液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用液晶调制元件(液晶显示板或液晶显示元件)调制光并且使用调制的光显示图像的图像显示装置，并且更具体地说涉及投影调制的光的投影仪显示装置。
背景技术：
使用用作两维像素光开关的液晶调制元件作为投影显示装置的图像调制单元的液晶投影仪是公知的。主要使用扭曲向列型(TN)液晶元件和垂直排列向列型(VAN)液晶元件作为用于液晶投影仪的液晶调制元件。
液晶调制元件使用电控双折射(ECB)效应给通过液晶层的光波提供延迟以改变光波的偏振条件，因而形成图像光。
在使用ECB效应调制光强的液晶调制元件中，因为对液晶层施加电压(电场或电势差)，所以液晶层中的离子性材料迁移。如果继续向液晶层施加直流电流(DC)，将离子性材料吸引到彼此相对、其间具有液晶层的两个电极的任一个上。然后，通过离子性材料形成的电压抵消了施加到液晶层上的部分电压，这就难以向液晶层施加具有所需强度水平的电压。
为了解决这个问题，通常使用下面两种方法。一种方法是线反转驱动方法，其中通过每隔一个像素线，即逐线反转电压的极性，在60Hz下切换电压。另一种方法是场反转驱动方法，其中通过每隔一个像素场，即逐场反转电压的极性，在60Hz下切换电压。通过防止施加到液晶层上的电压被偏置为一个极性，可以防止离子性材料的不均匀分布(即在液晶层中由离子性材料形成的电压的产生)。
但是，离子性材料的迁移不是施加到液晶层上的实际电压波动的唯一原因(以下将这种电压称作“有效电压”)。例如，在绝缘体的非导体膜(nonconductive film)(如液晶取向膜、增反射膜、用于防止金属洗脱的无机钝化膜等)中，电荷(如电子或空穴)自身有时被俘获。这就增加了非导体膜界面上的充电，并且这种静电充电可以改变液晶层的有效电压。在这种静电充电下，如果由上述反转驱动方法之一驱动上述的液晶调制元件，正电势差(电压)的绝对值和负电势差(电压)的绝对值之间的差异变大，引起发生闪烁。即，施加正电势差时的亮度和施加负电势差时的亮度变得彼此不同，从而引起以60Hz的频率交替显示亮图像和暗图像的现象，即发生闪烁。如果正电势差的绝对值和负电势差的绝对值之间的差异变成200mV或更高，人眼可以观察到这种现象(闪烁)。
当中间有液晶层的两个电极由相同的材料组成时(主要在透射型液晶调制元件中)，发生由于静电充电引起的闪烁，并且当两个电极由不同的材料组成时(主要在反射型液晶调制元件中)，闪烁是更加明显的。
举例来说，在美国专利第7,038,748号中公开了由于静电充电引起的闪烁问题的解决方法。在该出版物中，在反射像素电极上形成了功函调节薄膜层，并且设置反射像素电极的功函(费米能级)相对于与该反射像素电极相对的透明电极(氧化铟锡(ITO)膜电极)的功函(费米能级)为±2％。使用这种结构，可以抑制在液晶层界面上的充电，否则将引起闪烁或残像(sticking)粘附。
更具体地说，为了允许俘获电荷，在液晶层和电极之间需要绝缘膜能量电势的激发跳跃(excitation hopping)。在美国专利第7,038,748号中公开的技术中，从反射镜电极和从ITO电极发生激发跳跃的可能性设置为彼此接近，从而在液晶层的任一层上俘获相同量的电荷。采用这种布置，尽管由场反转驱动方法施加到液晶层上的电压随着电势变化，但是电压的大小保持相同。因此，由于ECB效应通过相对的电极之间的相对值反应性地操作施加到液晶层上的电压，并且不改变液晶的操作。
根据美国专利第7,038,748号中建议的技术，从反射镜电极和从ITO电极发生激发跳跃的可能性变得接近，但是难以设置由于激发跳跃引起的充电量完全相同。因此，液晶层界面上的充电随着液晶调制元件的操作时间逐渐增加。特别地，在液晶调制元件的长期可靠性方面，即随着液晶调制元件的驱动时间变长，彼此相对的反射镜电极和ITO电极之间的电势差达到几百毫伏。当输入液晶调制元件的光子能量更高并且光通量总能量更高时更容易观察到这种现象。
另外，如果由于液晶层界面上的充电在反射镜电极和ITO透明电极之间产生电势差，发生下列现象。如果继续向液晶层施加恒定DC电压，液晶层中的少量离子性材料被吸引到与对置电极接近的液晶层的一个或者两个界面上。然后，粘附到对置电极界面上的离子根据场反转驱动的振幅电势的大小而运动，从而，粘附到对置电极界面上的离子的量根据振幅电势的大小变得不同。即，施加到液晶层上的有效电压根据显示区域的位置而变得不同。这就引起所谓的“残像”现象，并且在长时间显示相同的图像后，如果显示另一个图像，前面的图像作为残留图像保留。

发明内容
本发明提供了一种液晶显示装置，其包括液晶调制元件，该液晶调制元件包括第一电极、第二电极、以及位于所述第一电极和第二电极之间的液晶层，在第一电极和第二电极之间提供电势差的电势差提供单元，以及照明液晶调制元件的照明光学系统。该液晶显示装置包括用于降低由存储在液晶层与第一电极和第二电极至少之一之间的电荷产生的电场强度的电荷调节模式。
液晶显示装置可以具有第一种模式和第二种模式，液晶显示装置被设置成使得当其在第一种模式中操作时，通过使用电势差提供单元可以在每个驱动周期中向液晶层交替施加正电压和负电压，同时使用照明光学系统照明液晶调制元件；并且当在第二种模式中操作时，液晶显示装置可以是电荷调节模式，其中通过使用电势差提供单元在比驱动周期更长的时间内向液晶层施加直流电压，同时使用照明光学系统照明液晶调制元件。
在电荷调节模式中施加到液晶层上的直流电压可以大于200mV。
可以在起动液晶显示装置的起动程序和停止液晶显示装置的停止程序至少之一期间执行电荷调节模式。
可以基于液晶调制元件的累积操作时间、液晶调制元件的操作环境和施加到液晶调制元件上的光的波长至少之一来确定电荷调节模式继续的时间。
液晶显示装置还可以包括基于负载参数发出警报的警报单元，基于液晶调制元件的累积操作时间、液晶调制元件的操作温度环境和施加到液晶调制元件上的光通量和波长至少之一来确定所述负载参数。
驱动周期可以是1/60秒或更短。
电荷调节模式继续的时间可以是一秒或更长。
第一电极的材料可以与第二电极的材料不同。
第一电极的费米能级可以与第二电极的费米能级不同。
可以在液晶层与第一电极和第二电极每个之间布置由绝缘材料组成的薄膜。
液晶调制元件可以是反射型液晶调制元件，并且第一电极和第二电极可以分别是透明电极和反射镜电极。
本发明还提供了包括分别对应于第一种颜色、第二种颜色和第三种颜色的第一、第二和第三液晶调制元件的液晶显示装置，每个液晶调制元件包括第一电极、第二电极、以及位于所述第一电极和第二电极之间的液晶层、分别在第一、第二和第三液晶调制元件的第一电极和第二电极之间提供电势差的第一、第二和第三电势差提供单元、照明第一、第二和第三液晶调制元件的照明光学系统、以及从第一、第二和第三液晶调制元件投影图像光分量的投影光学系统。液晶显示装置在第一种模式和电荷调节模式中操作，在第一种模式中，通过使用电势差提供单元在每个驱动周期中向第一、第二和第三液晶调制元件每个的液晶层交替施加正电压和负电压，同时使用照明光学系统照明第一、第二和第三液晶调制元件中的每个元件；在电荷调节模式中，通过使用电势差提供单元在比驱动周期更长的时间内向第一、第二和第三液晶调制元件每个的液晶层施加直流电压，同时使用照明光学系统从光源向第一、第二和第三液晶调制元件中的每个元件施加光。
对于第一、第二和第三液晶调制元件中的每个元件电荷调节模式继续的时间可以基于第一液晶调制元件的累积操作时间、第一液晶调制元件的操作温度环境和施加到第一液晶调制元件上的光通量和波长至少之一来确定。
液晶显示装置还可以包括基于负载参数发出警报的警报单元，基于第一液晶调制元件的累积操作时间、第一液晶调制元件的操作环境和施加到第一液晶调制元件上的光的波长至少之一来确定所述负载参数。
液晶显示装置还可以包括基于接收第一液晶调制元件发出的至少一部分光的传感器的输出发出警报的警报单元。
对于第一液晶调制元件电荷调节模式继续的时间可以不同于对于第二液晶调制元件电荷调节模式继续的时间。
根据本发明，可以调节存储在液晶层任一面上的电荷，从而可以抑制闪烁的发生，并且可以提供包括长时间表现出高可靠性的液晶调制元件的液晶显示装置。
本发明的其它特征将从下面参考附图对示例性实施方案的说明中变得明显。


图1是说明反射型液晶调制元件的操作的示意图。
图2是说明液晶调制元件的示意图。
图3A和3B分别说明在正常条件和发生闪烁的情况下跨过液晶层的电势差。
图4说明在反射型液晶调制元件的液晶层表面上发生充电的现象。
图5说明根据本发明实施方案控制反射型液晶调制元件液晶层表面上的充电量的技术。
图6是在反射型液晶调制元件液晶层的表面上发生充电时测试结果图。
图7是根据本发明实施方案使用用于控制在反射型液晶调制元件液晶层的表面上发生的充电的量的技术时的测试结果图。
图8是说明使用根据本发明实施方案的反射型液晶调制元件的投影显示装置的示意图。
图9是说明根据本发明实施方案的电荷除去模式实施过程的流程图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细地说明本发明的实施方案。在本实施方案中，公开了除去或降低液晶层界面上承载的电子或空穴的技术，使得施加到液晶调制元件的液晶层上的有效电压可以设置为与施加到电极上的电压相同。更具体地说，控制液晶显示装置，使得两个电极(液晶层位于其间)之间的电势差(电压)变成基本上等于液晶层任一侧上的电势差(两个电压之间的差值在400mV以内，并且更优选在300mV内，并且甚至更优选在200mV内)。根据该技术，可以降低闪烁并且可以延长液晶调制元件和液晶显示装置的寿命。应当指出在本说明书中“闪烁”不仅包括对人眼明显的闪烁，而且包括对人眼不明显的小的亮度变化。下面详细说明本实施方案的液晶显示装置。
图1说明VAN-液晶取向型反射液晶调制元件(反射型液晶显示装置面板或反射型液晶显示元件)400和与反射液晶调制元件400相邻布置的偏振分束器(PBS)401。下面参考图1简要地说明反射型液晶调制元件400和偏振分束器401实施的操作。
从光源发出的光沿箭头IW所示的方向入射到偏振分束器401上。然后，P-偏振光分量沿箭头IWB所示的方向穿过偏振分束器401的偏振分离膜，而S-偏振光分量被偏振分离膜沿箭头IWA所示的方向反射。由箭头IWA表示的偏振方向与图平面垂直，即与偏振分离膜平行。
反射型液晶调制元件400的预倾角相对箭头IWA表示的线性偏振方向为45°，并且向液晶层施加电压，从而提供数量等于入射光波长1/2的延迟。沿由箭头IWA表示的方向入射到反射型液晶调制元件400上的光以两种不同的固有模式在反射型液晶调制元件400的液晶层中传播。然后，通过在两种固有模式之间提供由等式(1)代表的相差δ(λ)，沿着由箭头OW表示的方向，反射型液晶调制元件400反射光δ(λ)＝2π(2dΔn)/λ(1)其中，λ表示入射光的波长，d表示液晶层的厚度，并且Δn表示在向液晶层施加预定电压的状态中折射率的各向异性。在从反射型液晶调制元件400沿着箭头OW表示的方向发出的光分量中，在与图平面垂直的方向中反射型液晶调制元件400反射的光分量(即相对偏振分束器401的S-偏振光分量)被偏振分离表面沿着箭头BW表示的方向反射，并且返回光源。相反，与图平面平行的光分量(即相对偏振分束器401的P-偏振光分量)沿着箭头MW表示的方向穿过偏振分离膜。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-偏振光的透射率为100％，沿着箭头MW表示的方向发出光分量的光传递率(反射率)R(λ)可以由等式(2)表示。
R(λ)＝0.5(1-cosδ(λ))(2)液晶层的液晶分子具有预倾角(当不向液晶层施加电压时，液晶分子相对基板的角度，在基板间夹有液晶层)。如果向液晶层施加电压，倾角从基本上垂直方向向基本上水平方向改变。因此，改变了表观折射率各向异性Δn。结果，将相差δ(λ)降低为大约0°-90°(δ≈0°-δ≈90°)。
图2说明反射型液晶调制元件400的基本内部结构。
如图2所示，反射型液晶调制元件400包括玻璃基板、透明电极(ITO电极)、取向膜(绝缘薄膜)、液晶层、取向膜、例如由铝(Al)组成的反射镜电极(像素电极)、以及硅(Si)基板。尽管取向膜在本实施例中由二氧化硅组成，但是它可以由其它绝缘材料组成。反射镜电极可以由Al以外的材料组成，只要该材料相对于白光表现出85％或更大，并且更优选90％或更大的反射率就行。替代地，与用于红色、绿色和蓝色的反射型液晶调制元件相关，可以使用具有相对于红光、绿光、蓝光分别表现出高反射率的薄膜层的反射镜电极。应当指出红光是波长从600-660nm的光，绿光是波长从500-560nm的光，并且蓝光是波长从430-490nm的光。
图3A和3B说明施加到反射镜电极的电势和施加到透明电极上的电势。在图3A和3B中，纵轴表示施加到接近反射镜电极的液晶层界面和接近透明电极的液晶层界面上的相对电势，并且水平轴表示时间。假定图像信号是恒定信号，绘出图3A和3B中所示的电势。但是，即使图像信号是变化的信号，也能实施本实施方案。
图3A说明在正常条件，即不发生闪烁下的电势。在图3A中，施加到接近透明电极的液晶层界面上的电势由单点点划线表示，并且施加到接近反射镜电极的液晶层界面上的电势由实线表示。在图3A中，在预定的驱动周期(每1/120秒)中交替切换正电势差(电压)和负电势差(电压)，并且正电势差的绝对值基本上等于负电势差的绝对值。驱动周期优选为1/60秒或更低，并且更优选为1/120秒或更低。在图3A所示的正常条件中，正电势差和负电势差之间的差值为400mV或更小，并且更优选300mV或更小，并且甚至更优选200mV或更小。在本实施例中，在60Hz下输入图像信号，并且基于奇数信号1、3、5等向液晶层施加正电势差，并且基于偶数信号，即2、4、6等向液晶层施加负电势差，从而可以实现与60Hz下输入的图像信号对应的液晶显示。将图像信号的输入周期(接收周期)称作“预定的驱动周期”。下面简要讨论驱动本实施方案的液晶显示装置的液晶调制元件的方法。在本实施方案的液晶显示装置中，在与每帧(1/60秒周期)的图像信号相关的每个1/120秒周期中向液晶层交替施加具有相同大小的正电压和负电压，从而显示两个场的一个图像。在本实施方案中，如上所述，一帧(1/60秒周期)对应两个场(两个场在每个1/120秒周期中形成一个图像)。在此情况下，可取地在一帧中施加到液晶层上的正电势差的绝对值基本上等于在相同帧中施加到液晶层上的负电势差的绝对值(两个电势差之间的差异在400mV内)。如果两个绝对值基本上相同，则抑制了在液晶调制元件中发生闪烁，使得对于人眼闪烁变得不显著(不会对人眼不舒适)。如果两个绝对值的差异大，即250mV或更大，则发生人眼可分辨的闪烁。可以驱动液晶调制元件，使得一帧对应于一个场，即图像信号的一帧可以对应于1/60秒，并且可以与图像信号相关向液晶层施加正或负电压，从而可以显示一个场的一个图像。如果一帧对应于一个场，可取地如上所述，施加到液晶层上的正电压的绝对值基本上等于施加到液晶层上的负电压的绝对值，而图像信号保持不变。在本实施方案中，可取地对应于一帧(1/60秒)的周期长于对应于一个场(1/120秒)的周期。
图3B说明发生闪烁时的电势。在图3B中，施加到接近透明电极的液晶层界面上的电势由双点点划线表示，并且施加到接近反射镜电极的液晶层界面上的电势由虚线表示。在图3B中，与图3A中所示的电势相比，施加到接近透明电极的液晶层界面上的电势相对于施加到接近反射镜电极的液晶层界面上的电势而移动，并且正电势差和负电势差明显彼此不同(两个电势差之间的差值大于400mV)。即，在透明电极和反射镜电极之间不均匀地发生电子或空穴的激发跳跃，并且由于液晶层任一侧上俘获的电子或空穴，在液晶层中产生电压。换句话说，作为通过向液晶层施加的高强度的光而激发的结果，液晶层内诸如电子或空穴的电荷跳出液晶层，并且可以被俘获在液晶调制元件内。在此情况下，由于在液晶调制元件内俘获的诸如电子或空穴的电荷，或者因为由于电荷跳跃而充电的液晶层，在电极间不施加电压的状态中，在液晶层中产生电场。
如果正电势差和负电势差之间的差值变得大于400mV，亮度差也变得更大。于是，在60Hz下闪烁的光强波形的低频组分波动，这使闪烁对于人眼更加明显。
下面将参考图4讨论在反射型液晶调制元件的图像显示状态(当显示图像时，即第一种模式时)中能量电势结构和电子和空穴的运动。图像显示状态是基于通过图像信号输入单元输入(读出)的图像信号驱动反射型液晶调制元件，从而显示图像的状态。在此情况下，驱动反射型液晶调制元件，从而施加到液晶层界面上的正电压和负电压之间的差值变为400mV或更小，并且更优选300mV或更小，并且甚至更优选200mV或更小。图像信号输入单元包括计算机、图像存储单元，如照相机、摄像机等、存储单元，如存储器、图像接收器，如电视广播接收天线、或者从这种图像输入单元接收图像的图像信号接收器。
反射型液晶调制元件包括光入射到上面并且从中发出的ITO透明电极102、以及主要由用作镜面的铝或铝合金组成的金属反射镜电极103。在图4中，示出了液晶层100和主要由氧化硅组成的多孔的倾斜(oblique)沉积液晶取向膜101，其用于使液晶以VAN形式取向。功函调节薄膜层104由镍、铑、铅、铂、或者它们的氧化物组成，其表现出大于铝的功函。只要这种材料的功函比作为反射镜电极103的主体材料-铝更接近于ITO透明电极102的材料，即只要功函调节薄膜层104和ITO透明电极102之间的功函差异小于5％，任何材料都可以用于功函调节薄膜层104。
在图4中，ENI和ENM表示电子的激发，而EPI和EPM表示空穴的激发。ENI和EPI还代表来自ITO透明电极102的电子和空穴的激发，而ENM和EPM还代表来自反射镜电极103的电子和空穴的激发。另外，在图4中，hv指输入液晶调制元件中的光子能量，并且VPP指施加到金属反射镜电极103上的电势。向液晶层施加VPP作为场反转驱动的电势(AC组分)。
要调制的液晶层100表现出下面的基本结构。液晶层100被布置成使得其夹在由作为无机非导体材料的氧化硅组成的液晶取向膜101和具有功函调节薄膜层104的液晶取向膜101之间。透明电极102被布置在液晶取向膜101的外侧，使得它们彼此接触，并且金属反射镜电极103被布置在功函调节薄膜层104的外侧，使得它们彼此接触。在图4中的垂直方向中，透明电极102、金属反射镜电极103和功函调节薄膜层104的位置表示了能量电势的能级(费米能级)，并且真空能级在图4中的顶部位置处。
ITO透明电极102的功函能量和金属(铝)反射镜电极103的功函能量距真空能级分别为大约5.0eV和大约4.2eV，即ITO透明电极102和金属反射镜电极103的费米能级分别为大约-5.0eV和大约-4.2eV。功函是从材料表面向真空中除去一个电子(刚到材料表面的外面)所需的最小能量，并且是材料独特的值。也就是说，在ITO透明电极102和金属(铝)反射镜电极103之间有0.8eV的电势差。然后，在金属(铝)反射镜电极103和取向膜101之间布置美国专利申请7,038,748中所用的上述功函调节薄膜层104以降低两个电极之间的电势差。按照这种方式，形成功函调节薄膜层104(薄膜层)，从而金属反射镜电极103的功函变得接近ITO透明电极102的功函，于是从金属反射镜电极103激发电子和空穴的可能性基本上等于从ITO透明电极102的可能性。
理想地，金属反射镜电极103和ITO透明电极102之间的能量电势差变为零。但是，即使使用功函调节薄膜层104，两个电极之间的电势差可能大于零并且小于0.2eV。这是因为由于可以用于功函调节薄膜层104的材料的限制和由于制造条件和工艺的变化而实际上难以设置两个电极间的电势差精确相同。
图6是说明当对于具有功函调节薄膜层的四个液晶调制元件进行长期试验时对置电极之间电势差相对于时间的图。尽管由于功函调节薄膜层制造过程中的变化在液晶调制元件的特性中有些变化，但是在大约2000小时的操作时间后一些试样的电势差超过200mV。在大约3000小时的操作时间后，所有试样的电势差超过200mV。在超过200mV的电势差下，闪烁变得显著，并且残像特性从初始性能严重恶化。“残像”是显示前一帧图像的电场残留，并且由于残留的DC电压，前面的图像作为残留图像重叠在后一帧的图像上的现象。如果闪烁加剧，在正向或负向中施加高电压，并且反转方向中的电压变弱，从而增加了发生残像的可能性(恶化了残像特性)。“对置电极之间的电势差”表示在对置电极之间不施加电压(即施加0伏电压)的状态中ITO透明电极的电势差相对反射镜电极的电势差。在图3B中的正电压和负电压之间的差异方面，图6中200mV的电势差等于400mV，这是200mV的两倍。如果假定ITO透明电极的电势从图3A中所示的状态(不发生闪烁的状态)向正或负方向移动200mV，这就可以容易理解。因此，可以就正电压和负电压之间的差异而言大于400mV的电势差代表对人眼显著的闪烁程度。替代地，它可以由就对置电极之间的电势差而言大于200mV的电势差代表。因此，如果对置电极之间的电势差超过200mV，可以认为已经达到液晶调制元件的寿命。
因此，在本实施方案中，按照下面的方式驱动液晶调制元件，从而可以抑制显示的闪烁，即延迟了显著闪烁的发生。下面参考图5具体地讨论实施这一点的方法。
图5所示的结构与图4中完全相同。如图5中所示的箭头所示，在长于驱动周期(如果驱动频度是60Hz为1/60秒)的时间内向液晶层100(在对置电极之间)施加DC电压VDC。DC电压不一定是恒定的电压，并且即使改变电压的大小(电压或电势差的值)，只要电压符号保持相同，它也可以称为DC电压。还应当指出将施加到液晶层100上的有效电压称为“DC电压”。施加DC电压的时间优选是驱动周期(1/60秒)的大于10倍，并且更优选是驱动周期(1/60秒)的大于1000倍，并且甚至更优选是驱动周期(1/60秒)的大于10000倍。
也就是说，在长于驱动周期的时间内在对置电极之间提供电势，从而施加到一个电极上的电压总是变成正的并且施加到另一个电极上的电压总是变成负的。这就便于电子和空穴的运动，如图5所示，并且更具体地说电子向图的左下侧，即向ITO透明电极102迁移，而空穴向图的右上侧，即向金属反射镜电极103迁移。结果，因为除去(降低)了液晶层100任一侧上俘获的电子和空穴，所以可以消除(降低)由俘获的电子和空穴产生的电压。也就是说，调节(降低)液晶层100和电极之间承载的电子和空穴的量，从而可以降低由于在液晶层100和电极之间承载的电子和空穴产生液晶层100界面间电势差的差异。
更详细地说明这一点。如果继续向液晶调制元件中输入光子能量(光)hv，同时施加DC电压VDC，发生下面的现象。由于由施加电压引起的能量级梯度，如箭头RNI所示，在液晶层100和液晶取向膜101之间界面附近俘获的电子由光强迫激发并且向透明电极102排出。另外，由于由施加电压引起的能量级梯度，如箭头RPM所示，在液晶层100和液晶取向膜101之间界面附近俘获的空穴由光强迫激发并且反射镜电极103排出。如果反转施加到接近透明电极102和反射镜电极103的液晶层100的界面上的DC电压的极性，接近透明电极102和接近反射镜电极103的液晶层100的界面的电势差反转。
图7中说明使用上述方法进行的长期操作试验的结果。在该试验中，在50℃下操作液晶调制元件四小时的间隔后，向液晶调制元件施加预定的电压(对置电极之间3V的电势差)，同时向液晶调制元件输入预定的光通量(大约3W/cm2的蓝光)。在图7中，纵轴代表液晶调制元件的对置电极之间的电势差，并且水平轴指时间。图7表明即使在大约4000小时的操作时间后，对置电极之间的电势差也不超过200mV并且包含在±100mV内。即，根据本发明，已经证明可以长期抑制闪烁或残像的发生。
在图7中所示的这种长期操作中，在图像显示状态(第一种模式)中驱动四小时后，在电荷调节模式(第二种模式，即图像不显示模式，尽管在此模式期间可以显示图像)中以“电荷除去模式”形式的驱动进行5分钟。电荷除去模式是除去液晶层100任一侧上俘获的电子和空穴的模式(或者平衡存储在液晶层100的一个界面中的电荷和存储在另一个界面上的电荷，从而消除施加到液晶层100上的电压)。尽管在上述试验中的电荷除去模式中，跨过液晶层100施加3V的电压，但是如果施加200mV或更大，并且更优选500mV或更大，并且再更优选1V或更大的电压是足够的。另外，尽管在上述试验中电压施加时间是5分钟(这是驱动周期(1/120秒)的72000倍)，但是施加时间可以是1秒(这是驱动周期的120倍)或更长，并且更优选是10秒或更长，并且更优选1分钟或更长。可取地，电荷除去模式(第二种模式)的持续时间为图像显示模式(第一种模式)持续时间的1/500或更长，并且更优选1/100或更长，并且再更优选1/50或更长。但是，可取地，用于除去在液晶层100和液晶取向膜101之间界面附近俘获的电子和空穴电荷的电荷除去模式的持续时间根据下面的因素确定液晶调制元件的操作条件，如第一种模式中的累积操作时间、第一种模式中的操作环境，如温度、湿度等、以及第一种模式中的累积光通量或光波长。可取地，根据基于那些因素至少之一的参数(负载参数)来确定电荷除去模式的持续时间。这种负载参数可以由时间，如电荷除去模式所需的持续时间Te、或者其它单位来表示。如果经验上预定电荷除去模式的持续时间，可以存储预定的持续时间，然后可以在图像非显示状态中实施电荷除去模式。图像非显示状态是其中即使在向图像显示装置供电时图像显示功能也不操作的状态，即待机模式。
可以使用光学传感器的检测结果确定电荷除去模式的持续时间。例如，可以在由图8中的标记数字50所示的位置布置光学传感器，并且根据入射到光学传感器上的光通量的变化确定持续时间。如果光学传感器安装在这个位置，可以检测到从所有三种颜色液晶调制元件2R、2G和2B中发出的光部分。因此，可以用一个光学传感器检测三种颜色的光的量。
使用光学传感器使得可以测量根据承载的电子和空穴的量的光通量的变化，从而实施更精确地电荷除去。如果传感器50检测红、绿和蓝光分量的量则是足够的，但是更优选传感器50单独控制每种颜色光的调制以单独测量施加到每种颜色液晶调制元件上的光通量的变化。采用这种布置，可以根据对应液晶调制元件的电子或空穴的量，确定用于每种颜色液晶调制元件的电荷除去模式的适当持续时间。替代地，在确定了每个液晶调制元件的电荷除去模式的持续时间后，可以将用于表现出最高相对发光率的绿色液晶调制元件的电荷除去模式的持续时间设置为用于所有液晶调制元件的电荷除去模式的持续时间。替代地，电荷除去模式的持续时间在液晶调制元件之间可以是不同的。另外，可以布置基于光学传感器50的输出发出警报的警报单元，从而可以引起用户的注意。
可取地，在液晶显示装置内布置光学传感器。但是，它可以被布置在液晶显示装置外，在此情况下可以使用由光学传感器获得的检测结果确定电荷除去模式的持续时间。光学传感器所处的位置不限制于图8中所示的标记数字50所示的位置，并且光学传感器可以布置在投影光学系统的壁表面上，或者可以使用可移动的光学传感器，从而在实施电荷除去模式时它可以在光路上移动。
如上所述，使用光学传感器可以检测不明显的闪烁(并且更具体地说，测量跨过液晶层存储的电荷产生的小于200mV的电势差)，从而实现适当且精确的电荷除去。
电荷除去模式可以在起动或停止液晶显示装置时起动。替代地，可以通过手动操作，例如用户实施的按钮操作来起动电荷除去模式。
如果需要在电荷除去模式中长时间驱动，可以将电荷除去模式的时间分成几个时间。例如，如果在电荷除去模式中驱动需要大约1小时，通过使用起动或停止液晶显示装置的时间，可以将其分成二十次，每次实施3分钟。另外，如果操作者手动实施电荷除去模式，他/她可以使用电荷除去模式起动按钮(图像显示停止按钮)和电荷除去模式停止按钮(图像显示重起按钮)来实施预定时间的电荷除去模式。下面讨论在电荷除去模式(第二种模式)中施加DC电压。现在假定当ITO透明电极的电势差维持在恒定水平下并且将像素电极的中心电势差调节至ITO透明电极的电势差时继续图像显示。在此条件下，考虑可以使闪烁水平最小化的ITO透明电极的理想电势差在正方向中单调变化的情况。在此情况下，如果ITO透明电极的电势差在负方向上不变化则是充分的。在此情况下，在上述电荷除去模式中，应当在相对像素电极的中心电势差将ITO透明电极的电势设置在负方向上的状态中向液晶层施加电压。相反，在相同条件下，考虑可以使闪烁水平最小化的ITO透明电极的理想电势差在正方向中单调变化的情况。在此情况下，与前面的情况相反，在上述电荷除去模式中，应当在相对像素电极的中心电势差将ITO透明电极的电势设置在正方向上的状态中向液晶层施加电压。根据上述电荷除去模式的执行，可以降低在液晶调制元件内俘获的电荷(电子或空穴)对液晶层的影响，因此可以抑制闪烁的发生。
下面参考图9的流程图说明根据图像显示装置的起动操作(起动程序)实施电荷除去模式的过程。起动操作(起动程序)代表从图像显示装置打开电源时直至显示图像时的操作。相反，停止操作(停止程序)表示从图像显示装置关闭电源时直至图像显示装置的冷却风扇停止时的操作。
在步骤101中，打开图像显示装置的电源。然后，在步骤S102中，立即实施起动操作。在起动操作后过去所需时间Tn时，在步骤S109中，完成起动操作。与执行起动操作同时，起动电荷除去模式，并且实施下面的操作。从存储器中读出基于液晶调制元件的操作条件获得的电荷除去模式所需的持续时间Te(电荷除去模式需要的持续时间)，并且在步骤S103中确定持续时间Te是否大于零。如果持续时间Te小于或等于零，过程进行至其中完成电荷除去模式的步骤S110。如果发现持续时间Te大于零，过程进行至步骤S104，以判定持续时间Te是否大于起动操作所需的时间Tn(起动操作所需时间)。如果发现时间Te大于时间Tn，过程行进至其中实施持续Tn的电荷除去模式的步骤S105。在过去了Tn后，在步骤S106中，计算Te和Tn的差，并且在存储器中存储计算结果作为新的电荷除去模式所需的持续时间Te。如果在步骤S104中发现Te小于或等于Tn，过程进行至其中实施电荷除去模式达到电荷除去模式所需的持续时间Te的步骤S107。然后，在步骤S108中，将Te更新为零并且存储在存储器中。然后在步骤S110中完成电荷除去模式。
图9中所示的流程图所示的过程只是示例性的，并且可以通过不同的过程实施电荷除去模式。例如，在实施起动操作时实施电荷除去模式。在此情况下，响应表示电荷除去模式执行时间超过电荷除去模式所需持续时间Te或者已经完成(或者将要完成)起动操作的信号，完成电荷除去模式。然后，计算电荷除去模式执行时间Tex和电荷除去模式所需持续时间Te之间的差并且存储在存储器中作为新的电荷除去模式所需的持续时间Te。这种过程对于在实际起动操作时间变得长于常用起动操作时间的情况中除去电荷是更有效的。
在图9所示的过程中，当打开装置电源时起动电荷除去模式。但是，可以当停止装置或者按下预定按钮，例如电荷除去模式起动按钮或闪烁消除按钮时起动。替代地，当基于装置的操作条件获得的电荷除去模式所需的持续时间Te(可以简单地是一个负载参数以代替时间)达到预定值(例如30分钟或一小时)，强制起动电荷除去模式。替代地，在Te达到上述预定值之前，可以在图像显示模式中操作装置一小会儿，然后可能发出表示强制起动电荷除去模式的警报。如果不实施电荷除去模式，可以显示直至装置寿命结束的剩余时间(即在发生闪烁前的时间)。
当实施电荷除去模式(或者实施除去电荷控制)时，可以机械或者电学地布置用于屏蔽光泄漏到装置外面的光屏蔽单元，如光闸(shutter)。如果电荷除去模式的操作时间在液晶调制元件之间是不同的，则可以在照明光学系统中布置独立屏蔽单种颜色的光的光屏蔽单元。替代地，可以对于每个液晶调制元件提供用于电荷除去模式的其它光源，并且当实施电荷除去模式时可以使用该光源照明液晶调制元件。采用这种布置，不一定需要为上述照明光学系统提供光屏蔽单元。
图8是表示根据本发明实施方案的投影显示装置的主光学系统的剖视图。
使用从将从图像信号输入单元(未显示)供应的图像信号转化成光学调制板驱动信号的光学调制板驱动器(控制器)3中输出的驱动信号独立控制三个反射型液晶调制元件2R、2G和2B。
分色镜30接收从照明单元(照明光学系统)1(图1中所示的侧视图)输出并且在垂直于图平面的方向中线性偏振的照明光，并且通过反射红光和蓝光并且透射绿光来分离照明光。在该照明单元1中，在垂直图平面的横截面(包括照明光学系统光轴的横截面)中来自光源的光和平行图平面的横截面中来自光源的光之间，光学布局是不同的。即，入射到分色镜30上的照明光束在垂直图平面的横截面中汇聚(integrated)并且在平行图平面的横截面中不汇聚。本实施方案适用于其中入射到分色镜上的照明光束在两个横截面中都汇聚的照明单元。
在红光和蓝光的共用光路上布置蓝混色偏振器34，给蓝光提供半波长延迟并且不给红光提供延迟。蓝混色偏振器(cross colorpolarizer)34是波长选择λ/2板并且是用作蓝光的λ/2板且对红光或绿光不提供相差的光学元件。结果，蓝光的偏振方向与图平面平行，并且红光的偏振方向保持与图平面垂直，并且蓝光和红光在那些状态中入射到分束器33上。然后，在平行图平面的方向中线性偏振的蓝光穿过偏振分离膜，因为相对于偏振分离膜它是P-偏振光，并且被引导至用作蓝光调制板的蓝光反射型液晶调制元件2B。红光由偏振分离膜反射，因为相对于偏振分离膜它是S-偏振光，并且被引导至用作红光调制板的红光反射型液晶调制元件2R。通过对应的光调制板，对用作图像光的光分量提供半波长延迟，并且其从光调制板输出，并且再次入射到偏振分束器33中。结果，从红色和蓝色光调制板中发射出的图像光(P-偏振红光和S-偏振蓝光)被导向图平面的底侧，并且入射到给红光提供半波长延迟并且不给蓝光提供延迟的红混色偏振器35上。如同在上述蓝混色偏振器34中一样，红混色偏振器35是波长选择λ/2板，并且是用作红光的λ/2板且对蓝光或绿光不提供相差的光学元件。如此，在全部转化成S-偏振光后，红光和蓝光分量入射到偏振分束器32上并且由偏振分离表面反射。然后，将反射的光分量导向投影光学系统4并且投影到屏幕(投影表面)5上。
穿过分色镜30的绿光穿过调节光程长度的虚拟玻璃(dummyglass)36(可以是用于调节偏振状态的只传播S-偏振光的偏振器)并且入射到偏振分束器31上。绿光由偏振分离表面反射，因为相对于偏振分离表面它是S-偏振光，并且入射到用作绿光调制板的绿光反射型液晶调制元件2G上，并且给用作图像光的光分量提供半波长延迟。结果，绿色图像光作为P-偏振光发出并且穿过偏振分束器31和用于调节光程长度的虚拟玻璃37(其可以是用于调节偏振状态的只传播P-偏振光的偏振器)。然后，绿色图像光穿过偏振分束器32并且通过投影光学系统4投影到屏幕5上。
在本实施方案中，已经通过实施例说明了在透明电极和反射镜电极之间夹有液晶层的反射型液晶调制元件。但是，因为由于电极的结构而发生上述问题，因此可以使用透射型液晶调制元件。尽管在本实施方案中使用了VAN液晶调制元件，但是可以使用其它任何类型的液晶调制元件，如TN液晶调制元件。
在本实施方案中，实施了ECB驱动，从而通过向透明电极施加恒电势并且向反射镜电极施加垂直变化的电势(具有假-AC分量)而向液晶层基本上施加AC电压。可以反转施加到透明电极和反射镜电极上的电势。
在本实施方案中，当基于图像信号显示图像时，在正常条件下驱动液晶调制元件而不进行除去电子或空穴的操作。但是，本发明不局限于这种模式。更具体地说，为了除去电子或空穴，可以调节透明电极和/或反射镜电极的电势至不会引起闪烁的程度，同时基于图像信号显示图像。即，可以在显示图像的同时，向透明电极和/或反射镜电极施加恒定的电势(可以向液晶层施加非常小的偏压)。然后，可以在显示图像的同时，除去(或减小)液晶层任一侧上俘获的电子和空穴。
尽管在本实施方案中在液晶层和电极之间只布置了取向膜，但是除了该取向膜外还可以布置其它的膜。
在本实施方案中，使用术语“施加到接近透明电极的液晶层界面上的电势”和“施加到接近反射镜电极的液晶层界面上的电势”的原因是施加到液晶层上的电压并不总是等于透明电极或反射镜电极的电势，因为由于存在布置在液晶层和透明电极或反射镜电极之间的膜(取向膜)而可能发生电压降低。因此，在本实施方案中，术语“透明电极和反射镜电极之间的电势差”实际上意指上述的术语。如果在液晶层和透明电极或反射镜电极之间不需要膜，如取向膜，可以读出施加到接近透明电极的液晶层界面上的电势作为透明电极的电势，并且可以读出施加到接近反射镜电极的液晶层界面上的电势作为反射镜电极的电势。
在本实施方案中，通过实例的方式使用投影图像显示装置(投影仪)。但是，可以使用其它类型的装置，如直接观察型液晶图像显示装置。
尽管已经参考示例性的实施方案说明了本发明，但应当理解本发明不局限于所公开的示例性的实施方案。下面权利要求的范围按照最广义的解释来理解，从而涵盖所有修改、等价结构和功能。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其包括液晶调制元件(400)，其包括第一电极(102或103)、第二电极(103或102)、以及位于第一电极(102或103)和第二电极(103或102)之间的液晶层(100)；在第一电极(102或103)和第二电极(103或102)之间提供电势差的电势差提供单元(3)；以及照明液晶调制元件(400)的照明光学系统(1)，所述液晶显示装置的特征在于该液晶显示装置包括用于降低由存储在液晶层(100)与第一电极(102或103)和第二电极(103或102)至少之一之间的电荷产生的电场强度的电荷调节模式。
2.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述液晶显示装置具有第一种模式和第二种模式，液晶显示装置被设置成使得当在第一种模式中操作时，通过使用电势差提供单元(3)而在每个驱动周期中向液晶层(100)交替施加正电压和负电压，同时使用照明光学系统(1)照明液晶调制元件(400)；并且当在第二种模式中操作时，液晶显示装置是电荷调节模式，其中通过使用电势差提供单元(3)而在比驱动周期更长的期间内向液晶层施加直流电压，同时使用照明光学系统(1)照明液晶调制元件(400)。
3.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于在电荷调节模式中施加到液晶层(100)上的所述直流电压大于200mV。
4.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于在用于起动液晶显示装置的起动程序和用于停止液晶显示装置的停止程序至少之一期间执行所述电荷调节模式。
5.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于基于液晶调制元件(400)的累积操作时间、液晶调制元件(400)的操作环境和施加到液晶调制元件(400)上的光的波长至少之一来确定电荷调节模式继续的时间。
6.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于还包含基于负载参数发出警报的警报单元，所述负载参数基于液晶调制元件(400)的累积操作时间、液晶调制元件(400)的操作温度环境和施加到液晶调制元件(400)上的光通量或波长至少之一来确定。
7.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述驱动周期是1/60秒或更短。
8.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述电荷调节模式继续的时间是一秒或更长。
9.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述第一电极(102或103)的材料不同于第二电极(103或102)的材料。
10.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述第一电极(102或103)的费米能级不同于第二电极(103或102)的费米能级。
11.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于在液晶层(100)与第一电极(102或103)和第二电极(103或102)每个之间布置由绝缘材料组成的薄膜(101)。
12.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述液晶调制元件(400)是反射型液晶调制元件，并且第一电极(102或103)和第二电极(103或102)分别是透明电极(102)和反射镜电极(103)。
13.一种液晶显示装置，其包括分别对应于第一种颜色、第二种颜色和第三种颜色的第一、第二和第三液晶调制元件(400)，每个液晶调制元件(400)包括第一电极(102或103)、第二电极(103或102)、以及位于所述第一电极(102或103)和第二电极(103或102)之间的液晶层(100)；分别在第一、第二和第三液晶调制元件(400)的第一电极(102或103)和第二电极(103或102)之间提供电势差的第一、第二和第三电势差提供单元(3)；照明第一、第二和第三液晶调制元件(400)的照明光学系统(1)；以及从第一、第二和第三液晶调制元件(400)投影图像光分量的投影光学系统(4)，所述液晶显示装置的特征在于该液晶显示装置在第一种模式和电荷调节模式中操作，在第一种模式中，通过使用电势差提供单元(3)在每个驱动周期中向第一、第二和第三液晶调制元件(400)每个的液晶层(100)交替施加正电压和负电压，同时使用照明光学系统(1)照明第一、第二和第三液晶调制元件(400)中的每个元件；并且在电荷调节模式中，通过使用电势差提供单元(3)在比驱动周期更长的期间内向第一、第二和第三液晶调制元件(400)每个的液晶层(100)施加直流电压，同时使用照明光学系统(1)从光源向第一、第二和第三液晶调制元件(400)中的每个元件施加光。
14.根据权利要求13的液晶显示装置，其特征在于基于第一液晶调制元件(400)的累积操作时间、第一液晶调制元件(400)的操作温度环境和施加到第一液晶调制元件(400)上的光通量和波长至少之一来确定对于第一、第二和第三液晶调制元件(400)中的每个元件电荷调节模式继续的时间。
15.根据权利要求13的液晶显示装置，其特征在于还包括基于负载参数发出警报的警报单元，所述负载参数基于第一液晶调制元件(400)的累积操作时间、第一液晶调制元件(400)的操作环境和施加到第一液晶调制元件(400)上的光的波长至少之一来确定。
16.根据权利要求13的液晶显示装置，其特征在于还包括基于接收第一液晶调制元件(400)发出的至少一部分光的传感器的输出发出警报的警报单元。
17.根据权利要求13的液晶显示装置，其特征在于对于第一液晶调制元件(400)所述电荷调节模式继续的时间不同于对于第二液晶调制元件(400)所述电荷调节模式继续的时间。
全文摘要
一种液晶显示装置包括液晶调制元件，该液晶调制元件包括第一电极、第二电极和液晶层，在第一电极和第二电极之间提供电势差的电势差提供单元，以及通过使用来自光源的光照明液晶调制元件的照明光学系统。该液晶显示装置包括用于降低由存储在液晶层与第一电极和第二电极至少之一之间的电荷产生的电场强度的电荷调节模式。
文档编号G02F1/1333GK1996109SQ20071000183
公开日2007年7月11日 申请日期2007年1月5日 优先权日2006年1月6日
发明者小出纯, 阿部雅之, 藏田雄也, 黑沢铁平 申请人:佳能株式会社