JP5273951B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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荷電性粒子（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、荷電性粒子が、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荷電性粒子の電荷によって増減し、実質的に液晶層へ印加される電界が減衰又は増大する。

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、液晶層の内部や液晶層を囲む外壁材等にも荷電性粒子が存在しており、特に高温環境下において液晶を駆動することで、これらの荷電性粒子がドリフト（移動）する。そして、これらの荷電性粒子は、液晶層内部で直流電界成分となり、液晶層界面の配向膜又は電極界面に付着し、液晶分子の配向方向に沿ってドリフト及び堆積することになる。

また、有機配向膜を有する液晶変調素子においては、高温環境下において液晶を駆動することによる荷電性粒子のドリフトに加え、液晶変調素子に光が入射することによって配向膜や液晶やシール材等の有機材料が分解されて荷電性粒子が発生する。これらの荷電性粒子も、液晶層内部で直流電界成分となり、液晶層界面の配向膜又は電極界面に付着し、さらに液晶分子の配向方向にドリフト及び堆積する。

そして、液晶層の特定領域に堆積した荷電性粒子によって、液晶に印加される実効電界が変化することで、所望のＥＣＢ変調が行われず、画像の品位を劣化させる。例えば、液晶表示素子の有効表示領域内で輝度むらを生じさせる。

このような問題に関する対策が、特許文献１〜４にて開示されている。

特許文献１には、画像表示動作時以外のときに、液晶セルの画素電極及び対向電極の少なくとも一方の電位をグランドレベルにすることによって、焼きつき現象を起こす要因となるイオンを配向膜や電極界面から解離させる方法が開示されている。

また、特許文献２には、液晶変調素子の非表示領域にイオントラップ電極領域を設け、該イオントラップ電極に直流電圧を印加することで画像表示に影響を与えない非表示領域のイオントラップ電極領域に不純物イオンを吸着する方法が開示されている。

また、特許文献３には、画素電極と異なる位置に金属膜電極を配置し、金属膜電極と共通電極との間に直流電圧を印加することで、表示領域における可動性イオンの濃度を低減し、フリッカー現象を抑制する方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、液晶封入口近傍の２枚の電極基板に設けられた対向する面に、透明電極と独立して設置されたイオントラップ電極を設け、このイオントラップ電極に電圧を印加してイオン性不純物をトラップする方法が開示されている。

以上のように、外部からの電圧制御によって液晶変調素子内部の荷電性粒子をコントロールすることで、画像表示の品位を良好にすることが可能である。
特開２００５−５５５６２号公報 特開平８−２０１８３０号公報 特開平１１−３８３８９号公報 特開平５−３２３３３６号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された方法では、液晶変調素子の回路内部に対向電極をグランドレベルに落とすためのスイッチング部を設ける必要があるため、液晶変調素子の製造工程が増える。また、対向電極をグランドレベルにするだけでは、配向膜や電極界面に付着しているイオンを引き剥がす力がクーロン力に比べて弱く、効果が低い。

また、特許文献２〜４にて開示されている方法では、非表示領域に新たにイオンを引き寄せるイオントラップ電極を設けるため、やはり製造工程が増加する。しかも、イオン不純物の引き寄せはクーロン力で行われるが、クーロン力は距離の２乗に反比例するため、イオントラップ電極から離れた位置に発生するイオンを効率良く引き寄せることができない。

本発明は、液晶変調素子に新たなスイッチング部やイオントラップ電極等の構成を追加することなく、液晶層内での荷電性粒子の堆積による影響を回避できるようにした液晶表示装置を提供する。

本発明の一側面としての液晶表示装置は、第１の電極及び第２の電極、該第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層、第１の電極と液晶層との間に配置された第１の配向膜、及び第２の電極と液晶層との間に配置された第２の配向膜を含む液晶変調素子と、液晶変調素子の変調動作状態において、液晶層に生じる電界の符号が周期的に反転するように第１及び第２の電極にそれぞれ第１及び第２の電位を与える制御手段を有する。そして、制御手段は、変調動作状態以外の状態において、液晶層に生じる電界の符号が一定となるように該第１及び第２の電極にそれぞれ第３及び第４の電位を与え、第３及び第４の電位として、液晶層の面内方向において同じ電位を第１及び第２の電極に与える第１の制御と、第３及び第４の電位として、該第３及び第４の電位の差が液晶層の面内方向において変化する電位を第１及び第２の電極に与える第２の制御とを行うことを特徴とする。

本発明によれば、変調動作状態において第１及び第２の電位が与えられる電極に第３及び第４の電位を与えることで、液晶層と配向膜との界面に付着したり液晶層内で堆積したりした荷電性粒子を強制的に該界面から解離させたり拡散させたりすることができる。このため、液晶変調素子に新たなスイッチング部やイオントラップ電極等の構成を追加することなく、荷電性粒子の影響による画像の品位の低下を抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である液晶表示装置としての液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。

３は制御手段としての液晶パネルドライバであり、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５０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。液晶パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、パネル駆動信号に応じた変調動作によって後述する照明光学系からの光（色分解された光）を変調する。これにより、画像供給装置５０から入力された画像情報の各色成分に応じた画像を表示する。

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。

本実施例にて用いられてい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は、垂直配向モード（例えば、ＶＡＮ型）の反射型液晶変調素子である。

図２には、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に共通の断面構造を示している。光が入射する側から順に、１０１はＡＲコート膜、１０２はガラス基板である。また、１０３はガラス基板１０２上に形成されたＩＴＯ等により形成される透明電極膜（第１の電極）である。１０４は透明電極膜１０３と後述する液晶層との間に配置された第１の配向膜である。１０５は第１の配向膜１０４と第２の配向膜１０６との間に配置された液晶層である。１０７は透明電極膜１０３に対向配置され、アルミ等の金属により形成された反射画素電極層（第２の電極）である。１０８は反射画素電極層１０７が形成されたＳｉ基板である。なお、透明電極膜１０３及び反射画素電極層１０７は、以下まとめて電極層という場合もある。

図９には、画像表示のための変調動作状態（液晶駆動状態）における液晶パネルドライバ３による電極層１０３，１０７への印加電圧の制御によって、液晶層１０５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１０５の実効電界（電位差）である。液晶パネルドライバ３は、コンピュータプログラムを内部に格納し、該プログラムに従って、電極層１０３，１０７への印加電圧を制御する。

なお、以下の説明において、各電極又は液晶層への印加電圧とは、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、反射画素電極層１０７に与えられる交流電位の中心値を中心電位という。

反射画素電極層１０７を介して液晶層１０５の反射電極側端部に与えられる電圧（電界）は、特定周期αを持った交流電圧（実線）Ｖ２であり、透明電極膜１０３を介して液晶層１０５の透明電極側端部に与えられる電圧（電界）は、直流電圧（破線）Ｖ１である。このとき、透明電極膜１０３に与えられる直流電圧は第１の電位に相当し、反射画素電極層１０７に与えられる交流電圧は第２の電位に相当する。

液晶層１０５に生じる実効電界は、これら交流電圧Ｖ２と直流電圧Ｖ１との差に応じて発生し、特定周期αで正の電界ＰＶと負の電界ＮＶとが交互に切り換わる交流電界である。すなわち、液晶層１０５に生じる電位差が正と負とに周期的に変化する。更に言い換えれば、液晶層に生じる電界の符号が周期的に反転するように（正と負とに周期的に変化するように）両電極に電位を（電位差を）与える。液晶変調素子の変調動作状態（画像表示状態）においては、上記のような電圧（電位、電界）の制御を制御手段によって行う。

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、両電極層１０３，１０７に与えられる電圧（電界）に、配向膜１０４，１０６の抵抗による電圧降下や、各配向膜でトラップされる電荷（電子やホールの電荷）の作り出す微小な電圧（電界）が全て重畳されたものである。

図３には、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をガラス基板１０２側から見て示している。１１０は第１配向膜１０４によって配向された液晶分子のダイレクタ方向（プレチルト方向）である。１１１は第２の配向膜１０６によって配向された液晶分子のダイレクタ方向（プレチルト方向）である。１１２は液晶パネルの有効表示領域であり、ダイレクタ方向１１０及び１１１はともに配向膜面の法線に対して数度傾いており、かつ傾く方向が互いに相反している。

有効表示領域１１２の短辺１１２ａ及び長辺方向１１２ｂに対して約４５度の方向に配向処理がなされている。

プロジェクタでは、高輝度なランプからの光照射により、液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの温度が上昇し、常温動作環境下においては約４０℃になるように制御される。しかし、プロジェクタを長期間使用すると、液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは長期間にわたって昇温状態（高温状態）となり、さらに液晶分子が画像表示のために駆動されることで、以下のような問題が生じる。

液晶層１０５の内部やその周辺の有機物質であるシール材料、第１の配向膜１０４，第２の配向膜１０６及び電極層１０３，１０７等の界面付近には、荷電性粒子１１３が存在する。図４及び図５に示すように、この荷電性粒子１１３は、上記長期間使用によって、反射画素電極層１０７側の第２の配向膜１０６との界面に沿って液晶分子のダイレクタ方向に進み、有効表示領域１１２の第２の配向膜１０６側の対角領域に堆積する。ここでの荷電性粒子１１３の電荷は、負の符号の電荷である。なお、図４は液晶パネルの断面図、図５は液晶パネルをガラス基板１０２側から見た図である。

そして、上記のように第２の配向膜１０６と液晶層１０５との界面に堆積した荷電性粒子１１３によって、液晶層１０５に生じる実効電界が変化してしまう。その結果、荷電性粒子が堆積した領域の画像の品位が低下してしまう。

本実施例は、このように堆積した荷電性粒子１１３を第２の配向膜１０６の界面及び有効表示領域１１２の対角領域から浮遊させるために、液晶パネルドライバ３によって、電極層１０３，１０７への印加電圧の制御を行う。この印加電圧制御は、プロジェクタの変調動作状態以外の状態（以下、非変調動作状態という）、つまりは液晶層１０５に上述した交流電界を生じさせていない状態（電極層１０３，１０７に第１及び第２の電位を与えていない状態）にて行われる。

まず、図６に示すように、堆積した荷電性粒子１１３を液晶層１０５の内部に浮遊させるために、透明電極膜１０３に正の電圧（第３の電位）を、反射画素電極層１０７に負の電圧（第４の電位）を印加する。ここで、反射画素電極層１０７に印加する電圧は負で無くても構わない。具体的には、反射画素電極層１０７に印加する電圧と透明電極膜１０３に印加する電圧とを比較したときに、反射画素電極層１０７に印加する電圧が、同じ符号の電圧であるが相対的に負の電圧になれば足りる。すなわち、反射画素電極層１０７に印加する電圧が、透明電極膜１０３に印加する電圧よりも低ければ（マイナス側であれば）よい。もちろん、反射画素電極層１０７に印加する電圧と透明電極膜１０３に印加する電圧との両者をプラスの電圧にしても、両者をマイナスの電圧にしても、一方をプラス、他方をマイナスにしても、上述の条件を満足していればよい。これは後述する実施例においても同じである。

図７には、両電極層１０３，１０７に対する印加電圧１０３ａ，１０７ａを示す。図７から分かるように、反射画素電極層１０７への印加電圧（第４の電位）１０７ａは、透明電極膜１０３への印加電圧（第３の電位）１０３ａに対して負の電圧である。両電極層１０３，１０７への印加電圧１０３ａ，１０７ａは、時間に経過によって変化しない一定の直流電圧である。ただし、ここにいう一定の電圧とは、全く変動がない電圧だけでなく、電源電圧の変動や制御誤差等によって同一電圧とみなせる範囲でのみ変動する電圧も含む。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

これにより、液晶層１０５には、周期的に正と負に変化しない負の直流電界が発生する。なお、周期的に正と負に変化しないように、液晶層１０５に直流電界を印加する範囲内において、その直流電界の強さが変動しても構わない。すなわち、両電極の電圧（電位）は変化しても構わないが、一方の電極の電圧（電位）に対する他方の電極の電圧（電位）の符号が変化しない方が望ましい。更に言い換えれば、液晶層に生じる電界の符号が一定となるように（正のまま一定、或いは負のまま一定となるように）両電極に電位を（電位差を）与える。液晶変調素子の変調動作状態以外（画像非表示状態、装置起動中、スリープ状態中、装置終了動作中等）においては、上記のような電圧（言い換えれば、電位又は電界）の制御を液晶パネルドライバ３によって行う。

また、透明電極膜１０３及び反射画素電極層１０７に印加される電圧は、液晶層１０５の面内方向、すなわち厚さ方向に対して直交する方向（液晶パネルの表示面内方向又は変調面内方向とも言える）において、同じである。但し、荷電性粒子が堆積している領域の液晶層に印加される電圧を高くし（両電極間の電位差を大きくし）、その他の荷電性粒子の堆積量が少ない領域の液晶層に印加される電圧を低くするようにしてもよい。

そして、このような印加電圧制御を、非変調動作状態にて所定時間の間行う。これにより、図８のように液晶層１０５と第２の配向膜１０６の界面に付着又は堆積していた負の荷電性粒子１１３は、反射画素電極層１０７に印加された負の電圧に対するクーロン力による反発力によって、該界面から解離して液晶層１０５の内部に浮遊していく。

ここで、所定時間とは、上記堆積した荷電性粒子１１３の大部分（例えば、７０％以上）又は全てが、第２の配向膜１０６の界面から離れて、液晶層１０５の内部に浮遊するまでの時間である。

また、上記のように、液晶層１０５との界面に荷電性粒子１１３が堆積する第２の配向膜側の反射画素電極層１０７に印加される電圧の符号は、該荷電性粒子１１３の符号と同じ負である。

本実施例によれば、液晶層１０５と第２の配向膜１０６との界面に堆積した荷電性粒子１１３を、該界面から解離させて液晶層内にて浮遊させる。これにより、堆積した荷電性粒子１１３の影響による画像の品位の低下を抑制することができる。

なお、本実施例では、液晶層１０５と第２の配向膜１０６との界面に堆積する負の荷電性粒子１１３を界面から解離させる場合について説明したが、液晶層１０５と第１の配向膜１０４との界面には正の荷電性粒子が堆積する可能性がある。この場合も、上記と同様の印加電圧制御を行うことで、荷電性粒子を界面から解離させ、浮遊させることができる。この場合、液晶層１０５との界面に正の荷電性粒子が堆積する第１の配向膜１０４側の透明電極膜１０３に印加される電圧の符号は、荷電性粒子の符号と同じ正とするとよい。

実施例１でも説明したように、プロジェクタの長期間使用によって、負の荷電性粒子１１３が、第２の配向膜１０６側において液晶層１０５の有効表示領域１１２の一方の対角方向における対角領域付近に堆積する。

本実施例では、荷電性粒子１１３が堆積した対角方向とは異なる対角方向に荷電性粒子１１３を引き寄せて、荷電性粒子１１３を拡散（移動）させる。なお、本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付す。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

また、本実施例においても、変調動作状態では図９にて説明した交流電界が液晶層１０５に生ずるように透明電極膜１０３と反射画素電極層１０７への印加電圧が制御される。このことは、後述する他の実施例においても同じである。

一方、非変調動作状態では、透明電極膜１０３と反射画素電極層１０７に、液晶層１０５の面内方向においてこれらに印加される電圧の差（電極間電位差）が変化するように、すなわち分布を持つように電圧が印加される。具体的には、液晶層１０５内の荷電性粒子がより多く堆積する領域に対して、より大きい電極間電位差が生ずるように透明電極膜１０３と反射画素電極層１０７への印加電圧が制御される。このような印加電圧制御が、所定時間の間、行われる。

図１０には、反射画素電極層１０７に印加する有効表示領域１１２内での電圧の分布を示す。印加電圧が大きい領域１２２を明るく示し、印加電圧が小さくなるに連れて暗くなる領域１２３として示し、印加電圧が０の領域１２４を黒で示している。また、有効表示領域１１２に対応する反射画素電極層１０７の有効領域（画素有効領域）を太線１２５で示している。

図１０から分かるように、荷電性粒子１１３が堆積する対角方向Ａについては、電極間電位差は一定とし、対角方向Ａでの対角線上及びその近傍の領域１２４の電極間電位差は０としている。一方、もう１つの対角方向Ｂについては、電極間電位差の変化を大きくし、対角領域に近いほど電極間電位差を高くしている。

なお、領域１２２は最も荷電性粒子１１３が堆積する領域であり、第１の領域に相当する。また、領域１２３及び領域１２４は、領域１２２に対する第２の領域に相当する。

本実施例では、図１１〜図１３に示すように両電極層１０３，１０７への印加電圧（第３及び第４の電位）を設定する。

図１１は、図１０中の領域１２４での印加電圧を示す。透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂと反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂはともに、時間の経過によって変化しない一定の直流電圧である。また、両印加電圧１０３ｂ，１０７ｂは一致しており、電極間電位差は０となる。

なお、一致するとは、完全に一致する場合だけでなく、制御誤差等によって一致しているとみなせる範囲でのみ差がある場合も含む。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

また、図１２は、図１０中の領域１２２での印加電圧を示す。反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂは交流電圧であり、該交流電圧の最小値と透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂとが一致している。透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂは、直流電圧である。

このような印加電圧制御は、反射画素電極層１０７に、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂの時間積分値（図中に点線で示す）に相当する正の直流電圧を印加することと等価である。

図１３は、図１０中の領域１２３での印加電圧を示している。領域１２２と同様に、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂは交流電圧であり、該交流電圧の最小値と透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂとが一致している。透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂは、直流電圧である。ただし、反射画素電極層１０７に印加される交流電圧の最大値は、領域１２２で反射画素電極層１０７に印加される交流電圧の最大値よりも低い。

このような印加電圧制御は、反射画素電極層１０７に、透明電極膜１０３に対して、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂの時間積分値（図中に点線で示す）に相当する正の直流電圧を印加することと等価である。

この結果、領域１２２には、領域１２３よりも大きい電極間電位差１２０が与えられ、より高い直流電圧が印加されることになる。

図１４には、液晶パネルの断面構造を示している。この図には、上記領域１２２，１２３，１２４のうち液晶層１０５の印加電圧が０である領域１２４を除く領域１２２，１２３で液晶層１０５に印加される電圧の符号を示す。上述したように、反射画素電極層１０７の印加電圧１０７ｂは、透明電極膜１０３の印加電圧１０３ｂに対して正の電圧であり、液晶層１０５には周期的に正と負に変化しない正の直流電界が生じる。

液晶層１０５との界面に荷電性粒子１１３が堆積する第２の配向膜側の反射画素電極層１０７に印加される電圧の符号は、該荷電性粒子１１３の符号とは異なる正である。しかし、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂは、図１０に示すように、荷電性粒子１１３が堆積する対角方向Ａとは異なる対角方向Ｂにおける対角領域に向かって高くなる。

このため、第２の配向膜１０６の界面における対角方向Ａに堆積した負の荷電性粒子１１３は、図１５に示すように、クーロン力により対角方向Ｂに引き寄せられ、液晶層１０５内部で拡散する。

本実施例において前述した所定時間とは、上記対角方向Ａにおいて堆積した荷電性粒子１１３の大部分（例えば、７０％）又は全てが、他の対角方向Ｂに拡散するまでの時間である。

このようにして、特定の対角方向に堆積した荷電性粒子１１３を拡散させることにより、荷電性粒子１１３の堆積の影響による画像の品位の低下を抑制することができる。

実施例２でも説明したように、プロジェクタの長期間使用によって、負の荷電性粒子１１３が、第２の配向膜１０６側において液晶層１０５の有効表示領域１１２の一方の対角方向における対角領域付近に堆積する。

本実施例では、実施例２と同様に、非変調動作状態において、荷電性粒子１１３が堆積した対角方向とは異なる対角方向に荷電性粒子１１３を引き寄せて、荷電性粒子１１３を拡散させる。具体的には、実施例２で図１０を用いて説明したのと同様に、透明電極膜１０３と反射画素電極層１０７に、液晶層１０５の面内方向においてこれらに印加される電圧の差（電極間電位差）が変化するように電圧が印加される。具体的には、液晶層１０５内の荷電性粒子がより多く堆積する領域に対して、より大きい電極間電位差が生ずるように透明電極膜１０３と反射画素電極層１０７への印加電圧が制御される。このような印加電圧制御が、所定時間の間、行われる。

図１６〜図１８には、本実施例における上記所定時間の間での両電極層１０３，１０７への印加電圧を示す。

図１６は、図１０中の領域１２４での印加電圧を示す。透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂと反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂはともに、時間の経過によって変化しない一定の直流電圧である。また、両印加電圧１０３ｂ，１０７ｂは一致しており、液晶層１０５の印加電圧は０となる。

また、図１７は、図１０中の領域１２２での印加電圧を示す。反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂ及び透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂはともに、直流電圧である。反射画素電極層１０７には、透明電極膜１０３よりも高い（正の）直流電圧が印加される。

図１８は、図１０中の領域１２３での印加電圧を示している。領域１２２と同様に、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂ及び透明電極膜１０３への印加電圧１０３ｂはともに、直流電圧である。また、反射画素電極層１０７には、透明電極膜１０３よりも高い（正の）直流電圧が印加される。ただし、反射画素電極層１０７には、領域１２２において反射画素電極層１０７に印加される直流電圧よりも低い電圧が印加される。

この結果、領域１２２には、領域１２３よりも大きい電極間電位差が与えられ、より高い直流電圧が印加されることになる。

本実施例でも、実施例２で図１４を用いて説明したように、領域１２４を除く領域１２２，１２３で、反射画素電極層１０７の印加電圧１０７ｂは、透明電極膜１０３の印加電圧１０３ｂに対して正の電圧となる。そして、液晶層１０５には周期的に正と負に変化しない正の直流電界が生じる。

液晶層１０５との界面に荷電性粒子１１３が堆積する第２の配向膜側の反射画素電極層１０７に印加される電圧の符号は、該荷電性粒子１１３の符号とは異なる正である。しかし、図１０から分かるように、反射画素電極層１０７への印加電圧１０７ｂは、荷電性粒子１１３が堆積する対角方向Ａとは異なる対角方向Ｂにおける対角領域に向かって高くなる。

このため、配向膜１０６の界面における対角方向Ａに堆積した負の荷電性粒子１１３は、実施例２にて図１５を用いて説明したのと同様に、クーロン力により対角方向Ｂに引き寄せられ、液晶層１０５内部で拡散する。

所定時間とは、上記対角方向Ａにおいて堆積した荷電性粒子１１３の大部分（例えば、７０％）又は全てが、他の対角方向Ｂに拡散するまでの時間である。

このようにして、特定の対角方向に堆積した荷電性粒子１１３を拡散させることにより、荷電性粒子１１３の堆積の影響による画像の品位の低下を抑制することができる。

なお、本実施例では、反射画素電極層１０７に直流電圧を印加するので、実施例２のように反射画素電極層１０７に交流電圧を印加する場合に比べて、所定時間の間、常にクーロン力によって対角方向Ｂに荷電性粒子１１３を引き寄せることができる。このため、荷電性粒子１１３の拡散効果を高めることができる。

なお、本実施例２，３では、第２の配向膜側において対角領域に堆積した負の荷電性粒子１１３を拡散させる場合について説明したが、第１の配向膜１０４側において対角領域に正の荷電性粒子が堆積する可能性がある。この場合も、実施例２，３と同様の印加電圧制御を行うことで、該荷電性粒子を拡散させることができる。この場合、液晶層１０５との界面に正の荷電性粒子が堆積する第１の配向膜１０４側の透明電極膜１０３に印加される電圧の符号は、該荷電性粒子の符号とは異なる負とするとよい。

本発明の実施例４では、まず実施例１（図６〜図８）で説明した第１の印加電圧制御（第１の制御）を行って、第２の配向膜１０６の界面に堆積した荷電性粒子１１３を該界面から液晶層１０５内に浮遊させる。その後、実施例２（図１０〜１５）又は実施例３（図１６〜１８）で説明した第２の印加電圧制御（第２の制御）を行う。すなわち、荷電性粒子１１３が堆積した有効表示領域１１２の対角方向Ａとは異なる対角方向Ｂに荷電性粒子１１３を引き寄せ、荷電性粒子１１３を拡散させる。

このように、上記第１の印加電圧制御と第２の印加電圧制御とを切り替えて順次行うことにより、一方の印加電圧制御のみを行う場合に比べて、荷電性粒子１１３の影響による画像の品位の低下をより効果的に抑制することができる。

なお、第１の印加電圧制御と第２の印加電圧制御を行う順序は、上述した順序と逆であってもよい。

次に、本発明の実施例５である液晶プロジェクタについて説明する。ここでは、上記実施例１〜４にて説明した荷電性粒子１１３の解離又は拡散のための印加電圧制御を行う液晶パネルドライバ３の具体的な動作について、図１９Ａに示すフローチャートを用いて説明する。この動作は、液晶パネルドライバ３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。

ステップＳ３０１では、液晶パネルドライバ３は、プロジェクタの電源スイッチが投入された（電源ＯＮ）か否かを判別する。電源ＯＮの場合は、ステップＳ３０２にて、内部タイマーのカウントを開始する。このタイマーは、プロジェクタが変調動作状態となっている時間（画像表示時間）の積算値（画像表示積算時間）Ｔをカウントするものであり、前回までの画像表示積算時間に今回の画像表示時間を加算する。

電源ＯＮにより、プロジェクタは画像表示状態（液晶パネルの変調動作状態）となり、図９に示す印加電圧制御によって液晶パネルを駆動し、画像を表示（投射）する。

次に、ステップＳ３０３では、液晶パネルドライバ３は、電源スイッチがＯＦＦされたか否かを判別する。電源ＯＦＦでない場合はこの判別を繰り返し、電源ＯＦＦの場合は、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、非変調動作状態に移行したとして、上記タイマーによりカウントされた画像表示積算時間Ｔが所定積算時間Ｔａに達したか否かを判別する。この所定積算時間Ｔａは、液晶パネルにおいて液晶層１０５と第２の配向膜１０６との界面や有効表示領域１１２の対角領域に堆積した荷電性粒子１１３が画質に影響を与えると予想される時間として予め設定される。画像表示積算時間Ｔが所定積算時間Ｔａに達しない場合は、ステップＳ３０７にジャンプしてプロジェクタの所定の動作終了処理を行った後、電源を遮断する。

一方、画像表示積算時間Ｔが所定積算時間Ｔａに達した場合には、ステップＳ３０５に進み、実施例１〜４にて説明した、荷電性粒子１１３の解離又は拡散のための印加電圧制御を開始する。

ステップＳ３０５にて、実施例１〜３で説明した印加電圧制御を行う場合には、ステップＳ３０６で、該印加電圧制御を所定時間（実施例１〜３にて説明した所定時間）行ったか否かを判別する。まだ所定時間行っていない場合にはこの判別を繰り返す。所定時間行った場合には、ステップＳ３０７に進み、プロジェクタの所定の動作終了処理を行った後、電源を遮断する。

また、ステップＳ３０５にて、実施例４にて説明した印加電圧制御を行う場合は、図１９Ｂに示すように、ステップＳ３０６ａで、例えば、第１の電圧印加制御を実施例１で説明した所定時間（ここでは第１の所定時間という）行ったか否かを判別する。まだ第１の所定時間行っていない場合にはこの判別を繰り返し、第１の所定時間行った場合はステップＳ３０６ｂで第２の印加電圧制御を開始する。そして、ステップＳ３０６ｃで、第２の電圧印加制御を実施例２又は３で説明した所定時間（ここでは第２の所定時間という）行ったか否かを判別する。まだ第２の所定時間行っていない場合にはこの判別を繰り返し、第２の所定時間行った場合はステップＳ３０７に進み、プロジェクタの所定の動作終了処理を行った後、電源を遮断する。

なお、本実施例では、プロジェクタの電源ＯＦＦ時であって所定の画像表示積算時間の経過に応じて実施例１〜４にて説明した印加電圧制御を行う場合について説明した。しかし、該印加電圧制御の実施タイミングは、プロジェクタの電源ＯＮから液晶パネルが変調動作状態に移行するまでの間でもよい。また、ユーザーの操作に応じた任意のタイミングで行えるようにしてもよい。さらに、画像表示積算時間にかかわらず、プロジェクタの電源ＯＦＦや電源ＯＮごとに該印加電圧制御を行うようにしてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記各実施例は、垂直配向モードの液晶変調素子に対するものであるが、上記実施例の印加電圧制御を、垂直配向モード以外のＴＮ，ＳＴＮ，ＯＣＢ型等の液晶変調素子に適した形態に変形してこれらの液晶変調素子に適用してもよい。また、透過型液晶変調素子に適した形態に変形して実施してもよい。

本発明の実施例１〜５である液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例１〜５で用いられる液晶パネルの断面図。 上記液晶パネルにおける垂直配向モードのプレチルト方向を説明する図。 実施例１において、液晶パネル内で堆積した荷電性粒子を示す断面図。 実施例１において、液晶パネル内で堆積した荷電性粒子を示すガラス基板側から見た図。 実施例１において、荷電性粒子を浮遊させるための対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例１において、荷電性粒子を浮遊させるための対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例１において、印加電圧制御により浮遊した荷電性粒子を説明する図。 実施例における液晶パネルの交流駆動を説明する図。 実施例２において堆積した荷電性粒子を拡散させるために反射画素電極層に与える面内分布を説明する図。 実施例２において、図１０中の領域１２４での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例２において、図１０中の領域１２２での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例２において、図１０中の領域１２３での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例２において、堆積した荷電性粒子を拡散させるための対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例２において、堆積した荷電性粒子を拡散させた状態を示す図。 実施例３において、図１０中の領域１２４での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例３において、図１０中の領域１２２での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例３において、図１０中の領域１２３での対向電極への印加電圧を説明する図。 実施例５における液晶プロジェクタの動作を示すフローチャート。 実施例５における液晶プロジェクタの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０１ ＡＲコート膜
１０２ ガラス基板
１０３ 透明電極膜
１０４ 第１の配向膜
１０５ 液晶層
１０６ 第２の配向膜
１０７ 反射画素電極層
１０８ Ｓｉ基板
１１０，１１１ 液晶分子のダイレクタ方向（プレチルト方向）
１１３荷電性粒子

Claims (7)

1. 第１の電極及び第２の電極、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層、前記第１の電極と前記液晶層との間に配置された第１の配向膜、及び前記第２の電極と前記液晶層との間に配置された第２の配向膜を含む液晶変調素子と、
   前記液晶変調素子の変調動作状態において、前記液晶層に生じる電界の符号が周期的に反転するように前記第１及び第２の電極にそれぞれ第１及び第２の電位を与える制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記変調動作状態以外の状態において、前記液晶層に生じる電界の符号が一定となるように該第１及び第２の電極にそれぞれ第３及び第４の電位を与え、
   前記第３及び第４の電位として、前記液晶層の面内方向において同じ電位を前記第１及び第２の電極に与える第１の制御と、
   前記第３及び第４の電位として、該第３及び第４の電位の差が前記液晶層の面内方向において変化する電位を前記第１及び第２の電極に与える第２の制御とを行うことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の制御と、前記第２の制御を順次行うことを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記液晶層の面内方向において、前記液晶層内の荷電性粒子が堆積する領域を第１の領域とし、該第１の領域よりも前記荷電性粒子の堆積が少ない領域を第２の領域とするとき、
   前記制御手段は、前記第２の制御において、前記第２の領域での前記第３及び第４の電位の電位差を前記第１の領域での該電位差よりも大きくす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. 前記制御手段は、前記第１の制御において、前記第１及び第２の電極のうち前記液晶層との界面に該液晶層内の荷電性粒子が堆積する配向膜側の電極に印加する相対的な電位が、該荷電性粒子の符号と同じ符号となるように、前記第３及び第４の電位を与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記制御手段は、前記第２の制御において、前記第１及び第２の電極のうち前記液晶層との界面に該液晶層内の荷電性粒子が堆積する配向膜側の電極に、該荷電性粒子の符号と異なる符号の前記第３及び第４の電位を与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶変調素子は、垂直配向モードの反射型液晶変調素子であ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。
7. 第１の電極及び第２の電極、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層、前記第１の電極と前記液晶層との間に配置された第１の配向膜、及び前記第２の電極と前記液晶層との間に配置された第２の配向膜を含む液晶変調素子と、前記液晶変調素子の変調動作状態において、前記液晶層に生じる電界の符号が周期的に反転するように前記第１及び第２の電極にそれぞれ第１及び第２の電位を与える制御手段を有する液晶表示装置に、前記変調動作状態以外の状態において、前記液晶層に生じる電界の符号が一定となるように該第１及び第２の電極にそれぞれ第３及び第４の電位を与える制御ステップを実行させるプログラムであって、
   前記制御ステップは、前記第３及び第４の電位として、前記液晶層の面内方向において同じ電位を前記第１及び第２の電極に与える第１の制御ステップと、
   前記第３及び第４の電位として、該第３及び第４の電位の差が前記液晶層の面内方向において変化する電位を前記第１及び第２の電極に与える第２の制御ステップとを含むことを特徴とするプログラム。