專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用液晶調(diào)制元件(液晶顯示板或液晶顯示元件)調(diào)制光并且使用調(diào)制的光顯示圖像的圖像顯示裝置，并且更具體地說(shuō)涉及投影調(diào)制的光的投影儀顯示裝置。
背景技術(shù)：
使用用作兩維像素光開(kāi)關(guān)的液晶調(diào)制元件作為投影顯示裝置的圖像調(diào)制單元的液晶投影儀是公知的。主要使用扭曲向列型(TN)液晶元件和垂直排列向列型(VAN)液晶元件作為用于液晶投影儀的液晶調(diào)制元件。
液晶調(diào)制元件使用電控雙折射(ECB)效應(yīng)給通過(guò)液晶層的光波提供延遲以改變光波的偏振條件，因而形成圖像光。
在使用ECB效應(yīng)調(diào)制光強(qiáng)的液晶調(diào)制元件中，因?yàn)閷?duì)液晶層施加電壓(電場(chǎng)或電勢(shì)差)，所以液晶層中的離子性材料遷移。如果繼續(xù)向液晶層施加直流電流(DC)，將離子性材料吸引到彼此相對(duì)、其間具有液晶層的兩個(gè)電極的任一個(gè)上。然后，通過(guò)離子性材料形成的電壓抵消了施加到液晶層上的部分電壓，這就難以向液晶層施加具有所需強(qiáng)度水平的電壓。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常使用下面兩種方法。一種方法是線反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法，其中通過(guò)每隔一個(gè)像素線，即逐線反轉(zhuǎn)電壓的極性，在60Hz下切換電壓。另一種方法是場(chǎng)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法，其中通過(guò)每隔一個(gè)像素場(chǎng)，即逐場(chǎng)反轉(zhuǎn)電壓的極性，在60Hz下切換電壓。通過(guò)防止施加到液晶層上的電壓被偏置為一個(gè)極性，可以防止離子性材料的不均勻分布(即在液晶層中由離子性材料形成的電壓的產(chǎn)生)。
但是，離子性材料的遷移不是施加到液晶層上的實(shí)際電壓波動(dòng)的唯一原因(以下將這種電壓稱作“有效電壓”)。例如，在絕緣體的非導(dǎo)體膜(nonconductive film)(如液晶取向膜、增反射膜、用于防止金屬洗脫的無(wú)機(jī)鈍化膜等)中，電荷(如電子或空穴)自身有時(shí)被俘獲。這就增加了非導(dǎo)體膜界面上的充電，并且這種靜電充電可以改變液晶層的有效電壓。在這種靜電充電下，如果由上述反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法之一驅(qū)動(dòng)上述的液晶調(diào)制元件，正電勢(shì)差(電壓)的絕對(duì)值和負(fù)電勢(shì)差(電壓)的絕對(duì)值之間的差異變大，引起發(fā)生閃爍。即，施加正電勢(shì)差時(shí)的亮度和施加負(fù)電勢(shì)差時(shí)的亮度變得彼此不同，從而引起以60Hz的頻率交替顯示亮圖像和暗圖像的現(xiàn)象，即發(fā)生閃爍。如果正電勢(shì)差的絕對(duì)值和負(fù)電勢(shì)差的絕對(duì)值之間的差異變成200mV或更高，人眼可以觀察到這種現(xiàn)象(閃爍)。
當(dāng)中間有液晶層的兩個(gè)電極由相同的材料組成時(shí)(主要在透射型液晶調(diào)制元件中)，發(fā)生由于靜電充電引起的閃爍，并且當(dāng)兩個(gè)電極由不同的材料組成時(shí)(主要在反射型液晶調(diào)制元件中)，閃爍是更加明顯的。
舉例來(lái)說(shuō)，在美國(guó)專利第7,038,748號(hào)中公開(kāi)了由于靜電充電引起的閃爍問(wèn)題的解決方法。在該出版物中，在反射像素電極上形成了功函調(diào)節(jié)薄膜層，并且設(shè)置反射像素電極的功函(費(fèi)米能級(jí))相對(duì)于與該反射像素電極相對(duì)的透明電極(氧化銦錫(ITO)膜電極)的功函(費(fèi)米能級(jí))為±2％。使用這種結(jié)構(gòu)，可以抑制在液晶層界面上的充電，否則將引起閃爍或殘像(sticking)粘附。
更具體地說(shuō)，為了允許俘獲電荷，在液晶層和電極之間需要絕緣膜能量電勢(shì)的激發(fā)跳躍(excitation hopping)。在美國(guó)專利第7,038,748號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)中，從反射鏡電極和從ITO電極發(fā)生激發(fā)跳躍的可能性設(shè)置為彼此接近，從而在液晶層的任一層上俘獲相同量的電荷。采用這種布置，盡管由場(chǎng)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法施加到液晶層上的電壓隨著電勢(shì)變化，但是電壓的大小保持相同。因此，由于ECB效應(yīng)通過(guò)相對(duì)的電極之間的相對(duì)值反應(yīng)性地操作施加到液晶層上的電壓，并且不改變液晶的操作。
根據(jù)美國(guó)專利第7,038,748號(hào)中建議的技術(shù)，從反射鏡電極和從ITO電極發(fā)生激發(fā)跳躍的可能性變得接近，但是難以設(shè)置由于激發(fā)跳躍引起的充電量完全相同。因此，液晶層界面上的充電隨著液晶調(diào)制元件的操作時(shí)間逐漸增加。特別地，在液晶調(diào)制元件的長(zhǎng)期可靠性方面，即隨著液晶調(diào)制元件的驅(qū)動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，彼此相對(duì)的反射鏡電極和ITO電極之間的電勢(shì)差達(dá)到幾百毫伏。當(dāng)輸入液晶調(diào)制元件的光子能量更高并且光通量總能量更高時(shí)更容易觀察到這種現(xiàn)象。
另外，如果由于液晶層界面上的充電在反射鏡電極和ITO透明電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，發(fā)生下列現(xiàn)象。如果繼續(xù)向液晶層施加恒定DC電壓，液晶層中的少量離子性材料被吸引到與對(duì)置電極接近的液晶層的一個(gè)或者兩個(gè)界面上。然后，粘附到對(duì)置電極界面上的離子根據(jù)場(chǎng)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的振幅電勢(shì)的大小而運(yùn)動(dòng)，從而，粘附到對(duì)置電極界面上的離子的量根據(jù)振幅電勢(shì)的大小變得不同。即，施加到液晶層上的有效電壓根據(jù)顯示區(qū)域的位置而變得不同。這就引起所謂的“殘像”現(xiàn)象，并且在長(zhǎng)時(shí)間顯示相同的圖像后，如果顯示另一個(gè)圖像，前面的圖像作為殘留圖像保留。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種液晶顯示裝置，其包括液晶調(diào)制元件，該液晶調(diào)制元件包括第一電極、第二電極、以及位于所述第一電極和第二電極之間的液晶層，在第一電極和第二電極之間提供電勢(shì)差的電勢(shì)差提供單元，以及照明液晶調(diào)制元件的照明光學(xué)系統(tǒng)。該液晶顯示裝置包括用于降低由存儲(chǔ)在液晶層與第一電極和第二電極至少之一之間的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的電荷調(diào)節(jié)模式。
液晶顯示裝置可以具有第一種模式和第二種模式，液晶顯示裝置被設(shè)置成使得當(dāng)其在第一種模式中操作時(shí)，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元可以在每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中向液晶層交替施加正電壓和負(fù)電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)照明液晶調(diào)制元件；并且當(dāng)在第二種模式中操作時(shí)，液晶顯示裝置可以是電荷調(diào)節(jié)模式，其中通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元在比驅(qū)動(dòng)周期更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)向液晶層施加直流電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)照明液晶調(diào)制元件。
在電荷調(diào)節(jié)模式中施加到液晶層上的直流電壓可以大于200mV。
可以在起動(dòng)液晶顯示裝置的起動(dòng)程序和停止液晶顯示裝置的停止程序至少之一期間執(zhí)行電荷調(diào)節(jié)模式。
可以基于液晶調(diào)制元件的累積操作時(shí)間、液晶調(diào)制元件的操作環(huán)境和施加到液晶調(diào)制元件上的光的波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間。
液晶顯示裝置還可以包括基于負(fù)載參數(shù)發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元，基于液晶調(diào)制元件的累積操作時(shí)間、液晶調(diào)制元件的操作溫度環(huán)境和施加到液晶調(diào)制元件上的光通量和波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定所述負(fù)載參數(shù)。
驅(qū)動(dòng)周期可以是1/60秒或更短。
電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間可以是一秒或更長(zhǎng)。
第一電極的材料可以與第二電極的材料不同。
第一電極的費(fèi)米能級(jí)可以與第二電極的費(fèi)米能級(jí)不同。
可以在液晶層與第一電極和第二電極每個(gè)之間布置由絕緣材料組成的薄膜。
液晶調(diào)制元件可以是反射型液晶調(diào)制元件，并且第一電極和第二電極可以分別是透明電極和反射鏡電極。
本發(fā)明還提供了包括分別對(duì)應(yīng)于第一種顏色、第二種顏色和第三種顏色的第一、第二和第三液晶調(diào)制元件的液晶顯示裝置，每個(gè)液晶調(diào)制元件包括第一電極、第二電極、以及位于所述第一電極和第二電極之間的液晶層、分別在第一、第二和第三液晶調(diào)制元件的第一電極和第二電極之間提供電勢(shì)差的第一、第二和第三電勢(shì)差提供單元、照明第一、第二和第三液晶調(diào)制元件的照明光學(xué)系統(tǒng)、以及從第一、第二和第三液晶調(diào)制元件投影圖像光分量的投影光學(xué)系統(tǒng)。液晶顯示裝置在第一種模式和電荷調(diào)節(jié)模式中操作，在第一種模式中，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元在每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件每個(gè)的液晶層交替施加正電壓和負(fù)電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)照明第一、第二和第三液晶調(diào)制元件中的每個(gè)元件；在電荷調(diào)節(jié)模式中，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元在比驅(qū)動(dòng)周期更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件每個(gè)的液晶層施加直流電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)從光源向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件中的每個(gè)元件施加光。
對(duì)于第一、第二和第三液晶調(diào)制元件中的每個(gè)元件電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間可以基于第一液晶調(diào)制元件的累積操作時(shí)間、第一液晶調(diào)制元件的操作溫度環(huán)境和施加到第一液晶調(diào)制元件上的光通量和波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定。
液晶顯示裝置還可以包括基于負(fù)載參數(shù)發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元，基于第一液晶調(diào)制元件的累積操作時(shí)間、第一液晶調(diào)制元件的操作環(huán)境和施加到第一液晶調(diào)制元件上的光的波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定所述負(fù)載參數(shù)。
液晶顯示裝置還可以包括基于接收第一液晶調(diào)制元件發(fā)出的至少一部分光的傳感器的輸出發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元。
對(duì)于第一液晶調(diào)制元件電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間可以不同于對(duì)于第二液晶調(diào)制元件電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明，可以調(diào)節(jié)存儲(chǔ)在液晶層任一面上的電荷，從而可以抑制閃爍的發(fā)生，并且可以提供包括長(zhǎng)時(shí)間表現(xiàn)出高可靠性的液晶調(diào)制元件的液晶顯示裝置。
本發(fā)明的其它特征將從下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施方案的說(shuō)明中變得明顯。


圖1是說(shuō)明反射型液晶調(diào)制元件的操作的示意圖。
圖2是說(shuō)明液晶調(diào)制元件的示意圖。
圖3A和3B分別說(shuō)明在正常條件和發(fā)生閃爍的情況下跨過(guò)液晶層的電勢(shì)差。
圖4說(shuō)明在反射型液晶調(diào)制元件的液晶層表面上發(fā)生充電的現(xiàn)象。
圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案控制反射型液晶調(diào)制元件液晶層表面上的充電量的技術(shù)。
圖6是在反射型液晶調(diào)制元件液晶層的表面上發(fā)生充電時(shí)測(cè)試結(jié)果圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案使用用于控制在反射型液晶調(diào)制元件液晶層的表面上發(fā)生的充電的量的技術(shù)時(shí)的測(cè)試結(jié)果圖。
圖8是說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的反射型液晶調(diào)制元件的投影顯示裝置的示意圖。
圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的電荷除去模式實(shí)施過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。在本實(shí)施方案中，公開(kāi)了除去或降低液晶層界面上承載的電子或空穴的技術(shù)，使得施加到液晶調(diào)制元件的液晶層上的有效電壓可以設(shè)置為與施加到電極上的電壓相同。更具體地說(shuō)，控制液晶顯示裝置，使得兩個(gè)電極(液晶層位于其間)之間的電勢(shì)差(電壓)變成基本上等于液晶層任一側(cè)上的電勢(shì)差(兩個(gè)電壓之間的差值在400mV以內(nèi)，并且更優(yōu)選在300mV內(nèi)，并且甚至更優(yōu)選在200mV內(nèi))。根據(jù)該技術(shù)，可以降低閃爍并且可以延長(zhǎng)液晶調(diào)制元件和液晶顯示裝置的壽命。應(yīng)當(dāng)指出在本說(shuō)明書中“閃爍”不僅包括對(duì)人眼明顯的閃爍，而且包括對(duì)人眼不明顯的小的亮度變化。下面詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施方案的液晶顯示裝置。
圖1說(shuō)明VAN-液晶取向型反射液晶調(diào)制元件(反射型液晶顯示裝置面板或反射型液晶顯示元件)400和與反射液晶調(diào)制元件400相鄰布置的偏振分束器(PBS)401。下面參考圖1簡(jiǎn)要地說(shuō)明反射型液晶調(diào)制元件400和偏振分束器401實(shí)施的操作。
從光源發(fā)出的光沿箭頭IW所示的方向入射到偏振分束器401上。然后，P-偏振光分量沿箭頭IWB所示的方向穿過(guò)偏振分束器401的偏振分離膜，而S-偏振光分量被偏振分離膜沿箭頭IWA所示的方向反射。由箭頭IWA表示的偏振方向與圖平面垂直，即與偏振分離膜平行。
反射型液晶調(diào)制元件400的預(yù)傾角相對(duì)箭頭IWA表示的線性偏振方向?yàn)?5°，并且向液晶層施加電壓，從而提供數(shù)量等于入射光波長(zhǎng)1/2的延遲。沿由箭頭IWA表示的方向入射到反射型液晶調(diào)制元件400上的光以兩種不同的固有模式在反射型液晶調(diào)制元件400的液晶層中傳播。然后，通過(guò)在兩種固有模式之間提供由等式(1)代表的相差δ(λ)，沿著由箭頭OW表示的方向，反射型液晶調(diào)制元件400反射光δ(λ)＝2π(2dΔn)/λ(1)其中，λ表示入射光的波長(zhǎng)，d表示液晶層的厚度，并且Δn表示在向液晶層施加預(yù)定電壓的狀態(tài)中折射率的各向異性。在從反射型液晶調(diào)制元件400沿著箭頭OW表示的方向發(fā)出的光分量中，在與圖平面垂直的方向中反射型液晶調(diào)制元件400反射的光分量(即相對(duì)偏振分束器401的S-偏振光分量)被偏振分離表面沿著箭頭BW表示的方向反射，并且返回光源。相反，與圖平面平行的光分量(即相對(duì)偏振分束器401的P-偏振光分量)沿著箭頭MW表示的方向穿過(guò)偏振分離膜。如果反射型液晶元件400的反射率以及偏振分束器401的S-偏振光的反射率和P-偏振光的透射率為100％，沿著箭頭MW表示的方向發(fā)出光分量的光傳遞率(反射率)R(λ)可以由等式(2)表示。
R(λ)＝0.5(1-cosδ(λ))(2)液晶層的液晶分子具有預(yù)傾角(當(dāng)不向液晶層施加電壓時(shí)，液晶分子相對(duì)基板的角度，在基板間夾有液晶層)。如果向液晶層施加電壓，傾角從基本上垂直方向向基本上水平方向改變。因此，改變了表觀折射率各向異性Δn。結(jié)果，將相差δ(λ)降低為大約0°-90°(δ≈0°-δ≈90°)。
圖2說(shuō)明反射型液晶調(diào)制元件400的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，反射型液晶調(diào)制元件400包括玻璃基板、透明電極(ITO電極)、取向膜(絕緣薄膜)、液晶層、取向膜、例如由鋁(Al)組成的反射鏡電極(像素電極)、以及硅(Si)基板。盡管取向膜在本實(shí)施例中由二氧化硅組成，但是它可以由其它絕緣材料組成。反射鏡電極可以由Al以外的材料組成，只要該材料相對(duì)于白光表現(xiàn)出85％或更大，并且更優(yōu)選90％或更大的反射率就行。替代地，與用于紅色、綠色和藍(lán)色的反射型液晶調(diào)制元件相關(guān)，可以使用具有相對(duì)于紅光、綠光、藍(lán)光分別表現(xiàn)出高反射率的薄膜層的反射鏡電極。應(yīng)當(dāng)指出紅光是波長(zhǎng)從600-660nm的光，綠光是波長(zhǎng)從500-560nm的光，并且藍(lán)光是波長(zhǎng)從430-490nm的光。
圖3A和3B說(shuō)明施加到反射鏡電極的電勢(shì)和施加到透明電極上的電勢(shì)。在圖3A和3B中，縱軸表示施加到接近反射鏡電極的液晶層界面和接近透明電極的液晶層界面上的相對(duì)電勢(shì)，并且水平軸表示時(shí)間。假定圖像信號(hào)是恒定信號(hào)，繪出圖3A和3B中所示的電勢(shì)。但是，即使圖像信號(hào)是變化的信號(hào)，也能實(shí)施本實(shí)施方案。
圖3A說(shuō)明在正常條件，即不發(fā)生閃爍下的電勢(shì)。在圖3A中，施加到接近透明電極的液晶層界面上的電勢(shì)由單點(diǎn)點(diǎn)劃線表示，并且施加到接近反射鏡電極的液晶層界面上的電勢(shì)由實(shí)線表示。在圖3A中，在預(yù)定的驅(qū)動(dòng)周期(每1/120秒)中交替切換正電勢(shì)差(電壓)和負(fù)電勢(shì)差(電壓)，并且正電勢(shì)差的絕對(duì)值基本上等于負(fù)電勢(shì)差的絕對(duì)值。驅(qū)動(dòng)周期優(yōu)選為1/60秒或更低，并且更優(yōu)選為1/120秒或更低。在圖3A所示的正常條件中，正電勢(shì)差和負(fù)電勢(shì)差之間的差值為400mV或更小，并且更優(yōu)選300mV或更小，并且甚至更優(yōu)選200mV或更小。在本實(shí)施例中，在60Hz下輸入圖像信號(hào)，并且基于奇數(shù)信號(hào)1、3、5等向液晶層施加正電勢(shì)差，并且基于偶數(shù)信號(hào)，即2、4、6等向液晶層施加負(fù)電勢(shì)差，從而可以實(shí)現(xiàn)與60Hz下輸入的圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的液晶顯示。將圖像信號(hào)的輸入周期(接收周期)稱作“預(yù)定的驅(qū)動(dòng)周期”。下面簡(jiǎn)要討論驅(qū)動(dòng)本實(shí)施方案的液晶顯示裝置的液晶調(diào)制元件的方法。在本實(shí)施方案的液晶顯示裝置中，在與每幀(1/60秒周期)的圖像信號(hào)相關(guān)的每個(gè)1/120秒周期中向液晶層交替施加具有相同大小的正電壓和負(fù)電壓，從而顯示兩個(gè)場(chǎng)的一個(gè)圖像。在本實(shí)施方案中，如上所述，一幀(1/60秒周期)對(duì)應(yīng)兩個(gè)場(chǎng)(兩個(gè)場(chǎng)在每個(gè)1/120秒周期中形成一個(gè)圖像)。在此情況下，可取地在一幀中施加到液晶層上的正電勢(shì)差的絕對(duì)值基本上等于在相同幀中施加到液晶層上的負(fù)電勢(shì)差的絕對(duì)值(兩個(gè)電勢(shì)差之間的差異在400mV內(nèi))。如果兩個(gè)絕對(duì)值基本上相同，則抑制了在液晶調(diào)制元件中發(fā)生閃爍，使得對(duì)于人眼閃爍變得不顯著(不會(huì)對(duì)人眼不舒適)。如果兩個(gè)絕對(duì)值的差異大，即250mV或更大，則發(fā)生人眼可分辨的閃爍?？梢则?qū)動(dòng)液晶調(diào)制元件，使得一幀對(duì)應(yīng)于一個(gè)場(chǎng)，即圖像信號(hào)的一幀可以對(duì)應(yīng)于1/60秒，并且可以與圖像信號(hào)相關(guān)向液晶層施加正或負(fù)電壓，從而可以顯示一個(gè)場(chǎng)的一個(gè)圖像。如果一幀對(duì)應(yīng)于一個(gè)場(chǎng)，可取地如上所述，施加到液晶層上的正電壓的絕對(duì)值基本上等于施加到液晶層上的負(fù)電壓的絕對(duì)值，而圖像信號(hào)保持不變。在本實(shí)施方案中，可取地對(duì)應(yīng)于一幀(1/60秒)的周期長(zhǎng)于對(duì)應(yīng)于一個(gè)場(chǎng)(1/120秒)的周期。
圖3B說(shuō)明發(fā)生閃爍時(shí)的電勢(shì)。在圖3B中，施加到接近透明電極的液晶層界面上的電勢(shì)由雙點(diǎn)點(diǎn)劃線表示，并且施加到接近反射鏡電極的液晶層界面上的電勢(shì)由虛線表示。在圖3B中，與圖3A中所示的電勢(shì)相比，施加到接近透明電極的液晶層界面上的電勢(shì)相對(duì)于施加到接近反射鏡電極的液晶層界面上的電勢(shì)而移動(dòng)，并且正電勢(shì)差和負(fù)電勢(shì)差明顯彼此不同(兩個(gè)電勢(shì)差之間的差值大于400mV)。即，在透明電極和反射鏡電極之間不均勻地發(fā)生電子或空穴的激發(fā)跳躍，并且由于液晶層任一側(cè)上俘獲的電子或空穴，在液晶層中產(chǎn)生電壓。換句話說(shuō)，作為通過(guò)向液晶層施加的高強(qiáng)度的光而激發(fā)的結(jié)果，液晶層內(nèi)諸如電子或空穴的電荷跳出液晶層，并且可以被俘獲在液晶調(diào)制元件內(nèi)。在此情況下，由于在液晶調(diào)制元件內(nèi)俘獲的諸如電子或空穴的電荷，或者因?yàn)橛捎陔姾商S而充電的液晶層，在電極間不施加電壓的狀態(tài)中，在液晶層中產(chǎn)生電場(chǎng)。
如果正電勢(shì)差和負(fù)電勢(shì)差之間的差值變得大于400mV，亮度差也變得更大。于是，在60Hz下閃爍的光強(qiáng)波形的低頻組分波動(dòng)，這使閃爍對(duì)于人眼更加明顯。
下面將參考圖4討論在反射型液晶調(diào)制元件的圖像顯示狀態(tài)(當(dāng)顯示圖像時(shí)，即第一種模式時(shí))中能量電勢(shì)結(jié)構(gòu)和電子和空穴的運(yùn)動(dòng)。圖像顯示狀態(tài)是基于通過(guò)圖像信號(hào)輸入單元輸入(讀出)的圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)反射型液晶調(diào)制元件，從而顯示圖像的狀態(tài)。在此情況下，驅(qū)動(dòng)反射型液晶調(diào)制元件，從而施加到液晶層界面上的正電壓和負(fù)電壓之間的差值變?yōu)?00mV或更小，并且更優(yōu)選300mV或更小，并且甚至更優(yōu)選200mV或更小。圖像信號(hào)輸入單元包括計(jì)算機(jī)、圖像存儲(chǔ)單元，如照相機(jī)、攝像機(jī)等、存儲(chǔ)單元，如存儲(chǔ)器、圖像接收器，如電視廣播接收天線、或者從這種圖像輸入單元接收?qǐng)D像的圖像信號(hào)接收器。
反射型液晶調(diào)制元件包括光入射到上面并且從中發(fā)出的ITO透明電極102、以及主要由用作鏡面的鋁或鋁合金組成的金屬反射鏡電極103。在圖4中，示出了液晶層100和主要由氧化硅組成的多孔的傾斜(oblique)沉積液晶取向膜101，其用于使液晶以VAN形式取向。功函調(diào)節(jié)薄膜層104由鎳、銠、鉛、鉑、或者它們的氧化物組成，其表現(xiàn)出大于鋁的功函。只要這種材料的功函比作為反射鏡電極103的主體材料-鋁更接近于ITO透明電極102的材料，即只要功函調(diào)節(jié)薄膜層104和ITO透明電極102之間的功函差異小于5％，任何材料都可以用于功函調(diào)節(jié)薄膜層104。
在圖4中，ENI和ENM表示電子的激發(fā)，而EPI和EPM表示空穴的激發(fā)。ENI和EPI還代表來(lái)自ITO透明電極102的電子和空穴的激發(fā)，而ENM和EPM還代表來(lái)自反射鏡電極103的電子和空穴的激發(fā)。另外，在圖4中，hv指輸入液晶調(diào)制元件中的光子能量，并且VPP指施加到金屬反射鏡電極103上的電勢(shì)。向液晶層施加VPP作為場(chǎng)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的電勢(shì)(AC組分)。
要調(diào)制的液晶層100表現(xiàn)出下面的基本結(jié)構(gòu)。液晶層100被布置成使得其夾在由作為無(wú)機(jī)非導(dǎo)體材料的氧化硅組成的液晶取向膜101和具有功函調(diào)節(jié)薄膜層104的液晶取向膜101之間。透明電極102被布置在液晶取向膜101的外側(cè)，使得它們彼此接觸，并且金屬反射鏡電極103被布置在功函調(diào)節(jié)薄膜層104的外側(cè)，使得它們彼此接觸。在圖4中的垂直方向中，透明電極102、金屬反射鏡電極103和功函調(diào)節(jié)薄膜層104的位置表示了能量電勢(shì)的能級(jí)(費(fèi)米能級(jí))，并且真空能級(jí)在圖4中的頂部位置處。
ITO透明電極102的功函能量和金屬(鋁)反射鏡電極103的功函能量距真空能級(jí)分別為大約5.0eV和大約4.2eV，即ITO透明電極102和金屬反射鏡電極103的費(fèi)米能級(jí)分別為大約-5.0eV和大約-4.2eV。功函是從材料表面向真空中除去一個(gè)電子(剛到材料表面的外面)所需的最小能量，并且是材料獨(dú)特的值。也就是說(shuō)，在ITO透明電極102和金屬(鋁)反射鏡電極103之間有0.8eV的電勢(shì)差。然后，在金屬(鋁)反射鏡電極103和取向膜101之間布置美國(guó)專利申請(qǐng)7,038,748中所用的上述功函調(diào)節(jié)薄膜層104以降低兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差。按照這種方式，形成功函調(diào)節(jié)薄膜層104(薄膜層)，從而金屬反射鏡電極103的功函變得接近ITO透明電極102的功函，于是從金屬反射鏡電極103激發(fā)電子和空穴的可能性基本上等于從ITO透明電極102的可能性。
理想地，金屬反射鏡電極103和ITO透明電極102之間的能量電勢(shì)差變?yōu)榱恪５?，即使使用功函調(diào)節(jié)薄膜層104，兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差可能大于零并且小于0.2eV。這是因?yàn)橛捎诳梢杂糜诠{(diào)節(jié)薄膜層104的材料的限制和由于制造條件和工藝的變化而實(shí)際上難以設(shè)置兩個(gè)電極間的電勢(shì)差精確相同。
圖6是說(shuō)明當(dāng)對(duì)于具有功函調(diào)節(jié)薄膜層的四個(gè)液晶調(diào)制元件進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)時(shí)對(duì)置電極之間電勢(shì)差相對(duì)于時(shí)間的圖。盡管由于功函調(diào)節(jié)薄膜層制造過(guò)程中的變化在液晶調(diào)制元件的特性中有些變化，但是在大約2000小時(shí)的操作時(shí)間后一些試樣的電勢(shì)差超過(guò)200mV。在大約3000小時(shí)的操作時(shí)間后，所有試樣的電勢(shì)差超過(guò)200mV。在超過(guò)200mV的電勢(shì)差下，閃爍變得顯著，并且殘像特性從初始性能嚴(yán)重惡化。“殘像”是顯示前一幀圖像的電場(chǎng)殘留，并且由于殘留的DC電壓，前面的圖像作為殘留圖像重疊在后一幀的圖像上的現(xiàn)象。如果閃爍加劇，在正向或負(fù)向中施加高電壓，并且反轉(zhuǎn)方向中的電壓變?nèi)?，從而增加了發(fā)生殘像的可能性(惡化了殘像特性)?！皩?duì)置電極之間的電勢(shì)差”表示在對(duì)置電極之間不施加電壓(即施加0伏電壓)的狀態(tài)中ITO透明電極的電勢(shì)差相對(duì)反射鏡電極的電勢(shì)差。在圖3B中的正電壓和負(fù)電壓之間的差異方面，圖6中200mV的電勢(shì)差等于400mV，這是200mV的兩倍。如果假定ITO透明電極的電勢(shì)從圖3A中所示的狀態(tài)(不發(fā)生閃爍的狀態(tài))向正或負(fù)方向移動(dòng)200mV，這就可以容易理解。因此，可以就正電壓和負(fù)電壓之間的差異而言大于400mV的電勢(shì)差代表對(duì)人眼顯著的閃爍程度。替代地，它可以由就對(duì)置電極之間的電勢(shì)差而言大于200mV的電勢(shì)差代表。因此，如果對(duì)置電極之間的電勢(shì)差超過(guò)200mV，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到液晶調(diào)制元件的壽命。
因此，在本實(shí)施方案中，按照下面的方式驅(qū)動(dòng)液晶調(diào)制元件，從而可以抑制顯示的閃爍，即延遲了顯著閃爍的發(fā)生。下面參考圖5具體地討論實(shí)施這一點(diǎn)的方法。
圖5所示的結(jié)構(gòu)與圖4中完全相同。如圖5中所示的箭頭所示，在長(zhǎng)于驅(qū)動(dòng)周期(如果驅(qū)動(dòng)頻度是60Hz為1/60秒)的時(shí)間內(nèi)向液晶層100(在對(duì)置電極之間)施加DC電壓VDC。DC電壓不一定是恒定的電壓，并且即使改變電壓的大小(電壓或電勢(shì)差的值)，只要電壓符號(hào)保持相同，它也可以稱為DC電壓。還應(yīng)當(dāng)指出將施加到液晶層100上的有效電壓稱為“DC電壓”。施加DC電壓的時(shí)間優(yōu)選是驅(qū)動(dòng)周期(1/60秒)的大于10倍，并且更優(yōu)選是驅(qū)動(dòng)周期(1/60秒)的大于1000倍，并且甚至更優(yōu)選是驅(qū)動(dòng)周期(1/60秒)的大于10000倍。
也就是說(shuō)，在長(zhǎng)于驅(qū)動(dòng)周期的時(shí)間內(nèi)在對(duì)置電極之間提供電勢(shì)，從而施加到一個(gè)電極上的電壓總是變成正的并且施加到另一個(gè)電極上的電壓總是變成負(fù)的。這就便于電子和空穴的運(yùn)動(dòng)，如圖5所示，并且更具體地說(shuō)電子向圖的左下側(cè)，即向ITO透明電極102遷移，而空穴向圖的右上側(cè)，即向金屬反射鏡電極103遷移。結(jié)果，因?yàn)槌?降低)了液晶層100任一側(cè)上俘獲的電子和空穴，所以可以消除(降低)由俘獲的電子和空穴產(chǎn)生的電壓。也就是說(shuō)，調(diào)節(jié)(降低)液晶層100和電極之間承載的電子和空穴的量，從而可以降低由于在液晶層100和電極之間承載的電子和空穴產(chǎn)生液晶層100界面間電勢(shì)差的差異。
更詳細(xì)地說(shuō)明這一點(diǎn)。如果繼續(xù)向液晶調(diào)制元件中輸入光子能量(光)hv，同時(shí)施加DC電壓VDC，發(fā)生下面的現(xiàn)象。由于由施加電壓引起的能量級(jí)梯度，如箭頭RNI所示，在液晶層100和液晶取向膜101之間界面附近俘獲的電子由光強(qiáng)迫激發(fā)并且向透明電極102排出。另外，由于由施加電壓引起的能量級(jí)梯度，如箭頭RPM所示，在液晶層100和液晶取向膜101之間界面附近俘獲的空穴由光強(qiáng)迫激發(fā)并且反射鏡電極103排出。如果反轉(zhuǎn)施加到接近透明電極102和反射鏡電極103的液晶層100的界面上的DC電壓的極性，接近透明電極102和接近反射鏡電極103的液晶層100的界面的電勢(shì)差反轉(zhuǎn)。
圖7中說(shuō)明使用上述方法進(jìn)行的長(zhǎng)期操作試驗(yàn)的結(jié)果。在該試驗(yàn)中，在50℃下操作液晶調(diào)制元件四小時(shí)的間隔后，向液晶調(diào)制元件施加預(yù)定的電壓(對(duì)置電極之間3V的電勢(shì)差)，同時(shí)向液晶調(diào)制元件輸入預(yù)定的光通量(大約3W/cm2的藍(lán)光)。在圖7中，縱軸代表液晶調(diào)制元件的對(duì)置電極之間的電勢(shì)差，并且水平軸指時(shí)間。圖7表明即使在大約4000小時(shí)的操作時(shí)間后，對(duì)置電極之間的電勢(shì)差也不超過(guò)200mV并且包含在±100mV內(nèi)。即，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)證明可以長(zhǎng)期抑制閃爍或殘像的發(fā)生。
在圖7中所示的這種長(zhǎng)期操作中，在圖像顯示狀態(tài)(第一種模式)中驅(qū)動(dòng)四小時(shí)后，在電荷調(diào)節(jié)模式(第二種模式，即圖像不顯示模式，盡管在此模式期間可以顯示圖像)中以“電荷除去模式”形式的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行5分鐘。電荷除去模式是除去液晶層100任一側(cè)上俘獲的電子和空穴的模式(或者平衡存儲(chǔ)在液晶層100的一個(gè)界面中的電荷和存儲(chǔ)在另一個(gè)界面上的電荷，從而消除施加到液晶層100上的電壓)。盡管在上述試驗(yàn)中的電荷除去模式中，跨過(guò)液晶層100施加3V的電壓，但是如果施加200mV或更大，并且更優(yōu)選500mV或更大，并且再更優(yōu)選1V或更大的電壓是足夠的。另外，盡管在上述試驗(yàn)中電壓施加時(shí)間是5分鐘(這是驅(qū)動(dòng)周期(1/120秒)的72000倍)，但是施加時(shí)間可以是1秒(這是驅(qū)動(dòng)周期的120倍)或更長(zhǎng)，并且更優(yōu)選是10秒或更長(zhǎng)，并且更優(yōu)選1分鐘或更長(zhǎng)。可取地，電荷除去模式(第二種模式)的持續(xù)時(shí)間為圖像顯示模式(第一種模式)持續(xù)時(shí)間的1/500或更長(zhǎng)，并且更優(yōu)選1/100或更長(zhǎng)，并且再更優(yōu)選1/50或更長(zhǎng)。但是，可取地，用于除去在液晶層100和液晶取向膜101之間界面附近俘獲的電子和空穴電荷的電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間根據(jù)下面的因素確定液晶調(diào)制元件的操作條件，如第一種模式中的累積操作時(shí)間、第一種模式中的操作環(huán)境，如溫度、濕度等、以及第一種模式中的累積光通量或光波長(zhǎng)?？扇〉兀鶕?jù)基于那些因素至少之一的參數(shù)(負(fù)載參數(shù))來(lái)確定電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間。這種負(fù)載參數(shù)可以由時(shí)間，如電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te、或者其它單位來(lái)表示。如果經(jīng)驗(yàn)上預(yù)定電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間，可以存儲(chǔ)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間，然后可以在圖像非顯示狀態(tài)中實(shí)施電荷除去模式。圖像非顯示狀態(tài)是其中即使在向圖像顯示裝置供電時(shí)圖像顯示功能也不操作的狀態(tài)，即待機(jī)模式。
可以使用光學(xué)傳感器的檢測(cè)結(jié)果確定電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間。例如，可以在由圖8中的標(biāo)記數(shù)字50所示的位置布置光學(xué)傳感器，并且根據(jù)入射到光學(xué)傳感器上的光通量的變化確定持續(xù)時(shí)間。如果光學(xué)傳感器安裝在這個(gè)位置，可以檢測(cè)到從所有三種顏色液晶調(diào)制元件2R、2G和2B中發(fā)出的光部分。因此，可以用一個(gè)光學(xué)傳感器檢測(cè)三種顏色的光的量。
使用光學(xué)傳感器使得可以測(cè)量根據(jù)承載的電子和空穴的量的光通量的變化，從而實(shí)施更精確地電荷除去。如果傳感器50檢測(cè)紅、綠和藍(lán)光分量的量則是足夠的，但是更優(yōu)選傳感器50單獨(dú)控制每種顏色光的調(diào)制以單獨(dú)測(cè)量施加到每種顏色液晶調(diào)制元件上的光通量的變化。采用這種布置，可以根據(jù)對(duì)應(yīng)液晶調(diào)制元件的電子或空穴的量，確定用于每種顏色液晶調(diào)制元件的電荷除去模式的適當(dāng)持續(xù)時(shí)間。替代地，在確定了每個(gè)液晶調(diào)制元件的電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間后，可以將用于表現(xiàn)出最高相對(duì)發(fā)光率的綠色液晶調(diào)制元件的電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間設(shè)置為用于所有液晶調(diào)制元件的電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間。替代地，電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間在液晶調(diào)制元件之間可以是不同的。另外，可以布置基于光學(xué)傳感器50的輸出發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元，從而可以引起用戶的注意。
可取地，在液晶顯示裝置內(nèi)布置光學(xué)傳感器。但是，它可以被布置在液晶顯示裝置外，在此情況下可以使用由光學(xué)傳感器獲得的檢測(cè)結(jié)果確定電荷除去模式的持續(xù)時(shí)間。光學(xué)傳感器所處的位置不限制于圖8中所示的標(biāo)記數(shù)字50所示的位置，并且光學(xué)傳感器可以布置在投影光學(xué)系統(tǒng)的壁表面上，或者可以使用可移動(dòng)的光學(xué)傳感器，從而在實(shí)施電荷除去模式時(shí)它可以在光路上移動(dòng)。
如上所述，使用光學(xué)傳感器可以檢測(cè)不明顯的閃爍(并且更具體地說(shuō)，測(cè)量跨過(guò)液晶層存儲(chǔ)的電荷產(chǎn)生的小于200mV的電勢(shì)差)，從而實(shí)現(xiàn)適當(dāng)且精確的電荷除去。
電荷除去模式可以在起動(dòng)或停止液晶顯示裝置時(shí)起動(dòng)。替代地，可以通過(guò)手動(dòng)操作，例如用戶實(shí)施的按鈕操作來(lái)起動(dòng)電荷除去模式。
如果需要在電荷除去模式中長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)，可以將電荷除去模式的時(shí)間分成幾個(gè)時(shí)間。例如，如果在電荷除去模式中驅(qū)動(dòng)需要大約1小時(shí)，通過(guò)使用起動(dòng)或停止液晶顯示裝置的時(shí)間，可以將其分成二十次，每次實(shí)施3分鐘。另外，如果操作者手動(dòng)實(shí)施電荷除去模式，他/她可以使用電荷除去模式起動(dòng)按鈕(圖像顯示停止按鈕)和電荷除去模式停止按鈕(圖像顯示重起按鈕)來(lái)實(shí)施預(yù)定時(shí)間的電荷除去模式。下面討論在電荷除去模式(第二種模式)中施加DC電壓?，F(xiàn)在假定當(dāng)ITO透明電極的電勢(shì)差維持在恒定水平下并且將像素電極的中心電勢(shì)差調(diào)節(jié)至ITO透明電極的電勢(shì)差時(shí)繼續(xù)圖像顯示。在此條件下，考慮可以使閃爍水平最小化的ITO透明電極的理想電勢(shì)差在正方向中單調(diào)變化的情況。在此情況下，如果ITO透明電極的電勢(shì)差在負(fù)方向上不變化則是充分的。在此情況下，在上述電荷除去模式中，應(yīng)當(dāng)在相對(duì)像素電極的中心電勢(shì)差將ITO透明電極的電勢(shì)設(shè)置在負(fù)方向上的狀態(tài)中向液晶層施加電壓。相反，在相同條件下，考慮可以使閃爍水平最小化的ITO透明電極的理想電勢(shì)差在正方向中單調(diào)變化的情況。在此情況下，與前面的情況相反，在上述電荷除去模式中，應(yīng)當(dāng)在相對(duì)像素電極的中心電勢(shì)差將ITO透明電極的電勢(shì)設(shè)置在正方向上的狀態(tài)中向液晶層施加電壓。根據(jù)上述電荷除去模式的執(zhí)行，可以降低在液晶調(diào)制元件內(nèi)俘獲的電荷(電子或空穴)對(duì)液晶層的影響，因此可以抑制閃爍的發(fā)生。
下面參考圖9的流程圖說(shuō)明根據(jù)圖像顯示裝置的起動(dòng)操作(起動(dòng)程序)實(shí)施電荷除去模式的過(guò)程。起動(dòng)操作(起動(dòng)程序)代表從圖像顯示裝置打開(kāi)電源時(shí)直至顯示圖像時(shí)的操作。相反，停止操作(停止程序)表示從圖像顯示裝置關(guān)閉電源時(shí)直至圖像顯示裝置的冷卻風(fēng)扇停止時(shí)的操作。
在步驟101中，打開(kāi)圖像顯示裝置的電源。然后，在步驟S102中，立即實(shí)施起動(dòng)操作。在起動(dòng)操作后過(guò)去所需時(shí)間Tn時(shí)，在步驟S109中，完成起動(dòng)操作。與執(zhí)行起動(dòng)操作同時(shí)，起動(dòng)電荷除去模式，并且實(shí)施下面的操作。從存儲(chǔ)器中讀出基于液晶調(diào)制元件的操作條件獲得的電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te(電荷除去模式需要的持續(xù)時(shí)間)，并且在步驟S103中確定持續(xù)時(shí)間Te是否大于零。如果持續(xù)時(shí)間Te小于或等于零，過(guò)程進(jìn)行至其中完成電荷除去模式的步驟S110。如果發(fā)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間Te大于零，過(guò)程進(jìn)行至步驟S104，以判定持續(xù)時(shí)間Te是否大于起動(dòng)操作所需的時(shí)間Tn(起動(dòng)操作所需時(shí)間)。如果發(fā)現(xiàn)時(shí)間Te大于時(shí)間Tn，過(guò)程行進(jìn)至其中實(shí)施持續(xù)Tn的電荷除去模式的步驟S105。在過(guò)去了Tn后，在步驟S106中，計(jì)算Te和Tn的差，并且在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果作為新的電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te。如果在步驟S104中發(fā)現(xiàn)Te小于或等于Tn，過(guò)程進(jìn)行至其中實(shí)施電荷除去模式達(dá)到電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te的步驟S107。然后，在步驟S108中，將Te更新為零并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后在步驟S110中完成電荷除去模式。
圖9中所示的流程圖所示的過(guò)程只是示例性的，并且可以通過(guò)不同的過(guò)程實(shí)施電荷除去模式。例如，在實(shí)施起動(dòng)操作時(shí)實(shí)施電荷除去模式。在此情況下，響應(yīng)表示電荷除去模式執(zhí)行時(shí)間超過(guò)電荷除去模式所需持續(xù)時(shí)間Te或者已經(jīng)完成(或者將要完成)起動(dòng)操作的信號(hào)，完成電荷除去模式。然后，計(jì)算電荷除去模式執(zhí)行時(shí)間Tex和電荷除去模式所需持續(xù)時(shí)間Te之間的差并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中作為新的電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te。這種過(guò)程對(duì)于在實(shí)際起動(dòng)操作時(shí)間變得長(zhǎng)于常用起動(dòng)操作時(shí)間的情況中除去電荷是更有效的。
在圖9所示的過(guò)程中，當(dāng)打開(kāi)裝置電源時(shí)起動(dòng)電荷除去模式。但是，可以當(dāng)停止裝置或者按下預(yù)定按鈕，例如電荷除去模式起動(dòng)按鈕或閃爍消除按鈕時(shí)起動(dòng)。替代地，當(dāng)基于裝置的操作條件獲得的電荷除去模式所需的持續(xù)時(shí)間Te(可以簡(jiǎn)單地是一個(gè)負(fù)載參數(shù)以代替時(shí)間)達(dá)到預(yù)定值(例如30分鐘或一小時(shí))，強(qiáng)制起動(dòng)電荷除去模式。替代地，在Te達(dá)到上述預(yù)定值之前，可以在圖像顯示模式中操作裝置一小會(huì)兒，然后可能發(fā)出表示強(qiáng)制起動(dòng)電荷除去模式的警報(bào)。如果不實(shí)施電荷除去模式，可以顯示直至裝置壽命結(jié)束的剩余時(shí)間(即在發(fā)生閃爍前的時(shí)間)。
當(dāng)實(shí)施電荷除去模式(或者實(shí)施除去電荷控制)時(shí)，可以機(jī)械或者電學(xué)地布置用于屏蔽光泄漏到裝置外面的光屏蔽單元，如光閘(shutter)。如果電荷除去模式的操作時(shí)間在液晶調(diào)制元件之間是不同的，則可以在照明光學(xué)系統(tǒng)中布置獨(dú)立屏蔽單種顏色的光的光屏蔽單元。替代地，可以對(duì)于每個(gè)液晶調(diào)制元件提供用于電荷除去模式的其它光源，并且當(dāng)實(shí)施電荷除去模式時(shí)可以使用該光源照明液晶調(diào)制元件。采用這種布置，不一定需要為上述照明光學(xué)系統(tǒng)提供光屏蔽單元。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的投影顯示裝置的主光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。
使用從將從圖像信號(hào)輸入單元(未顯示)供應(yīng)的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化成光學(xué)調(diào)制板驅(qū)動(dòng)信號(hào)的光學(xué)調(diào)制板驅(qū)動(dòng)器(控制器)3中輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)獨(dú)立控制三個(gè)反射型液晶調(diào)制元件2R、2G和2B。
分色鏡30接收從照明單元(照明光學(xué)系統(tǒng))1(圖1中所示的側(cè)視圖)輸出并且在垂直于圖平面的方向中線性偏振的照明光，并且通過(guò)反射紅光和藍(lán)光并且透射綠光來(lái)分離照明光。在該照明單元1中，在垂直圖平面的橫截面(包括照明光學(xué)系統(tǒng)光軸的橫截面)中來(lái)自光源的光和平行圖平面的橫截面中來(lái)自光源的光之間，光學(xué)布局是不同的。即，入射到分色鏡30上的照明光束在垂直圖平面的橫截面中匯聚(integrated)并且在平行圖平面的橫截面中不匯聚。本實(shí)施方案適用于其中入射到分色鏡上的照明光束在兩個(gè)橫截面中都匯聚的照明單元。
在紅光和藍(lán)光的共用光路上布置藍(lán)混色偏振器34，給藍(lán)光提供半波長(zhǎng)延遲并且不給紅光提供延遲。藍(lán)混色偏振器(cross colorpolarizer)34是波長(zhǎng)選擇λ/2板并且是用作藍(lán)光的λ/2板且對(duì)紅光或綠光不提供相差的光學(xué)元件。結(jié)果，藍(lán)光的偏振方向與圖平面平行，并且紅光的偏振方向保持與圖平面垂直，并且藍(lán)光和紅光在那些狀態(tài)中入射到分束器33上。然后，在平行圖平面的方向中線性偏振的藍(lán)光穿過(guò)偏振分離膜，因?yàn)橄鄬?duì)于偏振分離膜它是P-偏振光，并且被引導(dǎo)至用作藍(lán)光調(diào)制板的藍(lán)光反射型液晶調(diào)制元件2B。紅光由偏振分離膜反射，因?yàn)橄鄬?duì)于偏振分離膜它是S-偏振光，并且被引導(dǎo)至用作紅光調(diào)制板的紅光反射型液晶調(diào)制元件2R。通過(guò)對(duì)應(yīng)的光調(diào)制板，對(duì)用作圖像光的光分量提供半波長(zhǎng)延遲，并且其從光調(diào)制板輸出，并且再次入射到偏振分束器33中。結(jié)果，從紅色和藍(lán)色光調(diào)制板中發(fā)射出的圖像光(P-偏振紅光和S-偏振藍(lán)光)被導(dǎo)向圖平面的底側(cè)，并且入射到給紅光提供半波長(zhǎng)延遲并且不給藍(lán)光提供延遲的紅混色偏振器35上。如同在上述藍(lán)混色偏振器34中一樣，紅混色偏振器35是波長(zhǎng)選擇λ/2板，并且是用作紅光的λ/2板且對(duì)藍(lán)光或綠光不提供相差的光學(xué)元件。如此，在全部轉(zhuǎn)化成S-偏振光后，紅光和藍(lán)光分量入射到偏振分束器32上并且由偏振分離表面反射。然后，將反射的光分量導(dǎo)向投影光學(xué)系統(tǒng)4并且投影到屏幕(投影表面)5上。
穿過(guò)分色鏡30的綠光穿過(guò)調(diào)節(jié)光程長(zhǎng)度的虛擬玻璃(dummyglass)36(可以是用于調(diào)節(jié)偏振狀態(tài)的只傳播S-偏振光的偏振器)并且入射到偏振分束器31上。綠光由偏振分離表面反射，因?yàn)橄鄬?duì)于偏振分離表面它是S-偏振光，并且入射到用作綠光調(diào)制板的綠光反射型液晶調(diào)制元件2G上，并且給用作圖像光的光分量提供半波長(zhǎng)延遲。結(jié)果，綠色圖像光作為P-偏振光發(fā)出并且穿過(guò)偏振分束器31和用于調(diào)節(jié)光程長(zhǎng)度的虛擬玻璃37(其可以是用于調(diào)節(jié)偏振狀態(tài)的只傳播P-偏振光的偏振器)。然后，綠色圖像光穿過(guò)偏振分束器32并且通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)4投影到屏幕5上。
在本實(shí)施方案中，已經(jīng)通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明了在透明電極和反射鏡電極之間夾有液晶層的反射型液晶調(diào)制元件。但是，因?yàn)橛捎陔姌O的結(jié)構(gòu)而發(fā)生上述問(wèn)題，因此可以使用透射型液晶調(diào)制元件。盡管在本實(shí)施方案中使用了VAN液晶調(diào)制元件，但是可以使用其它任何類型的液晶調(diào)制元件，如TN液晶調(diào)制元件。
在本實(shí)施方案中，實(shí)施了ECB驅(qū)動(dòng)，從而通過(guò)向透明電極施加恒電勢(shì)并且向反射鏡電極施加垂直變化的電勢(shì)(具有假-AC分量)而向液晶層基本上施加AC電壓。可以反轉(zhuǎn)施加到透明電極和反射鏡電極上的電勢(shì)。
在本實(shí)施方案中，當(dāng)基于圖像信號(hào)顯示圖像時(shí)，在正常條件下驅(qū)動(dòng)液晶調(diào)制元件而不進(jìn)行除去電子或空穴的操作。但是，本發(fā)明不局限于這種模式。更具體地說(shuō)，為了除去電子或空穴，可以調(diào)節(jié)透明電極和/或反射鏡電極的電勢(shì)至不會(huì)引起閃爍的程度，同時(shí)基于圖像信號(hào)顯示圖像。即，可以在顯示圖像的同時(shí)，向透明電極和/或反射鏡電極施加恒定的電勢(shì)(可以向液晶層施加非常小的偏壓)。然后，可以在顯示圖像的同時(shí)，除去(或減小)液晶層任一側(cè)上俘獲的電子和空穴。
盡管在本實(shí)施方案中在液晶層和電極之間只布置了取向膜，但是除了該取向膜外還可以布置其它的膜。
在本實(shí)施方案中，使用術(shù)語(yǔ)“施加到接近透明電極的液晶層界面上的電勢(shì)”和“施加到接近反射鏡電極的液晶層界面上的電勢(shì)”的原因是施加到液晶層上的電壓并不總是等于透明電極或反射鏡電極的電勢(shì)，因?yàn)橛捎诖嬖诓贾迷谝壕雍屯该麟姌O或反射鏡電極之間的膜(取向膜)而可能發(fā)生電壓降低。因此，在本實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)“透明電極和反射鏡電極之間的電勢(shì)差”實(shí)際上意指上述的術(shù)語(yǔ)。如果在液晶層和透明電極或反射鏡電極之間不需要膜，如取向膜，可以讀出施加到接近透明電極的液晶層界面上的電勢(shì)作為透明電極的電勢(shì)，并且可以讀出施加到接近反射鏡電極的液晶層界面上的電勢(shì)作為反射鏡電極的電勢(shì)。
在本實(shí)施方案中，通過(guò)實(shí)例的方式使用投影圖像顯示裝置(投影儀)。但是，可以使用其它類型的裝置，如直接觀察型液晶圖像顯示裝置。
盡管已經(jīng)參考示例性的實(shí)施方案說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的示例性的實(shí)施方案。下面權(quán)利要求的范圍按照最廣義的解釋來(lái)理解，從而涵蓋所有修改、等價(jià)結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，其包括液晶調(diào)制元件(400)，其包括第一電極(102或103)、第二電極(103或102)、以及位于第一電極(102或103)和第二電極(103或102)之間的液晶層(100)；在第一電極(102或103)和第二電極(103或102)之間提供電勢(shì)差的電勢(shì)差提供單元(3)；以及照明液晶調(diào)制元件(400)的照明光學(xué)系統(tǒng)(1)，所述液晶顯示裝置的特征在于該液晶顯示裝置包括用于降低由存儲(chǔ)在液晶層(100)與第一電極(102或103)和第二電極(103或102)至少之一之間的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的電荷調(diào)節(jié)模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶顯示裝置具有第一種模式和第二種模式，液晶顯示裝置被設(shè)置成使得當(dāng)在第一種模式中操作時(shí)，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元(3)而在每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中向液晶層(100)交替施加正電壓和負(fù)電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)(1)照明液晶調(diào)制元件(400)；并且當(dāng)在第二種模式中操作時(shí)，液晶顯示裝置是電荷調(diào)節(jié)模式，其中通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元(3)而在比驅(qū)動(dòng)周期更長(zhǎng)的期間內(nèi)向液晶層施加直流電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)(1)照明液晶調(diào)制元件(400)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于在電荷調(diào)節(jié)模式中施加到液晶層(100)上的所述直流電壓大于200mV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于在用于起動(dòng)液晶顯示裝置的起動(dòng)程序和用于停止液晶顯示裝置的停止程序至少之一期間執(zhí)行所述電荷調(diào)節(jié)模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于基于液晶調(diào)制元件(400)的累積操作時(shí)間、液晶調(diào)制元件(400)的操作環(huán)境和施加到液晶調(diào)制元件(400)上的光的波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于還包含基于負(fù)載參數(shù)發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元，所述負(fù)載參數(shù)基于液晶調(diào)制元件(400)的累積操作時(shí)間、液晶調(diào)制元件(400)的操作溫度環(huán)境和施加到液晶調(diào)制元件(400)上的光通量或波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)周期是1/60秒或更短。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間是一秒或更長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述第一電極(102或103)的材料不同于第二電極(103或102)的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述第一電極(102或103)的費(fèi)米能級(jí)不同于第二電極(103或102)的費(fèi)米能級(jí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于在液晶層(100)與第一電極(102或103)和第二電極(103或102)每個(gè)之間布置由絕緣材料組成的薄膜(101)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶調(diào)制元件(400)是反射型液晶調(diào)制元件，并且第一電極(102或103)和第二電極(103或102)分別是透明電極(102)和反射鏡電極(103)。
13.一種液晶顯示裝置，其包括分別對(duì)應(yīng)于第一種顏色、第二種顏色和第三種顏色的第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)，每個(gè)液晶調(diào)制元件(400)包括第一電極(102或103)、第二電極(103或102)、以及位于所述第一電極(102或103)和第二電極(103或102)之間的液晶層(100)；分別在第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)的第一電極(102或103)和第二電極(103或102)之間提供電勢(shì)差的第一、第二和第三電勢(shì)差提供單元(3)；照明第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)的照明光學(xué)系統(tǒng)(1)；以及從第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)投影圖像光分量的投影光學(xué)系統(tǒng)(4)，所述液晶顯示裝置的特征在于該液晶顯示裝置在第一種模式和電荷調(diào)節(jié)模式中操作，在第一種模式中，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元(3)在每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)每個(gè)的液晶層(100)交替施加正電壓和負(fù)電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)(1)照明第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)中的每個(gè)元件；并且在電荷調(diào)節(jié)模式中，通過(guò)使用電勢(shì)差提供單元(3)在比驅(qū)動(dòng)周期更長(zhǎng)的期間內(nèi)向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)每個(gè)的液晶層(100)施加直流電壓，同時(shí)使用照明光學(xué)系統(tǒng)(1)從光源向第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)中的每個(gè)元件施加光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示裝置，其特征在于基于第一液晶調(diào)制元件(400)的累積操作時(shí)間、第一液晶調(diào)制元件(400)的操作溫度環(huán)境和施加到第一液晶調(diào)制元件(400)上的光通量和波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定對(duì)于第一、第二和第三液晶調(diào)制元件(400)中的每個(gè)元件電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示裝置，其特征在于還包括基于負(fù)載參數(shù)發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元，所述負(fù)載參數(shù)基于第一液晶調(diào)制元件(400)的累積操作時(shí)間、第一液晶調(diào)制元件(400)的操作環(huán)境和施加到第一液晶調(diào)制元件(400)上的光的波長(zhǎng)至少之一來(lái)確定。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示裝置，其特征在于還包括基于接收第一液晶調(diào)制元件(400)發(fā)出的至少一部分光的傳感器的輸出發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的液晶顯示裝置，其特征在于對(duì)于第一液晶調(diào)制元件(400)所述電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間不同于對(duì)于第二液晶調(diào)制元件(400)所述電荷調(diào)節(jié)模式繼續(xù)的時(shí)間。
全文摘要
一種液晶顯示裝置包括液晶調(diào)制元件，該液晶調(diào)制元件包括第一電極、第二電極和液晶層，在第一電極和第二電極之間提供電勢(shì)差的電勢(shì)差提供單元，以及通過(guò)使用來(lái)自光源的光照明液晶調(diào)制元件的照明光學(xué)系統(tǒng)。該液晶顯示裝置包括用于降低由存儲(chǔ)在液晶層與第一電極和第二電極至少之一之間的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的電荷調(diào)節(jié)模式。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK1996109SQ20071000183
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2007年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者小出純, 阿部雅之, 藏田雄也, 黑沢鐵平 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社