１を構成する各構成要素の説明を省略する。
【０１０９】
画像シフト素子６０６は、２組の画像シフト素子から構成され、各組の画像シフト素子は、液晶素子と複屈折素子を備える。各組の画像シフト素子は、それぞれ温度印加部（不図示）を有する。画像シフト素子６０６は、光入射側から順に配置された第１の液晶素子30ａ、第１の複屈折素子31ａ、第２の液晶素子30ｂおよび第２の複屈折素子31ｂを有する。各構成部材は、市販の熱硬化型透明樹脂３２などで接合される。液晶素子30ａ，30ｂおよび複屈折素子31ａ，31ｂは、実施形態４で説明した画像シフト素子の液晶素子１０および複屈折素子２０と同様である。したがって、液晶素子30ａ，30ｂおよび複屈折素子31ａ，31ｂを構成する各構成要素の説明を省略する。
【０１１０】
液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂは、それぞれ温度調整機能体を有する。温度調整機能体は、透明な温度印加部と、この温度印加部に接続されたヒータ駆動制御回路（温度制御部）を有する。温度印加部は、ヒータ駆動制御回路によって制御される。
【０１１１】
本実施形態のヒータ駆動制御回路（温度制御部）は、液晶表示素子６０１に画像信号を送る画像信号制御回路により制御される。画像信号制御回路による制御は、一サブフィールド期間内に、各画素へ送られる画像信号の総和の平均値（以下、平均レベル信号という）をヒータ駆動制御回路（温度制御部）へ送ることにより行われる。平均レベル信号によりヒータ駆動制御回路（温度制御部）を制御する理由について簡単に説明する。液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂでは、電圧ＯＮ−ＯＦＦ時の応答速度、言い換えれば立ち上がり応答時間（τｏｎ）と立ち下がり応答時間（τｏｆｆ ）に大きな差が生じることがある。τｏｎとτｏｆｆ とで応答時間がずれると、画像の二重像が発生し、さらに二重像に起因したフリッカが発生するので、表示不良を引き起こす。この応答時間のずれは、液晶層の温度と密接な関係がある。一方、液晶表示素子６０１に送られる画像信号は、画素ごとにレベルが異なるので、液晶層の温度はパネル面内でばらつきが生じる。そこで、パネル面内での液晶温度のばらつきを抑えるために、ヒータ駆動用の信号を平均レベル信号で制御（補正）する。言い換えれば、パネル面内での温度制御のばらつきを抑える。これにより、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂにおける応答時間のずれが低減される。
【０１１２】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂの温度を最適値に均一制御することができるので、液晶の応答速度が改善されて、画質が改善される。なお、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂだけでなく、複屈折素子31ａ，31ｂも温度調節機能体を有していても良い。
【０１１３】
画像シフト素子６０６は、液晶表示素子６０１の表示画像の切り替えに同期して、液晶表示素子６０１から出た光をその光軸に対して垂直な方向に周期的にシフトさせる。複屈折素子31ａ，31ｂによる偏光状態を適切に切り替えることにより、３ポジションまたは４ポジションの画像シフトが行われる。これにより、見かけの表示画素数を３倍または４倍に向上させることができる。
【０１１４】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００では、液晶表示素子６０１のサブフレーム期間に対応した画像信号に同期して、画像シフト素子６０６のシフト動作が行われる。具体的には、一方向（上下方向または左右方向）に１画素ずつ順次シフトさせる。これにより、液晶表示素子６０１の画像が重畳するので、高精細の画像がスクリーン５００上に形成される。
【０１１５】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００によれば、液晶パネルの温度設定を最適範囲に均一に制御することで、液晶表示素子６０１と画像シフト素子６０６の応答性が改善されて、表示品位が安定化する。なお、本実施形態では、液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６がともに温度制御されるが、液晶表示素子６０１のみ、または画像シフト素子６０６のみが温度制御されても良い。液晶表示素子６０１または画像シフト素子６０６のいずれか一方が温度制御されることによって、画質の改善が期待できる。
【０１１６】
次に、本発明の具体的な実施例および比較例を示す。本発明はこれらの実施例に限定されない。
【０１１７】
（実施例１〜６および比較例１〜５）
実施例１〜６および比較例１〜５で用いる液晶表示素子は、実施形態１で説明した、単純マトリクス透過型液晶表示素子である。まず、公知の技術により、第１基板としての透明ガラス基板上にＩＴＯ膜を蒸着し、パターニング形成して、表示用電極を形成した。
【０１１８】
第２基板としての透明ガラス基板上に、温度印加部としてＩＴＯ膜を全面に形成し、次いで温度検出用の金属電極端子を所定の位置に蒸着形成した。さらに、アクリル樹脂系の透明層間絶縁膜を成膜後、対向側の表示用ＩＴＯ膜をパターニング形成した。第１および第２の両基板に液晶配向膜を形成した後、ラビング処理を施した。セルスペーサ（４μｍ）およびシール材を介して、両基板を貼り合わせて、液晶表示パネルを作製した。
【０１１９】
表１に記載された液晶材料を両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。 作製した液晶パネルは、偏光顕微鏡を用いて所定の温度制御環境のもとで応答時間の評価（駆動電圧５Ｖ）を行った。 評価結果を表２にまとめて記載した。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
パネル応答時間は、駆動電圧５Ｖで評価し、中間調応答時間は電圧無印加状態から透過率80％を与える電圧Ｖ８０に設定したときの緩和応答時間τで表す。なお、応答時間の目標値としては、60Ｈｚのフィールド周波数での表示を目指した場合には、約17ms以下が必要となり、中間調応答についても20ms以下であることが望ましい。この評価試験では、液晶パネルのコントラスト値（ＣＲ比）は、表示品位の観点から、200 以上必要である。
【０１２３】
表１および表２の結果から、液晶パネル温度Ｔを本発明で規定する範囲内に制御することにより、高品位化と高速応答化を実現できることが判る。また、液晶材料の回転粘性γ１ を本発明で規定する範囲内に限定することにより、応答時間がさらに改善されることが判る。
【０１２４】
実施例５，６および比較例５に示すように、規定温度Ｔａにおいて液晶材料の回転粘性γ１ 値が２００ｍPa・ｓを超える液晶材料Ｃを用いた場合には、液晶パネルの応答時間を目標値の範囲に設定することが難しくなる。しかし、実施例５および６に示すように、パネル温度Ｔ（℃）を制御することによって、応答速度の改善効果が確認された。
【０１２５】
次に、液晶材料Ａ，ＢおよびＣをそれぞれ用いたＴＮ型液晶パネル（１〜３）において、設定パネル温度Ｔ（℃）が液晶パネルの表示品位に作用する影響について総合評価（パネルの応答時間、中間調応答時間およびコントラスト比）を行い、その評価結果を表３にまとめた。
【０１２６】
液晶パネルの応答時間については、駆動電圧５Ｖでの立ち上がりの応答時間（τr ）および立ち下がりの応答時間（τd ）で評価を行い、各応答時間（τr ,
τd ）の目標値を17ms以下とした。中間調応答時間については、電圧無印加状態から透過率80％を与える電圧Ｖ８０までの中間調応答時間τで評価を行い、20ms以下を目標値とした。液晶パネルのコントラスト比（ＣＲ比）については、直交ニコルに配置した偏光板間に液晶パネルを配置して、基準光源をバックライトとして評価し、200 以上を目標値とした。
【０１２７】
【表３】
【０１２８】
表３では、全ての評価結果が目標値に達したとき“○”を表記し、最も動画表示時の表示品位のバランス（応答性とコントラスト）が良かった温度条件に“◎”を表記した。コントラスト比と応答時間（τr , τd ）のみが目標値に達し、中間調応答時間が目標値に達していないとき“△”を表記し、それ以外の場合には表示品位が大きく損なわれるので“×”を表記した。
【０１２９】
表３に示すように、液晶材料の種類にかかわらず、液晶パネルの温度をＴＮＩ−６５以上かつＴＮＩ−１５以下、好ましくはＴＮＩ−３０以上かつＴＮＩ−２０以下の設定温度範囲に設計することで、液晶パネルの応答性とコントラスト比がともに目標値に到達すること、言い換えれば良好な表示品位を達成できることが確かめられた。
【０１３０】
本明細書で示したように、液晶パネルに温度調節機能を付与し、かつ最適な温度にパネルの温度を均一制御することで、極めて効果的に表示品位の改善が可能となる。
【０１３１】
（実施例７および比較例６）
実施例７および比較例６で用いる液晶表示素子は、実施形態２で説明した、アクティブマトリクス透過型液晶表示素子である。まず、公知の技術により、透明ガラス基板上に、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子および画素電極をマトリクス状に形成して、ＴＦＴ基板を作製した。
【０１３２】
実施例７の対向基板は、透明ガラス基板上に、温度印加部としてのＩＴＯ膜と温度検出用の金属電極端子をパターニング形成した後、透明絶縁保護膜を積層し、さらに、対向電極としてのＩＴＯ膜を蒸着して、作製した。両基板に液晶配向膜を形成した後、ラビング処理を施した。セルスペーサ（４μｍ）およびシール材を介して、両基板を貼り合わせて、図２に示す液晶表示パネルを作製した。
【０１３３】
比較例６の対向基板は、温度印加部および金属電極端子がなく、透明ガラス基板上に対向電極（ＩＴＯ膜）が形成された従来の対向基板である。この対向基板を用いて、実施例７と同様に、液晶表示パネルを作製した。
【０１３４】
実施例７および比較例６の各液晶表示パネルについて、表１に記載された液晶材料Ｂを両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子をそれぞれ作製した。 作製した液晶パネルを図４に示す投射型液晶プロジェクタのライトバルブとして適用し、投影評価を行った。
【０１３５】
実施例７では、液晶ライトバルブの設定温度Ｔを３０℃（ＴＮＩ−62℃）として評価した。液晶ライトバルブの温度設計を最適な条件で施した実施例７の場合には、動画表示においても残像現象がほとんど認められなかった。しかし、比較例６の従来のパネル設定では、動画表示時に少し残像現象が確認された。したがって、本発明の液晶表示素子をライトバルブとして用いることにより、効果的に液晶プロジェクタの応答速度が改善できることが確かめられた。
【０１３６】
（実施例８および実施例９）
実施例７と同様にして、ＴＦＴ基板を作製した。対向基板は、透明ガラス基板上に、表示用ＩＴＯ電極膜と温度検出用の金属電極端子をパターニング形成して作製した。実施例７と同様にして、液晶表示パネルを作製し、表１に記載された液晶材料Ｂを両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。
【０１３７】
実施例８の液晶表示素子では、対向基板の外側（液晶層に対して反対側）に、遠赤外線を放射するハロゲンヒーターランプ（ウシオ電機社製）ユニットを温度調節機能体として設けた。また、実施例９の液晶表示素子では、対向基板の外側に、ペルチェ素子を組み込んだ温度調節ユニットを設けた。実施例８および実施例９の各ユニットをそれぞれの温度制御部に接続することによって、液晶パネルの外部に温度調節機能体が設けられた、温度調節機能付の液晶表示素子をそれぞれ作製した。
【０１３８】
実施例８および実施例９の液晶表示素子を、図４に示す投射型液晶プロジェクタのライトバルブとして適用し、投影評価を行った。液晶ライトバルブの設定温度Ｔを３０℃（ＴＮＩ−62℃）として評価した場合には、実施例８および実施例９の両者において同様の効果が確認できた。以上のように、液晶ライトバルブの外部に温度調節機能体を配置しても、最適なパネル温度に制御することによって、高品位化と高速応答化を実現できる。
【０１３９】
（実施例１０および比較例７）
図８〜図１０を参照しながら、実施形態６で説明した、投射型画像表示装置の実施例および比較例について説明する。なお、実施例１０および比較例７で用いる液晶表示素子は、実施形態２で説明した、アクティブマトリクス透過型液晶表示素子である。
【０１４０】
実施例１０の液晶表示素子６０１は、対向基板のマイクロレンズアレイ基板外側に、温度印加部８としてＩＴＯ膜と、温度検出用の金属電極端子とがパターニング形成されている。一方、比較例７の対向基板は、温度調節機能を設けない、通常のマイクロレンズアレイ基板である。実施例１０および比較例７では、表１の液晶材料Ａを用いて、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。
【０１４１】
実施例１０の画像シフト素子は、温度調節用のＩＴＯ透明ヒータ電極を施した液晶素子と複屈折素子を重ねて形成した。比較例７では、ヒータを施さない通常の液晶素子を用いた。３位置シフトの画像シフト素子を構成して、図８に示す投射型画像表示装置を作製した。
【０１４２】
このようにして作製した投射型画像表示装置を用いて投影評価を行った。評価は、液晶表示素子および画像シフト素子のサブフィールド駆動を同期させた映像で行った。
【０１４３】
実施例１０では、液晶表示素子および画像シフト素子の各液晶パネルの設定温度Ｔを７０℃（ＴＮＩ−１５℃）にして、映像を評価した。液晶ライトバルブの温度設計を最適な条件で施した実施例１０の場合には、画像シフト処理で投影した動画表示においても、二重像、液晶の電圧応答性の遅延に伴うシフトずれや混色が認められなかった。
【０１４４】
しかし、比較例７の従来の液晶表示素子では、実施例１０と同様の映像で評価したにもかかわらず、画像シフト時のタイミングずれにより二重像が発生し、これに起因したフリッカ発生が観察された。
【０１４５】
以上のことから、液晶パネルの温度を規定すること、さらに液晶組成物の回転粘性値を設計することは、液晶パネルの応答速度を改善させ、その結果として表示装置の画質改善に大きく寄与することが確かめられた。したがって、本発明によれば、画質が良好な画像表示装置が提供される。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子によれば、輝度やコントラスト特性を損なうことなく、応答速度を効果的に改善して高速化を実現することが可能となる。多様な仕様や表示モードの液晶パネルに対しても、容易な手法で応答速度改善を達成できる。特に、液晶層を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ 値についても、併せて最適値設定をすることで、より効果的に液晶表示の高品位化と高速応答化が実現可能である。それゆえ、本発明の液晶表示素子は、フルカラーで高い表示品位が求められる液晶表示装置、特に高い耐光性が要求される投射型液晶表示装置の液晶ライトバルブに好適である。
【０１４７】
本発明の画像シフト素子によれば、液晶表示素子の電圧レベルや液晶素子の電圧レベルに応じた応答時間を短縮化することができる。液晶素子の電圧応答の均一性が改善され、サブフィールド期間内での液晶応答性が向上する。したがって、画像シフト技術を応用した高品位でかつ高解像度の画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。
【図２】 実施形態１の液晶表示素子における温度調整機構のシステム構成図である。
【図３】 実施形態２の液晶表示素子を模式的に示す斜視図である。
【図４】 実施形態３の投射型液晶表示装置を示す概略図である。
【図５】 実施形態４の画像シフト素子を模式的に示す断面図である。
【図６】 画像シフト素子の動作を説明する図である。
【図７】 実施形態５の画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図８】 実施形態６の投射型液晶表示装置２０００を示す概略図である。
【図９】 液晶表示素子６０１にＲ, Ｇ, Ｂの各光が入射する様子を示す概略図である。
【図１０】 液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 第１基板（ＴＦＴ基板）
２ 第２基板（対向基板）
３ 液晶層
４ 表示用電極（列電極）
５ 表示用電極（行電極）
８ 温度印加部（透明電極膜）
９ 透明絶縁膜
１５ 液晶表示素子
１６，６０６ 画像シフト素子
１０，３０ａ，３０ｂ 液晶素子
２０，３１ａ，３１ｂ 複屈折素子
１２０ ランプ光源
２００ 色分離光学系
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ 液晶ライトバルブ（液晶表示素子）
５２０ 色合成光学系
５４０ 投影光学系
１７ 観察光学系
１０００，２０００ 投射型液晶表示装置（プロジェクタ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子および画像シフト素子に関する。本発明の液晶表示素子および画像シフト素子は、画像表示装置、例えばプロジェクタを始めとする透過型表示装置に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
〔液晶表示素子に関する従来の技術〕
特許文献１および特許文献２には、液晶パネル内に透明ヒータを形成することによって、液晶の温度を上昇させて、液晶パネルの応答速度を改善する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術では、液晶パネルの加温により液晶の応答性の改善は期待できるが、パネル温度が高くなると、液晶組成物の液晶性の低下を招いたり、液晶相−等方性相転移温度（ＴＮＩ）近傍では液晶の異方性が失われたりすることがあり、十分な表示品位を維持できなくなるという課題が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−５５３２２号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平９−９６８２４号公報
特許文献３には、画像のコントラスト比が最大になる電圧を液晶に印加して、液晶パネルの温度を制御する技術が開示されている。この技術では、液晶表示画像の低下をある程度防ぐことが可能である。しかし、様々な液晶材料や仕様のパネルに対して、パネル温度設計指針が不明確であり、かつ発熱パネルおよびその制御系の構成が極めて複雑となる。したがって、多くの液晶表示装置に容易に適用することが困難である。
【０００５】
【特許文献３】
特開平８−１７１０８４号公報
特許文献４には、液晶パネルの温度制御について開示されている。具体的には、コレステリック液晶の配向転移の高速化を目指して、コレステリック液晶を室温より高く、等方相温度より低い温度で駆動するコレステリック液晶表示装置が開示されている。しかし、この温度制御では、コレステリック液晶の選択反射を電界制御する方式の液晶表示装置に適用するのが難しい。
【０００６】
【特許文献４】
特開２００１−８３４８０号公報
近年では、液晶表示の高速応答化、高輝度化、高コントラスト化の技術開発が急速に進展し、表示品位を確保した上で、動画表示にも対応できる液晶表示装置や投射型液晶表示装置が求められている。
【０００７】
〔画像シフト素子に関する従来の技術〕
特許文献５や特許文献６には、高精細の画像表示を実現させるために、画像シフト素子を用いて赤、緑、青の各画素を光学的に順次シフトさせることにより、画像を時分割に画素単位で重ね合わせることが開示されている。画像シフト素子としては、液晶素子と複屈折素子との組合せが提案されている。これにより、見かけの解像度を３倍に改善することができる。画像シフト素子を用いた画像シフト（ウォブリング）を行わなければ、各画素は赤、緑、青のいずれか１色だけを表示するに過ぎないが、各画素の画像を時分割で画像シフトすることで、画像の解像度を向上させたフルカラー表示が可能となる。
【０００８】
【特許文献５】
米国特許第６０６１１０３号明細書
【０００９】
【特許文献６】
特開平８−１９４２０７号公報
ところで、画像表示装置の駆動方法として、インターレース駆動やノンインターレース駆動等が広く採用される。インターレース駆動は、フィールド毎に奇数行または偶数行を選択し、奇数と偶数のフィールドで１つの画像を構成する駆動法であり、各フィールドの選択時間は通常１６．６ミリ秒（60Hz）である。一方、ノンインターレース駆動は、奇数行と偶数行に関係なく、順次選択する駆動法であり、各フィールドの選択時間は、同様に１６．６ミリ秒（60Hz）である。ここで、フィールドとは、画像の垂直同期の期間を指し、液晶表示装置では、ブランキング時間を含めたスキャン期間がフィールド期間に相当する。
【００１０】
上述の特許文献５および６の画像表示装置では、赤、緑、青の画素シフト位置に応じて１フィールド期間を分割して、分割された期間（以下、サブフィールド期間と称す）毎に異なる画像を表示させている。画像シフト素子での画像シフト動作は、サブフィールドの切り替えタイミングと同期させることが必要である。１フィールド期間を分割した場合のサブフィールド期間は約５ミリ秒程度であるので、サブフィールドの切り替えと同時に、液晶素子の偏光状態の遷移を高速に行うことが重要である。
【００１１】
しかしながら、従来の液晶素子を用いた場合には、応答時間がサブフィールドの選択期間よりも長くなったり、立ち上がり応答時間（τｏｎ）と立ち下がり応答時間（τｏｆｆ ）に差が生じたりして、画像シフト時のタイミングがずれるおそれがある。画像シフト時のタイミングがずれると、二重像が発生し、さらに二重像に起因したフリッカが発生する。したがって、画質劣化が大きくなるという問題点がある。
【００１２】
このように、ウォブリングを利用した画像表示装置では、画像シフト素子を構成する液晶素子の応答特性改善が不可欠であり、併せて画像表示用の液晶表示素子においても、選択するサブフィールド期間に同期した高速応答性が不可欠である。すなわち、従来の液晶素子を用いた場合には、画質の更なる向上が求められる。
【００１３】
一方、液晶素子および複屈折素子の組合せを２組以上用いることにより、シフト位置が３ポジション以上となる画像シフト素子が得られる。この画像シフト素子では、液晶素子が１枚だけの場合と異なり、複数の液晶素子それぞれの応答速度を一致させる必要がある。言い換えれば、液晶素子毎に応答時間が異なると、画像シフトのタイミングがばらついて画質低下が顕著になる。したがって、全ての液晶素子の温度を均一に維持しなければならない。
【００１４】
また、液晶素子では、パネル温度と液晶組成物の温度特性を考慮して、多様な液晶パネル構成や表示モードに対しても高品位かつ高速応答可能な設計が極めて重要となる。通常、液晶パネルを単に加温しただけでは、輝度やコントラストなどの画質に関係した表示品位が低下する。加えて、画像シフト素子を構成する液晶素子にのみ、サブフィールド期間に同期した高速応答性を追及するだけでは、高品位かつ高精細の画像表示装置を実現することが困難である。すなわち、信号に応じて光源からの光を変調する液晶表示素子も、サブフィールド期間に同期した画像情報を表示して、画像シフト素子へ画像情報を導くことが重要であり、そのために、液晶表示素子と画像シフト素子の両者を均一に温度制御することが求められる。
【００１５】
液晶素子の応答特性を改善する目的で、画像シフト素子（振動手段）の温度を調節する機構を組み込んだ画像表示装置が特許文献７に開示されている。具体的には、画像シフト素子の液晶素子の周囲にシート状ヒータを配置して直接加熱させる手法が示されている。他にも液晶素子に形成する透明導電膜や透明の発熱体パターンを設ける手法が示されている。しかし、特許文献７は、画像シフト素子を温度調節する際の問題について何ら開示していない。
【００１６】
【特許文献７】
特開平１１−３２６８７７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、輝度、コントラストなどの画質に関係した表示品位を低下させることなく、パネルの応答速度を改善した液晶表示装置および投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。現状の液晶表示装置では、中間調状態での応答特性が十分でないので、液晶の動画表示に伴う残像現象等が認められる。したがって、高品位のフルカラー動画表示に対応した液晶パネルの開発が望まれている。液晶表示装置の高速応答化に対して、高速な表示モードの適用、駆動方法の利用や液晶材料の改良などの取り組み等が試みられているが、複雑なパネル設計が必要になるという課題がある。したがって、より簡便な高速応答化の手法が求められている。
【００１８】
本発明では、液晶パネルの温度と液晶組成物の温度特性を考慮した設計を行うことにより、多様な液晶パネルや表示モードに対しても高品位かつ高速応答可能な液晶表示装置の実現を目指している。
【００１９】
また、本発明は、画像シフト素子において、液晶表示素子の電圧レベルや画像シフト素子を構成する液晶素子の電圧レベルに応じた応答時間を短縮化することを他の目的とする。さらに、液晶素子の電圧応答の均一性を改善することで、サブフィールド期間内での液晶応答性を向上させて、画像シフト技術を応用した高品位でかつ高解像度の画像表示装置を提供することをさらなる他の目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明では、液晶層を構成する液晶組成物と相転移温度との関係において、液晶表示装置のパネル温度を最適な範囲に規定する。また、温度特性に依存する液晶組成物の回転粘性値の最適値設計を行うことで、上述の課題を解決する。
【００２１】
具体的には、液晶表示装置に温度調節機能体を設けて、液晶パネル温度を最適な温度範囲に設計することで目的を達成している。さらに、液晶層を構成する液晶組成物の物性値の温度依存性が変化することを考慮した上で、特に回転粘性γ１ 値についても最適値を規定することで、より効果的に上述の課題が解決される。
【００２２】
また、本発明は、表示素子の画像を構成する画素情報を時分割で画像シフトさせて、画素情報を重畳して表示することで高解像度化する技術を開示する。特に、表示素子のサブフィールドの切り替えタイミングに同期した液晶応答や画像シフト素子の電圧応答性を改善することで、二重像に起因したフリッカ発生や色の混色・滲みを防止する技術を開示する。
【００２３】
具体的には、表示素子や画像シフト素子に温度調節機能体を設けて、液晶パネル温度を最適な温度範囲に設計し、応答速度を改善することで目的を達成している。さらに、表示素子や画像シフト素子を構成する液晶パネル中の液晶組成物の回転粘性γ１ 値などを規定することで、効果的に上述の課題が解決される。
【００２４】
一般的には、ネマチック液晶を用いた場合の電界に応答する液晶分子の動的なスイッチング挙動は、以下の式で近似的に示される。
【００２５】
τｏｆｆ ＝γ１ ｄ２ ／Ｋπ２ （式１）
τｏｎ＝τｏｆｆ ／｛（Ｖ２ ／Ｖｔｈ ２ ）−１｝ （式２）
Ｖｔｈ＝π（Ｋ／Δε）１／２ （式３）
但し、τｏｆｆ ；パネルへの電圧を切った時の応答時間（立ち下がり時間）、τｏｎ；パネルへの電圧印加時の応答時間（立ち上がり時間）、Ｖｔｈ；閾値電圧、Ｖ；印加電圧、ｄ；液晶セル厚、γ１ ；液晶組成物の回転粘性、Ｋ；液晶の弾性定数、Δε；液晶の誘電異方性である。
【００２６】
これらの関係式から、液晶表示装置の応答速度を高速化する手法としては、（１）液晶セル厚を小さく設計すること、（２）液晶駆動時の印加電圧を高く設計すること、（３）液晶材料の物性パラメータの最適設計を行うことなどが挙げられる。
【００２７】
しかしながら、上記の手法に対しては、各々次のような課題が存在する。（１）液晶セル厚の低減は、液晶表示装置の製造面でのセル厚許容範囲が狭くなり歩留まりが低下するだけでなく、液晶パネルの表示品位面でも輝度低下を招きやすくなる。したがって、高Δｎ液晶と組み合わせることが必要となり、波長分散が顕著になりやすく、光学設計上からもセル厚低減は限られた範囲内でしか適用できない。
【００２８】
（２）液晶駆動時の印加電圧を大きく設定することで、特に、立ち上がり時の応答時間の短縮が可能となるが、消費電力の増大をもたらすので容易に適用できない。
【００２９】
（３）液晶材料面の最適化のうち回転粘性γ１ を低減することは、τｏｆｆ とτｏ ｎ の両者の応答時間の短縮に効果を有するが、液晶材料のΔεやΔｎとのバランスを調整することが必要となる。また、材料の各物性値は温度依存性を示すので、材料の選択が極めて重要な項目となる。
【００３０】
本発明では、パネル温度を調整することにより、さらには液晶層を構成している液晶組成物の回転粘性γ１ を調節することにより、液晶の高速化を達成している。特に液晶組成物の回転粘性γ１ の最適化調節により、液晶表示装置の中間調応答時間の遅さについても効果的に改善できる。
【００３１】
液晶材料の回転粘性係数γ１ も一般の液体と同様に下記のアンドレードの式を満たすことが知られている。
【００３２】
（アンドレードの式） γ１ ＝Ａ exp（Ｂ／Ｔ） （式４）
但し、Ａ，Ｂ；定数、Ｔ；絶対温度である。
【００３３】
この関係式から、回転粘性γ１ は、温度上昇に伴って、指数関数的に低下することが判る。また、温度調節が液晶表示装置の応答速度改善に効果があることが判る。液晶材料のΔεやΔｎ等の物性値も、秩序度Ｓと同様に、温度上昇と共に異方性が小さくなるように変化するので、各種物性値の温度依存性を考慮した総合的な設計が必要となる。応答速度改善の観点からは、温度に依存した光学的および電気的異方性を調整したうえで、回転粘性に着目して液晶パネルの設計をすることが最も効果的であると考えられる。
【００３４】
本発明の液晶表示素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有する液晶表示素子であって、前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下、好ましくはＴＮＩ−３０以上であり、かつＴＮＩ−２０以下で温度制御されている。
【００３５】
前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下であることが好ましい。また、前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。
【００３６】
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有してい る。
【００３７】
前記温度印加部は、透明導電膜から形成されている。また、前記温度印加部は、所定の表示領域に対応してパターニング形成されている。本願明細書において「表示領域」とは、表示の最小単位である画素がマトリクス状に配置された領域をいう。なお、「画素領域」は、アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素電極とこれに対向配置された対向電極とから規定される。単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ状に設けられる列電極とこれに直交するように設けられる行電極とから「画素領域」が規定される。ブラックマトリクスが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が画素領域に対応することになる。本願明細書において「表示領域」は、ブラックマトリクスが設けられた領域を含むことがある。
【００３８】
前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されていてもよい。前記温度印加部は、赤外線ヒータであってもよい。前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有していてもよい。
【００３９】
本発明の第１の局面における投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を互いに異なる色の複数の色光束に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された複数の色光束のそれぞれに対応して配置された複数の液晶表示素子と、前記複数の液晶表示素子のそれぞれによって変調された前記複数の色光束を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって合成された前記複数の色光束を投影する投影光学系を備える投射型液晶表示装置であって、前記複数の液晶表示素子のうち少なくとも１つの液晶表示素子は、本発明の液晶表示素子である。
【００４０】
本発明の画像シフト素子は、光の偏光状態を変調する液晶素子と、前記液晶素子から出射された前記光の偏光状態に応じて光路をシフトさせる複屈折素子との組合せを少なくとも１組有する画像シフト素子であって、前記液晶素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有し、前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下で温度制御されている。
【００４１】
前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下であることが好ましい。また、前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。
【００４２】
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有していてもよい。
【００４３】
前記温度印加部は、透明導電膜から形成されている。また、前記温度印加部は、所定の表示領域に対応してパターニング形成されている。
【００４４】
前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されていてもよい。前記温度印加部は、赤外線ヒータであってもよい。前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有していてもよい。前記複屈折素子は、温度調節機能体を有していてもよい。
【００４５】
本発明の第１の局面における画像表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する本発明の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子を備える。
【００４６】
本発明の第２の局面における画像表示装置は、表示素子と、前記表示素子の光出射側に配置された本発明の画像シフト素子を備える。前記表示素子は、本発明の液晶表示素子であっても良い。前記画像シフト素子は、前記表示素子の表示に同期させて、前記表示素子から出た光をシフトさせても良い。
【００４７】
本発明の第２の局面における投射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する本発明の液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子と、前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える。
【００４８】
本発明の第３の局面における投射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の光出射側に配置された本発明の画像シフト素子と、前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える。前記液晶表示素子は、本発明の液晶表示素子であっても良い。
【００４９】
本発明の液晶表示素子および投射型表示装置によれば、液晶パネルの温度を最適な温度範囲に調節することで、輝度やコントラスト特性を損なうことなく、応答速度を効果的に改善して、高速化を実現することが可能となる。言い換えれば、液晶パネル温度を調節して最適な温度範囲に設定することで、多様な仕様や表示モードの液晶パネルに対しても容易な手法で応答速度改善を達成できる。また、液晶層を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ の物性値を規定することで、より効果的に液晶表示の高品位化と高速応答化が実現可能となる。
【００５０】
本発明の画像シフト素子によれば、液晶パネルの温度を最適な温度範囲に調節することで、パネル内での液晶応答のムラがなくなり、高速応答性が実現できる。本発明の画像シフト素子を投射型液晶表示装置などの画像表示装置に適用することによって、表示品位の改善が可能となる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５２】
（実施形態１：単純マトリクス透過型液晶表示素子）
図１は、実施形態１の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。図１を参照しながら、本実施形態の液晶表示素子を説明する。本実施形態の液晶表示素子は、単純マトリクス型の液晶表示素子であり、互いに対向する第１基板１および第２基板２と、第１基板１および第２基板２の間隙に介在する液晶層３と、第２基板２に形成された温度調節機能体を有する。第１基板１には、ストライプ状に複数の列電極４が設けられている。第２基板２には、列電極４と直交する複数の行電極５が設けられている。列電極４および行電極５は、いずれも表示用電極であり、ＩＴＯ膜などの透明導電膜から形成され得る。列電極４および行電極５上には、ポリイミドからなる液晶配向膜６，７がそれぞれ設けられている。
【００５３】
図２は、本実施形態の液晶表示素子における温度調整機構のシステム構成図である。温度調節機能体は、第１基板１および第２基板２にそれぞれ形成されていてもよく、また第２基板２に代えて第１基板１にのみ形成されていてもよい。温度調節機能体は、透光性を有する温度印加部８と、この温度印加部８に接続された温度制御部（不図示）を有する。本実施形態では、温度印加部８は、第２基板２の液晶層３側の面２ａに形成されているが、第２基板２の外側の面２ｂに形成されていてもよく、第２基板２の両面２ａ，２ｂに形成されていてもよい。また、第２基板２に形成された温度印加部８とともに、あるいはこれに代えて、第１基板１の液晶層３側の面１ａおよび／または外側面１ｂに、温度印加部８が形成されていてもよい。
【００５４】
透光性の温度印加部８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、SnＯ２ 、ZnＯ、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）などの導電性の金属酸化物薄膜から形成することができる。これら金属酸化物薄膜は、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、スパッタ成膜法やゾルゲル法等の公知の手法で形成することができる。これらの金属酸化物薄膜に所定の通電信号を入力すると、薄膜に電流が流れて、薄膜の抵抗値に応じたジュール熱が発生するので、液晶表示素子を加温することが可能となる。本発明において「透光性」とは、波長400 〜800 ｎｍの可視領域において、光線が40％以上透過できることを意味する。可視領域での光線透過率が40％未満の場合には、入射光線の大部分が遮蔽されるので、液晶パネルを透過する明るさが十分得られず、表示品位が大きく低下する。
【００５５】
均一な液晶表示を実現させるには、少なくとも一方基板の少なくとも一方面の全面もしくは画素領域に、均一にパターニングした、ヒータ電極膜としての温度印加部８を形成することが望ましい。これにより、液晶パネルへの加温が偏在しないように調整することができる。温度印加部８のパターンとしては、例えば特開平５−１７３１５３号公報に開示されたパターンを採用することができる。
【００５６】
第２基板２の内側（液晶層３側）の表示用電極（行電極５）下に温度印加部８を形成する場合には、半導体プロセスなどで利用される透明層間絶縁膜や有機系および有機−無機ハイブリッド系透明絶縁コート膜などの透明絶縁膜９を介して、表示用電極薄膜を積層形成することが望ましい。これにより、上下導電膜間のリークを防ぐことができる。
【００５７】
なお、より簡便な透光性温度印加部として、表示用電極を利用しても良い。例えば、第２基板２の表示用電極（行電極５）の抵抗値や膜厚を設計して、表示用電極を加熱電源に接続してもよい。これにより、表示用電極は、温度印加部としての機能を併有することができる。
【００５８】
さらに、透光性の温度印加部８としては、上記のような透明導電膜を用いた内部ヒータだけでなく、外部ヒータを用いることもできる。例えば、赤外線ヒータなどの外部ヒーターユニットを液晶パネルに接して配置することも可能である。赤外線ヒータは、例えばハロゲンヒーターランプやタングステンランプなどの赤外線／遠赤外線放射ランプ、セラミックヒータなどの赤外線輻射およびその制御・調節機能を有する構造体を包含する。また、液晶パネルにおいて、特に可視の近赤外域での入射光を調節するために、光学フィルタと組み合わせて使用することは、液晶パネルの色再現性を調節する際には有効である。その他、レーザ光を利用した熱源ヒータやホットプレートを利用した外部ヒータなども適用することが可能である。これらの各種温度印加部は組み合わせて導入することも可能である。
【００５９】
温度印加部８に接続された温度制御部としては、ＩＴＯ膜やその他電極膜の電気抵抗値の温度依存性などを利用した検出系による温度制御部が適用できる。例えば、温度検出部を通電した電流値と温度との検量線を求め、この検量線に基づいて温度補償するように外部信号をＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御あるいはファジー制御などの手法で信号制御することが好ましい。温度検出部は、例えば所定の抵抗値を有するＩＴＯ膜などの電極から形成される。
【００６０】
温度調節機能体として、ペルチェ素子を組み込んでパネル温度を調節することも可能である。ペルチェ素子とは、Ｐ型・Ｎ型半導体接合などの異種接合界面を有する素子に電流を流した場合のペルチェ効果を利用した、熱電・冷却作用を有するモジュールである。電流の向きを変えることで、加熱作用と冷却作用が切り替わるという特徴を持つ。したがって、ペルチェ素子についても、電流制御部と組み合わせて温度調節機能体として適用することが有効である。
【００６１】
以上のような構成の温度調節機能体を具備した液晶表示素子では、液晶パネル温度を容易にかつ均一に制御することが可能であり、液晶の表示モードや液晶組成物の種類に拘らず高速応答化を実現させることが可能となる。
【００６２】
本発明の液晶表示素子は、好適なパネル温度Ｔ（℃）として、液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度ＴＮＩ（℃）を用いて、Ｔ１ ≦ＴＮＩ−Ｔ≦Ｔ２ （℃）（但し、Ｔ１ ＝１５，Ｔ２ ＝６５）の範囲に設定される。言い換えれば、液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下となるように温度制御される。ＴＮＩ−Ｔが設定範囲下限値Ｔ１ ＝１５℃より低い場合には、液晶層を構成する液晶組成物の最適な温度条件よりもパネル温度が低すぎるので、例えば、回転粘性が大きくなりすぎる。したがって、表示に十分な応答速度が得られずに、動画表示のフレーム周期で残像が顕著に認められる。一方、ＴＮＩ−Ｔが設定範囲上限値Ｔ２ ＝６５℃よりも高い場合には、液晶層を構成する液晶組成物の異方性の指標である秩序度Ｓ（オーダーパラメータ）が急激に低下する。したがって、液晶性が乏しくなり、光学的にもまた電気的にも異方性が小さくなるので、電界制御時の輝度やコントラスト低下、さらに閾値特性の劣化等の表示特性上の問題が発生する。中間調の応答も含めて１フレーム周期内（１／６０秒内）に液晶応答を高速化するために、２０≦ＴＮＩ−Ｔ≦６０の温度設定範囲がより好ましい。
【００６３】
液晶パネルの温度管理は、上記の温度検出部などの検出系による管理に限定されない。例えば、液晶組成物の種類等が一義的に決定した場合には、液晶組成物の回転粘性γ１ 値と応答速度の温度依存性との検量線などに基づいて、温度を検出することも可能である。
【００６４】
（高速応答液晶）
本実施形態の液晶表示素子に適用可能な高速応答液晶の表示モードとしては、旋光モードのＴＮ（ねじれネマチィク）型、複屈折モードのＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence ）型、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence ）型、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）型やＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）型などが挙げられる。また、本実施形態の液晶表示素子の表示形態としては、透過型液晶だけでなく、反射板等を組み合わせることで反射型液晶や反射透過両用型液晶にも応用可能である。
【００６５】
本実施形態の液晶表示素子は、液晶層３を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ 値が小さい。回転粘性の小さな液晶組成物は、一般に液晶の光学的、電気的異方性の小さい材料が多いので、表示品位と高速応答性を両立するために、液晶モードに合わせた材料の選択が極めて重要となる。
【００６６】
本実施形態の液晶表示素子では、液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度ＴＮＩ（℃）を基準とした温度制限値での回転粘性γ１ 値を所定範囲内に限定している。具体的には、規定温度Ｔａ＝ＴＮＩ−（Ｔ２ −Ｔ１ ）／２（℃）（但し、Ｔ１ ＝１５，Ｔ２ ＝６５）、すなわちＴＮＩ−２５（℃）の温度下においてγ１ 値を２００ｍPa・ｓ以下に限定している。規定温度Ｔａが、このγ１ 値（２００ｍPa・ｓ）よりも大きな値の場合には、応答速度改善の効果が十分に見込むことができず、画像表示時においてシャドーイング（尾引き）残像が顕著となる。
【００６７】
また、規定温度Ｔａにおいて回転粘性γ１ 値が２０ｍPa・ｓ以上であることが好ましい。回転粘性γ１ 値が２０ｍPa・ｓより小さい場合には、液晶材料の光学的な異方性を十分に保つことが困難になる。加えて、液晶材料の異方性が急激に低下することに起因して、温度やその他の動作環境の変化に対応する光学特性がシフトして、輝度やコントラストが大きく低下する。したがって、画像の表示品位が劣化して実用に耐えなくなるおそれがある。
【００６８】
画像表示特性とパネル応答性改善の効果を考慮した場合の回転粘性γ１ 値のより好ましい範囲は、規定温度Ｔａにおいて４０ｍPa・ｓ以上１９０ｍPa・ｓ以下の範囲である。一般には、粘性係数が小さいほど高速応答性が実現しやすい。しかし、光学特性の観点では、粘性係数が大きいほど光学的な異方性も大きくなるので、パネルの輝度やコントラストを比較的大きく保ちやすくなる。
【００６９】
液晶組成物の回転粘性γ１ 値は、例えばJpn.J.Appl.Phys., 33,L119(1994) や第23回液晶討論会予稿集212 頁（1997東京）などを参考にして、液晶パネルの過渡電流測定法から簡便に求めることができる。言い換えれば、液晶パネルの環境温度を変化させて、過渡電流測定法により回転粘性γ１ 値を評価することで、回転粘性γ１ 値の温度依存性を簡便に求めることができる。
【００７０】
（実施形態２：アクティブマトリクス透過型液晶表示素子）
図３は、実施形態２の液晶表示素子を模式的に示す斜視図である。図３を参照しながら、本実施形態の液晶表示素子を説明する。なお、図３においては、図１に示す液晶表示素子の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の液晶表示素子は、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)基板１と、ＴＦＴ基板１に対向配置された対向基板２と、これら基板１，２間に配設されたＴＮ液晶層３を有する。ＴＦＴ基板１は、それぞれが行方向に延びる複数のゲートバスライン１１と、ゲートバスライン１１に対して直交して延びる複数のソースバスライン１２と、ゲートバスライン１１およびソースバスライン１２の交差部近傍に設けられたＴＦＴ素子１３と、ＴＦＴ素子１３を介してソースバスライン１２に接続され、マトリクス状に配置された画素電極１４を有する。ＴＦＴ基板１の画素電極１４上には、液晶配向膜（不図示）が設けられている。
【００７２】
対向基板２には、実施形態１の第２基板２と同様に、透光性を有する温度印加部８、透明絶縁膜９、対向電極（共通電極）５および液晶配向膜７が順次積層されている。
【００７３】
ＴＦＴ基板１および対向基板２の各外側面には、それぞれ偏光板２１，２２が設けられている。本実施形態の液晶表示素子では、両偏光板２１，２２の偏光軸が互いに直交するように配置されている。
【００７４】
ＴＦＴ素子１３は、ゲートバスライン１１から与えられる走査信号によってスイッチング制御される。走査信号によってＯＮ状態とされたＴＦＴ素子１３に接続されている画素電極１４に信号電圧が印加される。信号電圧が印加された画素電極１４と対向電極５との間の電位差によって、液晶層３中の液晶分子の配向状態が変化する。ＴＦＴ基板１の外側から入射したバックライト光が液晶層３中を透過するとき、画素領域毎に光透過率が変調される。これにより、バックライト光を利用した透過表示が行われる。
【００７５】
温度印加部８は、温度制御部（不図示）および温度検出部（不図示）に接続されている（図２参照）。温度検出部により液晶パネルの温度Ｔ（℃）がＴＮＩ−６５未満であるか、あるいはＴＮＩ−１５より高いと検出されると、温度制御部から温度印加部８に温度制御信号が入力される。これにより、温度印加部８が加熱または冷却されて、液晶パネル内の液晶層３が加熱または冷却される。
【００７６】
本実施形態では、液晶パネルの対向基板２に温度調節機能体が形成されているが、これに限定されない。液晶パネルのＴＦＴ基板１にのみ温度調節機能体が形成されていても良く、あるいは両基板１，２にそれぞれ温度調節機能体が形成されていても良い。
【００７７】
なお、本実施形態では、アクティブ駆動素子としてＴＦＴを用いた場合について説明したが、これに限定されていない。例えば、ＭＩＭ(Metal Insulator Metal）、ＢＴＢ（バックツーバックダイオード）、ダイオードリング、バリスタまたはプラズマスイッチング等を用いることができる。
【００７８】
本実施形態の液晶表示素子は、アクティブマトリクス型電気書き込み方式により情報の書き込みが行われる。しかし、本発明の液晶表示素子は、実施形態１の液晶表示素子のように単純マトリクス型電気書き込み方式でも良い。また、光書き込み方式、熱（レーザ）書き込み方式の液晶表示素子であっても良い。
【００７９】
（実施形態３：投射型液晶表示装置）
実施形態１および２の液晶表示素子は、投射型液晶表示装置（プロジェクタ）の全般に適用可能である。投射型液晶表示装置は、液晶ライトバルブの背面を光源光で照射し、その透過光を投影レンズにて投影する構造を有している。実施形態３では、赤，緑，青のそれぞれ専用のライトバルブを配置した三板方式の投射型液晶表示装置について説明する。
【００８０】
図４は、本実施形態の投射型液晶表示装置を示す概略図である。投射型液晶表示素子１０００は、ランプ光源１２０を含む照明光学系１００と、ランプ光源１２０からの光束（白色光束）を赤，緑，青の３原色の色光束に分離する色分離光学系２００と、反射ミラー２０６を含むリレー光学系２２０と、赤，緑，青の３原色の光路に対応して配置された３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５２２を含む色合成光学系５２０と、投影レンズ５４２を含む投影光学系５４０を備えている。
【００８１】
照明光学系１００から出射された光（白色光束）は、ダイクロイックミラー２３２を含む色分離光学系２００によって、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の色光束に分離される。色分離光学系２００によって分離された色光束のそれぞれは、色光束のそれぞれに対応して液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに入射する。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、実施形態１または実施形態２に示した本発明による液晶表示素子である。各色光束は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂによって、画像情報に応じて変調される。変調された各色光束は、色合成光学系５２０のクロスダイクロイックプリズム５２２によって合成される。その後、投影レンズ５４２を含む投影光学系５４０によってスクリーン５００上に投影されて、カラー画像が投影表示される。
【００８２】
投射型液晶表示装置では、ランプ光源からの光を液晶ライトバルブに入射するので、液晶ライトバルブに局所的に熱がこもる。また、液晶パネル内での温度不均一に起因して、液晶表示ムラや応答速度のばらつき等が発生する。したがって、表示のちらつきなどの現象が見られるという課題がある。液晶ライトバルブへの温度調節機能の付加は、高速応答化の点に加えて、液晶表示特性を均一にするという観点からも効果が大きい。本発明の液晶表示素子は、パネル温度Ｔ（℃）が所定範囲に温度制御されているので、液晶ライトバルブとして好適に用いることができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂがいずれも、実施形態１または実施形態２に示した液晶表示素子であるが、３つの液晶ライトバルブのうち少なくとも１つの液晶ライトバルブが本発明の液晶表示素子であれば良い。例えば、青（Ｂ）に対応する液晶ライトバルブ３００Ｂは、高い照射エネルギーを受けて、シール近傍で微小気泡が発生し易いので、青の液晶ライトバルブ３００Ｂにのみ、本発明の液晶表示素子を適用しても良い。
【００８４】
本実施形態では、色分離光学系２００が、白色光束を赤，緑，青の色光束に分離する場合について説明したが、白色光束をシアン，マゼンタ，イエローの色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。また、照明光学系１００から出射された光を互いに異なる４色以上の色光束に分離する色分離光学系を用いても良い。
【００８５】
本実施形態では、クロスダイクロイックプリズム５２２とダイクロイックミラー２３２を用いる三板式（３つの液晶ライトバルブを用いる方式）について説明した。しかし、クロスダイクロイックプリズムを用いずに、ダイクロイックミラーによって各色光束を合成する三板式に適用することもできる。また、本発明の投射型液晶表示装置は、複数の液晶表示素子を用いるが、本発明の液晶表示素子を単板式の投射型液晶表示装置に適用することもできる。例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色のマイクロカラーフィルタを重ね合わせた１つのカラー液晶素子を用いる方式、１つの白黒型液晶素子と三原色のダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いる方式などが挙げられる。
【００８６】
本実施形態の投射型液晶表示装置は、スクリーンの手前から投写するフロント投写方式であるが、反射ミラーを用いてスクリーンの背面から投写するリア投写方式に本発明の投射型液晶表示装置を適用しても良い。
【００８７】
（実施形態４：画像シフト素子）
図５は、本実施形態の画像シフト素子を模式的に示す断面図である。本実施形態の画像シフト素子は、光の入射側に配置された液晶素子１０と、光の出射側に配置された複屈折素子２０を備える。なお、画像シフト素子は、液晶素子１０と複屈折素子２０とからなる組を少なくとも１組備えていれば良く、液晶素子１０と複屈折素子２０を２組以上備えていても良い。
【００８８】
液晶素子１０は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構造を有する単純マトリクス型の液晶素子であり、実施形態１における液晶表示素子の各構成要素の説明をもって、本実施形態の液晶素子１０の各構成要素の説明に代える。なお、図５において、実施形態１の液晶表示素子の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示す。液晶素子１０のモードとしては、周知のモードを適用することができる。例えば、ＴＮ（Twisted Nematic ）、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence ）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal）などである。
【００８９】
複屈折素子２０は、入射してきた直線偏光の偏光方向に応じて、光線をシフトさせる機能を有する。複屈折素子２０は、複屈折性を有する、厚さｔの一軸結晶などから構成される。例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石、雲母、ルチル（ＴｉＯ２ ）、チリ硝石（ＮａＮＯ３ ）などの材料が適用可能である。
【００９０】
図６は、画像シフト素子の動作を説明する図である。図５および図６を参照しながら、本実施形態の画像シフト素子の動作について説明する。液晶素子１０は、光が入射する第１の光入射面２ｂと、光が出射する第２の面（光出射面）１ｂを有し、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦに応じて光の偏光状態を変化させることができる。言い換えれば、液晶素子１０は、入射光の偏光軸を回転させずに、そのまま透過させる状態と、偏光軸を約９０°回転させる状態との間でスイッチング動作を行う。なお、本願明細書での「偏光方向」とは、光の伝搬方向に垂直な方向であり、かつ電場ベクトルの振動面に平行な方向を意味する。
【００９１】
液晶素子１０によるスイッチング動作は、液晶層３に印加する電圧によって制御される。例えば、図６において、紙面に垂直な偏光成分の光が液晶素子１０の左方から第１の面２ｂに入射した場合を想定する。液晶素子１０が電圧無印加状態（例えば０ボルト）のときには、偏光軸が略９０°回転した状態の偏光が液晶素子１０の第２の面１ｂから出射される。この出射光の偏光軸は、紙面に平行となる。
【００９２】
一方、液晶素子１０が電圧印加状態（例えば５ボルト）のときには、偏光軸が回転しない状態の偏光が液晶素子１０の第２の面１ｂから出射される。この出射光の偏光軸は、紙面に垂直なままである。
【００９３】
液晶素子１０の電圧印加がＯＦＦのとき、複屈折素子２０を透過した光は異常光としてシフトする。一方、液晶素子１０の電圧印加がＯＮのときには、複屈折素子２０を透過した光（常光）はシフトしない。このシフト量は、複屈折素子２０の厚さｔによって調節することができる。ヘッド・マウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）のように、表示装置の総重量を小さくする必要がある場合、屈折率異方性（Δｎ）が相対的に大きなニオブ酸リチウムやルチルを用いることが好ましい。Δｎが大きい材料であれば、所望の画像シフト量を得るために必要な複屈折素子２０の厚さｔを薄くできるので、小型化および軽量化に適している。
【００９４】
本実施形態の画像シフト素子は、実施形態１の液晶表示素子と同様に、温度調整機能体を有する。温度調整機能体は、第１基板１および第２基板２にそれぞれ形成されていてもよく、また第２基板２に代えて第１基板１にのみ形成されていてもよい。温度調節機能体は、透光性を有する温度印加部８と、この温度印加部８に接続された温度制御部（不図示）を有する。本実施形態では、温度印加部８は、第２基板２の液晶層３側の面２ａに形成されているが、第２基板２の外側の面２ｂに形成されていてもよく、第２基板２の両面２ａ，２ｂに形成されていてもよい。また、温度印加部８は、第２基板２に形成された温度印加部８とともに、あるいはこれに代えて、第１基板１の液晶層３側の面１ａに形成されていても良く、第１基板１の外側面１ｂと複屈折素子２０との間に形成されていても良い。さらに、複屈折素子２０の外側面に温度印加部８が形成されていてもよい。
【００９５】
本実施形態の画像シフト素子は、液晶素子１０の温度を最適値に均一制御する温度調節機能体を備えているので、液晶の応答性が改善される。これにより、液晶素子１０による画像シフト動作が改善されるので、表示品位が安定化する。
【００９６】
本実施形態では、単純マトリクス型の液晶素子を用いた場合について説明したが、実施形態２で説明したアクティブマトリクス型液晶表示素子を液晶素子１０として用いても良い。
【００９７】
（実施形態５：画像表示装置）
本発明の液晶表示素子や画像シフト素子は、画像シフト技術を利用した画像表示装置に適用することができる。これにより、従来の画像表示装置で課題となっていた素子の応答性が大きく改善される。
【００９８】
図７は、本実施形態の画像表示装置の構成を示す概略図である。本実施形態の画像表示装置は、光源２２０、光源２２０からの光を変調する透過型液晶表示素子１５、画像シフト素子１６および観察光学系１７を備える。液晶表示素子１５として、実施形態１または２で説明した液晶表示素子を用いることができ、画像シフト素子１６として、実施形態４で説明した画像シフト素子を用いることができる。
【００９９】
光源２２０は、液晶表示素子１５を照明するバックライトや投射光源である。液晶表示素子１５は、ＬＣＤ（液晶表示素子）駆動回路１８から駆動信号および映像信号を受け取り、映像信号に応じた画像情報を表示する。液晶表示素子１５は、温度印加部８と温度制御部１９とで構成された温度調節機能体によって、液晶層の温度が調整される。観察光学系１７は、液晶表示素子１５で表示された画像を光学的に拡大するための光学系である。観察者は、画像シフト素子１６および観察光学系１７を介して、液晶表示素子１５で表示された画像を観察することができる。
【０１００】
画像シフト素子１６の動作は、画像シフト素子用の駆動回路２１で制御される。具体的には、駆動回路２１は、ＬＣＤ駆動回路１８から映像信号を受けて、液晶表示素子１５の映像表示に同期した駆動信号を画像シフト素子１６に供給する。これにより、画像シフト素子１６は、液晶表示素子１５に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせることができる。画像シフト素子１６は、液晶表示素子１５と同様に、温度印加部８と温度制御部１９とで構成された温度調節機能体によって、液晶層の温度を設計値のレベルに均一に制御することができる。本実施形態の温度制御部１９は、ＬＣＤ駆動回路１８からの制御信号を受けずに、言い換えればＬＣＤ駆動回路１８から独立して、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６の各温度印加部８を温度制御する。
【０１０１】
本実施形態の画像表示装置によれば、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６の各液晶の応答性が改善されるので、表示品位が安定化する。なお、本実施形態では、液晶表示素子１５および画像シフト素子１６がともに温度制御されるが、液晶表示素子１５のみ、または画像シフト素子１６のみが温度制御されても良い。液晶表示素子１５または画像シフト素子１６のいずれか一方が温度制御されることによって、画質の改善が期待できる。
【０１０２】
また、本実施形態では、光源２２０からの光を変調する液晶表示素子１５を用いているが、自発光型の表示素子を用いても良い。例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示素子、無機ＥＬ表示素子、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを用いても良い。
【０１０３】
（実施形態６：投射型画像表示装置）
本発明の画像表示装置は、図７に示す直視型の構成だけでなく、投射型表示装置にも応用できる。本実施形態の投射型画像表示装置は、ダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いた投射型液晶表示装置である。図８〜図１０を参照しながら、本実施形態の投射型液晶表示装置を説明する。
【０１０４】
図８は、本実施形態の投射型液晶表示装置２０００を示す概略図である。本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、ランプ光源１２０と、ランプ光源１２０から出射した光束（白色光束）を略平行化させて反射させる放物面鏡６００と、放物面鏡６００からの光を変調させる液晶表示素子６０１と、液晶表示素子６０１を透過して変調された光を周期的に光学シフトさせる画像シフト素子６０６を備える。
【０１０５】
また、本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、放物面鏡６００からの光を液晶表示素子６０１に均一に照射するためのフライアイレンズ６０２と、フライアイレンズ６０２の出射側に配置され、液晶表示素子６０１に入射する照明光の平行度を規制するアパーチャ６０３と、アパーチャ６０３を通過した光を集光させるコンデンサレンズ６０４と、コンデンサレンズ６０４により集光した光をＲＧＢの各光に分離するダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂと、Ｒ, Ｇ, Ｂの３画素毎に１つの割合でマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレイ６０８と、画像シフト素子６０６により光学シフトされた光をスクリーン５００上に投射するための投射レンズ６０７をさらに備える。
【０１０６】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００の動作を説明する。光源１２０から出射した光束（白色光束）は、放物面鏡６００で反射され、略平行化された後、フライアイレンズ６０２、アパーチャ６０３およびコンデンサレンズ６０４を経て、ダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂに導かれる。ダイクロイックミラー６０５Ｒ，６０５Ｇ，６０５Ｂにより色分離された光は、色毎に異なる角度で液晶表示素子６０１に入射する。液晶表示素子６０１を透過して変調された光は、画像シフト素子６０６で周期的に光学シフトされた後、投射レンズ６０７を経て、スクリーン５００上で画像を形成する。
【０１０７】
図９は、液晶表示素子６０１にＲ, Ｇ, Ｂの各光が入射する様子を示す概略図である。液晶表示素子６０６の入射光側には、マイクロレンズアレイ６０８が形成されたマイクロレンズ基板が配置されている。各マイクロレンズは、それぞれ異なる角度で入射したＲ, Ｇ, Ｂ光を対応する画素に入射させる。各画素の光透過率はそれぞれ独立して変調されるので、Ｒ, Ｇ, Ｂ光はそれぞれ独立して変調される。
【０１０８】
図１０は、本実施形態で用いる液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６の構成例を示す概略図である。液晶表示素子６０１は、光入射側（ランプ光源１２０側）に温度印加部８を有する。液晶表示素子６０１は、実施形態１または２で説明した液晶表示素子と同様である。したがって、液晶表示素子６０１を構成する各構成要素の説明を省略する。
【０１０９】
画像シフト素子６０６は、２組の画像シフト素子から構成され、各組の画像シフト素子は、液晶素子と複屈折素子を備える。各組の画像シフト素子は、それぞれ温度印加部（不図示）を有する。画像シフト素子６０６は、光入射側から順に配置された第１の液晶素子30ａ、第１の複屈折素子31ａ、第２の液晶素子30ｂおよび第２の複屈折素子31ｂを有する。各構成部材は、市販の熱硬化型透明樹脂３２などで接合される。液晶素子30ａ，30ｂおよび複屈折素子31ａ，31ｂは、実施形態４で説明した画像シフト素子の液晶素子１０および複屈折素子２０と同様である。したがって、液晶素子30ａ，30ｂおよび複屈折素子31ａ，31ｂを構成する各構成要素の説明を省略する。
【０１１０】
液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂは、それぞれ温度調整機能体を有する。温度調整機能体は、透明な温度印加部と、この温度印加部に接続されたヒータ駆動制御回路（温度制御部）を有する。温度印加部は、ヒータ駆動制御回路によって制御される。
【０１１１】
本実施形態のヒータ駆動制御回路（温度制御部）は、液晶表示素子６０１に画像信号を送る画像信号制御回路により制御される。画像信号制御回路による制御は、一サブフィールド期間内に、各画素へ送られる画像信号の総和の平均値（以下、平均レベル信号という）をヒータ駆動制御回路（温度制御部）へ送ることにより行われる。平均レベル信号によりヒータ駆動制御回路（温度制御部）を制御する理由について簡単に説明する。液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂでは、電圧ＯＮ−ＯＦＦ時の応答速度、言い換えれば立ち上がり応答時間（τｏｎ）と立ち下がり応答時間（τｏｆｆ ）に大きな差が生じることがある。τｏｎとτｏｆｆ とで応答時間がずれると、画像の二重像が発生し、さらに二重像に起因したフリッカが発生するので、表示不良を引き起こす。この応答時間のずれは、液晶層の温度と密接な関係がある。一方、液晶表示素子６０１に送られる画像信号は、画素ごとにレベルが異なるので、液晶層の温度はパネル面内でばらつきが生じる。そこで、パネル面内での液晶温度のばらつきを抑えるために、ヒータ駆動用の信号を平均レベル信号で制御（補正）する。言い換えれば、パネル面内での温度制御のばらつきを抑える。これにより、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂにおける応答時間のずれが低減される。
【０１１２】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００は、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂの温度を最適値に均一制御することができるので、液晶の応答速度が改善されて、画質が改善される。なお、液晶表示素子６０１および液晶素子30ａ，30ｂだけでなく、複屈折素子31ａ，31ｂも温度調節機能体を有していても良い。
【０１１３】
画像シフト素子６０６は、液晶表示素子６０１の表示画像の切り替えに同期して、液晶表示素子６０１から出た光をその光軸に対して垂直な方向に周期的にシフトさせる。複屈折素子31ａ，31ｂによる偏光状態を適切に切り替えることにより、３ポジションまたは４ポジションの画像シフトが行われる。これにより、見かけの表示画素数を３倍または４倍に向上させることができる。
【０１１４】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００では、液晶表示素子６０１のサブフレーム期間に対応した画像信号に同期して、画像シフト素子６０６のシフト動作が行われる。具体的には、一方向（上下方向または左右方向）に１画素ずつ順次シフトさせる。これにより、液晶表示素子６０１の画像が重畳するので、高精細の画像がスクリーン５００上に形成される。
【０１１５】
本実施形態の投射型液晶表示装置２０００によれば、液晶パネルの温度設定を最適範囲に均一に制御することで、液晶表示素子６０１と画像シフト素子６０６の応答性が改善されて、表示品位が安定化する。なお、本実施形態では、液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６がともに温度制御されるが、液晶表示素子６０１のみ、または画像シフト素子６０６のみが温度制御されても良い。液晶表示素子６０１または画像シフト素子６０６のいずれか一方が温度制御されることによって、画質の改善が期待できる。
【０１１６】
次に、本発明の具体的な実施例および比較例を示す。本発明はこれらの実施例に限定されない。
【０１１７】
（実施例１〜６および比較例１〜５）
実施例１〜６および比較例１〜５で用いる液晶表示素子は、実施形態１で説明した、単純マトリクス透過型液晶表示素子である。まず、公知の技術により、第１基板としての透明ガラス基板上にＩＴＯ膜を蒸着し、パターニング形成して、表示用電極を形成した。
【０１１８】
第２基板としての透明ガラス基板上に、温度印加部としてＩＴＯ膜を全面に形成し、次いで温度検出用の金属電極端子を所定の位置に蒸着形成した。さらに、アクリル樹脂系の透明層間絶縁膜を成膜後、対向側の表示用ＩＴＯ膜をパターニング形成した。第１および第２の両基板に液晶配向膜を形成した後、ラビング処理を施した。セルスペーサ（４μｍ）およびシール材を介して、両基板を貼り合わせて、液晶表示パネルを作製した。
【０１１９】
表１に記載された液晶材料を両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。 作製した液晶パネルは、偏光顕微鏡を用いて所定の温度制御環境のもとで応答時間の評価（駆動電圧５Ｖ）を行った。 評価結果を表２にまとめて記載した。
【０１２０】
【表１】
【表２】
パネル応答時間は、駆動電圧５Ｖで評価し、中間調応答時間は電圧無印加状態から透過率80％を与える電圧Ｖ８０に設定したときの緩和応答時間τで表す。なお、応答時間の目標値としては、60Ｈｚのフィールド周波数での表示を目指した場合には、約17ms以下が必要となり、中間調応答についても20ms以下であることが望ましい。この評価試験では、液晶パネルのコントラスト値（ＣＲ比）は、表示品位の観点から、200 以上必要である。
【０１２３】
表１および表２の結果から、液晶パネル温度Ｔを本発明で規定する範囲内に制御することにより、高品位化と高速応答化を実現できることが判る。また、液晶材料の回転粘性γ１ を本発明で規定する範囲内に限定することにより、応答時間がさらに改善されることが判る。
【０１２４】
実施例５，６および比較例５に示すように、規定温度Ｔａにおいて液晶材料の回転粘性γ１ 値が２００ｍPa・ｓを超える液晶材料Ｃを用いた場合には、液晶パネルの応答時間を目標値の範囲に設定することが難しくなる。しかし、実施例５および６に示すように、パネル温度Ｔ（℃）を制御することによって、応答速度の改善効果が確認された。
【０１２５】
次に、液晶材料Ａ，ＢおよびＣをそれぞれ用いたＴＮ型液晶パネル（１〜３）において、設定パネル温度Ｔ（℃）が液晶パネルの表示品位に作用する影響について総合評価（パネルの応答時間、中間調応答時間およびコントラスト比）を行い、その評価結果を表３にまとめた。
【０１２６】
液晶パネルの応答時間については、駆動電圧５Ｖでの立ち上がりの応答時間（τr ）および立ち下がりの応答時間（τd ）で評価を行い、各応答時間（τr ,
τd ）の目標値を17ms以下とした。中間調応答時間については、電圧無印加状態から透過率80％を与える電圧Ｖ８０までの中間調応答時間τで評価を行い、20ms以下を目標値とした。液晶パネルのコントラスト比（ＣＲ比）については、直交ニコルに配置した偏光板間に液晶パネルを配置して、基準光源をバックライトとして評価し、200 以上を目標値とした。
【０１２７】
【表３】
表３では、全ての評価結果が目標値に達したとき“○”を表記し、最も動画表示時の表示品位のバランス（応答性とコントラスト）が良かった温度条件に“◎”を表記した。コントラスト比と応答時間（τr , τd ）のみが目標値に達し、中間調応答時間が目標値に達していないとき“△”を表記し、それ以外の場合には表示品位が大きく損なわれるので“×”を表記した。
【０１２９】
表３に示すように、液晶材料の種類にかかわらず、液晶パネルの温度をＴＮＩ−６５以上かつＴＮＩ−１５以下、好ましくはＴＮＩ−３０以上かつＴＮＩ−２０以下の設定温度範囲に設計することで、液晶パネルの応答性とコントラスト比がともに目標値に到達すること、言い換えれば良好な表示品位を達成できることが確かめられた。
【０１３０】
本明細書で示したように、液晶パネルに温度調節機能を付与し、かつ最適な温度にパネルの温度を均一制御することで、極めて効果的に表示品位の改善が可能となる。
【０１３１】
（実施例７および比較例６）
実施例７および比較例６で用いる液晶表示素子は、実施形態２で説明した、アクティブマトリクス透過型液晶表示素子である。まず、公知の技術により、透明ガラス基板上に、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子および画素電極をマトリクス状に形成して、ＴＦＴ基板を作製した。
【０１３２】
実施例７の対向基板は、透明ガラス基板上に、温度印加部としてのＩＴＯ膜と温度検出用の金属電極端子をパターニング形成した後、透明絶縁保護膜を積層し、さらに、対向電極としてのＩＴＯ膜を蒸着して、作製した。両基板に液晶配向膜を形成した後、ラビング処理を施した。セルスペーサ（４μｍ）およびシール材を介して、両基板を貼り合わせて、図２に示す液晶表示パネルを作製した。
【０１３３】
比較例６の対向基板は、温度印加部および金属電極端子がなく、透明ガラス基板上に対向電極（ＩＴＯ膜）が形成された従来の対向基板である。この対向基板を用いて、実施例７と同様に、液晶表示パネルを作製した。
【０１３４】
実施例７および比較例６の各液晶表示パネルについて、表１に記載された液晶材料Ｂを両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子をそれぞれ作製した。 作製した液晶パネルを図４に示す投射型液晶プロジェクタのライトバルブとして適用し、投影評価を行った。
【０１３５】
実施例７では、液晶ライトバルブの設定温度Ｔを３０℃（ＴＮＩ−62℃）として評価した。液晶ライトバルブの温度設計を最適な条件で施した実施例７の場合には、動画表示においても残像現象がほとんど認められなかった。しかし、比較例６の従来のパネル設定では、動画表示時に少し残像現象が確認された。したがって、本発明の液晶表示素子をライトバルブとして用いることにより、効果的に液晶プロジェクタの応答速度が改善できることが確かめられた。
【０１３６】
（実施例８および実施例９）
実施例７と同様にして、ＴＦＴ基板を作製した。対向基板は、透明ガラス基板上に、表示用ＩＴＯ電極膜と温度検出用の金属電極端子をパターニング形成して作製した。実施例７と同様にして、液晶表示パネルを作製し、表１に記載された液晶材料Ｂを両基板間に真空注入し、封止して、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。
【０１３７】
実施例８の液晶表示素子では、対向基板の外側（液晶層に対して反対側）に、遠赤外線を放射するハロゲンヒーターランプ（ウシオ電機社製）ユニットを温度調節機能体として設けた。また、実施例９の液晶表示素子では、対向基板の外側に、ペルチェ素子を組み込んだ温度調節ユニットを設けた。実施例８および実施例９の各ユニットをそれぞれの温度制御部に接続することによって、液晶パネルの外部に温度調節機能体が設けられた、温度調節機能付の液晶表示素子をそれぞれ作製した。
【０１３８】
実施例８および実施例９の液晶表示素子を、図４に示す投射型液晶プロジェクタのライトバルブとして適用し、投影評価を行った。液晶ライトバルブの設定温度Ｔを３０℃（ＴＮＩ−62℃）として評価した場合には、実施例８および実施例９の両者において同様の効果が確認できた。以上のように、液晶ライトバルブの外部に温度調節機能体を配置しても、最適なパネル温度に制御することによって、高品位化と高速応答化を実現できる。
【０１３９】
（実施例１０および比較例７）
図８〜図１０を参照しながら、実施形態６で説明した、投射型画像表示装置の実施例および比較例について説明する。なお、実施例１０および比較例７で用いる液晶表示素子は、実施形態２で説明した、アクティブマトリクス透過型液晶表示素子である。
【０１４０】
実施例１０の液晶表示素子６０１は、対向基板のマイクロレンズアレイ基板外側に、温度印加部８としてＩＴＯ膜と、温度検出用の金属電極端子とがパターニング形成されている。一方、比較例７の対向基板は、温度調節機能を設けない、通常のマイクロレンズアレイ基板である。実施例１０および比較例７では、表１の液晶材料Ａを用いて、ＴＮ型液晶表示素子を作製した。
【０１４１】
実施例１０の画像シフト素子は、温度調節用のＩＴＯ透明ヒータ電極を施した液晶素子と複屈折素子を重ねて形成した。比較例７では、ヒータを施さない通常の液晶素子を用いた。３位置シフトの画像シフト素子を構成して、図８に示す投射型画像表示装置を作製した。
【０１４２】
このようにして作製した投射型画像表示装置を用いて投影評価を行った。評価は、液晶表示素子および画像シフト素子のサブフィールド駆動を同期させた映像で行った。
【０１４３】
実施例１０では、液晶表示素子および画像シフト素子の各液晶パネルの設定温度Ｔを７０℃（ＴＮＩ−１５℃）にして、映像を評価した。液晶ライトバルブの温度設計を最適な条件で施した実施例１０の場合には、画像シフト処理で投影した動画表示においても、二重像、液晶の電圧応答性の遅延に伴うシフトずれや混色が認められなかった。
【０１４４】
しかし、比較例７の従来の液晶表示素子では、実施例１０と同様の映像で評価したにもかかわらず、画像シフト時のタイミングずれにより二重像が発生し、これに起因したフリッカ発生が観察された。
【０１４５】
以上のことから、液晶パネルの温度を規定すること、さらに液晶組成物の回転粘性値を設計することは、液晶パネルの応答速度を改善させ、その結果として表示装置の画質改善に大きく寄与することが確かめられた。したがって、本発明によれば、画質が良好な画像表示装置が提供される。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子によれば、輝度やコントラスト特性を損なうことなく、応答速度を効果的に改善して高速化を実現することが可能となる。多様な仕様や表示モードの液晶パネルに対しても、容易な手法で応答速度改善を達成できる。特に、液晶層を構成する液晶組成物の回転粘性γ１ 値についても、併せて最適値設定をすることで、より効果的に液晶表示の高品位化と高速応答化が実現可能である。それゆえ、本発明の液晶表示素子は、フルカラーで高い表示品位が求められる液晶表示装置、特に高い耐光性が要求される投射型液晶表示装置の液晶ライトバルブに好適である。
【０１４７】
本発明の画像シフト素子によれば、液晶表示素子の電圧レベルや液晶素子の電圧レベルに応じた応答時間を短縮化することができる。液晶素子の電圧応答の均一性が改善され、サブフィールド期間内での液晶応答性が向上する。したがって、画像シフト技術を応用した高品位でかつ高解像度の画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。
【図２】 実施形態１の液晶表示素子における温度調整機構のシステム構成図である。
【図３】 実施形態２の液晶表示素子を模式的に示す斜視図である。
【図４】 実施形態３の投射型液晶表示装置を示す概略図である。
【図５】 実施形態４の画像シフト素子を模式的に示す断面図である。
【図６】 画像シフト素子の動作を説明する図である。
【図７】 実施形態５の画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図８】 実施形態６の投射型液晶表示装置２０００を示す概略図である。
【図９】 液晶表示素子６０１にＲ, Ｇ, Ｂの各光が入射する様子を示す概略図である。
【図１０】 液晶表示素子６０１および画像シフト素子６０６の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 第１基板（ＴＦＴ基板）
２ 第２基板（対向基板）
３ 液晶層
４ 表示用電極（列電極）
５ 表示用電極（行電極）
８ 温度印加部（透明電極膜）
９ 透明絶縁膜
１５ 液晶表示素子
１６，６０６ 画像シフト素子
１０，３０ａ，３０ｂ 液晶素子
２０，３１ａ，３１ｂ 複屈折素子
１２０ ランプ光源
２００ 色分離光学系
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ 液晶ライトバルブ（液晶表示素子）
５２０ 色合成光学系
５４０ 投影光学系
１７ 観察光学系
１０００，２０００ 投射型液晶表示装置（プロジェクタ）
Claims (23)
- 互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有する液晶表示素子であって、
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有し、
前記温度印加部は、透明導電膜から形成され、且つ、所定の表示領域に対応してパターニング形成されており、
前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下で温度制御されている、液晶表示素子。 - 前記液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、Ｔ ＮＩ −６５以上であり、かつＴ ＮＩ −３０未満で温度制御されている、請求項１に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下である、請求項１に記載の液晶表示素子。
- 前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上である、請求項３に記載の液晶表示素子。
- 前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されている、請求項１に記載の液晶表示素子。
- 前記温度印加部は、赤外線ヒータである、請求項１に記載の液晶表示素子。
- 前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
- 光源と、
前記光源からの光束を互いに異なる色の複数の色光束に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された複数の色光束のそれぞれに対応して配置された複数の液晶表示素子と、
前記複数の液晶表示素子のそれぞれによって変調された前記複数の色光束を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって合成された前記複数の色光束を投影する投影光学系を備える投射型液晶表示装置であって、
前記複数の液晶表示素子のうち少なくとも１つの液晶表示素子は、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示素子である、投射型液晶表示装置。 - 光の偏光状態を変調する液晶素子と、前記液晶素子から出射された前記光の偏光状態に応じて光路をシフトさせる複屈折素子との組合せを少なくとも１組有する画像シフト素子であって、
前記液晶素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板および／または前記第２基板に形成された温度調節機能体を有し、
前記温度調節機能体は、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方面に形成された、透光性を有する温度印加部と、前記温度印加部に接続された温度制御部を有し、
前記温度印加部は、透明導電膜から形成され、且つ、所定の表示領域に対応してパターニング形成されており、
前記液晶層を構成する液晶組成物の液晶相−等方性相転移温度をＴＮＩ（℃）とすると、前記液晶素子のパネル温度Ｔ（℃）が、ＴＮＩ−６５以上であり、かつＴＮＩ−１５以下で温度制御されている、画像シフト素子。 - 前記液晶表示素子のパネル温度Ｔ（℃）が、Ｔ ＮＩ −６５以上で あり、かつＴ ＮＩ −３０未満で温度制御されている、請求項９に記載の画像シフト素子。
- 前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２００ｍPa・ｓ以下である、請求項９に記載の画像シフト素子。
- 前記液晶組成物の回転粘性γ１ が、ＴＮＩ−２５（℃）の温度下において２０ｍPa・ｓ以上である、請求項１１に記載の画像シフト素子。
- 前記温度印加部上に、透明絶縁層を介して表示用電極が形成されている、請求項９に記載の画像シフト素子。
- 前記温度印加部は、赤外線ヒータである、請求項９に記載の画像シフト素子。
- 前記温度調節機能体は、ペルチェ素子を有する、請求項９から１４のいずれか１項に記載の画像シフト素子。
- 前記複屈折素子は、温度調節機能体を有する、請求項９から１５のいずれか１項に記載の画像シフト素子。
- 光源と、
前記光源からの光を変調する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子を備える画像表示装置。 - 表示素子と、前記表示素子の光出射側に配置された、請求項９から１６のいずれか１項に記載の画像シフト素子を備える画像表示装置。
- 前記表示素子は、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示素子である、請求項１８に記載の画像表示装置。
- 前記画像シフト素子は、前記表示素子の表示に同期させて、前記表示素子から出た光をシフトさせる、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
- 光源と、
前記光源からの光を変調する、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の光出射側に配置され、前記液晶表示素子に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像シフト素子と、
前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える投射型液晶表示装置。 - 光源と、
前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の光出射側に配置された、請求項９から１６のいずれか１項に記載の画像シフト素子と、
前記画像シフト素子により重畳された画像を投射する投影光学系を備える投射型液晶表示装置。 - 前記液晶表示素子は、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示素子である、請求項２２に記載の投射型液晶表示装置。
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