(57)【要約】【課題】光変調層の光透過面内における応答特性ばらつきを抑制する。【解決手段】光を放射する光源１と、光源１で発生する熱を光源１の外部へ放出する放熱部３４とを有する光源ユニット１０、光源１から放射された光を受け入れる光入射面２ａと、光を出射する光出射面２ｂと、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの間に配置され、光源１から放射された光を変調する第１光変調層２Ｌとを有する光変調素子ユニット２０、ならびに第１光変調層２Ｌを加熱する加熱ユニット３０を備える。加熱ユニット３０は、第１光変調層２Ｌに対向する第１加熱面３２ｂを有する加熱部３２と、放熱部３４から加熱部３２に熱を伝達する熱伝達部３１、３５とを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源と、前記光源で発生する熱を前記光源の外部へ放出する放熱部とを有する光源ユニット、前記光源から放射された光を受け入れる光入射面と、前記光を出射する光出射面と、前記光入射面および前記光出射面の間に配置され、前記光源から放射された光を変調する第１光変調層とを有する光変調素子ユニット、ならびに前記第１光変調層を加熱する加熱ユニットを備え、前記加熱ユニットは、前記第１光変調層に対向する第１加熱面を有する加熱部と、前記放熱部から前記加熱部に熱を伝達する熱伝達部とを有している、装置。
【請求項２】
前記第１光変調層は複数の領域を有しており、前記光変調ユニットは、前記複数の領域のそれぞれに電圧を印加する駆動回路を含み、前記複数の領域のそれぞれは、前記印加電圧に応じて前記光源から放射された光を変調することによって画像を表示する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１光変調層は、電圧印加に応答して光の偏光状態を切り替えることができ、前記光変調ユニットは、前記第１光変調層から出射する光の光軸位置をその偏光状態に応じてシフトさせることができる複屈折素子と、前記第１光変調層に対して複数レベルの電圧を選択的に供給する電圧印加部とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光変調素子ユニットは、前記光入射面および前記光出射面の間に配置された第２光変調層をさらに有し、前記加熱部は、前記第２光変調層に対向する第２加熱面をさらに有し、前記加熱ユニットは前記第１光変調層と前記第２光変調層とを加熱する、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記加熱部は、前記第１光変調層と前記第２光変調層との間に設けられている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光源から放射された光は前記加熱部の少なくとも一部を通過する、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記加熱部は、透光性を有する流動性の媒体を用いて前記第１光変調層を加熱する、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記熱伝達部は、前記放熱部から前記加熱部へ前記流動性の媒体を移動させることによって、前記放熱部から前記加熱部へ熱を伝達する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記流動性の媒体は液体である、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記放熱部は前記光源に装着されている放熱板である、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記放熱板は前記流動性の媒体に接している、請求項７から１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記熱伝達部は、前記流動性の媒体を内部に保持する第１容器を有し、前記流動性の媒体は前記第１容器内で前記放熱部によって加熱される、請求項７から１１のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記加熱部は、前記流動性の媒体を保持する第２容器を有し、前記第２容器の表面は前記第１加熱面を構成しており、前記第２容器の少なくとも一部は透光性を有する、請求項７から１２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記熱伝達部は前記加熱部と前記放熱部とを接続する前記流動性の媒体の経路を有する、請求項７から１３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記熱伝達部は、前記流動性の媒体を前記放熱部から前記加熱部へ移動させる輸送手段を有する、請求項７から１４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記流動性の媒体を、前記放熱部と前記加熱部との間で循環させる循環機構をさらに有する、請求項７から１５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記加熱部は、ＡＲ処理された表面を有しており、前記光源から放射された光は前記ＡＲ処理された表面を通過する、請求項１から１６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記光変調素子ユニットは、前記第１光変調層を含む第１光変調素子を有している、請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記第１光変調素子は透明基板を有し、前記加熱部は前記第１加熱面を形成する透明部材を有している、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１加熱面は、前記第１光変調素子の表面と接している、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１加熱面と、前記第１光変調素子の表面とを接合する接合層をさらに有する、請求項１８から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記接合層の材料の屈折率は、前記透明部材の屈折率とほぼ等しい、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記接合層の材料の屈折率は、前記透明基板の屈折率とほぼ等しい、請求項２１または２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記接合層の材料は樹脂である、請求項２１から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記接合層の材料は液体である、請求項２１から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記透明部材の屈折率は、前記流動性の媒体の屈折率とほぼ等しい、請求項１９から２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記透明基板の屈折率は、前記透明部材の屈折率とほぼ等しい、請求項１９から２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記光変調素子ユニットは、前記第２光変調層を含む第２光変調素子を有し、前記第２加熱面と、前記第２光変調素子の表面とを接合する他の接合層をさらに有する、請求項４または５に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１光変調層の近傍に設けられた温度センサと、
発熱体と、
前記温度センサによる測定温度に基づいて前記発熱体のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御部と
をさらに備える、請求項１から２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記発熱体は前記流動性の媒体を加熱する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１光変調層を冷却する手段をさらに備える、請求項１から３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記光源はメタルハライドランプ、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプのいずれかを有し、前記光変調素子ユニットから出射する光を被投影面に照射することによって前記被投影面に画像を形成する光学系をさらに備える、請求項１から３１のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調素子を備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子を用いた画像表示装置では、液晶表示素子は通常、駆動用の電極や配線、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタ等を備える一対のガラス基板によって、厚さ数μｍの液晶層が挟み込まれた構成を有している。液晶表示素子の光入射面および光出射面にはそれぞれ偏光板が配置されている。また、液晶表示素子の光入射面側にはバックライトが設けられている。
【０００３】
このような画像表示装置においては、所望の応答速度で表示を行うことが必須条件である。図９は、一般的なノーマリーホワイト方式の画像表示装置に用いられる液晶表示素子における印加電圧と液晶表示素子の透過率との関係を示すグラフである。この方式の表示装置は、液晶表示素子の光入射面および光出射面にそれぞれ位置する偏光板の偏光軸を互いに垂直になるように配置することによって実現できる。図９に示すように、一般的に液晶表示素子の駆動のために電圧を印加したときの液晶の立ち上がり時間Ｔｏｎは、電圧の印加を停止した時の液晶の立ち下がり時間Ｔｏｆｆに比べて短い（例えばＴｏｎ＝３（ｍｓｅｃ）、Ｔｏｆｆ＝１０（ｍｓｅｃ））。これらの時間Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆは、液晶表示素子の液晶層の温度によって変化する。すなわち、液晶層の温度が低いと、液晶層の粘度が増大するので、応答速度が小さくなる。その結果、液晶表示素子による表示の品位は低下する。従って、表示品位を一定に保つためには、液晶表示素子（液晶層）を適切な温度、例えば６０℃などに保つ必要がある。
【０００４】
液晶表示素子を適温に保つための構成は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の構成では、図６に示すように、液晶表示素子８１の表示領域８３の周囲を取り囲むように、ほぼコの字型の加熱部材８２が配置されている。この構成によれば、液晶表示素子８１を備えた表示装置を低温の場所で使用する場合でも、加熱部材８２に所要の電流を供給することにより液晶表示素子８１を加熱すれば、液晶表示素子８１自体の温度を高く保つことができるので、所望の応答特性（応答速度）を維持できる。
【０００５】
また、特許文献１には、液晶表示素子を加熱するために透光性のシートヒーターを用いる構成も記載されている。
【０００６】
一方、画像表示装置の課題の一つに、解像度を向上させることが挙げられる。非特許文献１には、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、見かけの画素数が増加する。
【０００７】
図７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す。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、光入射面と光出射面とを有し、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。
【０００８】
図７に示すようなシフト素子を備えた画像表示装置においても、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。前述したように、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。
【０００９】
シフト素子の温度を制御することができる表示装置は、例えば特許文献２に開示されている。この表示装置では、シフト素子の液晶セルを加熱するために、液晶セルを直接取り囲むようにヒータが配置されている。特許文献２の表示装置の具体的な構成を図８に示す。図８の表示装置は、画像表示素子９３と、画像表示素子９３から出射する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。図８の表示装置では、液晶セル９１の応答特性を良好な状態に保持するために、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。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ＯＮ／ＯＦＦを制御している。
【００１０】
また、特許文献２には、バックライトを有する直視型の液晶表示装置において、ヒータなどの発熱体を設ける代わりに、バックライトで発生する熱量を伝熱性の良好な部材を介してシフト素子や液晶表示素子に導くことによって、これらの素子を加熱することが提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３３７３１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３２６８７７号公報
【非特許文献１】
ＡＳＩＡ  Ｄｉｓｐｌａｙ’９５  ＤＩＧＥＳＴ  ｐｐ．７９−８２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の液晶表示素子８１では、液晶表示素子８１の周囲に加熱部材８２が配置されているので、光が通過する表示領域８３が大きくなると、その表示領域８３内の温度分布が不均一になるという問題が生じる。より詳細に述べると、液晶表示素子８１の周囲を加熱部材８２で加熱した場合、表示領域の周辺部の温度は、表示領域８３の中心部の温度に比べて上昇しやすいため、表示領域８３面内に温度のムラが生じ、その結果応答速度にもムラが生じる。このような表示領域８３面内における応答速度のばらつきは、画質の低下を引き起こす可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１の液晶表示素子８１は、前述したように、薄いガラス基板２枚で液晶層を挟み込むような構成を有している。そのため、実際に加熱部材８２を液晶表示素子８１に接触させることができる面積は小さい。従って、加熱部材８２を取り付けることは困難であり、また、加熱部材８２を取り付けることができても、その加熱効率は低く、加熱能力に限界がある。
【００１４】
さらに、特許文献１に記載されている透明性シートヒーターを用いて液晶表示素子を加熱する構成には、以下のような問題がある。まず、シートヒーターは透明導電膜等の発熱源を備えているため、この透明導電膜による光の反射あるいは吸収が発生し、その結果、光の透過率が低下する。また、シートヒーターを発熱させるためには、シートヒーターに大電流を流す必要があるため、大きな電力が必要となる。
【００１５】
特許文献２の表示装置では、シフト素子の液晶セル９１の周囲にヒータ９４を巻きつけてシフト素子を加熱するため、液晶セル９１の側面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面内において温度のムラが生じる。その結果、応答速度にもばらつきが生じる。
【００１６】
本発明の主な目的は、光源から放射される光を変調する光変調層（液晶層など）を含む液晶表示素子および／またはシフト素子を備えた装置において、光変調層の光透過面内における応答特性のばらつきを抑制することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、光を放射する光源と、前記光源で発生する熱を前記光源の外部へ放出する放熱部とを有する光源ユニット、前記光源から放射された光を受け入れる光入射面と、前記光を出射する光出射面と、前記光入射面および前記光出射面の間に配置され、前記光源から放射された光を変調する第１光変調層とを有する光変調素子ユニット、ならびに前記第１光変調層を加熱する加熱ユニットを備え、前記加熱ユニットは、前記第１光変調層に対向する第１加熱面を有する加熱部と、前記放熱部から前記加熱部に熱を伝達する熱伝達部とを有していることを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記第１光変調層は複数の領域を有しており、前記光変調ユニットは、前記複数の領域のそれぞれに電圧を印加する駆動回路を含み、前記複数の領域のそれぞれは、前記印加電圧に応じて前記光源から放射された光を変調することによって画像を表示する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記第１光変調層は、電圧印加に応答して光の偏光状態を切り替えることができ、前記光変調ユニットは、前記第１光変調層から出射する光の光軸位置をその偏光状態に応じてシフトさせることができる複屈折素子と、前記第１光変調層に対して複数レベルの電圧を選択的に供給する電圧印加部とを備える。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記光変調素子ユニットは、前記光入射面および前記光出射面の間に配置された第２光変調層をさらに有し、前記加熱部は、前記第２光変調層に対向する第２加熱面をさらに有し、前記加熱ユニットは前記第１光変調層と前記第２光変調層とを加熱する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記加熱部は、前記第１光変調層と前記第２光変調層との間に設けられている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記光源から放射された光は前記加熱部の少なくとも一部を通過する。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記加熱部は、透光性を有する流動性の媒体を用いて前記第１光変調層を加熱する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部は、前記放熱部から前記加熱部へ前記流動性の媒体を移動させることによって、前記放熱部から前記加熱部へ熱を伝達する。前記流動性の媒体は液体であってもよい。
【００２５】
前記放熱部は前記光源に装着されている放熱板であってもよい。
【００２６】
前記放熱板は前記流動性の媒体に接していることが好ましい。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記熱伝達部は、前記流動性の媒体を内部に保持する第１容器を有し、前記流動性の媒体は前記第１容器内で前記放熱部によって加熱される。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記加熱部は、前記流動性の媒体を保持する第２容器を有し、前記第２容器の表面は前記第１加熱面を構成しており、前記第２容器の少なくとも一部は透光性を有する。
【００２９】
前記熱伝達部は前記加熱部と前記放熱部とを接続する前記流動性の媒体の経路を有していてもよい。
【００３０】
前記熱伝達部は、前記流動性の媒体を前記放熱部から前記加熱部へ移動させる輸送手段を有していてもよい。
【００３１】
前記流動性の媒体を、前記放熱部と前記加熱部との間で循環させる循環機構をさらに有していてもよい。
【００３２】
前記加熱部は、ＡＲ処理された表面を有しており、前記光源から放射された光は前記ＡＲ処理された表面を通過してもよい。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記光変調素子ユニットは、前記第１光変調層を含む第１光変調素子を有している。
【００３４】
前記第１光変調素子は透明基板を有し、前記加熱部は前記第１加熱面を形成する透明部材を有していることが好ましい。
【００３５】
前記第１加熱面は、前記第１光変調素子の表面と接していてもよい。
【００３６】
前記第１加熱面と、前記第１光変調素子の表面とを接合する接合層をさらに有していてもよい。
【００３７】
前記接合層の材料の屈折率は、前記透明部材の屈折率とほぼ等しいことが好ましい。
【００３８】
前記接合層の材料の屈折率は、前記透明基板の屈折率とほぼ等しいことが好ましい。
【００３９】
前記接合層の材料は樹脂であってもよいし、液体であってもよい。
【００４０】
前記透明部材の屈折率は、前記流動性の媒体の屈折率とほぼ等しいことが好ましい。
【００４１】
前記透明基板の屈折率は、前記透明部材の屈折率とほぼ等しいことが好ましい。
【００４２】
前記光変調素子ユニットは、前記第２光変調層を含む第２光変調素子を有し、前記第２加熱面と、前記第２光変調素子の表面とを接合する他の接合層をさらに有していてもよい。
【００４３】
前記第１光変調層の近傍に設けられた温度センサと、発熱体と、前記温度センサによる測定温度に基づいて前記発熱体のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御部とをさらに備えることができる。前記発熱体は前記流動性の媒体を加熱してもよい。
【００４４】
前記第１光変調層を冷却する手段をさらに備えることができる。
【００４５】
前記光源はメタルハライドランプ、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプのいずれかを有し、前記光変調素子ユニットから出射する光を被投影面に照射することによって前記被投影面に画像を形成する光学系をさらに備えていてもよい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００４７】
（実施形態１）
まず、図１から図３を参照しながら、本発明による光変調素子ユニットを備えた装置の第１の実施形態を説明する。なお、本明細書において、「光変調素子ユニット」とは、光を変調することができる液晶層などの光変調層を含む素子または素子の組み合わせをいい、表示素子、シフト素子、または表示素子およびシフト素子の組み合わせを広く含む概念である。また、本明細書では、表示素子やシフト素子などの上記光変調層を含む素子を「光変調素子」と呼ぶことがある。
【００４８】
本実施形態の装置は、図１に示すように、光源ユニット１０、光変調素子ユニット２０、加熱ユニット３０、および投影レンズ４を備えた投影型の表示装置である。光源ユニット１０は、光源１と、光源１で発生する熱を光源１の外部へ放出する放熱板３４とを有している。光変調素子ユニット２０は、画像表示素子２および画像信号制御回路５を備えている。画像表示素子２は、光源１から放射された光を受け入れる光入射面２ａと、光を出射する光出射面２ｂとを有しており、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの間には、光源１から放射された光を変調する光変調層２Ｌが設けられている。加熱ユニット３０は、透明な液状媒体３３を充填した液槽３１および透明液槽３２と、これらの液槽３１および３２を接続する連結パイプ３５とを有している。透明液槽３２は、光変調層２Ｌに対向する加熱面３２ｂを有している。
【００４９】
図１に示す画像表示素子２は、光源１からの光で照射されて画像を形成する。形成された画像は、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。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。
【００５０】
本実施形態では、光源１として光出力１５０Ｗ、アーク長５ｍｍ、アーク径２．２ｍｍのメタルハライドランプを用いている。このランプは、アーク長方向が画像表示素子２の入射面に対して略垂直方向となるように配置されている。また、この光源１には放熱板３４が装着されている。なお、光源１として、メタルハライドランプに限らず、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプ等を用いることができる。本実施形態で使用する光源１としては、三原色に対応する３つの波長域の光を含む白色光を放射するランプを用いることが好ましい。また、放熱板３４として、金属板や放熱フィンを用いることができる。
【００５１】
画像表示素子２は、不図示のカラーフィルタを備えた透過型の画像表示素子である。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、画像信号制御回路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）は画像信号制御回路５から画像表示素子２に供給される。画像表示素子２自体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。
【００５２】
本実施形態では、屈折率１．４６の石英ガラス基板を有する液晶表示素子を使用している。本実施形態における光変調層２Ｌは液晶層である。液晶層は複数の領域を有しており、画像信号制御回路５は液晶層の複数の領域のそれぞれに電圧を印加する。液晶層の各領域は、印加電圧に応じて、光源１からの光を変調することによって画像を形成する。
【００５３】
液槽３１および透明液槽３２には、共に透明な液状媒体３３が充填されている。液槽３１は光源１の近傍に設けられており、液槽３１内の透明液状媒体３３は、光源１に装着された放熱板３４と接触している。一方、透明液槽３２は、図１では画像表示素子２の光入射側に配置されているが、必ずしもその必要はなく、画像表示素子２の光出射側に配置されていてもよい。透明液槽３２の表面３２ａまたは３２ｂは、画像表示素子２の光入射面２ａまたは出射面２ｂに沿って配置され、画像表示素子２を加熱する加熱面として機能する。透明液槽３２の加熱面と画像表示素子２とは樹脂等を用いて接合されている（これらは、図１では説明のために分離して示されている）。
【００５４】
液槽３１および透明液槽３２は、図２に示すように、連結パイプ３５等の液状媒体経路３５によって接続部（不図示）を介して互いに接続されている。また、光源１に装着された放熱板３４からの熱によって加熱された液槽３１内の透明液状媒体３３を、透明液槽３２内に移動させるための液送ポンプ７を備えている。連結パイプ３５や液状ポンプ７は、好ましくは、透明液状媒体を液槽３１と透明液槽３２との間で循環させるように構成される。
【００５５】
液槽３１と透明液槽３２との連結パイプ３５は、耐熱性および非溶解性のある材料、例えばシリコンゴム等で構成されていることが好ましい。なお、連結パイプ３５は、液槽３１または透明液槽３２と一体構造を有していても良い。
【００５６】
放熱板３４などの光源１の放熱部から画像表示素子２の加熱部（透明液槽３２）へ熱を伝達する手段は、透明液状媒体３３を流動させる手段に限らない。他の手段によって熱を伝達し、加熱部に設けられた透明液槽３２内の透明液状媒体３３を加熱することもできる。この場合、液槽３１および連結パイプ３５を設けなくてもよい。例えば、光源１の放熱板３４を延長して透明液槽３２に充填されている透明液状媒体３３に接触させる構造としてもよいし、熱伝導性の高い金属などの個体で構成された熱伝達手段を設け、その熱伝達手段の一部を透明液槽３２内の透明液状媒体３３と接触させる構造としてもよい。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、放熱板３４の熱を利用して透明液状媒体３３を加熱することにより、透明液槽３２の表面（加熱面）の温度を上昇させるので、透明液槽３２に密着して接合されている画像表示素子２の表面が効率よく加熱される。このとき、画像表示素子２は、その周囲（側面）からではなく表示面（光透過面）全体から加熱されるため、画像表示素子２の表示面内における温度ムラの発生が抑制される。従って、画像表示素子２の表示品位の低下を抑制することができる。同時に、透明液槽３２は画像表示素子２に密着して設けられているので、画像表示素子２の表面への埃の付着を防止できる。すなわち防塵ガラスの設置を省略できるため、そのためのコストを抑えることができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、放熱板３４からの熱を有効に利用することにより、画像表示素子２を加熱する。従って、画像表示素子２の加熱を目的として、ヒータなどの発熱部材を別個に設ける必要がないので、コストを抑えることができる。
【００５９】
さらに、前述したように、放熱板３４は透明液状媒体３３に直接接している。このような構成により、透明液状媒体３３を効率よく加熱することができるとともに、放熱板３４が効率よく冷却されるので、光源１で生じた熱を効率よく放出することができる。従って、光源１の長寿命化に寄与する。
【００６０】
液槽３１の材料は耐熱性および非溶解性があれば特に限定されない。また、液槽３１は、光源１から放射される光が画像表示素子２に入射する光路に存在しないことが好ましい。上記光路に存在しなければ、液槽３１は透明材料から形成される必要はない。
【００６１】
透明液槽３２は、画像表示装置２の光入射面２ａまたは出射面２ｂに沿って設けられているため、上記光路内に存在する。従って、透明液槽３２は透光性を有していることが必要である。そのため、透明液槽３２のうち少なくとも光が通過する部分は透明材料から形成される。また、透明液槽３２の透明材料の屈折率は、画像表示素子２を構成する基板の屈折率とほぼ等しいことが望ましい。本実施形態では、透明液槽３２を屈折率が１．４９のアクリル板を用いて構成しているが、これに限定されない。アクリル板の代わりに、例えば水晶やガラス板等で構成してもよい。
【００６２】
透明液槽３２と画像表示素子２との接合に用いる樹脂材料は、透明液槽３２の透明材料の屈折率および画像表示素子２の基板の屈折率とほぼ等しい屈折率を有していることが望ましい。本実施形態では、屈折率が１．４９の市販の熱硬化型透明シリコン樹脂を用い、画像表示素子２と透明液槽３２との間に厚さが数十μｍの樹脂層を形成する。
【００６３】
上記接合には、樹脂材料の代わりに液体材料を用いることもできる。例えば、画像表示素子２と透明液槽３２の間隙に、シール材を用いて液体材料を封入することによって液体層を形成しても良い。この場合も、封入する液体材料の屈折率は、透明液槽３２の透明材料の屈折率および画像表示素子２の基板の屈折率とほぼ等しいことが望ましい。
【００６４】
さらに、上記のような接合層（例えば樹脂層や液体層）を設けず、透明液状媒体３３が画像表示素子２の基板表面と接するように、透明液状媒体３３を保持する手段を設けても良い。
【００６５】
液槽３１および透明液槽３２に充填される透明液状媒体３３も、透明液槽３２を構成する材料の屈折率とほぼ等しい屈折率を有することが望ましい。本実施形態では、屈折率が１．４７のグリセリンを用いるが、本発明はこれに限定されない。
【００６６】
上述したように、画像表示素子２を構成する基板、透明液槽３２、それらを接合する樹脂層（または液体層）および透明液状媒体３３の各材料を、いずれも透明な材料から構成し、かつそれらの材料の屈折率をほぼ等しくすることによって、上記部材間の各界面における光の表面反射を抑制できる。そのような反射の抑制により、光源１からの光は表示装置内をほとんど減衰することなく透過できるので、明るい表示を実現することができる。なお、本実施形態では、上記材料の屈折率が全てほぼ等しくなるように材料を選択しているが、上記材料のうちの少なくとも２つの屈折率をほぼ等しくするだけで、上記の反射抑制効果が得られる。
【００６７】
透明液槽３２の片面３２ａにはＡＲ処理が施されているので、光の表面反射を低減できる。本実施形態では、透明液槽３２の光入射面３２ａにＡＲ処理を施したが、透明液槽３２が画像表示素子２の光出射側に配置される場合は、透明液槽３２の光出射面３２ｂにＡＲ処理を施すことが望ましい。このように透明液槽３２にＡＲ処理を施すことにより、光の反射防止効果を高めることができるので、背景の映り込み等を抑制することができる。
【００６８】
透明液槽３２の表面（画像表示素子２との接合面）３２ｂは、図３に示すように、少なくとも画像表示素子２の表示領域よりやや大きいことが望ましい。そのような構成により、透明液槽３２の端部などによって、透過光の進路を妨げることを防止できる。また、図３のように、透明液槽３２内の液状媒体３３の対流の影響を考慮し、流入口６１を下部に、流出口６２を上部に配置することが好ましい。また、よりスムーズに液状媒体３３の循環を行うためには、透明液槽３２の流入口６１及び流出口６２を互いに対角位置に設けることが望ましい。
【００６９】
本実施形態における透明液状媒体３３の代わりに、流動性の媒体として、気体を用いることもできる。その場合、放熱板近傍に気槽を設置し、気槽の上部と、画像表示素子２の表面に沿って配置された透明気槽とを接続する経路を設け、ファンなどを用いて上記気体を気槽から透明気槽まで移動させてもよい。上記気体が空気であれば、放熱部と加熱部との間で空気を循環させなくてもよく、放熱部から加熱部まで空気を送り込む手段があればよい。
【００７０】
（実施形態２）
図４を参照しながら、本発明による画像表示装置の第２の実施形態を説明する。
【００７１】
本実施形態の画像表示装置は、光変調層（液晶層）４４Ｌを有する液晶セル４４、複屈折素子４５、および電圧印加部（図示せず）を有するシフト素子４３を備えている点で実施形態１と異なっている。それ以外の構成は実施形態１の構成と同様である。
【００７２】
本実施形態の画像表示装置は、図４に示すように、光源ユニット１０、光変調素子ユニット２０、加熱ユニット３０、および投影レンズ４を備えた投影型の表示装置である。本実施形態における光変調素子ユニット２０は、画像表示素子２および画像信号制御回路５の他に、シフト素子４３を備えている。
【００７３】
本実施形態で用いるシフト素子４３は、光変調層（液晶層）４４Ｌを有する液晶セル４４、複屈折素子４５、および電圧印加部（図示せず）を備えている。電圧印加部は、液晶セル４４の光変調層４４Ｌに対して複数レベルの電圧を選択的に供給する。
【００７４】
画像表示素子２から出射された光は、液晶セルの入射面４４ａに入射する。光変調層４４Ｌは、電圧印加部からの電圧印加に応答して、入射された光の偏光状態を切り替える。光変調層４４Ｌで変調された光は、液晶セル４４の出射面４４ｂから出射され、複屈折素子４５に入射する。複屈折素子４５は、液晶セル４４から出射される光の光軸位置をその偏光状態に応じてシフトさせることができる。シフトされた光は、投射レンズ４側に出射される。
【００７５】
このように、シフト素子４３は、画像表示素子２が表示する画像の切り替えに同期して、画像表示素子２から出射した光をその光軸に対して垂直または水平な方向に周期的にシフトさせる。液晶セル４４で光の偏光状態を適切に切り替えた後、複屈折素子４５によって２ポジションの画像シフトを行うことにより、見かけの表示画素数を２倍に向上させることができる。
【００７６】
液晶セル４４と複屈折素子４５とは、実施形態１で画像表示素子２と透明液槽３２との接合に用いたものと同様の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。複屈折素子４５の材料として、例えば水晶が好適に用いられる。
【００７７】
本実施形態では、透明液槽３２は、画像表示素子２とシフト素子４３との間に設けられており、これらによって挟み込まれている。透明液槽３２は、画像表示素子２の光変調層２Ｌと対向する加熱面３２ａ、および液晶セル４４の光変調層４４Ｌと対向する加熱面３２ｂを有している。
【００７８】
画像表示素子２と透明液槽３２、およびシフト素子４３と透明液槽３２は、互いに前述の熱硬化型透明シリコン樹脂によって接合されている。図４では、説明のため分離して記載している。また、実施形態１の場合と同様、樹脂材料の代わりに、シール材を用いて液体材料を封入することによって接合させてもよい。この場合も、封入する液体材料の屈折率は、透明液槽３２を構成する材料、画像表示素子２を構成する基板、およびシフト素子４３に含まれる液晶セル４４を構成する基板の屈折率とほぼ等しいことが望ましい。
【００７９】
上述したように、画像表示素子２およびシフト素子４３によって透明液槽３２を挟み込み、光源１に装着された放熱板３４の熱を透明液状媒体３３および透明液槽３２の加熱面（３２ａおよび３２ｂ）を通じて画像表示素子２の出射面２ｂおよび液晶セル４４の入射面４４ａに伝達することにより、画像表示素子２およびシフト素子４３の表示面内を同時に効率よく、かつ均一に加熱することができ、その結果、表示品位の低下を抑制することができる。また、シフト素子４３の表示面全体が均一に加熱されることにより、画像のシフトも良好に行われ、表示品位の良い画像が得られる。実施形態１では、透明液槽３２の光入出射面にＡＲ処理を施すが、本実施形態では、光入出射面にＡＲ処理を施す必要がないので、そのためのコストを抑えることができる。さらに、１つの加熱手段（透明液槽３２）の両表面を加熱面として用いて、画像表示素子２とシフト素子４３との両方を加熱できるため、これらの素子を加熱するそれぞれ独立な加熱システムを設ける必要がないので、コストを抑えることができる。
【００８０】
本実施形態では、１つの透明液槽３２で、画像表示素子２とシフト素子４３の液晶セル４４とを同時に加熱しているが、例えば液晶セル４４の入射面４４ａまたは出射面４４ｂに透明液槽３２を密着させることにより、液晶セル４４のみを加熱してもよい。また、透明液槽３２を２つに分け、画像表示素子２と液晶セル４４とを別々に加熱してもよい。この場合、画像表示素子２および液晶セル４４の温度をそれぞれ独立に制御することができる。独立に温度制御できれば、画像表示素子２および液晶セル４４の好適な温度範囲が互いに異なる場合などに有利である。
【００８１】
なお、本実施形態では、液晶セル４４および複屈折素子４５からなる対を１組含んでいるシフト素子４３を用いているが、シフト素子４３の構成はこれに限定されない。例えば２組の液晶セルと複屈折素子の対から成り、３ポジションまたは４ポジションの画像シフトを行うシフト素子が組み込まれている場合等であっても、同様の方法で加熱できる。
【００８２】
（実施形態３）
図５を参照しながら、本発明による画像表示装置の第３の実施形態を説明する。
【００８３】
本実施形態の画像表示装置は、液槽３１内の透明液状媒体３３が放熱板３４の他に温度補償用の発熱体４１とも接触している点で、実施形態１または実施形態２の画像表示装置と異なっている。それ以外の構成は、実質的に実施形態１または実施形態２の構成と同様である。
【００８４】
前述の実施形態のように、光源１から放熱される熱を利用して透明液状媒体３３を加熱し、加熱された透明液状媒体３３によってさらに画像表示素子２の表面２ａを加熱する場合、画像表示素子２の温度が必要とされる温度（例えば６０℃）に達しない可能性もある。
【００８５】
本実施形態では、この問題を防ぐために、図５に示すように、液槽３１の中に新たに発熱体４１を設置する。すなわち、画像表示素子２の近傍に温度センサ（不図示）を設けることにより、画像表示素子２の温度を測定し、この測定温度に基づいて発熱体４１への通電をＯＮ／ＯＦＦ制御する。発熱体４１のＯＮ／ＯＦＦ制御は制御部（不図示）によって行う。このように、発熱体４１を放熱板３４の補助熱源として用いると、放熱板３４によって透明液状媒体３３を十分に加熱できない場合にも、画像表示素子２の温度を適切な範囲に保つことができるので有利である。
【００８６】
本実施形態では、発熱体４１として薄さ１ｍｍ、幅５ｍｍ程度のステンレス板を用いるが、発熱体４１の形状や材質は必ずしもこれに限定されず、例えば発熱コイル等を用いてもよい。
【００８７】
以上のようにして、放熱板３４から放熱される熱だけでは画像表示素子２を必要な温度まで加熱できない場合であっても、液槽３１中の透明液状媒体３３と接触するように設けられた温度補償用の発熱体４１に通電を行うことにより、加熱に必要な熱のうち不足分を補うことができるので、画像表示素子２の温度を必要とされる温度まで加熱することが可能となる。
【００８８】
一方、発熱体４１に通電を行わず、光源１に装着された放熱板３４からの熱のみを用いて透明液状媒体３３を加熱しても、画像表示素子２が適切な温度範囲よりも高い温度まで加熱される場合もある。これを防ぐために、例えば画像表示素子２の近傍に送風ファン等（不図示）の冷却手段を設けてもよい。送風ファンは、例えば、画像表示素子２の近傍に設置された温度センサによる測定温度に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される。送風ファンの代わりに、前記発熱体４１と同様に、画像表示素子２の近傍に冷却体を配置してもよい。このように、画像表示素子２を冷却する適切な手段を設けることによって、放熱板３４からの熱によって画像表示素子２が過剰に加熱されることを防止できる。
【００８９】
上述した各実施形態において、光源１にはメタルハライドランプを用いたが、これに限定されず、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプ等を用いることができる。画像の表示のための投影レンズを備える投影型画像表示装置に用いる光源は、直視型の画像表示装置の光源と異なり、非常に高温となるため、冷却が必須である。上記各実施形態で示したように、光源１に装着された放熱板３４から放熱される熱を、透明液状媒体３３を介して画像表示素子２の加熱に利用することで、光源１の冷却を効率よく行うことができるので、光源の長寿命化が可能となる。また、光源１の冷却に必要な送風ファンの冷却力を弱くしたり、場合によっては送風ファンを省略したりすることができるので、送風ファンから発生する騒音を低減させることが可能となる。
【００９０】
上述した各実施形態では、発熱しやすい光源からの熱を利用して、透明液状媒体を充填した透明液槽によって液晶表示素子やシフト素子を加熱する。そのため、液晶表示素子やシフト素子に含まれる液晶層全体を略均一に加熱できるので、液晶層の応答特性は面内で一様化され、その結果、応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化を抑制することが可能となる。
【００９１】
【発明の効果】
光源から放射される光を変調する光変調層を含む光変調素子ユニット（液晶表示素子および／またはシフト素子など）を備えた装置において、光変調層の光透過面内における応答特性ばらつきを抑制できる。
【００９２】
本発明は、光源と、温度依存性のある応答特性を有する光変調層とを備えた装置およびシステムに広く適用できる。本発明を画像表示装置に適用すると、光変調層における応答特性の面内ばらつきに起因する画質劣化を防止できるので有利である。本発明は、特に、液晶層を含む投影型画像表示装置に好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態で使用する液槽及び透明液槽の接続を説明するための図である。
【図３】第１実施形態で使用する透明液槽の構造を説明するための図である。
【図４】本発明における装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【図５】本発明における装置の第３実施形態を説明するための図である。
【図６】加熱部材を備えた従来の画像表示装置を示す図である。
【図７】液晶セル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８】シフト素子を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９】ノーマリーホワイト方式の液晶表示素子における、印加電圧と光透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      光源
２      画像表示素子
２Ｌ    光変調層
２ａ    入射面
２ｂ    出射面
４      投影レンズ
５      画像信号制御回路
７      液送ポンプ
１０    光源ユニット
２０    光変調素子ユニット
３０    加熱ユニット
３１    液槽
３２    透明液槽
３２ａ  光入射側加熱面
３２ｂ  光出射側加熱面
３３    透明液状媒体
３４    放熱板
３５    連結パイプ
６１    透明液槽への流入口
６２    透明液槽からの流出口
４３    シフト素子
４４    液晶セル
４４Ｌ  光変調層
４４ａ  入射面
４４ｂ  出射面
４５    複屈折素子
４１    発熱体
８１    液晶表示素子
８２    加熱部材
８３    表示領域
９１    液晶セル
９２    複屈折素子
９３    画像表示素子
９４    ヒータ
９５    画像表示制御回路
９６    ヒータ駆動制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004347936.tif 000009
【図８】
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【図９】
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