JP5072344B2 - 液晶表示装置、画像表示システムおよび液晶表示装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタや液晶テレビ等の液晶表示装置に関する。

上記のような液晶表示装置は、光源からの光を画像変調するための液晶変調素子を有する。

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、配線およ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、反射型液晶変調素子として用いていられている。

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、光波動の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、液晶層に対する有効な実効電界（以下、単に実効電界と称する）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。

また、電子又はホールの励起確率は、液晶変調素子に照射される光量エネルギーおよびフォトンエネルギーの量によって変動する。このため、液晶表示装置のランプ点燈開始（光照射開始）からの照射時間に応じて、液晶界面層のチャージアップが徐々に蓄積されていき、対向するミラー電極とＩＴＯ透明電極間で電位差が生じ、これにより最適な対向電極間電位差がシフトする。すなわち、光照射時間の経過あるいは光照射強度が強くなることにより、投射画像のフリッカ（ちらつき）が強くなる。

特許文献１，２には、フリッカが最小になるように最適な対向電極間電位差を調整する方法が開示されている。特に、特許文献２には、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％以内にする方法が開示されている。これにより、液晶界面層のチャージアップを抑制し、フリッカや焼きつきの発生を回避する。

ところで、一般的な液晶表示装置は、スタンダードモード、シネマモード、コントラストモードなどの複数の表示モードを備えている。例えば、光源の明るさ状態や、光源と液晶変調素子との間の光路への光学フィルタの挿抜状態や、光源と液晶変調素子との間の光路内の絞りの有無や、光源と液晶変調素子内に配置された絞りの開口径が異なる表示モードである。

このとき、各表示モードにおいて、液晶変調素子に照射される光量エネルギーが変わることで、液晶界面層のチャージアップ量が変化し、対向するミラー電極とＩＴＯ透明電極間の電位差も変化する。すなわち、表示モードによって最適な対向電極間電位差が異なってくる。したがって、表示モードにかかわらず、最適な対向電極間電位差として一定電位差を用いた場合には、表示モードによってはフリッカの発生を抑えることができない。

さらに、表示モードの切り替えによって、対向するミラー電極とＩＴＯ透明電極間に電位差が生じると、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。
特開２００２−３６５６５５号公報 特開２００５−４９８１７号公報

しかしながら、特許文献１，２にて開示された調整方法では、様々な表示モードに対応した調整を行っていない。このため、表示モードが切り替わることで、フリッカを抑制できなくなったり、焼き付きが発生したりするおそれがある。

本発明は、表示モードにかかわらず視認可能なフリッカや焼き付きの発生を抑制することができ、長期にわたる信頼性を向上させることができる液晶表示装置及びその制御方法を提供することを目的の１つとする。

本発明の一側面としての液晶表示装置は、透明電極と反射電極の間に液晶層が設けられ、光源からの光を変調する反射型液晶変調素子と、透明電極に直流電圧を印加し、反射電極に交流電圧を印加して、透明電極と反射電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように透明電極と反射電極の電位差を制御する制御手段と、透明電極と反射電極の電位差に関する制御情報を記憶したメモリとを有する。該液晶表示装置は、光源から反射型液晶変調素子に入射する光量が互いに異なる第１のモード又は第２のモードを選択する選択手段を有し、第１のモードにおいて光源から反射型液晶変調素子に入射する光量は、第２のモードにおいて光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量よりも多い。そして、制御手段は、第１のモードが設定された場合は、制御情報のうち第１のモードに対応した第１の情報に基づいて透明電極に与えるグランドに対する電位を制御し、第２のモードが設定された場合は、制御情報のうち第２のモードに対応した第２の情報に基づいて透明電極に与えるグランドに対する電位を制御し、第１のモードにおいて透明電極に与えるグランドに対する電位を、反射電極に印加される交流電圧の中心電位と透明電極の電位との電位差を小さくするように、第２のモードにおいて透明電極に与えるグランドに対する電位よりも大きくすることを特徴とする。

なお、上記液晶表示装置とこの液晶表示装置に画像情報を供給する画像供給装置を含む画像表示システムも本発明の他の側面を構成する。

また、本発明の他の側面としての液晶表示装置の制御方法は、透明電極と反射電極の間に液晶層が設けられた反射型液晶変調素子に入射する光量が互いに異なる第１のモードおよび第２のモードを有し、第１のモードにおいて光源から反射型液晶変調素子に入射する光量は、第２のモードにおいて光源から反射型液晶変調素子に入射する光量よりも多く、透明電極に直流電圧を印加し、反射電極に交流電圧を印加して、透明電極と反射電極の電位差が正と負とに周期的に変化するように透明電極と反射電極の電位差を制御する液晶表示装置に適用される。該制御方法は、第１および第２のモードのうち設定されたモードを判定するステップと、透明電極と反射電極の電位差に関する制御情報であって第１のモードに対応した第１の情報と第２のモードに対応した第２の情報のうち設定されたモードに応じた情報をメモリから読み出すステップと、メモリから読み出した情報に基づいて、第１のモードにおいて透明電極に与えるグランドに対する電位を、反射電極に印加される交流電圧の中心電位と透明電極の電位との電位差を小さくするように、第２のモードにおいて透明電極に与えるグランドに対する電位よりも大きくするよう制御するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、第１のモードと第２のモード（表示モード）が切り替えられても、視認可能なフリッカや焼き付きの発生が良好に抑制され、液晶表示装置の品位を高めたり、長期的な信頼性を向上させたりすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。

まず、実施例の説明に先立って、本発明の前提技術について説明する。

図４には、液晶表示装置における偏光ビームスプリッタ３３と反射型液晶変調素子５０との間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３３に入射する。偏光ビームスプリッタ３３に入射した光のうち、Ｐ偏光成分は、偏光分離面３３Ａを矢印ＩＷＢの方向に透過し、Ｓ偏光成分は偏光分離面３３Ａ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５０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５０の液晶層には、該液晶層によって、入射した光に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５０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５０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。

反射型液晶変調素子５０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３３に対してＳ偏光となる成分）は、偏光分離面３３Ａ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３３に対してＰ偏光となる成分）は、偏光分離面３３Ａを矢印ＭＷの方向に透過する。

反射型液晶変調素子５０で反射され、偏光ビームスプリッタ３３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３３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５０の開口率およ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５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、電極およ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５において、５３はＩＴＯ透明電極、５８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、５５は液晶層、５４，５７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５４，５７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５５は、液晶配向膜５４，５７によって挟まれている。反射型液晶変調素子は、その外側にＩＴＯ透明電極５３と金属ミラー電極５８とが接触した基本構造を有する。図５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５３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５８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５４，５７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５４，５７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５８、液晶層５５および液晶配向膜５７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５３、液晶層５５および液晶配向膜５４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５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。

前述した特開２００５−４９８１７号公報では、この不具合を改善するために、図６に示す方法を開示している。図６では、アルミニウムからなる金属ミラー電極５８と液晶配向膜５７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５８ａを形成している。これにより、金属ミラー電極５８の仕事関数をＩＴＯ透明電極５３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５３側からの励起、ＥＮＭ，ＥＰＭは金属ミラー電極５８側からの励起を示す。

図６の構成によれば、両電極５３，５８から励起する電子およびホールの励起確率がかなり似た値になる。これにより、液晶層５５と液晶配向膜５４，５７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、両電極側で同一にはならないが、似た量になる。したがって、液晶層５５と液晶配向膜５４，５７でトラップされた電子やホールの電荷によって、ＩＴＯ透明電極５３と金属ミラー電極５８との間に発生する電界の強さをかなり弱めることができる。

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。

ただし、液晶変調素子の動作中は、図中に矢印ＶＰＰで示される液晶層に印加される電界は、フィールド反転ドライブ方式で印加されている。したがって、両電極と液晶層との間のエネルギーポテンシャル（エネルギー準位、仕事関数）の相対的な関係は歪む。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およびフォトンエネルギーの量によって変動する。

このようにエネルギーポテンシャルの関係が歪んだり、液晶変調素子に入射する光量によって電子やホールの励起確率が変化したりする。このため、液晶表示装置の表示モード（画像変調素子に入射する光量の違い）によってフリッカを抑制又は最小にするための最適なＩＴＯ透明電極５３と金属ミラー電極５８間の電位差（フィールド反転ドライブ方式にてＩＴＯ透明電極５３に印加される直流電圧の電位と画素電極である金属ミラー電極５８に印加される交流電圧の中心電位との電位差としての対向電極間電位差）であるフリッカ最小電極間電位差が異なる。そのため、ある表示モードでフリッカを抑制することが可能なフリッカ最小電極間電位差であっても、別の表示モードではフリッカを抑制することができない可能性がある。

尚、ここで液晶表示装置の表示モードとしては、スタンダードモード、シネマモード、コントラストモードなどがある。それらのモードは、光源の明るさ状態や、光源と液晶表示素子との間の光路への光学フィルタの挿抜状態（進退状態）や、光源と液晶表示素子との間の光路内の絞りの有無、或いは光源と液晶表示素子内に配置された絞りの開口径が異なる複数の表示モードである。

そこで、本発明では、表示モードごとのフリッカ最小電極間電位差（つまりは、第１および第２の情報）をあらかじめメモリに記憶させておき、モードが変更された場合には、対向電極間電位差も変更する。これにより、モードに応じたフリッカの抑制が可能になる。

本実施例において、フリッカとは、目に見えない程度の光量変動（フリッカ）も含めてフリッカと称している。そして、「フリッカを抑制する」とは、液晶表示装置において発生するフリッカ（光量変動としてのフリッカ）を人間の目で視認されない（或いは視認されにくい）範囲（特定範囲）内に抑えることであって、フリッカを完全に無くすことに限定されない。

具体的には、同一の画像信号を液晶表示装置に入力し続けた場合に、液晶層に印加される電圧（実効電圧）の正の電圧の絶対値と負の電圧の絶対値との差が４００ｍＶ以下（好ましくは３００ｍＶ以下、より好ましくは２００ｍＶ以下）であれば良い。別の言い方をすれば、フリッカを最小にすることが可能なＩＴＯ透明電極の電位に対する、実際にＩＴＯ透明電極に付与している電位のずれが、２００ｍＶ以内（好ましくは１５０ｍＶ以内、より好ましくは１００ｍＶ以内）であれば構わない。勿論、ミラー電極（画素電極）についても同じことが言える。

ここで、一般に、液晶変調素子は、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電極間電位差が減少方向に変化し、時間Ｔ１後は特定の電位にて定常化する特性を有する。これは、液晶変調素子に入射する光の強度等の様々な外的要因によるものである。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電極間電位差は０Ｖである。

例えば、液晶変調素子に３ｍＷ／ｃｍ^２程度の高強度光を照射すると、３０分程度でフリッカ最小電極間電位差が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、本実施例のフリッカ最小電極間電位差の定義としては、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差とする。

具体的には、ある連続した２分間フリッカ最小電極間電位差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電極間電位差の平均値の差が１０ｍＶ以下となるような状態を定常状態とする。

この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量であるが、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、この量を３０ｍＶとしてもよい。

なお、一般に、定常状態のフリッカ最小電極間電位差は、さらに液晶変調素子の使用時間の増加とともに変化する。このため、使用時間に対応するフリッカ最小電極間電位差を表示モードごとにメモリに記憶させておいてもよい。

図１には、本発明の実施例である液晶表示装置１の構成を示す。本実施例の液晶表示装置１は、反射型液晶変調素子（反射型液晶パネル）を搭載した投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）であり、画像をスクリーン２００に投射表示する。

なお、本実施例では、投射型液晶表示装置について説明するが、本発明は、液晶テレビ等の他の液晶表示装置にも適用することができる。

液晶表示装置１は、筐体１ａと、ランプ１０と、照明光学系２０と、色分解合成光学系３０と、投射レンズ４０と、反射型液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂと、光学フィルタ６０と、メモリ７０と、制御手段としてのコントローラ８０とを有する。

筐体１ａは、液晶表示装置１を構成する以下の構成要素を収納する。筐体１ａの一部からは、投射レンズ４０の一部が外部に露出している。尚、投射レンズ４０の全体が筐体１ａ内に収納されていてもよい。また、筐体１ａは、液晶表示装置１の傾きを調整する調整機構を有している。

ランプ１０は、発光管１１と、リフレクタ１２とを有する。発光管１１は、図示しない電源供給部からの電力を受けて放電し、連続スペクトルの白色光を発する。

リフレクタ１２は、発光管１１からの光を所定の方向に集光する。リフレクタ１２は、反射率の高いミラー等によって構成されており、放物面形状や球面形状を有する。なお、γは、ランプ１０から投射レンズ４０までの光学全系の光軸である。

照明光学系２０は、ランプ１０からの光を色分解合成光学系３０に転送する。照明光学系２０は、シリンダアレイ２１及び２２と、紫外線吸収フィルタ２３と、偏光変換素子２４と、フロントコンプレッサ２５と、全反射ミラー２６と、コンデンサーレンズ２７と、リアコンプレッサ２８とを有する。

シリンダアレイ２１は、光軸γおよび図の紙面に直交する垂直方向においてのみ屈折力を有する複数のレンズセルにより構成されたレンズアレイであり、ランプ１０からの光を複数の光束に分割する。シリンダアレイ２２は、シリンダアレイ２１の個々のレンズセルに対応した複数のレンズセルを複数有するレンズアレイであり、上記複数の光束のそれぞれに偏光変換素子２４の近傍にて２次光源像を形成させる。

紫外線吸収フィルタ２３は、ランプ１０からの光のうち紫外線成分を吸収する。紫外線吸収フィルタ２３は、シリンダアレイ２１とシリンダアレイ２２との間に配置されている。

偏光変換素子２４は、ランプ１０からの無偏光光を所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する。

フロントコンプレッサ２５は、光軸γに直交し図の紙面に平行な水平方向においてのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されている。

全反射ミラー２６は、ランプ１０（フロントコンプレッサ２５）からの光を反射して、光学系の光軸を９０度曲げる。

コンデンサーレンズ２７は、シリンダアレイ２１，２２により分割された複数の光束を集光する。リアコンプレッサ２８は、水平方向においてのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されている。フロントコンプレッサ２５、コンデンサーレンズ２７およびリアコンプレッサ２８の光学的作用により、上記複数の光束は互いに重なり合い、矩形の均一な照明エリアを形成する。この照明エリアに後述する反射型液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの表示面が配置される。

色分解合成光学系３０は、ランプ１０からの白色光を青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）に色分解して３つの液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに導き、該３つの液晶変調素子からの青光、赤光および緑光を合成する。色分解合成光学系３０は、ダイクロイックミラー３１と、偏光板３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、偏光ビームスプリッタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、１／４波長板３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂと、色選択性位相差板３６ａ，３６ｂとを有する。

ダイクロイックミラー３１は、青光と赤光を反射して緑光を透過する。

偏光板３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、透明基板に偏光素子を貼り合わせて製作され、Ｓ偏光のみを透過する。偏光板３２ａは、緑光の光路において偏光ビームスプリッタ３３ａの前に配置された入射側偏光板であり、偏光板３２ｂは、赤青光の光路において偏光ビームスプリッタ３３ｂの前に配置された入射側偏光板である。また、偏光板３２ｃは、赤青光の光路において、偏光ビームスプリッタ３３ｂと３３ｃの間に配置された出射側偏光板である。

色選択性位相差板３６ａは、偏光板３２ｂから射出した青光の偏光方向を９０度変換し、赤光の偏光方向は変換しない。

偏光ビームスプリッタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、Ｐ偏光を透過してＳ偏光を反射する偏光分離面を有する。偏光ビームスプリッタ３３ａは、偏光板３２ａから射出した緑のＳ偏光を反射する。また、偏光ビームスプリッタ３３ｂは、色選択性位相差板３６ａから射出した青のＰ偏光を透過し、赤のＳ偏光を反射する。

１／４波長板３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂはそれぞれ、偏光ビームスプリッタ３３ａ，３３ｂから射出した直線偏光の乱れを修正して液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに導く。

本実施例の液晶表示装置１には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置３００から供給される画像情報（画像信号）が入力される。液晶表示装置１と画像供給装置３００により画像表示システムが構成される。

コントローラ８０は、入力された画像情報に応じて反射型液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂを駆動する。これにより、液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに入射した光が画像変調されるとともに反射する。

液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂで反射した赤光、緑光および青光は、再び１／４波長板３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂを介して偏光ビームスプリッタ３３ａ，３３ｂに入射する。

偏光ビームスプリッタ３３ａを透過した緑のＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ３３ｃに入射し、該偏光ビームスプリッタ３３ｃを透過して投射レンズ４０に向かう。偏光ビームスプリッタ３３ｂを透過した赤のＰ偏光と偏光ビームスプリッタ３３ｂで反射した青のＳ偏光は、色選択性位相差板３６ｂに入射する。

色選択性位相差板３６ｂは、赤光の偏光方向を９０度変換し、青光の偏光方向は変換しない。これにより、赤光と青光のＳ偏光が偏光ビームスプリッタ３３ｃに入射し、該偏光ビームスプリッタ３３ｃで反射されて投射レンズ４０に向かう。

投射レンズ４０は、偏光ビームスプリッタ３３ｃで色合成された光をスクリーン２００に向けて投射する。投射レンズ４０は、鏡筒４０ａ内に収納された不図示の複数のレンズで構成されている。

光学フィルタ６０は、ランプ１０からの光のうち特定の波長帯域をカットする。光学フィルタ６０は、本実施例では、ランプ１０と色分解合成光学系３０との間の光路上に配置されている。光学フィルタ６０は、不図示の移動機構によって、上記光路に対して進退可能である。

図２には、反射型液晶変調素子５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの構造を示す。以下の説明において、反射型液晶変調素子には符号５０を付す。

液晶変調素子５０は、対向基板５１と、液晶層５５と、駆動基板５６とを有する。対向基板５１は、液晶層５５を後述する駆動基板５６との間に挟み込む。対向基板５１は、ガラス基板５２と、透明電極５３と、配向膜５４とを有する。

ガラス基板５２は、入射光を透過し、透明電極５３を保持する。透明電極５３は、インジウムとスズの酸化物であるインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）の薄膜であり、ガラス基板５２の表面に薄膜として形成される。

配向膜５４は、液晶分子を一定の方向に向かわせる機能を有する。配向膜５４は、透明電極５３の表面にコーティングされた薄膜であり、液晶をＶＡＮ配向させるための酸化ケイ素を主成分とするポーラス状の斜方蒸着液晶配向膜である。

液晶層５５として、本実施例では、ネマティック液晶を使用している。ネマティック液晶は、液晶分子が全体的にほぼ一定方向を向いており、それ以外の規則性が少ない並び方をしている。液晶層５５は、配向膜５４と後述する配向膜５７との間に配置されている。

駆動基板５６は、配向膜５７と、画素電極５８と、Ｓｉ基板５９とを有する。配向膜５７は、画素電極５８の表面にコーティングされた薄膜であり、液晶をＶＡＮ配向させるための酸化ケイ素を主成分とするポーラス状の斜方蒸着液晶配向膜である。

画素電極５８は、Ｓｉ基板５９上に形成され、透明電極５３とともに液晶層５５に電界を印加する機能を有する。画素電極５８は、ミラー面としても機能するアルミニウム又はアルミニウム合金から構成される複数の金属ミラー電極である。

図１において、コントローラ８０は、ＣＰＵやマイクロコンピュータにより構成され、透明電極５３に所定の直流電圧を印加する。また、コントローラ８０は、画像供給装置３００から供給される画像情報に応じた交流電圧を画素電極５８に印加する。

これにより、液晶層５５の画素電極５８側の端部には、透明電極５３側の端部の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所定周期（周期的に）で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、透明電極５３が第１の電極に相当し、画素電極５８が第２の電極に相当する。

メモリ７０は、フリッカの発生を抑制又は最小とするために透明電極５３と画素電極５８との間に与えられる最適な電極間電位差（フリッカ最小電極間電位差）を示す制御情報としてのフリッカ最小電位差情報をあらかじめ記憶している。

ここで、本実施例の液晶表示装置１は、プレゼンテーションモード、シネマモード、色重視色域モードなどの複数の表示モードを有し、使用者が不図示のモード選択スイッチを操作することで、該複数の表示モードのうち１つを選択設定することができる。なお、これら複数の表示モードのうち任意の２つが第１および第２のモードに相当する。ただし、第１および第２のモードを有するとは、２つのモードのみを有することを意味するわけではなく、少なくとも２つのモードを有するという意味にすぎない。

プレゼンテーションモードでは、ランプ１０の出力（光量）が最大に設定され、かつ光学フィルタ６０を光路に挿入しないモードである。このため、液晶変調素子５０に入射する光強度は複数の表示モード間で最大となる。

シネマモードでは、ランプ光量はプレゼンテーションモードよりも低く設定される。このため、液晶変調素子５０に入射する光強度はプレゼンテーションモードより弱い。また、光学フィルタ６０は光路内に挿入されない。

色重視色域モードでは、ランプ光量はシネマモードと同等であるが、光学フィルタ６０が光路に挿入される。このため、液晶変調素子５０に入射する光強度は複数の表示モード間で最小となる。このように、液晶変調素子５０に入射する光強度が表示モードごとに異なる。

そして、これらの表示モードにおいて液晶変調素子５０に照射される光量エネルギーが変わることで、液晶界面層のチャージアップ量が変化し、対向する画素電極５８とＩＴＯ透明電極５３との間で異なる電位差が発生する。

図３には、ランプ１０の明るさを変えたとき、すなわち表示モードを切り換えた場合におけるランプ点燈開始（光照射開始）からの経過時間に応じた上記フリッカ最小電極間電位差（図には、対向電極間電位差と記す）を示している。

モードＡ（第１のモード）とモードＢ（第２のモード）において、液晶変調素子５０に照射される光強度をそれぞれ照射強度Ａおよび照射強度Ｂとする。照射強度Ａは照射強度Ｂより強い。

照射強度Ａの場合、照射強度Ｂより強い強度の光が液晶変調素子５０に照射されることにより、対向電極間電位差のシフト量（飽和した部分の電位）が大きくなる。

本実施例では、モードＡおよびモードＢのそれぞれでの最適な対向電極間電位差を示す制御情報として第１のフリッカ最小電位差情報（第１の情報）と第２のフリッカ最小電位差情報（第２の情報）とがメモリ７０に記憶されている。そして、コントローラ８０は、モードＡが設定された場合は、メモリ７０から第１のフリッカ最小電位差情報を読み出し、該情報に対応した対向電極間電位差を透明電極５３と画素電極５８との間に与える。また、モードＢが設定された場合は、メモリ７０から第２のフリッカ最小電位差情報を読み出し、該情報に対応した対向電極間電位差を透明電極５３と画素電極５８との間に与える。これにより、表示モードが切り替えられても、フリッカや焼き付きの発生が良好に抑制され、液晶表示装置１の品位を高めたり、長期的な信頼性を向上させたりすることができる。

図７を用いて、本実施例の液晶表示装置１におけるコントローラ８０の動作（制御方法）を説明する。この動作は、コントローラ８０内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

まず、コントローラ８０は、液晶表示装置１の電源が投入されると、表示モードが切り替えられたか否かを判定する（ステップ５０１）。そして、切り替えられたモードがどのモードであるかを確認する。

次に、切り替えられたモードに対応するフリッカ最小電位差情報をメモリ７０から読み出す（ステップ５０３）。

そして、読み出したフリッカ最小電位差情報に対応する対向電極間電位差を透明電極５３と画素電極５８との間に与えるよう制御する（ステップ５０５）。

なお、上記実施例では、メモリ７０に各モードでの最適な対向電極間電位差を示すフリッカ最小電位差情報が記憶されている場合について説明した。しかし、フリッカ最小電位差情報として、各モードでの最適な対向電極間電位差を計算するための演算式の情報が記憶されていてもよい。この場合、コントローラ８０は、モードに応じた演算式の情報をメモリ７０から読み出して最適な対向電極間電位差を算出し、該算出された電位差を透明電極５３と画素電極５８間に与える。

本発明の実施例である液晶表示装置の構成を示す平面図。 図１に示す液晶変調素子の構造を示す断面図。 図１の液晶表示装置のモードごとの液晶変調素子５０のフリッカ最小電位差を示すグラフ。 図１に示す液晶変調素子と偏光ビームスプリッタとを示すブロック図。 図５は、実施例と従来に共通の液晶変調素子の基本構造を示す断面図。 図６は、従来の液晶変調素子における液晶界面層へのチャージアップ現象を説明する図。 図７は、実施例の液晶表示装置の制御プログラムの内容を示すフローチャート。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１ａ 筐体
１０ ランプ
２０ 照明光学系
３０ 色分解合成光学系
４０ 投射レンズ光学系
５０ 液晶変調素子
６０ 記憶部
７０ 制御部
８０ 光学フィルタ

Claims (7)

1. 透明電極と反射電極の間に液晶層が設けられ、光源からの光を変調する反射型液晶変調素子と、
   前記透明電極に直流電圧を印加し、前記反射電極に交流電圧を印加して、前記透明電極と前記反射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透明電極と前記反射電極の電位差を制御する制御手段と、
   前記透明電極と前記反射電極の電位差に関する制御情報を記憶したメモリとを有する液晶表示装置であって、
   前記光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量が互いに異なる第１のモード又は第２のモードを選択する選択手段を有し、
   前記第１のモードにおいて前記光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量は、前記第２のモードにおいて前記光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量よりも多く、
   前記制御手段は、前記第１のモードが設定された場合は、前記制御情報のうち前記第１のモードに対応した第１の情報に基づいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位を制御し、前記第２のモードが設定された場合は、前記制御情報のうち前記第２のモードに対応した第２の情報に基づいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位を制御し、
   前記第１のモードにおいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位を、前記反射電極に印加される交流電圧の中心電位と前記透明電極の電位との電位差を小さくするように、前記第２のモードにおいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位よりも大きくすることを特徴とする液晶表示装置。
2. 光照射開始から前記透明電極と前記反射電極の間の電位差の変化が飽和するまでの前記反射電極に印加される交流電圧の中心電位と前記透明電極の電位の電位差のシフト量は、前記第１のモードの方が、前記第２のモードよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射型液晶変調素子は、前記第１モードと前記第２モードにおいて、液晶層の界面におけるチャージアップ量が変化し、対向する反射電極と透明電極との間で異なる電位差が発生する反射型液晶変調素子であ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。
4. 前記反射型液晶変調素子は、前記第１のモードと前記第２のモードのいずれにおいても反射型液晶変調素子として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１および第２のモードは、前記光源の明るさ状態、前記光源と前記反射型液晶変調素子との間の光路への光学フィルタの進退状態及び前記光源と前記反射型液晶変調素子との間の光路に配置された開口絞りの開口径の大きさのうち少なくとも１つが異なるモードであ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。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の液晶表示装置と、
   該液晶表示装置に画像情報を供給する画像供給装置を有することを特徴とする画像表示システム。
7. 透明電極と反射電極の間に液晶層が設けられた反射型液晶変調素子に入射する光量が互いに異なる第１のモードおよび第２のモードを有し、前記第１のモードにおいて光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量は、前記第２のモードにおいて前記光源から前記反射型液晶変調素子に入射する光量よりも多く、前記透明電極に直流電圧を印加し、前記反射電極に交流電圧を印加して、前記透明電極と前記反射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透明電極と前記反射電極の電位差を制御する液晶表示装置の制御方法であって、
   前記第１および第２のモードのうち設定されたモードを判定するステップと、
   前記透明電極と前記反射電極の電位差に関する制御情報であって前記第１のモードに対応した第１の情報と前記第２のモードに対応した第２の情報のうち前記設定されたモードに応じた情報をメモリから読み出すステップと、
   前記メモリから読み出した情報に基づいて、前記第１のモードにおいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位を、前記反射電極に印加される交流電圧の中心電位と前記透明電極の電位との電位差を小さくするように、前記第２のモードにおいて前記透明電極に与えるグランドに対する電位よりも大きくするよう制御するステップとを有することを特徴とする液晶表示装置の制御方法。