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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォブリングによる画素ずらしを行い、高解像度の画像を表示するためのシフト素子、および当該シフト素子を備えた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像のウォブリング（画像シフト）による画素ずらしを行い、画像表示素子の表示画像を高解像度化する技術がＡＳＩＡ Ｄｉｓｐｌａｙ’９５ ＤＩＧＥＳＴｐｐ．７９−８２に開示されている。この技術によれば、画素の見かけの位置を時分割で周期的に元の画素と画素の間にシフトさせることにより、見かけの画素数が倍増する。なお、本明細書における「画像」とは、２次元的な情報の配列を広く含むものであり、表示される画像はイメージに限定されず、テキストその他の情報であってもよい。
【０００３】
画像表示素子が赤・緑・青の３原色の画素から構成されている場合、これら３原色の画素を順次重ね合わせる技術が特開平８−１９４２０７号公報に開示されている。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色だけを表示するだけであるが、上記技術によれば、各画素の表示位置において、時分割でフルカラー表示となるため、表示解像度を向上させることが可能となる。
【０００４】
図９は、画像のウォブリングに用いるシフト素子の公知例を示している。図示されるシフト素子は、光の入射側に配置された液晶セル９１と、光の出射側に配置された複屈折素子９２とを備えている。液晶セル９１は、光が入射する第１の面（光入射面）と、光が出射する第２の面（光出射面）とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる。具体的には、入射光の偏光軸を回転させずにそのまま透過する状態と、偏光方向を約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、本願明細書における「偏光方向」とは、光の伝搬方向に垂直、かつ、電場ベクトルの振動面に平行な方向を意味するものとする。
【０００５】
液晶セル９１における上記のスイッチング動作は、液晶層に印加する電圧のレベルによって制御される。図９に示すように、偏光方向が紙面に垂直な偏光が左方から液晶セル９１の第１の面に入射する。図９の例では、液晶セルの印加電圧がＯＦＦ（例えば０ボルト）のとき、偏光軸が略９０°回転した状態の偏光が液晶セルの第２の面から出射される。第２の面から出た光の偏光軸は、紙面に平行である。一方、液晶セル９１の印加電圧がＯＮ（例えば５ボルト）のとき、偏光軸が回転しない状態の偏光が液晶セルの第２の面から出射される。第２の面から出た光の偏光軸は、紙面に垂直なままである。液晶セル９１に用いる液晶モードは、周知のＴＮ（Twisted Nematic：ツイステッド・ネマチック）、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Cristal：強誘電性液晶）などの各種の液晶から適宜選択される。
【０００６】
複屈折性素子９２は、入射してきた直線偏光の偏光方向の向きに応じ、光線をシフトさせる作用を持っており、複屈折性を有する厚さｔの一軸結晶から形成される。
【０００７】
図９に示す例では、液晶セル９１の印加電圧がＯＦＦのとき、複屈折素子を透過した光は異常光としてシフトするが、液晶セル９１の印加電圧がＯＮのとき、複屈折素子９２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９２の厚さｔによって調節することができる。
【０００８】
複屈折素子９２は、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）などの材料から形成される。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、必要な画像シフト量を得るために必要な複屈折素子１２０の厚さを薄くできるため、小型化および軽量化に適している。
【０００９】
このようなウォブリングを利用した画像表示装置の課題として、シフト素子の液晶セル９１の応答特性が表示画質に大きく依存するということが挙げられる。液晶セル９１の応答特性は温度依存性を有するため、良好な応答特性を得るためには、液晶セル９１を適切な温度範囲内に維持しなければならない。
【００１０】
液晶セルの温度を制御する従来技術が、例えば特開平１１−３２６８７７号公報に記載されている。この技術によれば、液晶セルが直接的にヒータで取り囲まれ、加熱される。図１０を参照しながら、このタイプの従来技術を説明する。
【００１１】
図１０は、画像表示素子９３と、画像表示素子９３から出た光の偏光状態を印加電圧に応じてスイッチングさせる液晶セル９１と、偏光状態に応じて光路をシフトさせる複屈折素子９２とを備えている。画像表示素子９３の表示動作は、画像表示制御回路９５によって制御される。
【００１２】
図１０の例では、液晶セル９１の側面を取り囲むように配置されたヒータ９４によって液晶セル９１の温度を所定範囲内に維持することにより、液晶の応答特性を良好な状態に保持しようとしている。ヒータ９４の近傍には不図示の温度センサが配置されており、温度センサの出力に基づいて、ヒータ駆動制御回路９６がヒータ９４への通電／非通電状態を制御する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ヒータ９４で液晶セル９１の周囲を囲み、側面から液晶セル９１を加熱する場合、光が通過する面（光入射面／出射面）のサイズが大きくなると、液晶温度の面内分布が不均一化するという問題がある。より詳細に述べると、液晶セル９１の周囲をヒータ９４で加熱した時、液晶セル９１の周辺部の温度は中心部の温度に比べて上昇しやすく、液晶セル９１の面内において応答速度のムラが生じる。液晶の応答速度が面内でばらつくと、画質が低下してしまうことになる。
【００１４】
上記の従来技術には他の問題もある。すなわち、液晶セル自体の厚みがガラス板２枚分程度と薄いため、実際にヒータ９４を液晶セル９１の周囲に取り付けるのが困難である。
【００１５】
特開平１１−３２６８７７号公報は、液晶セルを構成するガラス基板上に透明導電膜から形成した発熱体のパターンを設けることにより、液晶セルの全面を加熱するという技術も開示している。
【００１６】
この技術によれば、液晶セルの面内温度分布が略一様となるため、応答速度のムラは生じにくいが、透明導電膜が光路上に存在するため、光の透過率が低下してしまうという問題がある。
【００１７】
また、図１１に示すように、液晶を駆動するために液晶セルに設けられる一対の透明電極のうちの一方の両端に電圧ＶHを与えることにより、この透明電極の面内に電流を流し、透明電極を発熱体として利用する技術が提案されている。この技術によれば、液晶セルの動作に必要な透明導電膜を発熱体として有効に理由するため、余分な透明導電膜パターンの追加によって生じる光の透過率低下は発生しない。しかし、発熱に必要な電圧ＶHを透明電極の両端に印加するとともに、液晶の駆動に必要な電圧ＶLCを一対の透明電極間にも与えなければならないので、液晶層に印加される正味の電圧に勾配が発生し、応答特性が面内で不均一になるおそれがある。
【００１８】
なお、液晶セルおよび複屈折素子の組を２つ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を行うことが可能であるが、この場合は、液晶セルが１枚だけの場合と異なり、複数の液晶セルの各々の応答速度を一致させる必要がある。液晶セル毎に応答速度が異なると、画像シフトのタイミングがばらついて画質が低下するからである。このため、全ての液晶セルで温度を均一に維持しなければならない。特開平１１−３２６８７７号公報には、上記問題に対する解決策は示されていない。
【００１９】
本発明は、シフト素子内における液晶の応答特性を面内で一様化し、応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化の抑制したシフト素子、および当該シフト素子を備えた画像表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のシフト素子は、光が入射する第１の面（光入射面）と、光が出射する第２の面（光出射面）とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる少なくとも１つの液晶セルと、前記液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる複屈折素子とを備えたシフト素子であって、前記液晶セルの前記第１の面および／または前記第２の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材を介して、前記液晶セルの温度を調節する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記複屈折素子が兼ねている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複屈折素子は、空気よりも熱伝導率の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第２の面に接触している。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記液晶セルの前記第１の面の側に配置された透明ブロックを含んでいる。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第１の面に接触している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子を備えている。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触している。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子と前記熱伝達部材との接触は、前記熱伝達部材の側面においてのみ行われている。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される。
【００２９】
本発明のシフト素子は、光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる第１および第２の液晶セルを含む複数の液晶セルと、前記第１の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第１の複屈折素子と、前記第２の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第２の複屈折素子と、を備えたシフト素子であって、前記第１の液晶セルの前記第２の面および前記第２の液晶セルの前記第１の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材を介して、前記第１および第２の液晶セルの温度を調節する。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１の複屈折素子が兼ねている。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１および／または第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された少なくとも１つの透明ブロックを含んでいる。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第１の透明ブロックと、前記第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第２の透明ブロックと、前記第１の複屈折素子とを含んでいる。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子と接触している。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子を備えている。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触している。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子の側面と接触している。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１および第２の透明ブロックの側面と接触している。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記透明ブロックの熱伝導率は、前記液晶セルの熱伝導率よりも高い。
【００４０】
前記熱伝達部材は、前記複屈折素子および／または前記透明ブロックを支持する機能を有している。
【００４１】
本発明の表示装置は、上記いずれかのシフト素子を備えていることを特徴とする。
【００４２】
本発明の画像表示装置は、複数の画素が規則的に配列された表示面を有する表示素子と、前記表示面上に表示すべき画像の信号を前記表示素子に供給する画像信号制御回路とを備えた画像表示装置であって、上記いずれかのシフト素子を更に備え、前記シフト素子は、前記表示面上に表示される画像の切り替えに同期して、前記表示面から発する光線を光軸に対して垂直な方向に周期的にシフトさせる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
まず、図１から図３を参照しながら、本発明による画像表示装置の第１の実施形態を説明する。
【００４４】
本実施形態の画像表示装置は、図１に示すように、光源１、画像表示素子２、シフト素子３、および投影レンズ４を備えた投影型の表示装置である。光源１から出た光は、カラーフィルタ（不図示）を備えた透過型の画像表示素子２を照射する。画像表示素子２によって形成された画像は、シフト素子３を経た後、投影レンズ４によって不図示のスクリーン（投影面）上へ拡大投影される。
【００４５】
画像表示素子２は、複数の画素が規則的に配列された表示面を有しており、画像信号制御手段５が出力する画像信号に基づいて、表示面上に画像を形成する。表示されるべき画像の信号（画像信号）は、画像信号制御手段５から画像表示素子２に供給される。画像表示素子２の構成は、特に限定されず、公知の構成を有する透過型液晶表示素子などが好適に用いられる。
【００４６】
シフト素子３は、表示画像（フレームまたはサブフレーム）の切り替えに同期して、表示面から発する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。その結果、スクリーン上に表示される画像の見かけの画素数は画像表示素子上の画素数に比べて２倍に増加する。
【００４７】
本実施形態で用いるシフト素子３は、光の入射側に配置された液晶セル３０と、光の出射側に配置された複屈折素子３６とを備えており、両者は市販の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。液晶セル３０と複屈折素子３６との間に存在する樹脂層の厚さは、数μｍ程度である。
【００４８】
液晶セル３０は、一対の基板と、これら基板間に位置する液晶層とを備えている。図１の例において、一対の基板のうちの一方は複屈折素子３６の平面サイズ（面積）と略等しい平面サイズを有しているが、他方の基板の平面サイズは、これらよりも相対的に大きい。液晶セル３０の各基板は、熱伝導率が０．７６［Ｗ／ｍ・Ｋ］のホウ珪酸ガラスから形成されている。
【００４９】
液晶セル３０は、光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、液晶層に印加する電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる。本実施形態では、入射光（可視領域において略直接偏光）の偏光軸を回転させずにそのまま透過する状態と、偏光方向を約９０°回転させる状態との間でスイッチング動作を行う。このスイッチング動作は、不図示のシフト素子駆動回路によって制御される。より詳細には、画像表示素子に供給される画像信号のフレームまたはサブフレームの切り替えに同期して、駆動回路が液晶セル３０の液晶層に印加する電圧を周期的に変化させる。
【００５０】
複屈折性素子３６は、入射してきた直線偏光の偏光方向の向きに応じ、光線をシフトさせる作用を持っており、光学異方性を有する厚さ５〜７ｍｍ程度の一軸結晶から形成される。
【００５１】
上記シフト素子３の動作の詳細は、図９を参照しながら説明したものと同様である。このようなシフト素子３によれば、２ポジションの画像シフトを実行し、表示画素数を実質的に２倍に向上させることができる。
【００５２】
図２は、シフト素子３の複屈折素子３６を抜き出し図である。複屈折素子３６の周囲にはシート状の電熱ヒータ７が巻きつけられており、ヒータ７によって複屈折素子３６の側面が加熱される。ヒータ７は、図１に示すように、ヒータ駆動制御回路６と接続されており、ヒータ７の発熱量はヒータ駆動制御回路６によって制御される。
【００５３】
このように本実施形態の複屈折素子３６は、上記のように、光学部材としての機能だけではなく、液晶セル３０の温度調節を行うための熱伝達部材としても重要な機能を果たす。故に複屈折素子３６は熱伝導率の高い材料から形成されていることが好ましい。
【００５４】
本実施形態の複屈折素子３６は、好適には水晶やサファイアから形成される。水晶の熱伝導率は５．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］〜９．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］の値を示し、液晶パネル（基板）の熱伝導率（約０．８［Ｗ／ｍ・Ｋ］）よりも高い。水晶中の熱は、結晶軸に平行な方向にはやや伝導しにくいが、結晶軸に垂直な方向には伝導しやすい。５．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率は、結晶軸に平行な方向に関するものであり、９．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率は、結晶軸に垂直な方向に関するものである。一方、サファイアの熱伝導率は、４２．０［Ｗ／ｍ・Ｋ］の値を示す。
【００５５】
本実施形態では、複屈折素子３６を加熱するヒータ７としてステンレス薄膜を用いている。ヒータ７の幅は４〜６ｍｍ程度であり、複屈折素子３６の厚さよりも小さい。ヒータ７に電流を流し、発生したジュール熱で複屈折素子３６の側面を加熱することにより、その熱を液晶セル３０に伝播させ、液晶セル３０を間接的に加熱する。
【００５６】
本実施形態では、液晶セル３０の光出射側の面（第２の面）と複屈折素子３６との間でスムーズな熱伝達が可能となるように、液晶セル３０および複屈折素子３６を前述した樹脂で接合している。樹脂を用いて両者を接合する場合は、硬化後、液晶セル３０および複屈折素子３６の間の熱膨張率差によって剥がれが生じないように柔軟性を保持する樹脂を選択することが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、液晶セル３０の温度を検知するための温度センサ８を液晶セル３０上に配置している。そして、温度センサ８の出力に基づいて、ヒータ７へ供給する電力の制御、すなわち電流量の調整および／または電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。その結果、液晶セルの温度は、液晶セルの応答特性が良好なものとなる範囲（例えば６０℃程度）に維持される。ヒータ７の制御はヒータ駆動制御回路６によって行う。
【００５８】
本実施形態では、液晶セル３０の基板よりも熱伝導率が高い複屈折素子３６を用いて液晶セル３０の主面を間接的に加熱するため、液晶セル３０の側面にシート状のヒータを巻きつけて直接加熱する場合に比べて、液晶セル３０の面内の温度分布を均一化しやすい。そのため、液晶の応答速度が面内で均一化され、画質が向上する。
【００５９】
また、光路上に余分に透明電極パターンなどを配置していないため、光の透過率が下がることもない。加えて、ヒータ７と加熱対象（複屈折素子）との接触面積を増加させることが容易であるため、熱伝導効率を高めることも可能となる。
【００６０】
複屈折素子３６の材料としては、上述したもの以外に、方解石、ルチル、チリ硝石などの異方性結晶を利用してもよい。
【００６１】
なお、画像のシフト量は、複屈折素子３６の厚さｔで調節されるため、シフト量を小さく設定する場合、複屈折素子３６の厚さがヒータ７を巻きつけるためには不充分になる場合があり得る。そのような場合は、図３に示すように、複屈折素子３６と同程度の面積と、充分な厚さ（例えば、厚さｔ≧６ｍｍ）を有する透明なブロック４０を液晶セル３０の第１の面側に配置し、透明ブロック４０の側面にヒータを巻きつけてもよい。
【００６２】
図３の例では、複屈折素子３６よりも厚い透明ブロック４０をシフト素子の光入射側に配置し、複屈折素子３６の側面にはヒータを設けていない。これに対し、複屈折素子３６が充分に厚い場合においても、透明ブロック４０をシフト素子の光入射面側に配置するとともに、複屈折素子３６および透明ブロック４０の各々の側面にシート状ヒータ７を設け、液晶セル３０の両面から液晶セル３０を加熱するようにしてもよい。
【００６３】
ヒータ付きの透明ブロック４０は、液晶セル３０と複屈折素子３６との間に配置されていても良い。その場合、透明ブロック４０の平面サイズ（面積）と複屈折素子３６の平面サイズを揃えることにより、透明ブロック４０および複屈折素子３６の側面に１つのヒータを巻き付けてもよい。また、透明ブロック４０が充分に厚い場合は、透明ブロック４０の側面のみにヒータを巻きつけるようにしてもよい。
【００６４】
複屈折素子３６が充分に薄い場合、液晶セル３０、複屈折素子３６、および透明ブロック４０をこの順番に配列して前述の樹脂で相互に接合してよい。ヒータ７の熱は透明ブロック４０および複屈折素子３６を介して液晶セル３６の第２の面に流れる。このような構成を採用する場合は、ヒータ７によって直接加熱される透明ブロック４０と液晶セル３０との間に複屈折素子３６が介在するため、複屈折素子３２として熱伝導率の充分に高いものを選択することが必要である。
【００６５】
以上の各場合において、液晶セル３０は複屈折素子３６および／または透明ブロック４０を介して間接的に加熱され、複屈折素子３６や透明ブロック４０は熱伝達部材として機能している。また、このような熱伝達部材は、液晶セル３０の光入射面や出射面との間で熱伝導を行うため、液晶セル３０の温度の面内分布が一様化されやすい。
【００６６】
このような熱伝達部材によって液晶セル３０の温度を効率的に調節するには、熱伝達部材の主面を液晶セルの第１または第２の面に密着させることが好ましい。液晶セル３０と熱伝達部材との間に空気の層が存在すると、スムーズな熱伝導が実現しにくいため、熱伝導性の高い透明な材料を用いて両者を接合することが好ましい。この場合、前述した熱硬化型透明シリコン樹脂に代え、透明な紫外線効果樹脂などを用いてもよい。
【００６７】
透明ブロックを用いる場合は、できるだけ熱伝導率の高い材料から形成したブロックを用いることが望ましい。例えば、熱伝導率がガラスよりも高い水晶やサファイアを用いて透明ブロックを形成することができる。但し、これらの材料は光学的異方性を有するため、材料の結晶軸の向きを調節することにより、透明ブロック内で光路シフトが生じないようにする必要がある。厳密には、透明ブロックによる光路シフト量またはシフト方向が偏光軸の回転によって変化しないようにする必要がある。
【００６８】
なお、透明ブロックを光路上に挿入しても、透明導電体の抵抗配線パターンを光路上に挿入した場合に比べると、透過率の低下は著しく小さく、画質が劣化するという問題はない。
【００６９】
なお、上記の各図面では、熱伝達部材として機能する複屈折素子や透明ブロックの側面とヒータとが全周にわたって接触させているように図示しているが、その必要性は必ずしもない。図示されていないが、例えば複屈折素子を画像表示装置に対して固定するための部材が複屈折素子の側面の一辺または一部に取り付けらる場合、その部分をヒータと接触させる必要はない。液晶セルの面内温度分布を均一化するためには、熱伝達部材の側面全周の半分以上の領域において、熱伝達部部材とヒータとを接触させることが好ましい。
【００７０】
（実施形態２）
図４から図６を参照しながら、本発明による表示装置の第２の実施形態を説明する。
【００７１】
本実施形態の表示装置は、液晶セルおよび複屈折素子の組を２つ有するシフト素子４３を備えている点で実施形態１の投影型画像表示装置と異なっている。シフト素子４３以外の構成は、実施形態１の構成と略同様である。
【００７２】
本実施形態の表示装置は、図４に示すようにに、光源１、画像表示素子２、シフト素子４３、および投影レンズ４を備えている。光源１から出た光は、カラーフィルタ（不図示）を備えた透過型の画像表示素子２を照射する。画像表示素子２の表示面に表された画像は、シフト素子４３を経た後、投影レンズ４によって不図示のスクリーンへ拡大投影される。
【００７３】
本実施形態で用いるシフト素子４３は、光の入射側から順番に配置された第１の液晶セル３０ａ、第１の複屈折素子３６ａ、第２の液晶セル３０ｂ、および第２の複屈折素子３６ｂを備えており、各構成部材は市販の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。
【００７４】
液晶セル３０ａおよび３０ｂは、同様の構成を備え、それぞれ、一対の基板と、基板間に位置する液晶層とを備えている。
【００７５】
シフト素子４３は、画像表示素子２に表示される画像の切り替えに同期して、画像表示素子２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。液晶セル３６ａおよび３６ｂ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を行い、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。
【００７６】
図５は、シフト素子４３中の複屈折素子３６ａを抜き出した図である。複屈折素子３６ａの側面（周囲）には、シート状ヒータ７が巻きつけられており、このヒータ７が複屈折素子３６ａを直接的に加熱する。複屈折素子３６ａは、液晶セル３０ａおよび液晶セル３０ｂの間に挟まれ、これらの面に熱的に接触しているため、ヒータ７の熱は液晶セル３０ａおよび３０ｂへ均一かつ効率的に伝導する。
【００７７】
複屈折素子３６ａが薄くて（例えば厚さｔ＜５ｍｍ）、その側面にヒータ７を巻きつけるることが困難な場合、図６に示すように、複屈折素子３６ａの両側に等しい厚さを有する２枚の透明ブロック４０ａおよび４０ｂを挿入してもよい。液晶セル３０ａの光出射側に配置される透明ブロック４０ａは、前述の樹脂を介して液晶セル３０ａの第２の面と接合されるとともに、同様の樹脂を介して複屈折素子３６ａにも接合されている。同様に、液晶セル３０ｂの光入射側に配置される透明ブロック４０ｂは、前述の樹脂を介して液晶セル３０ｂの第１の面と接合されるとともに、同様の樹脂を介して複屈折素子３６ａにも接合されている。
【００７８】
このような構成を採用することにより、２枚の液晶セル３０ａおよび３０ｂへの熱伝達度を等しくすることができる。この場合も、透明ブロック４０ａおよび４０ｂは、熱伝導率が高い材料（水晶やサファイアなど）を用いて作製することが望ましい。
【００７９】
図５または図６の構成によれば、２つの液晶セル３０ａおよび３０ｂに挟まれている複屈折素子３６ａを加熱することにより、２枚の液晶セルを均一に加熱することができるため、両方の液晶セル３０ａおよび３０ｂの温度を均等に制御することが可能となる。その結果、両液晶セル３０ａおよび３０ｂの応答速度が揃い、表示品位が安定化する。
【００８０】
（実施形態３）
図７および図８を参照しながら、本発明による表示装置の第３の実施形態を説明する。
【００８１】
本実施形態の表示装置は、シフト素子４３を表示装置に固定するための支持体５０を備えている点で前述の実施形態と異なる。この支持体５０はヒータを内蔵するか、あるいは、支持体５０自身がヒータとして機能する。
【００８２】
本実施形態のシフト素子４３は、実施形態２と同様に、２組の液晶セルおよび複屈折素子の対を備えている。２つの液晶セルに挟まれた複屈折素子３６ａの下半分の側面を支持する支持体５０により、シフト素子４３は画像表示装置の筐体（不図示）に固定されている。図８は、図７のシフト素子から複屈折素子および支持体５０を抜き出して記載している。
【００８３】
このようにヒータとして機能し得る支持体５０を用いることにより、部材の共通化が可能となり、コストも低く抑えることができる。
【００８４】
支持体５０の構成は、図示されているものに限定されない。液晶セルなどを一体として支持するような構成を有していてもよい。
【００８５】
（実施形態４）
以下、本発明による表示装置の第４の実施形態を説明する。
【００８６】
上記の各実施形態で使用するシフト素子３、４３は、画像表示素子を通過してシフト素子に入射してくる光によっても加熱（輻射加熱）される。従って、ヒータから複屈折素子を介して液晶セルに供給される熱量が一定レベルにあっても、シフト素子に入射する光の強度が表示画像の内容に応じて刻々変化するため、液晶セルに流入する熱量も変動し、温度制御の誤差要因となる。特に、投影型画像表示装置では、強力な光源から出た強い光がシフト素子に入射するため、輻射熱による液晶セルの温度上昇が顕著となり、ヒータによる温度制御が適正を欠く可能性がある。すなわち、図１に示すようなセンサ８による温度測定のみに基づくフィードバック制御では、ダイナミックに変化する現実の温度変化には迅速に対応できず、液晶セルの温度が適正な温度範囲から逸脱するおそれがある。
【００８７】
本実施形態では、この問題を防ぐために、シフト素子に入射する光の量に基づいてヒータの制御を補償する。シフト素子に入射する光の量は、例えば、表示する画像信号の平均レベルを示す信号に基づいて評価することができる。画像信号の平均レベルは、例えば、画像信号をフレームメモリに書き込む場合、各フレームまたは各フレーム内から選択された特定領域の信号レベルを積算することによって求めることができる。また、ローパスフィルタなどを用いて画像信号を逐次積分した信号を用いても良い。
【００８８】
明るい画像を表示するときに画像信号の平均レベルが高くなる場合、画像信号の平均レベルに応じて、ヒータに通電する電流量を低下させたり、ヒータの通電時間を短縮するような補正を行うことができる。より具体的には、画像信号の平均レベルを示す信号を生成する回路を用い、この回路から画像信号の平均レベルを示す信号をヒータ駆動制御回路に与える。ヒータ駆動制御信号は、センサによって検知した液晶セルの温度、および上記の信号値に基づいて、ヒータの発熱量を制御することができる。
【００８９】
本実施形態の方式を用いて行う温度制御誤差の抑制は、前述のシフト素子を備えた各種の表示装置に適用することができる。
【００９０】
以上、単板式の投影型画像表示装置を例に本発明を説明してきたが、本発明は挙げたが、単板式に限らず、３板式の投影型画像表示装置や、直視型の画像表示装置に対しても適用可能である。
【００９１】
また、本発明の表示装置は、投影型に限定されず、ヘッド・マウント・ディスプレイなどの直視型であってもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、画像のウォブリングを行う光学シフト素子に含まれる複屈折素子または透明ブロックなどの熱伝達部材を介して液晶セルの光入射面および／または光出射面の温度を制御する。このため、液晶セルを均一に加熱して液晶の応答特性を面内で一様化することができ、応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化の抑制することができる。また、シフト素子が２つ液晶セルを含む場合は、それらの液晶セルを同時に加熱することができるため、液晶セルの温度分布を容易に均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図３】第１実施形態で好適に使用され得る他のシフト素子を示す図である。
【図４】本発明による画像表示装置の第２実施形態を示す図である。
【図５】第２実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図６】第２実施形態で好適に使用され得る他のシフト素子を示す図である。
【図７】本発明による画像表示装置の第３実施形態を示す図である。
【図８】第３実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図９】液晶素子および複屈折素子を備えた従来のシフト素子を示す断面図である。
【図１０】シフト素子の加熱する機構を備えた従来の画像表示装置を示す図である。
【図１１】液晶セルを駆動するための透明電極の一方をヒータとして使用する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 画像表示素子
３ シフト素子
４ 投影レンズ
５ 画像信号制御手段
６ ヒータ駆動制御回路
７ ヒータ
８ 温度センサ
３０ シフト素子３の液晶セル
３０ａ シフト素子４３の第１の液晶セル
３０ｂ シフト素子４３の第２の液晶セル
３６ シフト素子３の複屈折素子
３６ａ シフト素子４３の第１の複屈折素子
３６ｂ シフト素子４３の第２の複屈折素子
４０ 透明ブロック
４０ａ 第１の透明ブロック
４０ｂ 第２の透明ブロック
４３ シフト素子（液晶セルと複屈折素子を２組含むタイプ）
５０ 支持体
９１ 液晶セル
９２ 複屈折素子
９３ 画像表示素子
９４ ヒータ
９５ 画像信号制御回路
９６ ヒータ駆動制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォブリングによる画素ずらしを行い、高解像度の画像を表示するためのシフト素子、および当該シフト素子を備えた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像のウォブリング（画像シフト）による画素ずらしを行い、画像表示素子の表示画像を高解像度化する技術がＡＳＩＡ Ｄｉｓｐｌａｙ’９５ ＤＩＧＥＳＴｐｐ．７９−８２に開示されている。この技術によれば、画素の見かけの位置を時分割で周期的に元の画素と画素の間にシフトさせることにより、見かけの画素数が倍増する。なお、本明細書における「画像」とは、２次元的な情報の配列を広く含むものであり、表示される画像はイメージに限定されず、テキストその他の情報であってもよい。
【０００３】
画像表示素子が赤・緑・青の３原色の画素から構成されている場合、これら３原色の画素を順次重ね合わせる技術が特開平８−１９４２０７号公報に開示されている。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色だけを表示するだけであるが、上記技術によれば、各画素の表示位置において、時分割でフルカラー表示となるため、表示解像度を向上させることが可能となる。
【０００４】
図９は、画像のウォブリングに用いるシフト素子の公知例を示している。図示されるシフト素子は、光の入射側に配置された液晶セル９１と、光の出射側に配置された複屈折素子９２とを備えている。液晶セル９１は、光が入射する第１の面（光入射面）と、光が出射する第２の面（光出射面）とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる。具体的には、入射光の偏光軸を回転させずにそのまま透過する状態と、偏光方向を約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、本願明細書における「偏光方向」とは、光の伝搬方向に垂直、かつ、電場ベクトルの振動面に平行な方向を意味するものとする。
【０００５】
液晶セル９１における上記のスイッチング動作は、液晶層に印加する電圧のレベルによって制御される。図９に示すように、偏光方向が紙面に垂直な偏光が左方から液晶セル９１の第１の面に入射する。図９の例では、液晶セルの印加電圧がＯＦＦ（例えば０ボルト）のとき、偏光軸が略９０°回転した状態の偏光が液晶セルの第２の面から出射される。第２の面から出た光の偏光軸は、紙面に平行である。一方、液晶セル９１の印加電圧がＯＮ（例えば５ボルト）のとき、偏光軸が回転しない状態の偏光が液晶セルの第２の面から出射される。第２の面から出た光の偏光軸は、紙面に垂直なままである。液晶セル９１に用いる液晶モードは、周知のＴＮ（Twisted Nematic：ツイステッド・ネマチック）、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Cristal：強誘電性液晶）などの各種の液晶から適宜選択される。
【０００６】
複屈折性素子９２は、入射してきた直線偏光の偏光方向の向きに応じ、光線をシフトさせる作用を持っており、複屈折性を有する厚さｔの一軸結晶から形成される。
【０００７】
図９に示す例では、液晶セル９１の印加電圧がＯＦＦのとき、複屈折素子を透過した光は異常光としてシフトするが、液晶セル９１の印加電圧がＯＮのとき、複屈折素子９２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９２の厚さｔによって調節することができる。
【０００８】
複屈折素子９２は、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）などの材料から形成される。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、必要な画像シフト量を得るために必要な複屈折素子１２０の厚さを薄くできるため、小型化および軽量化に適している。
【０００９】
このようなウォブリングを利用した画像表示装置の課題として、シフト素子の液晶セル９１の応答特性が表示画質に大きく依存するということが挙げられる。液晶セル９１の応答特性は温度依存性を有するため、良好な応答特性を得るためには、液晶セル９１を適切な温度範囲内に維持しなければならない。
【００１０】
液晶セルの温度を制御する従来技術が、例えば特開平１１−３２６８７７号公報に記載されている。この技術によれば、液晶セルが直接的にヒータで取り囲まれ、加熱される。図１０を参照しながら、このタイプの従来技術を説明する。
【００１１】
図１０は、画像表示素子９３と、画像表示素子９３から出た光の偏光状態を印加電圧に応じてスイッチングさせる液晶セル９１と、偏光状態に応じて光路をシフトさせる複屈折素子９２とを備えている。画像表示素子９３の表示動作は、画像表示制御回路９５によって制御される。
【００１２】
図１０の例では、液晶セル９１の側面を取り囲むように配置されたヒータ９４によって液晶セル９１の温度を所定範囲内に維持することにより、液晶の応答特性を良好な状態に保持しようとしている。ヒータ９４の近傍には不図示の温度センサが配置されており、温度センサの出力に基づいて、ヒータ駆動制御回路９６がヒータ９４への通電／非通電状態を制御する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ヒータ９４で液晶セル９１の周囲を囲み、側面から液晶セル９１を加熱する場合、光が通過する面（光入射面／出射面）のサイズが大きくなると、液晶温度の面内分布が不均一化するという問題がある。より詳細に述べると、液晶セル９１の周囲をヒータ９４で加熱した時、液晶セル９１の周辺部の温度は中心部の温度に比べて上昇しやすく、液晶セル９１の面内において応答速度のムラが生じる。液晶の応答速度が面内でばらつくと、画質が低下してしまうことになる。
【００１４】
上記の従来技術には他の問題もある。すなわち、液晶セル自体の厚みがガラス板２枚分程度と薄いため、実際にヒータ９４を液晶セル９１の周囲に取り付けるのが困難である。
【００１５】
特開平１１−３２６８７７号公報は、液晶セルを構成するガラス基板上に透明導電膜から形成した発熱体のパターンを設けることにより、液晶セルの全面を加熱するという技術も開示している。
【００１６】
この技術によれば、液晶セルの面内温度分布が略一様となるため、応答速度のムラは生じにくいが、透明導電膜が光路上に存在するため、光の透過率が低下してしまうという問題がある。
【００１７】
また、図１１に示すように、液晶を駆動するために液晶セルに設けられる一対の透明電極のうちの一方の両端に電圧ＶHを与えることにより、この透明電極の面内に電流を流し、透明電極を発熱体として利用する技術が提案されている。この技術によれば、液晶セルの動作に必要な透明導電膜を発熱体として有効に理由するため、余分な透明導電膜パターンの追加によって生じる光の透過率低下は発生しない。しかし、発熱に必要な電圧ＶHを透明電極の両端に印加するとともに、液晶の駆動に必要な電圧ＶLCを一対の透明電極間にも与えなければならないので、液晶層に印加される正味の電圧に勾配が発生し、応答特性が面内で不均一になるおそれがある。
【００１８】
なお、液晶セルおよび複屈折素子の組を２つ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を行うことが可能であるが、この場合は、液晶セルが１枚だけの場合と異なり、複数の液晶セルの各々の応答速度を一致させる必要がある。液晶セル毎に応答速度が異なると、画像シフトのタイミングがばらついて画質が低下するからである。このため、全ての液晶セルで温度を均一に維持しなければならない。特開平１１−３２６８７７号公報には、上記問題に対する解決策は示されていない。
【００１９】
本発明は、シフト素子内における液晶の応答特性を面内で一様化し、応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化の抑制したシフト素子、および当該シフト素子を備えた画像表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のシフト素子は、光が入射する第１の面（光入射面）と、光が出射する第２の面（光出射面）とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる少なくとも１つの液晶セルと、前記液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる複屈折素子とを備えたシフト素子であって、前記液晶セルの前記第１の面および／または前記第２の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材を介して、前記液晶セルの温度を調節する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記複屈折素子が兼ねている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複屈折素子は、空気よりも熱伝導率の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第２の面に接触している。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記液晶セルの前記第１の面の側に配置された透明ブロックを含んでいる。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第１の面に接触している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子を備えている。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触している。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子と前記熱伝達部材との接触は、前記熱伝達部材の側面においてのみ行われている。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される。
【００２９】
本発明のシフト素子は、光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる第１および第２の液晶セルを含む複数の液晶セルと、前記第１の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第１の複屈折素子と、前記第２の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第２の複屈折素子と、を備えたシフト素子であって、前記第１の液晶セルの前記第２の面および前記第２の液晶セルの前記第１の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材を介して、前記第１および第２の液晶セルの温度を調節する。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１の複屈折素子が兼ねている。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１および／または第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された少なくとも１つの透明ブロックを含んでいる。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材は、前記第１の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第１の透明ブロックと、前記第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第２の透明ブロックと、前記第１の複屈折素子とを含んでいる。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子と接触している。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子を備えている。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触している。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子の側面と接触している。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１および第２の透明ブロックの側面と接触している。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記透明ブロックの熱伝導率は、前記液晶セルの熱伝導率よりも高い。
【００４０】
前記熱伝達部材は、前記複屈折素子および／または前記透明ブロックを支持する機能を有している。
【００４１】
本発明の表示装置は、上記いずれかのシフト素子を備えていることを特徴とする。
【００４２】
本発明の画像表示装置は、複数の画素が規則的に配列された表示面を有する表示素子と、前記表示面上に表示すべき画像の信号を前記表示素子に供給する画像信号制御回路とを備えた画像表示装置であって、上記いずれかのシフト素子を更に備え、前記シフト素子は、前記表示面上に表示される画像の切り替えに同期して、前記表示面から発する光線を光軸に対して垂直な方向に周期的にシフトさせる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
まず、図１から図３を参照しながら、本発明による画像表示装置の第１の実施形態を説明する。
【００４４】
本実施形態の画像表示装置は、図１に示すように、光源１、画像表示素子２、シフト素子３、および投影レンズ４を備えた投影型の表示装置である。光源１から出た光は、カラーフィルタ（不図示）を備えた透過型の画像表示素子２を照射する。画像表示素子２によって形成された画像は、シフト素子３を経た後、投影レンズ４によって不図示のスクリーン（投影面）上へ拡大投影される。
【００４５】
画像表示素子２は、複数の画素が規則的に配列された表示面を有しており、画像信号制御手段５が出力する画像信号に基づいて、表示面上に画像を形成する。表示されるべき画像の信号（画像信号）は、画像信号制御手段５から画像表示素子２に供給される。画像表示素子２の構成は、特に限定されず、公知の構成を有する透過型液晶表示素子などが好適に用いられる。
【００４６】
シフト素子３は、表示画像（フレームまたはサブフレーム）の切り替えに同期して、表示面から発する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。その結果、スクリーン上に表示される画像の見かけの画素数は画像表示素子上の画素数に比べて２倍に増加する。
【００４７】
本実施形態で用いるシフト素子３は、光の入射側に配置された液晶セル３０と、光の出射側に配置された複屈折素子３６とを備えており、両者は市販の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。液晶セル３０と複屈折素子３６との間に存在する樹脂層の厚さは、数μｍ程度である。
【００４８】
液晶セル３０は、一対の基板と、これら基板間に位置する液晶層とを備えている。図１の例において、一対の基板のうちの一方は複屈折素子３６の平面サイズ（面積）と略等しい平面サイズを有しているが、他方の基板の平面サイズは、これらよりも相対的に大きい。液晶セル３０の各基板は、熱伝導率が０．７６［Ｗ／ｍ・Ｋ］のホウ珪酸ガラスから形成されている。
【００４９】
液晶セル３０は、光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、液晶層に印加する電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる。本実施形態では、入射光（可視領域において略直接偏光）の偏光軸を回転させずにそのまま透過する状態と、偏光方向を約９０°回転させる状態との間でスイッチング動作を行う。このスイッチング動作は、不図示のシフト素子駆動回路によって制御される。より詳細には、画像表示素子に供給される画像信号のフレームまたはサブフレームの切り替えに同期して、駆動回路が液晶セル３０の液晶層に印加する電圧を周期的に変化させる。
【００５０】
複屈折性素子３６は、入射してきた直線偏光の偏光方向の向きに応じ、光線をシフトさせる作用を持っており、光学異方性を有する厚さ５〜７ｍｍ程度の一軸結晶から形成される。
【００５１】
上記シフト素子３の動作の詳細は、図９を参照しながら説明したものと同様である。このようなシフト素子３によれば、２ポジションの画像シフトを実行し、表示画素数を実質的に２倍に向上させることができる。
【００５２】
図２は、シフト素子３の複屈折素子３６を抜き出し図である。複屈折素子３６の周囲にはシート状の電熱ヒータ７が巻きつけられており、ヒータ７によって複屈折素子３６の側面が加熱される。ヒータ７は、図１に示すように、ヒータ駆動制御回路６と接続されており、ヒータ７の発熱量はヒータ駆動制御回路６によって制御される。
【００５３】
このように本実施形態の複屈折素子３６は、上記のように、光学部材としての機能だけではなく、液晶セル３０の温度調節を行うための熱伝達部材としても重要な機能を果たす。故に複屈折素子３６は熱伝導率の高い材料から形成されていることが好ましい。
【００５４】
本実施形態の複屈折素子３６は、好適には水晶やサファイアから形成される。水晶の熱伝導率は５．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］〜９．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］の値を示し、液晶パネル（基板）の熱伝導率（約０．８［Ｗ／ｍ・Ｋ］）よりも高い。水晶中の熱は、結晶軸に平行な方向にはやや伝導しにくいが、結晶軸に垂直な方向には伝導しやすい。５．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率は、結晶軸に平行な方向に関するものであり、９．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率は、結晶軸に垂直な方向に関するものである。一方、サファイアの熱伝導率は、４２．０［Ｗ／ｍ・Ｋ］の値を示す。
【００５５】
本実施形態では、複屈折素子３６を加熱するヒータ７としてステンレス薄膜を用いている。ヒータ７の幅は４〜６ｍｍ程度であり、複屈折素子３６の厚さよりも小さい。ヒータ７に電流を流し、発生したジュール熱で複屈折素子３６の側面を加熱することにより、その熱を液晶セル３０に伝播させ、液晶セル３０を間接的に加熱する。
【００５６】
本実施形態では、液晶セル３０の光出射側の面（第２の面）と複屈折素子３６との間でスムーズな熱伝達が可能となるように、液晶セル３０および複屈折素子３６を前述した樹脂で接合している。樹脂を用いて両者を接合する場合は、硬化後、液晶セル３０および複屈折素子３６の間の熱膨張率差によって剥がれが生じないように柔軟性を保持する樹脂を選択することが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、液晶セル３０の温度を検知するための温度センサ８を液晶セル３０上に配置している。そして、温度センサ８の出力に基づいて、ヒータ７へ供給する電力の制御、すなわち電流量の調整および／または電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。その結果、液晶セルの温度は、液晶セルの応答特性が良好なものとなる範囲（例えば６０℃程度）に維持される。ヒータ７の制御はヒータ駆動制御回路６によって行う。
【００５８】
本実施形態では、液晶セル３０の基板よりも熱伝導率が高い複屈折素子３６を用いて液晶セル３０の主面を間接的に加熱するため、液晶セル３０の側面にシート状のヒータを巻きつけて直接加熱する場合に比べて、液晶セル３０の面内の温度分布を均一化しやすい。そのため、液晶の応答速度が面内で均一化され、画質が向上する。
【００５９】
また、光路上に余分に透明電極パターンなどを配置していないため、光の透過率が下がることもない。加えて、ヒータ７と加熱対象（複屈折素子）との接触面積を増加させることが容易であるため、熱伝導効率を高めることも可能となる。
【００６０】
複屈折素子３６の材料としては、上述したもの以外に、方解石、ルチル、チリ硝石などの異方性結晶を利用してもよい。
【００６１】
なお、画像のシフト量は、複屈折素子３６の厚さｔで調節されるため、シフト量を小さく設定する場合、複屈折素子３６の厚さがヒータ７を巻きつけるためには不充分になる場合があり得る。そのような場合は、図３に示すように、複屈折素子３６と同程度の面積と、充分な厚さ（例えば、厚さｔ≧６ｍｍ）を有する透明なブロック４０を液晶セル３０の第１の面側に配置し、透明ブロック４０の側面にヒータを巻きつけてもよい。
【００６２】
図３の例では、複屈折素子３６よりも厚い透明ブロック４０をシフト素子の光入射側に配置し、複屈折素子３６の側面にはヒータを設けていない。これに対し、複屈折素子３６が充分に厚い場合においても、透明ブロック４０をシフト素子の光入射面側に配置するとともに、複屈折素子３６および透明ブロック４０の各々の側面にシート状ヒータ７を設け、液晶セル３０の両面から液晶セル３０を加熱するようにしてもよい。
【００６３】
ヒータ付きの透明ブロック４０は、液晶セル３０と複屈折素子３６との間に配置されていても良い。その場合、透明ブロック４０の平面サイズ（面積）と複屈折素子３６の平面サイズを揃えることにより、透明ブロック４０および複屈折素子３６の側面に１つのヒータを巻き付けてもよい。また、透明ブロック４０が充分に厚い場合は、透明ブロック４０の側面のみにヒータを巻きつけるようにしてもよい。
【００６４】
複屈折素子３６が充分に薄い場合、液晶セル３０、複屈折素子３６、および透明ブロック４０をこの順番に配列して前述の樹脂で相互に接合してよい。ヒータ７の熱は透明ブロック４０および複屈折素子３６を介して液晶セル３６の第２の面に流れる。このような構成を採用する場合は、ヒータ７によって直接加熱される透明ブロック４０と液晶セル３０との間に複屈折素子３６が介在するため、複屈折素子３２として熱伝導率の充分に高いものを選択することが必要である。
【００６５】
以上の各場合において、液晶セル３０は複屈折素子３６および／または透明ブロック４０を介して間接的に加熱され、複屈折素子３６や透明ブロック４０は熱伝達部材として機能している。また、このような熱伝達部材は、液晶セル３０の光入射面や出射面との間で熱伝導を行うため、液晶セル３０の温度の面内分布が一様化されやすい。
【００６６】
このような熱伝達部材によって液晶セル３０の温度を効率的に調節するには、熱伝達部材の主面を液晶セルの第１または第２の面に密着させることが好ましい。液晶セル３０と熱伝達部材との間に空気の層が存在すると、スムーズな熱伝導が実現しにくいため、熱伝導性の高い透明な材料を用いて両者を接合することが好ましい。この場合、前述した熱硬化型透明シリコン樹脂に代え、透明な紫外線効果樹脂などを用いてもよい。
【００６７】
透明ブロックを用いる場合は、できるだけ熱伝導率の高い材料から形成したブロックを用いることが望ましい。例えば、熱伝導率がガラスよりも高い水晶やサファイアを用いて透明ブロックを形成することができる。但し、これらの材料は光学的異方性を有するため、材料の結晶軸の向きを調節することにより、透明ブロック内で光路シフトが生じないようにする必要がある。厳密には、透明ブロックによる光路シフト量またはシフト方向が偏光軸の回転によって変化しないようにする必要がある。
【００６８】
なお、透明ブロックを光路上に挿入しても、透明導電体の抵抗配線パターンを光路上に挿入した場合に比べると、透過率の低下は著しく小さく、画質が劣化するという問題はない。
【００６９】
なお、上記の各図面では、熱伝達部材として機能する複屈折素子や透明ブロックの側面とヒータとが全周にわたって接触させているように図示しているが、その必要性は必ずしもない。図示されていないが、例えば複屈折素子を画像表示装置に対して固定するための部材が複屈折素子の側面の一辺または一部に取り付けらる場合、その部分をヒータと接触させる必要はない。液晶セルの面内温度分布を均一化するためには、熱伝達部材の側面全周の半分以上の領域において、熱伝達部部材とヒータとを接触させることが好ましい。
【００７０】
（実施形態２）
図４から図６を参照しながら、本発明による表示装置の第２の実施形態を説明する。
【００７１】
本実施形態の表示装置は、液晶セルおよび複屈折素子の組を２つ有するシフト素子４３を備えている点で実施形態１の投影型画像表示装置と異なっている。シフト素子４３以外の構成は、実施形態１の構成と略同様である。
【００７２】
本実施形態の表示装置は、図４に示すようにに、光源１、画像表示素子２、シフト素子４３、および投影レンズ４を備えている。光源１から出た光は、カラーフィルタ（不図示）を備えた透過型の画像表示素子２を照射する。画像表示素子２の表示面に表された画像は、シフト素子４３を経た後、投影レンズ４によって不図示のスクリーンへ拡大投影される。
【００７３】
本実施形態で用いるシフト素子４３は、光の入射側から順番に配置された第１の液晶セル３０ａ、第１の複屈折素子３６ａ、第２の液晶セル３０ｂ、および第２の複屈折素子３６ｂを備えており、各構成部材は市販の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。
【００７４】
液晶セル３０ａおよび３０ｂは、同様の構成を備え、それぞれ、一対の基板と、基板間に位置する液晶層とを備えている。
【００７５】
シフト素子４３は、画像表示素子２に表示される画像の切り替えに同期して、画像表示素子２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。液晶セル３６ａおよび３６ｂ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を行い、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。
【００７６】
図５は、シフト素子４３中の複屈折素子３６ａを抜き出した図である。複屈折素子３６ａの側面（周囲）には、シート状ヒータ７が巻きつけられており、このヒータ７が複屈折素子３６ａを直接的に加熱する。複屈折素子３６ａは、液晶セル３０ａおよび液晶セル３０ｂの間に挟まれ、これらの面に熱的に接触しているため、ヒータ７の熱は液晶セル３０ａおよび３０ｂへ均一かつ効率的に伝導する。
【００７７】
複屈折素子３６ａが薄くて（例えば厚さｔ＜５ｍｍ）、その側面にヒータ７を巻きつけるることが困難な場合、図６に示すように、複屈折素子３６ａの両側に等しい厚さを有する２枚の透明ブロック４０ａおよび４０ｂを挿入してもよい。液晶セル３０ａの光出射側に配置される透明ブロック４０ａは、前述の樹脂を介して液晶セル３０ａの第２の面と接合されるとともに、同様の樹脂を介して複屈折素子３６ａにも接合されている。同様に、液晶セル３０ｂの光入射側に配置される透明ブロック４０ｂは、前述の樹脂を介して液晶セル３０ｂの第１の面と接合されるとともに、同様の樹脂を介して複屈折素子３６ａにも接合されている。
【００７８】
このような構成を採用することにより、２枚の液晶セル３０ａおよび３０ｂへの熱伝達度を等しくすることができる。この場合も、透明ブロック４０ａおよび４０ｂは、熱伝導率が高い材料（水晶やサファイアなど）を用いて作製することが望ましい。
【００７９】
図５または図６の構成によれば、２つの液晶セル３０ａおよび３０ｂに挟まれている複屈折素子３６ａを加熱することにより、２枚の液晶セルを均一に加熱することができるため、両方の液晶セル３０ａおよび３０ｂの温度を均等に制御することが可能となる。その結果、両液晶セル３０ａおよび３０ｂの応答速度が揃い、表示品位が安定化する。
【００８０】
（実施形態３）
図７および図８を参照しながら、本発明による表示装置の第３の実施形態を説明する。
【００８１】
本実施形態の表示装置は、シフト素子４３を表示装置に固定するための支持体５０を備えている点で前述の実施形態と異なる。この支持体５０はヒータを内蔵するか、あるいは、支持体５０自身がヒータとして機能する。
【００８２】
本実施形態のシフト素子４３は、実施形態２と同様に、２組の液晶セルおよび複屈折素子の対を備えている。２つの液晶セルに挟まれた複屈折素子３６ａの下半分の側面を支持する支持体５０により、シフト素子４３は画像表示装置の筐体（不図示）に固定されている。図８は、図７のシフト素子から複屈折素子および支持体５０を抜き出して記載している。
【００８３】
このようにヒータとして機能し得る支持体５０を用いることにより、部材の共通化が可能となり、コストも低く抑えることができる。
【００８４】
支持体５０の構成は、図示されているものに限定されない。液晶セルなどを一体として支持するような構成を有していてもよい。
【００８５】
（実施形態４）
以下、本発明による表示装置の第４の実施形態を説明する。
【００８６】
上記の各実施形態で使用するシフト素子３、４３は、画像表示素子を通過してシフト素子に入射してくる光によっても加熱（輻射加熱）される。従って、ヒータから複屈折素子を介して液晶セルに供給される熱量が一定レベルにあっても、シフト素子に入射する光の強度が表示画像の内容に応じて刻々変化するため、液晶セルに流入する熱量も変動し、温度制御の誤差要因となる。特に、投影型画像表示装置では、強力な光源から出た強い光がシフト素子に入射するため、輻射熱による液晶セルの温度上昇が顕著となり、ヒータによる温度制御が適正を欠く可能性がある。すなわち、図１に示すようなセンサ８による温度測定のみに基づくフィードバック制御では、ダイナミックに変化する現実の温度変化には迅速に対応できず、液晶セルの温度が適正な温度範囲から逸脱するおそれがある。
【００８７】
本実施形態では、この問題を防ぐために、シフト素子に入射する光の量に基づいてヒータの制御を補償する。シフト素子に入射する光の量は、例えば、表示する画像信号の平均レベルを示す信号に基づいて評価することができる。画像信号の平均レベルは、例えば、画像信号をフレームメモリに書き込む場合、各フレームまたは各フレーム内から選択された特定領域の信号レベルを積算することによって求めることができる。また、ローパスフィルタなどを用いて画像信号を逐次積分した信号を用いても良い。
【００８８】
明るい画像を表示するときに画像信号の平均レベルが高くなる場合、画像信号の平均レベルに応じて、ヒータに通電する電流量を低下させたり、ヒータの通電時間を短縮するような補正を行うことができる。より具体的には、画像信号の平均レベルを示す信号を生成する回路を用い、この回路から画像信号の平均レベルを示す信号をヒータ駆動制御回路に与える。ヒータ駆動制御信号は、センサによって検知した液晶セルの温度、および上記の信号値に基づいて、ヒータの発熱量を制御することができる。
【００８９】
本実施形態の方式を用いて行う温度制御誤差の抑制は、前述のシフト素子を備えた各種の表示装置に適用することができる。
【００９０】
以上、単板式の投影型画像表示装置を例に本発明を説明してきたが、本発明は挙げたが、単板式に限らず、３板式の投影型画像表示装置や、直視型の画像表示装置に対しても適用可能である。
【００９１】
また、本発明の表示装置は、投影型に限定されず、ヘッド・マウント・ディスプレイなどの直視型であってもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、画像のウォブリングを行う光学シフト素子に含まれる複屈折素子または透明ブロックなどの熱伝達部材を介して液晶セルの光入射面および／または光出射面の温度を制御する。このため、液晶セルを均一に加熱して液晶の応答特性を面内で一様化することができ、応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化の抑制することができる。また、シフト素子が２つ液晶セルを含む場合は、それらの液晶セルを同時に加熱することができるため、液晶セルの温度分布を容易に均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図３】第１実施形態で好適に使用され得る他のシフト素子を示す図である。
【図４】本発明による画像表示装置の第２実施形態を示す図である。
【図５】第２実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図６】第２実施形態で好適に使用され得る他のシフト素子を示す図である。
【図７】本発明による画像表示装置の第３実施形態を示す図である。
【図８】第３実施形態で使用するシフト素子およびヒータを示す図である。
【図９】液晶素子および複屈折素子を備えた従来のシフト素子を示す断面図である。
【図１０】シフト素子の加熱する機構を備えた従来の画像表示装置を示す図である。
【図１１】液晶セルを駆動するための透明電極の一方をヒータとして使用する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 画像表示素子
３ シフト素子
４ 投影レンズ
５ 画像信号制御手段
６ ヒータ駆動制御回路
７ ヒータ
８ 温度センサ
３０ シフト素子３の液晶セル
３０ａ シフト素子４３の第１の液晶セル
３０ｂ シフト素子４３の第２の液晶セル
３６ シフト素子３の複屈折素子
３６ａ シフト素子４３の第１の複屈折素子
３６ｂ シフト素子４３の第２の複屈折素子
４０ 透明ブロック
４０ａ 第１の透明ブロック
４０ｂ 第２の透明ブロック
４３ シフト素子（液晶セルと複屈折素子を２組含むタイプ）
５０ 支持体
９１ 液晶セル
９２ 複屈折素子
９３ 画像表示素子
９４ ヒータ
９５ 画像信号制御回路
９６ ヒータ駆動制御回路
Claims (19)
- 光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる少なくとも１つの液晶セルと、
前記液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる複屈折素子と、
前記液晶セルの前記第１の面および／または前記第２の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材と、
前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子と
を備えたシフト素子であって、
前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触しており、
前記発熱素子において発生した熱が前記少なくとも１つの熱伝達部材を介して前記液晶セルの前記第１の面および／または前記第２の面に伝達することにより、前記液晶セルの温度を調節するシフト素子。 - 前記熱伝達部材は、前記複屈折素子が兼ねている請求項１に記載のシフト素子。
- 前記複屈折素子は、空気よりも熱伝導率の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第２の面に接触している請求項２に記載のシフト素子。
- 前記熱伝達部材は、前記液晶セルの前記第１の面の側に配置された透明ブロックを含んでいる請求項１に記載のシフト素子。
- 前記透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記液晶セルの前記第１の面に接触している請求項４に記載のシフト素子。
- 前記発熱素子と前記熱伝達部材との接触は、前記熱伝達部材の側面においてのみ行われている請求項１に記載のシフト素子。
- 前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される請求項６に記載のシフト素子。
- 光が入射する第１の面と、光が出射する第２の面とを有し、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることができる第１および第２の液晶セルを含む複数の液晶セルと、
前記第１の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第１の複屈折素子と、
前記第２の液晶セルの前記第２の面から出た光を受け、前記光の偏光状態に応じて前記光をシフトさせる第２の複屈折素子と、
前記第１の液晶セルの前記第２の面および前記第２の液晶セルの前記第１の面との間で熱伝達が可能な少なくとも１つの熱伝達部材と、
前記熱伝達部材の少なくとも一部を加熱する発熱素子と
を備えたシフト素子であって、
前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記熱伝達部材の側面と接触しており、
前記発熱素子において発生した熱が前記少なくとも１つの熱伝達部材を介して前記第１の液晶セルの前記第２の面および前記第２の液晶セルの前記第１の面に伝達することにより、前記第１および第２の液晶セルの温度を調節するシフト素子。 - 前記熱伝達部材は、前記第１の複屈折素子が兼ねている、請求項８に記載のシフト素子。
- 前記熱伝達部材は、前記第１および／または第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された少なくとも１つの透明ブロックを含んでいる請求項８に記載のシフト素子。
- 前記熱伝達部材は、前記第１の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第１の透明ブロックと、前記第２の液晶セルと前記第１の複屈折素子との間に配置された第２の透明ブロックと、前記第１の複屈折素子とを含んでいる請求項１０に記載のシフト素子。
- 前記第１および第２の透明ブロックは、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子と接触している請求項１１に記載のシフト素子。
- 前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１の複屈折素子の側面と接触している請求項８に記載のシフト素子。
- 前記発熱素子は、空気よりも熱伝導性の高い物質の層を介して、または直接に、前記第１および第２の透明ブロックの側面と接触している請求項１１に記載のシフト素子。
- 前記発熱素子の発熱量は、シフトすべき画像に関する画像信号の平均レベルに応じて調節される請求項８に記載のシフト素子。
- 前記透明ブロックの熱伝導率は、前記液晶セルの熱伝導率よりも高い請求項４、５、１０、１１、または１２に記載のシフト素子。
- 前記熱伝達部材は、前記複屈折素子および／または前記透明ブロックを支持する機能を有している請求項４、５、１０、１１、または１２に記載のシフト素子。
- 請求項１から１７のいずれかに記載のシフト素子を備えた表示装置。
- 複数の画素が規則的に配列された表示面を有する表示素子と、
前記表示面上に表示すべき画像の信号を前記表示素子に供給する画像信号制御回路と、
を備えた画像表示装置であって、
請求項１から１７のいずれかに記載のシフト素子を更に備え、前記シフト素子は、前記表示面上に表示される画像の切り替えに同期して、前記表示面から発する光線を光軸に対して垂直な方向に周期的にシフトさせる、画像表示装置。
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