JP3233263B2

JP3233263B2 - 表示装置

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Publication number: JP3233263B2
Application number: JP33693296A
Authority: JP
Inventors: 峰人柳生
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2001-11-26
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH10177165A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示装置に係わり、
特に階調情報を含む信号に基づいて光学状態が変調され
る光学変調手段と、該光学変調手段に画像情報を読み出
す為の読み出し光を与える読み出し光源と、を有する表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学変調素子（光学変調手段）は各種の
光学機器に用いられる。例えば、表示装置の光学変調素
子である。最も身近な例として、液晶表示素子を挙げて
説明する。従来より液晶素子を用いて階調表示を行うに
はいくつかの方式が提案されている。

【０００３】まず１番目は、ねじれネマチック液晶（Ｔ
Ｎ液晶）を用いて、階調情報に応じて変化する電圧をＴ
Ｎ液晶に印加し、画素全体の透過率を変調する方式であ
る。

【０００４】２番目は、１つの画素を複数の副画素の集
合体として構成し、各副画素を２値データでオン・オフ
することにより、光透過状態とされた副画素の面積を変
調する方式である。

【０００５】この方式は例えば特開昭５６−８８１９３
号公報や、ＥＰ４５３０３３号公報、ＥＰ３６１９８１
号公報等に開示されている。

【０００６】第３番目は、１つの画素内に分布する電界
強度又は液晶の反転しきい値を異ならしめることによ
り、１画素内に明状態を示す部分と暗状態を示す部分と
を共存させることにより、それらの部分の面積比を変調
する方式である。

【０００７】この方式は、発明者金子らに付与された
「画素内に核の生成と反転が生じる領域をもつ強誘電性
液晶光学変調手段（Ferroelectric Liquid crystal opt
ical modulation device with regions with in pixels
to initiate uncleation andinversion）」というタイ
トルの米国特許第４，７９６，９８０号や米国特許第
４，７１２，８７７号、米国特許第４，７４７，６７１
号、米国特許第４，７６３，９９４号等の明細書に開示
されている。

【０００８】第４番目は、１画素がオンして明状態を呈
している期間の長さを変調する方式である。この方式は
発明者栗林らに付与され「強誘電性表示パネルとその階
調駆動法（Ferroelectric display panel and driving
method therefor to activegray scale）」というタイ
トルの米国特許第４，７０９，９９５号の明細書等に開
示されている。デジタルデューティー変調の別の例は、
発明者ネルソン（Nelson）に付与された「アクティブ
ロウバックライトカラムシャッターエルシーディ
ーウイズワンシャッタートランジションパー
ロウ（Activerow backlight column shutter LCD wit
h one shatter transition per row）」というタイトル
の米国特許第５，３１１，２０６号の明細書に開示があ
る。

【０００９】ここで、第１の方式を輝度変調、第２の方
式を画素分割、第３の方式をドメイン変調、第４の方式
をデジタルデューティー変調と呼ぶことにする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】輝度変調は、印加電圧
に対する透過率変化が急峻な特性をもつ光学変調物質を
用いた素子には適用し難い。又、輝度変調は一般にＴＮ
液晶の応答速度が低いので、情報が高速に変化するシス
テムには不向きである。

【００１１】画素分割は、画素を小さくして、多数配列
することと同じである為、空間周波数が低くなり、解像
度が低下し易い。又、遮光部分の面積が増え開口率を低
下させる。

【００１２】ドメイン変調は、電界強度に分布をつけた
り、反転しきい値に分布をもたせる為の画素の構造が複
雑となる。又、中間調表示の為の電圧マージンが狭い
為、温度の影響を受け易い。

【００１３】デジタルデューティー変調は、オン・オフ
の時間を変調する為に、クロック周波数やゲートのスイ
ッチング時間によって変調の単位時間が律速される為
に、精度の高い変調を実施し難い。即ち、多階調表示に
は限界があるということである。しかも、必ずアナログ
データを一旦アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換してデ
ジタル階調情報にする必要がある為に、簡易なシステム
には適用し難い。

【００１４】本発明は、上述した技術課題に鑑みなされ
たものであり、アナログデータに基づいた光学変調の行
える手段を有する表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】本発明の別の目的は、印加電圧・透過率特
性が急峻な光学物質にも適用できる光学変調手段を有す
る表示装置を提供することにある。

【００１６】本発明の更に別の目的は、空間周波数の高
い高解像度を達成できる光学変調手段を有する表示装置
を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、比較的簡単なシステ
ムでアナログデューティー変調による階調情報の再生を
行える安価な光学変調手段を有する表示装置を提供する
ことにある。

【００１８】本発明の更に他の目的は良好な中間調表示
の行える画像表示装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決する為の手段】本発明の表示装置は、階調
情報を含む信号に基づいて光学状態が変調される光学変
調手段と、該光学変調手段に画像情報を読み出す為の読
み出し光を与える読み出し光照射手段と、を有する表示
装置において、前記読み出し光照射手段は、前記光学変
調手段の各読み出し部位において取り出しうる時間階調
巾と読み出し光強度との積が実質的に一定になるような
光強度の面内分布をもつ読み出し光を照射する手段であ
ることを特徴とする。

【００２０】（作用）本発明では、読み出し光の強度に
面内分布を持たせ、光学変調手段の各読み出し部位にお
いて階調時間巾と読み出し光強度との積を一定にするこ
とで、表示面内のいずれの部分（画素）においても同じ
階調レベルにおける輝度や明るさが均一になる。これに
より、読み出し光を走査する必要がなくなる為、読み出
し光照射光学系の構成が簡略化され、表示装置を小型化
し、安価にて提供できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は後述する図
３０乃至図３３に示すものであるが、その前に基本構成
について説明する。

【００２２】まず、アナログデューティー変調の基本的
な変調方式について図を参照して説明する。

【００２３】図１は本変調方式を実現する為の一例を示
す図であり、１は光学変調手段としての光の透過を制御
する光シャッターであり、２は光を発生する光源、ＤＲ
１は光シャッター１を駆動する為の駆動手段、ＤＲ２は
光源２を点灯させる為の駆動手段、ＣＯＮＴは２つの駆
動手段ＤＲ１，ＤＲ２への電源供給や動作タイミングを
制御する制御手段である。

【００２４】図２は、光シャッター１の光学変調要素
（物質）の特性の一例を示すグラフであり、例えばパル
ス巾一定の時、印加電圧がしきい値Ｖ_thを越えると透過
率は急激に上昇し、飽和値Ｖ_sat以上では透過率は一定
となる。そして光学変調物質がメモリ性をもつ場合には
印加電圧を解除しても光学状態は一定に保たれる。

【００２５】図３は、図１の基本動作を説明する為のタ
イミングチャートであり、１０は光シャッターの光学的
遷移を、２０は光源の点灯タイミングを、３０は光シッ
ャターへの印加信号を示す。印加信号３０は階調情報に
応じて振幅（波高値）Ｖ_op及び必要に応じて更にパルス
巾ＰＷ_opが変化する信号である。

【００２６】光源は時刻ｔ₁に点灯（ＯＮ）し、時刻ｔ
₃に消灯（ＯＦＦ）するまでの期間ｔ、発光している。
この期間ｔは中間調を認識できるように所定時間とす
る。このタイミングに応じて変調された信号が時刻ｔｔ
_onに印加されると、光学変調物質にかかる印加電圧の時
間積分がしきい値を越えると光シャッターは暗状態（Ｍ
ｉｎ）から明状態（Ｍａｘ）に遷移する。

【００２７】この遷移の立上がりタイミングｔ₂は振幅
Ｖ_opとパルス巾ＰＷ_opにも依存する。そして振幅Ｖ_opが
階調情報により変調されているので、タイミングｔ₂は
結局階調情報に応じて時間巾ＴＭの範囲内を変化するこ
とになる。ｔｔ_offは光シャッターをオフする信号の印
加タイミングであり光シャッター１を透過する光量の時
間積分は点灯時間と光シャッターのＯＮ状態にある時間
との重なり時間であるのでこの時間が階調情報に応じて
変化することになる。よって、パルス巾ＰＷ_opを一定と
して振幅Ｖ_opの量をアナログ的に変えれば容易に透過光
量の時間積分を変調できるのである。

【００２８】従来のデジタルデューティー変調はみな、
印加信号３０のパルス巾ＰＷ_op、振幅Ｖ_opを一定とし
て、該信号３０の印加タイミングｔｔ_ONをクロックに応
じてデジタル的に変えていた。

【００２９】これに対して、本変調では、信号３０をア
ナログ量として扱う点が新規であり、これによりアナロ
グデューティー変調を可能としている。

【００３０】図４はアナログ信号３０を発生させる回路
の一例であり、入力された階調情報をトランジスタＴｒ
１からなるアンプで増幅し、トランジスタＴｒ２からな
るスイッチでサンプリングすることにより、光シャッタ
ーの駆動に必要な変調された振幅と所定のパルス巾とを
もつ信号を得ることができる。

【００３１】次に、本変調の基本的な別の変調方式を図
５を参照して説明する。

【００３２】前述した図１のシステムと異なる点は、光
学変調手段が光反射手段１Ａとなっている点である。光
反射手段１Ａとしては液晶素子やミラー素子が用いられ
る。液晶素子の場合は液晶を封入する一対の基板のうち
一方を透明体、他方を反射体として、液晶の配向状態に
応じて光吸収又は光反射を選択的に行う。ミラー素子の
場合はミラーの反射面の角度をミラーを変位させること
で制御し、反射面が所定の方向を向かせるか、他の方向
を向かせるかを選択する。

【００３３】そして、光源の点灯時間と反射手段のオン
時間との重なり時間を階調データに応じてアナログ変調
する。

【００３４】ここで、反射手段のオン時間とは、液晶素
子が光反射状態にある時間又はミラー素子の反射面が所
定の方向を向いている時間である。

【００３５】（駆動回路）本発明に用いられる駆動回路
について説明する。

【００３６】図６は本変調に用いられる光学変調手段の
駆動回路を示す図である。ここでは、光学変調手段をＣ
_LCで示す。

【００３７】階調情報に応じて抵抗Ｒ_PCの値が変化する
ものとすると、まず光学変調手段Ｃ _LCのしきい値を越え
る十分な電圧を印加する。この時Ｒ_PCの値が高ければＣ
_LCに加わる電圧がしきい値を越える時刻が遅くなる。一
方、Ｒ_PCの値が低ければＣ_LCに印加される電圧がしきい
値を越える時刻が早くなる。よって、これらの時刻と、
光源の点灯タイミング及び点灯時間を調整すれば透過光
又は反射光のアナログデューティー変調が可能となる。

【００３８】図７は別の駆動回路を示す図である。図６
と異なる点は光学変調手段Ｃ_LCを抵抗Ｒ_PC、容量Ｃ_PCに
対して並列接続した点である。この場合はしきい値を越
えるに充分な駆動電圧Ｖｄを所定時間だけ印加してＣ_LC
をオン状態とした後、ＲＣ回路の時定数に基づく放電現
像を利用する。抵抗Ｒ_PCの値が高ければゆっくり放電す
るのでＣ_LCに加わる電圧がしきい値より低くなる時刻が
遅くなる。

【００３９】一方、Ｒ_PCの値が低ければ放電が速くな
り、Ｃ_LCにかかる電圧がしきい値より低くなる時刻は早
くなる。この時刻を光源の点灯時間内に設定すればタイ
ミングの違いにより光の透過又は反射の時間がアナログ
デューティー変調される。

【００４０】図８は更に別の駆動回路の例である。可変
電圧Ｖｖで示す値が階調情報である。図７と異なる点は
ＲＣ回路Ｒ_PC、Ｃ_PCの時定数が固定されているので、Ｃ
_LCに加わる電圧がしきい値以下になるタイミングは階調
情報である電圧Ｖｖにより決定される。よって図７と同
じように点灯時間とのタイミングを合わせればアナログ
デューティー変調が可能となる。

【００４１】（光源）本変調に用いられる光源について
説明する。この光源が発する光は自然の太陽光、白色
光、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）等の単色光及
びそれらの組み合わせ等から必要に応じて選択される。
よって、本発明に用いられる光源としては、レーザー光
源、蛍光灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダ
イオード、エレクトロルミネッセンス素子等が挙げられ
る。これらの点灯は光学変調手段の駆動タイミングに応
じて、光源駆動手段によってオン・オフが制御される。
特に読み出し光源の点灯時間は最大でも人間がフリッカ
を認識しうるフリッカ周波数（例えば６０Ｈｚ）の逆数
（６０分の１秒）以下とすることが望まれる。カラー表
示の場合にはＲ、Ｇ、Ｂ光源をそれぞれ異なるタイミン
グにて点灯させて、時間分割でＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの光
学変調を行うことが望ましい。

【００４２】（光学変調手段）本発明に用いられる光学
変調手段としては、光の透過率を変調する光シャッター
（光バルブ）や光の反射率を変調する光反射手段として
の反射素子が挙げられる。

【００４３】本変調に用いられる光シャッターとしては
透過率の異なる２状態を呈し得るものであればよい。好
適な例は光学変調物質として液晶を用いたものである。

【００４４】液晶を用いた光学変調手段としては、一対
の電極間に液晶を配して、印加電界に応じて液晶分子が
その配向状態を変えるものが望ましい。そして分子配向
の光学的特性に応じて偏光素子を通して、光の透過率を
制御する。よって液晶素子において、透過率、反射率、
透過状態、反射状態というものは、偏光素子との組み合
わせによって生じるものである。

【００４５】具体的には、一対の基板間に液晶を封入し
た液晶セルを用いるとよい。該一対の基板の少なくとも
一方の内面には必要に応じて透明電極や配向膜が設けら
れる。

【００４６】基板としては、透光性のガラス、プラスチ
ック、石英等が用いられる。透明電極としては、酸化す
ずや酸化インジウム、ＩＴＯ等の金属酸化物導電体が好
ましく用いられる。

【００４７】配向膜としては、ラビング等の一軸性配向
処理がなされた高分子膜や斜方蒸着により形成された無
機膜が好ましい。

【００４８】液晶としては、セルとして動作する際にネ
マチック相を呈しているネマチック液晶や、セルとして
動作する際にスメクチック相を呈しているスメクチック
液晶が好適に用いられる。

【００４９】本変調に用いられる反射素子としては、金
属膜の反射面を印加電圧による静電気力により動かし、
反射面の角度を変えて反射光の出射方向を変調するＤＭ
Ｄ（Digital Micromirror Device）と呼ばれる素子や、
前述した液晶セルの一面を反射体として、他の面を透過
体として液晶が透過状態に配向している時に光を反射さ
せる液晶素子が挙げられる。

【００５０】図９は、本変調に用いられる光学変調要素
（物質）の印加電圧透過率特性を示すグラフである。Ｄ
ＭＤの場合は所定の方向に反射される光の反射光量の印
加電圧依存性を示すグラフとしてみなせることができよ
う。

【００５１】図９において、（ａ）は正のしきい値電圧
を境界値として状態の遷移があるもの、（ｂ）は正及び
負のしきい値をもつもので更にそれぞれヒステリシスが
あるもの、（ｃ）はヒステリシスにより正負のしきい値
が生じるもの、（ｄ）は電圧０がしきい値となるもので
ある。この図９は説明を簡略化する為に理想的な特性を
示したものであり、現実には図２に示したようなしきい
値と飽和値との間に多少の傾斜をもつ。

【００５２】駆動回路とのマッチングを考える。図９の
（ａ）、（ｂ）は図７、図８に示したような並列回路と
組み合わされると良く、図９の（ｃ）、（ｄ）は図６に
示したような直列回路と組み合わせるとよい。

【００５３】以下に述べる例１〜例６は本発明を理解し
易くする為の参考例である。

【００５４】（参考例１）図１０は光学変調手段の駆動
方法を説明する為の模式図である。同図において、１０
１は一対の電極を有する透明基板の間にカイラルスメク
ティック液晶を配置した液晶素子、１０３は階調情報を
発生する階調情報発生回路、１０４は光源、１０５は観
察者を示す。駆動回路は容量素子Ｃ_pcとトランジスタ１
０２とを有する回路であり、トランジスタ１０２のゲー
ト又はベースの電位によりソース・ドレイン（又はエミ
ッタ・コレクタ）間の抵抗が変化することで、液晶に印
加される電圧が液晶の反転閾値を越えるタイミングが変
化する。Ｖｅｘｔは液晶素子をリセットする電圧と駆動
する電圧とを印加する為の電圧印加手段である。Ｃｆｌ
ｃは液晶の容量を示す。

【００５５】階調情報発生回路１０３は発光ダイオード
ＰＥＤと４つの可変抵抗ＶＲＢ、ＶＲＧ、ＶＲＲ、ＶＲ
Ｗとスイッチとしての４つのトランジスタＴＢ、ＴＧ、
ＴＲ、ＴＷと電源ＶＣＣとを含む。ダイオードＰＥＤと
トランジスタ１０２とはフォトカプラを構成している。

【００５６】可変抵抗値として与えられる各色の階調情
報としての電気信号は発光ダイオードＰＥＤにより光情
報となる。

【００５７】光源１０４はＲＧＢ３色の光を発生する為
の発光ダイオードＥＤＲ、ＥＤＧ、ＥＤＢを含む。ＢＲ
は必要に応じて設けられる白バランス用の可変抵抗であ
る。

【００５８】図１１は、図１０の駆動のタイミングチャ
ートであり、同図において、１０３Ｔは光情報の出力タ
イミングを示し、Ｖｆｌｃは液晶にかかる電圧を示し、
Ｔｒａｎは液晶素子の透過率を示し、１０４Ｔは光源の
点灯タイミングを示し、１０５Ｔは観察者が認識する透
過光量を示している。

【００５９】まず、リセット用の白色光が与えられると
同時にリセットパルスが電圧印加手段Ｖｅｘｔにより与
えられる。こうして液晶は一旦暗状態に配向する。

【００６０】次にＲの階調情報に応じた光が出力される
と同時にＲの発光ダイオードＥＤＲが点灯し、またＶｅ
ｘｔは逆極性の電圧を液晶素子の電極に印加する。この
期間Ｒ光量が極めて小さいので液晶にかかる実効電圧は
閾値Ｖ_thを越えないので、液晶素子はＲ光を通さない。

【００６１】その後、再び白色光が与えられると共にＶ
ｅｘｔは大きくなり液晶が光透過状態に反転する。しか
しながらこのとき光源は点灯していないので観察者にと
っては暗状態が続いて見える。

【００６２】次に、Ｖｅｘｔが負の電圧になるが、液晶
にかかる実効電圧は閾値を越えていないので液晶素子は
明状態のままである。但し、この期間も光源の点灯はな
い。

【００６３】こうしてＲの表示期間が終了する。

【００６４】次は、Ｒの表示期間と同様の駆動がなされ
るＧの表示期間である。ここではＧ情報の光量はＲの場
合より大きいので時刻ｔｒｖで液晶にかかる電圧は閾値
を越える。そして、光源の点灯が終了する時刻ｔ_offま
での期間液晶素子はＧ光を透過するので、観察者は中間
レベルのＧ光を認識する。

【００６５】同様に、次は、ＲやＧの表示期間と同様の
駆動がなされるＢの表示期間である。ここではＢ情報の
光量はＧの場合より大きいので時刻ｔｒｖ２で液晶にか
かる電圧は閾値を越える。そして、光源の点灯が終了す
るｔ_off２までの期間液晶素子はＢ光を透過するので、
観察者は最大明状態に最も近い中間レベルＢ光を認識す
る。

【００６６】以上のように、本参考例では、Ｖｆｌｃが
閾値を越えるタイミングを階調情報に応じて変化させ
る。そして、光源が点灯している期間を、最小レベルの
透過状態に対応した階調情報の入力があった場合に、液
晶素子の透過期間（オン期間）と光源の点灯期間とが重
ならないように、光源の消灯時刻を設定する。

【００６７】こうして本参考例では、明るさの最小レベ
ルから明るさの最大レベルまでの範囲のなかから所望の
中間状態を得ることができる。また、液晶にかかる電圧
が正負対称になるので液晶にかかるＤＣ成分が実質的に
０になり、液晶素子の劣化を抑制できる。

【００６８】（参考例２）図１２は光学変調手段の駆動
方法を説明する為の模式図である。２０１は一対の電極
を有する基板の間に液晶を配置した反射型の液晶素子、
２０４は光源を駆動する光源駆動回路、Ｃ_pcは容量素
子、Ｒ_pcは抵抗素子、Ｖｄは駆動電圧源である。このシ
ステムは抵抗素子Ｒ_pcに階調情報が入力されることで抵
抗値が変化する回路となっている。

【００６９】用いる液晶の特性は図９の（ａ）のような
ものとする。

【００７０】図１３は、図１２の駆動のタイミングチャ
ートであり、Ｖｓ１は電源Ｖｄの印加タイミングを、Ｖ
ｌｃは液晶にかかる電圧を、Ｔｒａｎは液晶素子の反射
率を、２０４Ｔは光源の点灯タイミングを、２０５Ｔは
観察者が認識する透過光量を示している。ｌはＲ_pcの値
が低い場合、ｍはＲ_pcの値が中間レベルの場合、ｎはＲ
_pcの値が高い場合を示し、それぞれアナログ階調情報に
対応している。

【００７１】まず、時刻ｔ_onにＶｄが液晶素子に与えら
れると液晶にかかる電圧Ｖｌｃが閾値を充分に越える電
圧Ｖ１となる。同時に液晶素子は最大の反射率になる。

【００７２】時刻ｔ_offでは電圧Ｖｄが解除されるの
で、液晶への印加電圧Ｖｌｃは抵抗値Ｒ_pcに応じて徐々
に低下し、あるタイミングで閾値を下回る。このタイミ
ングは階調情報に依存するので、ｌの場合は時刻ｔ
_X1で、ｍの場合は時刻ｔ_X2で、ｎの場合は時刻ｔ_X3で反
射率Ｔｒａｎが最小になる。ここで光源は時刻ｔ_X1で点
灯を開始し、時刻ｔ_X3で消灯するように設定されるいる
ので、ｌ，ｍ，ｎに対応した反射光量は２０５Ｔに示す
ようになる。

【００７３】以上のように、本例では、Ｖ１ｃが閾値を
下回るタイミングを階調情報に応じて変化させる。そし
て、光源が点灯している期間を、最小レベルの反射状態
に対応した階調情報の入力があった場合に、液晶素子の
反射期間（オン期間）と光源の点灯期間とが重ならない
ように、光源の点灯時刻を設定する。

【００７４】こうして本例では、明るさの最小レベルｌ
から明るさの最大レベルｍまでの範囲のなかから所望の
中間的反射状態を得ることができる。

【００７５】（参考例３）図１４は光学変調手段の駆動
方法を説明する為の模式図である。３０１は一対の電極
を有する基板の間に液晶を配置した反射型の液晶素子、
３０４は光源を駆動する光源駆動回路、Ｃ_pcは容量素
子、Ｒ_pcは抵抗素子、Ｖｖは駆動電圧源、Ｖｓ₀は駆動
電圧源Ｖｖからの電圧信号の供給をオン・オフするスイ
ッチである。このシステムは駆動電圧源からの供給電圧
信号がアナログ階調情報となっている。

【００７６】用いる液晶の特性は図９の（ａ）のような
ものとする。

【００７７】図１５は、図１４の駆動のタイミングチャ
ートであり、Ｖｓ₀は階調信号の印加タイミングを、Ｖ
ｌｃは液晶にかかる電圧を、Ｔｒａｎは液晶素子の反射
率を、３０４Ｔは光源の点灯タイミングを、３０５Ｔは
観察者が認識する透過光量を示している。ｌは階調信号
の電圧値Ｖ１が低い場合、ｍは階調信号の電圧値Ｖｍが
中間レベルの場合、ｎは階調信号の電圧値Ｖｎが高い場
合をそれぞれ示している。

【００７８】まず、時刻ｔ_onにＶｖが液晶素子に与えら
れると液晶にかかる電圧Ｖｌｃが閾値を充分に越える電
圧Ｖｌ，Ｖｍ，Ｖｎとなる。同時に液晶素子は最大の反
射率になる。

【００７９】時刻ｔ_offでは電圧Ｖｖが解除されるの
で、液晶への印加電圧Ｖｌｃは電圧Ｖｖに応じて徐々に
低下し、あるタイミングで閾値を下回る。このタイミン
グは階調情報に依存するので、１の場合は時刻ｔ_X1で、
ｍの場合は時刻ｔ_X2で、ｎの場合は時刻ｔ_X3で液晶素子
の反射率Ｔｒａｎが最小の状態に遷移するようになる。
ここで光源は時刻ｔ_X1で点灯を開始し、時刻ｔ_X3で消灯
するように設定されているので、ｌ，ｍ，ｎに対応した
反射光量は３０５Ｔに示すようになる。

【００８０】以上のように、本例では、Ｖｌｃが閾値を
下回るタイミングを階調情報に応じて変化させる。そし
て、光源が点灯している期間を、最小レベルの反射状態
に対応した階調情報の入力があった場合に、液晶素子の
反射期間（オン期間）と光源の点灯期間とが重ならない
ように、光源の点灯時刻を設定する。

【００８１】こうして本例では、明るさの最小レベル１
から明るさの最大レベルｍまでの範囲のなかから所望の
中間的反射状態を得ることができる。

【００８２】（参考例４）図１６は光学変調手段の駆動
方法を説明する為の模式図である。４０１は一対の電極
を有する基板の間に反強誘電性のカイラルスメクティッ
ク液晶を配置した反射型の液晶素子、４０４は光源を駆
動する光源駆動回路、Ｃ_pcは容量素子、Ｒ _pcは抵抗素
子、Ｖｖは駆動電圧源、Ｖｓ₀は駆動電圧源Ｖｖからの
電圧信号の供給をオン・オフするスイッチである。この
システムは駆動電圧源からの供給電圧信号がアナログ階
調情報となっている。４０５は観察者を示す。

【００８３】用いるカイラルスメクティック液晶の特性
は図９の（ｂ）のようなものとする。

【００８４】図１７は、図１６の駆動のタイミングチャ
ートであり、Ｖｓ₀は階調信号の印加タイミングを、Ｖ
ａｆｌｃは液晶にかかる電圧を、Ｔｒａｎは液晶素子の
反射率を、４０４Ｔは光源の点灯タイミングを、４０５
Ｔは観察者が認識する透過光量を示している。ｌは階調
信号の電圧値が低い場合、ｍは階調信号の電圧値が中間
レベルの場合、ｎは階調信号の電圧値が高い場合をそれ
ぞれ示している。

【００８５】まず、時刻ｔ_onにＶｖが液晶素子に与えら
れると液晶にかかる電圧Ｖａｆｌｃが閾値を充分に越え
る電圧Ｖｌ，Ｖｍ，Ｖｎとなる。同時に液晶素子は最大
の反射率になる。

【００８６】時刻ｔ_offでは電圧Ｖｖが解除されるの
で、液晶への印加電圧Ｖａｆｌｃは電圧Ｖｖに応じて徐
々に低下し、あるタイミングで閾値を下回る。このタイ
ミングは階調情報に依存するので、ｌの場合は時刻ｔ_X1
で、ｍの場合は時刻ｔ_X2で、ｎの場合は時刻ｔ_X3で液晶
素子の反射率Ｔｒａｎが最小に遷移するようになる。こ
こで光源は時刻ｔ_X1で点灯を開始し、時刻ｔ_X3で消灯す
るように設定されているので、ｌ，ｍ，ｎに対応した反
射光量は４０５Ｔに示すようになる。

【００８７】本例が図１４、図１５に示す例と異なる点
は、反強誘電性液晶を用いている為に期間Ｐｒｄ２にお
いて、前の期間Ｐｒｄ１と極性が反転した電圧Ｖｖを印
加することである。反強誘電性液晶を用いている為にヒ
ステリシスにより閾値Ｖｔｈ１とＶｔｈ２の２つにな
り、また、電圧Ｖｖの極性が反転しても液晶の配向状態
はＴｒａｎに示すとおり同一である。カイラルスメクテ
ィック液晶は２つの分子配向状態間の遷移の速度（スイ
ッチング速度）が早いので本発明に用いる液晶として最
適である。

【００８８】以上のように、本例では、Ｖａｆｌｃが閾
値を下回るタイミングを階調情報に応じて変化させる。
そして、光源が点灯している期間を、最小レベルの反射
状態に対応した階調情報の入力があった場合に、液晶素
子の反射期間（オン期間）と光源の点灯期間とが重なら
ないように、光源の点灯時刻を設定する。

【００８９】本発明は上述した各例における光学変調手
段、即ち、光シャッターや光反射手段を、多数の光学変
調要素が２次元状に配された構成を採用する。

【００９０】具体的には画素が多数マトリクス上に配さ
れたパネルやマイクロミラーが多数マトリクス状に配さ
れたＤＭＤである。

【００９１】次に本発明による画像表示装置の駆動法に
ついて説明する。

【００９２】（参考例５）図１８は本発明の参考例によ
る画像表示装置用の光学変調手段の断面図である。図１
９はその素子に用いられるカイラルスメクティック液晶
の分子配向を示す図である。図２０はその液晶分子の電
気光学特性を示す図である。図２１はその動作を示すタ
イミングチャートである。

【００９３】図１８に示す素子は所謂反射型の液晶パネ
ルであり、透明基板５１１の上に透明電極５１２が形成
され、その上に感光層としての光導電層５１３が設けら
れ、その上に反射層としての誘電体多層膜５１４が設け
られている。他方の透明基板５１６の上には透明電極５
１５が設けられている。これら両基板の間には、光学変
調物質としてのカイラルスメクティック液晶５１７が配
されている。５２２は偏光素子である。不図示ではある
が電極５１５と反射層５１４の液晶界面には、液晶分子
を配列させる配向膜が設けられている。Ｖｅｘｔは電極
５１２、５１５に電圧を印加する為の電圧印加手段、５
２１はリセット光、５１８は階調情報を含む書き込み
光、５１９は変調された階調情報、即ち画像を読み出す
為の読み出し光である。

【００９４】この素子の等価回路は前述した図６と同じ
である。

【００９５】図１９のＡは液晶分子ＭＯＬが第１の配向
状態にある様子を、Ｂは第２の配向状態にある様子を示
す。第１の配向状態Ａにある液晶に電圧＋Ｖｕを印加す
ると、液晶は第２の配向状態に遷移する。その後は電圧
を０即ち無電界状態としても液晶は状態Ｂのままであ
る。次に電圧−Ｖｕを印加すると液晶は状態Ａに遷移し
電界を解除しても状態Ａを保つ。このような遷移は、液
晶の反転あるいはスイッチングと呼ばれる。

【００９６】これらの状態Ａ，Ｂは光学的に異なる状態
である為に適宜偏光素子と組合せれば、一方の状態を光
透過率が最大の状態、他方の光透過率が最小の状態とす
ることができる。ここでは、印加電圧の飽和値が液晶の
反転閾値とほぼ同じとしてＶｕを設定している。

【００９７】この素子の動作を説明する。動作の本質を
わかりやすく説明するため、液晶層の容量Ｃｆｌｃと光
導電層の容量Ｃ_pcは等しい容量、液晶層の抵抗成分は無
限大、反射層のインピーダンスは０とする。図２１の５
２１Ｔは光導電層５１３に照射されるリセット光の照射
タイミングを示し、５１８Ｔは光導電層５１３に照射さ
れ、階調情報により強度が変化する書き込み光の照射タ
イミングを示す。Ｖｅｘｔは素子両端の透明電極５１
２、５１５間に印加される交流電圧、Ｖｆｌｃは液晶層
５１７両端に分圧印加される実効電圧を示す。＋Ｖｕと
−Ｖｕは図２０に示すように液晶が第１から第２へ、あ
るいは第２から第１の配向状態に反転する電圧である。
ＴｒａｎはＦＬＣの配向状態を示すが、ここでは、第１
の配向状態が最小透過率となる暗状態、第２の配向状態
が最大透過率となる明状態になるように偏光子検光子か
らなる偏光素子の位置関係をセットしているものとす
る。５０４Ｔは液晶層５１７に照射する読み出し照射光
の、５０５Ｔは液晶と偏光子、検光子を介して反射層で
反射されて取り出される取り出し光である。

【００９８】まず、ｔ₅₀からｔ₅₁の間はリセット期間で
ある。Ｖｅｘｔとして電位−Ｖ₁が与えられ、リセット
光が光導電層に照射される。リセット光によって、光導
電層に光キャリア（電子正孔対）が発生し、光導電層に
分圧印加されていた電界によって電子正孔は分離して逆
方向に走行し、液晶層５１７を挟んで向かい合うように
なる。この動作によってＶｆｌｃは電位−Ｖ₁に近づい
ていく。図６の等価回路で説明すると、光導電効果によ
って光導電層内の抵抗成分が低下して自己放電が起こっ
て光導電層に分圧印加されていた電位が低下し、Ｖｆｌ
ｃが−Ｖ₁に近づいていくと考えてもよい。リセット光
が十分な光強度に有すると、前の状態にかかわらず、ｔ
₅₁の時点までにＶｆｌｃは−Ｖ₁にリセットされ、また
液晶は第１の配向状態（暗）が確保される。ｔ₅₁にてリ
セット光を消し、Ｖｅｘｔを＋Ｖ ₂にする。その時Ｖｆ
ｌｃの電位は、１：１の容量分割によってＶ₃＝−Ｖ₁
＋（Ｖ₂−（−Ｖ₁））／２の電位に変化する。第１周
期のように書き込み光を照射しなければ、ｔ₅₂までＶｆ
ｌｃはＶ₃のままであり、Ｖ₃＜Ｖｕであるので液晶も
第１配向状態（暗）のままである。ｔ₅₂以降の期間はＶ
ｅｘｔの極性を反転して、ｔ₅₀からｔ₅₂までと同じこと
を再度行う。これによって、Ｖｆｌｃは１周期内で積分
すると０即ちＤＣ成分が成分が０となり、安定的なＦＬ
Ｃ駆動に必要とされる駆動波形のＡＣ対称性が保証され
る。ｔ₅₂からｔ₅₃の間にＶｆｌｃはＶｕを越して＋Ｖ₁
にリセットされ、液晶は第２配向状態（明）となる。

【００９９】さて、第２周期では書き込み光が照射され
る。この書き込み光はリセット光ほどの強度ではないた
め時定数はより遅いが、ＶｆｌｃがＶｅｘｔに近づいて
いく。書き込み光強度がある程度強いと、ｔ₅₁からｔ₅₂
の間の時刻Ｔ＝ｔ_X1にＶｆｌｃがＶｕを越えるようにな
り、この時点で液晶が第１の配向状態から第２の配向状
態（明）に反転する。第３周期のように書き込み光が更
に強くなるとｔ_X1はｔ ₅₁に近づき、より早い時刻に第２
配向状態に転ずるようになる。第２、第３周期ともｔ₅₃
からｔ₅₄の間はｔ₅₁からｔ₅₂間に照射したときと同等の
書き込み光を照射するので、ｔ_X2にＶｆｌｃは−Ｖｕを
下回り、液晶が第１配向状態（暗）に戻る。第１、第
２、第３周期いずれも、ＶｆｌｃのＡＣ対称性は確保さ
れており、また各周期内で液晶は第１配向状態と第２配
向状態が５０％ずつの時間である。書き込み光強度が強
くなるに従い、ＦＬＣの第２配向状態の位相が前にずれ
ていく。こうした液晶動作に対して、各周期におけるｔ
₅₁からｔ₅₂の期間に読み出し光を照射すると観察者は、
読み出し光の照射時間とＦＬＣの第２配向状態（明）の
重なり時間だけ光を観察することになる。第１周期では
光を取り出せないが、書き込み光強度が強まるに従い、
第２、第３周期のように重なり時間も増え、取り出し光
束数も増える。各周期が人間の目のフリッカ周波数以下
の時間（例えば６０分の１秒）であるならば、観察者の
目には、光強度の変化として観察されることになる。

【０１００】また、ｔ₅₁〜ｔ₅₂間ではなく、ｔ₅₃〜ｔ₅₄
期間に読み出し光を照射するようにすれば、書き込み光
強度を強めるに従い、重なり時間が減り、取り出し光束
数は減少する。すなわち、書き込み光と取り出し光とで
ネガポジ変換ができることになる。書き込み光は２次状
の面状に広がりをもつので書き込み光強度によって面内
電位分布をつくることができ、２次元の光書き込み読み
出しが可能ないわゆる光書き込み型空間光学変調手段を
構成することができる。これを用いるとモノクロフィル
ムビューワが構成できる。

【０１０１】図２２は本発明による光書き込み型空間光
学変調手段をもちいて画像表示装置としてのフルカラー
フィルムビューワを構成したシステム構成図である。

【０１０２】書き込み側の光源にはＲ、Ｇ、Ｂの３色の
発光ダイオード（ＬＥＤ）を各色用意する。

【０１０３】５３０ＲはＲの書き込み光源用ＬＥＤ、５
３０ＧはＧの書き込み光源用ＬＥＤ、５３０ＢはＢの書
き込み光源用ＬＥＤ、５３５はリセット光源、５３１は
Ｒの反射面、Ｂは反射面をもつ３色混合プリズムであ
る。５３６が光学変調手段、５３２、５３４はレンズ、
５３３はフィルム、５３７はプリズムである。５３９Ｒ
はＲのよみだし光源用ＬＥＤ、５３９ＧはＧのよみだし
光源用ＬＥＤ、５３９ＢはＢの読み出し光源用ＬＥＤ、
５３８はＲの反射面，Ｂの反射面をもつ３色混合プリズ
ムである。

【０１０４】動作を示すタイミングチャートを図２３に
示す。

【０１０５】上述した各周期を１／（フリッカ周波数×
３）＝約５ｍＳ以下に設定し、書き込み光源をＲＧＢ１
周期ずつ順次点灯する。読み出し側の光源にもＲＧＢの
ＬＥＤを各色用意し、書き込み側と同じ色を順次点灯す
る。フィルム５３３は映像情報をもっており、ここで
は、Ｒが０％、Ｇが５０％、Ｂが１００％の透過率をも
つ階調情報が含まれている。

【０１０６】３周期の間に目には加色混合され、フルカ
ラーで見えることになる。

【０１０７】上述したように、読み出し光源の点灯タイ
ミングを切り替えるだけで、フィルム５３３としてはポ
ジフィルムにもネガフィルムにも対応できる。

【０１０８】また、フィルム５３３のかわりにカラーフ
ィルタつき透過型液晶ＴＶを配置し、読み出し光源をよ
り明るいハロゲンランプ＋色回転フィルタを用いれば、
動画プロジェクタにもなる。

【０１０９】なお、単色書き込みの場合でモノクロＯＨ
Ｐを構成する場合など、特定の画素エリアに書き込まれ
る書き込み光量が変化しない場合はリセット光は必ずし
も必要ではない。

【０１１０】またリセット光を用いる場合、ある強度以
上であればよいのでリセット期間に書き込みが重畳され
ていても問題ない。

【０１１１】以下図２４、図２５を参照して光書き込み
型フィルムビューワーの別の例について説明する。

【０１１２】画像表示装置の光学的システム構成は図２
２に示すものと同じであり、光学変調手段の構成は図１
８に示すものと同じであるので、説明は省略する。

【０１１３】図２４は本例による光学変調手段を用いた
画像表示装置の駆動法を示すタイミングチャートであ
る。

【０１１４】基本的な動作は図２１に示した参考例と同
じであるが、異なる点は、書き込み光は５１８Ｔに示す
ように各周期のｔ₆₁〜ｔ₆₂とｔ₆₄〜ｔ₆₅の期間にのみ照
射しそれ以外の期間はオフにしておくことである。期間
ｔ₆₄〜ｔ₆₅に照射される光は液晶に印加される電圧のＡ
Ｃ対称性を確保するためのものである。そして、ｔ₆₂〜
ｔ₆₃の期間には均一なバイアス光を照射する（５５０
Ｔ）。階調情報を含む書き込み光が０の場合は第１周期
のように、液晶にかかる電圧は−Ｖ₆でｔ₆₁〜ｔ ₆₂の期
間中一定である。次にバイアス光がｔ₆₂時刻に照射され
ると光導電層の低抵抗化により液晶にかかる電圧は正方
向に大きくなっていく。ここで書き込み光が最小値の場
合は時刻ｔ₆₃になっても液晶のしきい値（＋Ｖｕ）を越
えないように、Ｒ_pc又はＣ_pcの値の設定と、時刻ｔ₆₃の
タイミングの設定とを合わせておく。

【０１１５】よって第１周期では書き込み光が最小つま
り０である為、読み出し光も最小つまり０である（５０
５Ｔ）。

【０１１６】ｔ₆₃以降次の周期のｔ₆₀までの期間は反転
動作である。よって、この期間は読み出し光の照射がな
いので、画像情報の再生はなされない。

【０１１７】第２周期では書き込み光が中間レベルであ
る為、ｔ₆₁〜ｔ₆₂の期間に光導電層の抵抗が減少し、液
晶にも−Ｖ₆より正方向に高い電圧がかかる。

【０１１８】期間ｔ₆₂〜ｔ₆₃にバイアス光が照射される
時、第２周期では第１周期と異なり、時刻ｔ₆₂の時液晶
にかかる初期電圧値が−Ｖ₆より高い為、読み出し光が
照射されている期間（ｔ₆₁−ｔ₆₃）の期間の途中の時刻
ｔ_X1にＶｆｌｃがしきい値＋Ｖｕを越える。よってｔ_X1
〜ｔ₆₃の期間は液晶が第２の配向状態（明）となる（Ｔ
ｒａｎ）。そして読み出し光を取り出すことができる期
間（ｔ_X1〜ｔ₆₃）が書き込み光量に従って変調される。
ｔ₆₃以降は反転動作である。

【０１１９】第３周期では書き込み光が最大となってい
る（５１８Ｔ）。よって、バイアス光が照射される期間
（ｔ₆₂〜ｔ₆₃）の最初の時刻ｔ₆₂に液晶がかかる電圧Ｖ
ｆｌｃがしきい値＋Ｖｕを越える。よって読み出し光が
照射される全期間（ｔ₆₂−ｔ ₆₃）中、液晶は第２の配向
状態（明）となる。よって素子から取り出すことができ
る読み出し光量の時間積分が最大となる。

【０１２０】以上、説明したように、書き込み光の光量
に応じて読み出し光が取り出される時間が決まるので、
書き込み光量がアナログ的に変化すればそれに追従して
読み出し時間もアナログ的に変化する。

【０１２１】又、期間ｔ₆₃〜ｔ₆₀は反転動作であり、こ
の期間には印加電圧Ｖｅｘｔの極性が反転し、書き込み
光バイアス光は再び同じ光量照射される。これにより、
液晶にかかる実効電圧の一周期あたりの時間積分は０と
なるので、液晶の劣化を抑制できる。

【０１２２】本例において、バイアス光の光量は、光導
電層の時定数と期間ｔ₆₂−ｔ₆₃の長さとを考慮して適宜
決定される。バイアス光の光源はリセット光の光源と同
じでもよいし、別であってもよい。好ましくは、バイア
ス光の光源も、リセット光の光源もそれぞれ調光手段を
もち、独立して光量を設定できるようにするとよい。

【０１２３】尚、本例においては、一周期を３０分の１
秒、ｔ₆₀〜ｔ₆₃までを６０分の１秒くらいに設定すると
ちらつきが見られずに良い中間調が表示できる。

【０１２４】図２５は更に別の例による光学変調手段を
用いた画像表示装置の駆動法を示すタイミングチャート
である。

【０１２５】基本的な動作は図２４に示す例と同じであ
る。異なる点は、バイアス光を照射する動作に代えて、
素子への印加電圧Ｖｅｘｔを経時変化させる（ｔ₇₂−ｔ
₇₃）動作を行っている点である。

【０１２６】期間ｔ₇₀−ｔ₇₁においてリセット光を照射
（７２１Ｔ）する。この時Ｖｅｘｔは０である。

【０１２７】時刻ｔ₇₁にＶｅｘｔを液晶のしきい値電圧
＋Ｖｕにするが、光導電層への書き込み光は最小（０）
の為、液晶にかかる電圧Ｖｆｌｃは＋Ｖｕｕとなる。光
導電層の容量と液晶の容量とが同一であれば＋Ｖｕｕは
＋Ｖｕの２分の１となる。

【０１２８】時刻ｔ₇₂において、書き込み光を０とし、
素子への印加電圧Ｖｅｘｔを＋Ｖｕから徐々に＋Ｖｅｍ
まで時間とともに上昇させる。これに応じて液晶にかか
る電圧ＶｆｌｃもＶｅｘｔとともに上昇する。

【０１２９】ここで＋Ｖｅｍを＋Ｖｕの２倍に設定して
おけば、Ｖｆｌｃがしきい値＋Ｖｕを越えるのは時刻ｔ
₇₃となる。こうして期間ｔ₇₂−ｔ₇₃では読み出し光が点
灯（７０４Ｔ）しているが、液晶の配向状態は遷移しな
い為に液晶は最大透過率と呈する配向状態とはならな
い。

【０１３０】残りのｔ₇₃〜ｔ₇₀の期間は反転動作であ
る。この動作中は読み出し光の照射がない為、画像再生
は行われない。

【０１３１】第２周期は、中間レベルの書き込み光の照
射（７１８Ｔ）がなされた場合を示している。反転動作
により時刻ｔ₇₀では液晶が光非透過状態となっている。
Ｖｅｘｔ＝０により、Ｖｆｌｃは電圧レベル０に近づ
く。

【０１３２】時刻ｔ₇₁では、Ｖｅｘｔはしきい値＋Ｖｕ
となり、読み出し光が点灯開始する（７０４Ｔ）。Ｖｅ
ｘｔの印加によりＶｆｌｃは上昇するがしきい値＋Ｖｕ
には達しない。

【０１３３】時刻ｔ₇₂になると、Ｖｅｘｔは上昇し始め
る。これに伴いＶｆｌｃも上昇するので、Ｖｆｌｃは時
刻ｔ_X1にしきい値＋Ｖｕを越える。こうして、液晶は最
大透過率を呈する配向状態に遷移する。よってこの時刻
ｔ₇₂には点灯していた読み出し光が液晶層を通して反射
層で反射されるので画像が認識できる。そして書き込み
光量に応じて、読み出し光の反射時間ｔ_X1−ｔ₇₃が変調
される。ｔ₇₃以降は反転動作である。

【０１３４】第３周期は、書き込み光の光量が最大の場
合を示す。ｔ₇₀−ｔ₇₁の期間の動作は各周期とも同じで
ある。

【０１３５】時刻ｔ₇₁において照射される書き込み光量
により、時刻ｔ₇₂にはＶｆｌｃがしきい値＋Ｖｕを越え
る。よって読み出し光の点灯期間ｔ₇₂−ｔ₇₃中は、液晶
は最大透過率を呈する配向状態に遷移している。よって
読み出し光が素子にて反射される時間は最大（７０５
Ｔ）となる。

【０１３６】以上、説明したように、書き込み光の光量
に応じて読み出し光が反射される時間が決まるので、書
き込み光量がアナログ的に変化すればそれに追従して反
射時間もアナログ的に変化する。

【０１３７】又、期間ｔ₇₃〜ｔ₇₀は反転動作であり、こ
の期間には印加電圧Ｖｅｘｔの極性が反転し、書き込み
光バイアス光は再び同じ光量照射される。これにより、
液晶にかかる実効電圧の一周期あたりの時間積分は０と
なるので、液晶の劣化を抑制できる。

【０１３８】本参考例において、Ｖｅｘｔの時間変化率
は、光導電層の時定数と期間ｔ₇₁−ｔ₇₃の長さ他を考慮
して適宜決定される。

【０１３９】尚、本参考例においては、一周期を３０分
の１秒、ｔ₇₀〜ｔ₇₃までを６０分の１秒くらいに設定す
るとちらつきが見られず良い中間調が表示できる。

【０１４０】（参考例６）次に本発明の参考例６につい
て述べる。図２２を参照して述べた参考例では、フィル
ム等の階調情報を持つ２次元の画像を一回の書き込み光
照射によって光学変調手段としての液晶素子の光導電層
に書き込んだが、本参考例では、２次元の画像を垂直及
び水平走査することにより時系列的に液晶素子に書き込
む。そして、階調情報を読み出す為に読み出し光を適切
なタイミングで同様に走査する。

【０１４１】図２６は走査方式を説明する為の図であ
り、８０１は図１８に示したものと同じ、カイラルスメ
クティック液晶と光導電層を有する反射型の液晶素子で
ある。書き込み光８０２は通常のＣＲＴの描画と同じよ
うに図の上から下へとノンインターレースで走査する。
つまり、書き込み光が素子の光導電層に光を照射する動
作を時系列的に行うわけである。一方、読み出し光８０
３は情報が書き込まれた光導電層の位置に対応した液晶
部分に照射されるわけであるが、これも階調情報を再生
する為に所定期間のみなされる。よって、読み出し光が
素子を照射する動作も時系列的になされるわけである。
書き込み光８０２と読み出し光８０３の走査のタイミン
グは、書き込み光の走査がなされた後に、読み出し光の
走査がなされている。

【０１４２】図２９は参考例の動作をより具体的に説明
するタイミング図である。図２１の例では、３周期図示
したが、図２９では１周期だけの図示とする。

【０１４３】８２１は図２１の５２１と同様のリセット
光である。８１８Ｔ１、８２０−１、Ｔｒａｎ１、５０
４Ｔ１は、書き込み光８０２がノンインターレースで最
初に書き込む第１画素の動作を示すものである。

【０１４４】８１８Ｔ１は第１画素に照射される書き込
み光のタイミングを示す。時刻ｔ₈₁ ₁で書き込み光８０
２が照射されると、その書き込み光強度に比例して電荷
量ΔＱの電子正孔対が発生し、ΔＶ＝ΔＱ／Ｃの電位変
化がおきる。より強い書き込み光強度を与えた場合はよ
り早い時間でＶｆｌｃがＶｕを越し、ＦＬＣが配向変化
を起こして暗から明状態に転ずる。すなわち、書き込み
光強度−ＦＬＣ位相変換が行われるわけである。

【０１４５】図２９では、最大光量を取り出すべく最大
の強度で書き込み光を与えた場合と、黒表示とするべく
ある値のオフセット光強度で書き込み光を与えた場合
と、両者の中間の光量を取り出すべく両者の中間の最大
の強度で書き込み光を与えた、３通りの場合について、
図示した。

【０１４６】最大強度で書き込み光を与えた場合にＦＬ
Ｃが第２の配向状態（明）に転ずる時刻をｔ_X111、ある
値のオフセット光強度で最小の書き込み光を与えた場合
にＦＬＣが第２の配向状態（明）に転ずる時刻をｔ_X113
とした場合、ＦＬＣの配向状態の変化はＴｒａｎ１に示
す通りである。

【０１４７】５０４Ｔ１は第１画素に照射される読み出
し光のタイミングを示す。ｔ_X111からｔ_X113の期間に第
１画素に読み出し光を照射すると観察者は、読み出し光
の照射時間とＦＬＣの第２配向状態（明）の重なり時間
だけ光を観察することになる。フリッカ周波数以下の時
間で第１画素への書き込みと読み出しが繰り返されるな
らば、観察者の目には第１画素の光強度の変化として観
察されることになる。

【０１４８】同様に、８１８Ｔｎ、８２０ｎ、Ｔｒａｎ
ｎ、５０４Ｔｎは、書き込み光８０２がノンインターレ
ースで書き込む画面ほぼ中央の位置にある第ｎ画素の動
作を示すものである。

【０１４９】また、８１８ＴＮ、８２０Ｎ、Ｔｒａｎ
Ｎ、５０４ＴＮは、書き込み光８０２がノンインターレ
ースで最後に書き込む第Ｎ画素の動作を示すものであ
る。

【０１５０】各画素の動作は第１画素と同様だが、第ｎ
画素は時刻ｔ_81nで、第Ｎ画素は時刻ｔ_81Nで、書き込
みが行われる。

【０１５１】図２７は本参考例の画像表示システムの構
成を示す図であり、８１０は書き込み光源としてのＣＲ
Ｔ、８１１は結像レンズ、８１２はリセット光源、８１
３はミラー、８１４は偏光ビームスプリッター、８１５
は可動ミラー、８１６は赤外光や紫外光をカットするフ
ィルター、８１７は読み出し光源、８１８は照明レン
ズ、８１９は画像再生スクリーンである。

【０１５２】リセット光が照射された後、書き込み光８
０２の走査がなされる。素子８０１には電圧が印加され
ているので、光導電層での光吸収により光の量に応じて
液晶にかかる実効電圧が経時変化するので、閾値を越え
るタイミングの相違により液晶が遷移し、光を反射させ
うる状態にある時間が階調情報に応じて変化する。この
タイミングにあわせて読み出し光８０３が走査される。
走査は可動ミラー８１５の移動によってなされる。つま
り可動ミラー８１５が矢印ＡＡ方向に動くと、素子８０
１に照射される読み出し光８０３も矢印ＡＡ方向に移動
する。こうして、帯状の読み出し光が垂直走査される。
読み出し光８０３の一水平走査時間は６０分の１秒以下
に設定されているので、中間調が認識できる。可動ミラ
ー８１５とＣＲＴ８１０との走査は図示していない制御
回路により、同期がとられている。

【０１５３】図２８は、前述した例６をフルカラー対応
に変更した例である。図２８に示すように、書き込み光
の走査手段と液晶素子がＲ，Ｇ，Ｂごとに３つ８００
Ｒ、８００Ｇ、８００Ｂ設けられている。

【０１５４】３つの色において、書き込み光走査のタイ
ミングを同期させれば、加色混合によりフルカラーの表
示が行える。この表示装置は、フルカラーの動画表示に
適しているので大画面テレビとして好適である。また参
考例５，６では書き込みがＣＲＴと同様のスポット光に
よるノンインタレースで説明したが、ラインＬＥＤのよ
うな線順次書き込みであっても構わないことは言うまで
もない。（本発明の実施形態）以上、本発明の参考例について説
明したが、次に本発明の実施形態について述べる。本実
施形態では、参考例６と同様、２次元の画像を垂直及び
水平走査することにより時系列的に液晶素子に書き込
む。そして、階調情報を読み出す為に読み出し光を面内
分布をもって照射する。こうした面内分布をもつ光を照
射する手段としては、光透過率が面内分布をもつ補正板
（フィルター）と光源との組み合せ、発光素子の配置密
度に分布をもたせた２次元配列の発光素子アレイ等があ
る。

【０１５５】図３０は走査方式を説明する為の図であ
り、８０１は図１８に示したものと同じ、メモリ性をも
つカイラルスメクティック液晶と有機半導体からなる電
荷発生層と電荷移送層とを含む光導電層を有する反射型
の液晶素子である。書き込み光８０２は通常のＣＲＴの
描画と同じように図の上から下へとノンインターレース
で走査する。つまり、書き込み光が素子の光導電層に光
を照射する動作を時系列的に行うわけである。一方、読
み出し光８０３は書き込みの順番による時間変調の巾を
補うべく面内分布をもって照射される。

【０１５６】図３３は実施形態の動作をより具体的に説
明するタイミング図である。図２１の例では、３周期図
示したが、図３３では１周期だけの図示とする。

【０１５７】８２１は図２１の５２１と同様のリセット
光である。８１８Ｔ１、８２０−１、Ｔｒａｎ１、５０
４Ｔ１は、書き込み光８０２がノンインターレースで最
初に書き込む第１画素の動作を示すものである。

【０１５８】８１８Ｔ１は第１画素に照射される書き込
み光のタイミングを示す。時刻ｔ₈₁ ₁で書き込み光８０
２が照射されると、その書き込み光強度に比例して電荷
量ΔＱの電子正孔対が発生し、ΔＶ＝ΔＱ／Ｃの電位変
化がおきる。より強い書き込み光強度を与えた場合はよ
り早い時間でＶｆｌｃがＶｕを越し、ＦＬＣが配向変化
を起こして暗から明状態に転ずる。すなわち、書き込み
光強度−ＦＬＣ位相変換が行われるわけである。

【０１５９】図３３では、最大光量を取り出すべく最大
の強度で書き込み光を与えた場合と、黒表示とするべく
ある値のオフセット光強度で書き込み光を与えた場合
と、両者の中間の光量を取り出すべく両者の中間の最大
の強度で書き込み光を与えた、３通りの場合について、
図示した。

【０１６０】最大強度で書き込み光を与えた場合にＦＬ
Ｃが第２の配向状態（明）に転ずる時刻をｔ_X111、ある
値のオフセット光強度で最小の書き込み光を与えた場合
にＦＬＣが第２の配向状態（明）に転ずる時刻をｔ_X113
とした場合、ＦＬＣの配向状態の変化はＴｒａｎ１に示
す通りである。

【０１６１】５０４Ｔ１は第１画素に照射される読み出
し光のタイミングを示す。ｔ_X111からｔ_X113の期間に第
１画素に読み出し光を照射すると観察者は、読み出し光
の照射時間とＦＬＣの第２配向状態（明）の重なり時間
だけ光を観察することになる。フリッカ周波数以下の時
間で第１画素への書き込みと読み出しが繰り返されるな
らば、観察者の目には第１画素の光強度の変化として観
察されることになる。

【０１６２】また、８１８ＴＮ、８２０Ｎ、Ｔｒａｎ
Ｎ、５０４ＴＮは、書き込み光８０２がノンインターレ
ースで最後に書き込む第Ｎ画素の動作を示すものであ
る。

【０１６３】各画素の動作は第１画素と同様だが、第Ｎ
画素は時刻ｔ_81Nで、書き込みが行われる。第Ｎ画素は
より短い時間で位相変換を行なうべく、黒表示とするべ
き場合のオフセット光も第１画素に比べてより強いもの
としている。第Ｎ画素では取り出しうる時間階調巾はＴ
_X1N3−Ｔ_X1N1，第１画素ではＴ_X113−Ｔ_X111であり、こ
の差をおぎなうべく読み出し光強度Ｐ_nを、Ｐ₁（Ｔ
_X113−Ｔ_X111）≒Ｐ_n（Ｔ_X1n3−Ｔ_X1n1）≒Ｐ_N（Ｔ
_X1N3−Ｔ_X1N1）とする。

【０１６４】図３１は本実施形態の画像表示システムの
構成を示す図であり、８１０は書き込み光源としてのＣ
ＲＴ、８１１は結像レンズ、８１２はリセット光源、８
１３はミラー、８１４は偏光ビームスプリッター、８１
６は赤外光や紫外光をカットするフィルター、８１７は
読み出し光源、８１８は照明レンズ、８１９は画像再生
スクリーン、８２０はミラー、８２１はシェーディング
補正フィルタである。

【０１６５】シェーディング補正フィルタの透過率は、
図３４に示すように書き込み光の走査方向と合わせて組
み合わせた時に、前述した光強度Ｐｎが得られるような
分布をもつ。図３４の平面図はその概念図を示してい
る。水平方向の輝度の誤差は無視できるので、ここで
は、水平方向は透過率を均一にした。シェーディング補
正フィルタは透明なフィルムに白又は黒等の顔料の塗
布、金属パターン等の蒸着を行って容易に形成できる。
透過又は遮光パターンの密度を図３４に示した透過率が
得られるように定めればよい。光源は面分布をほとんど
もたない光源を用いてもよいし、拡散板を用いて面分布
のない光を作り出してもよい。

【０１６６】リセット光が照射された後、書き込み光８
０２の走査がなされる。素子８０１には電圧が印加され
ているので、光導電層での光吸収により光の量に応じて
液晶にかかる実効電圧が経時変化するので、閾値を越え
るタイミングの相違により液晶が遷移し、光を反射させ
うる状態にある時間が階調情報に応じて変化する。

【０１６７】実施形態２は、前述した実施形態１をフル
カラー対応に変更した例である。図３２に示すように、
書き込み光の走査手段と液晶素子がＲ，Ｇ，Ｂごとに３
つ８００Ｒ、８００Ｇ、８００Ｂ設けられている。

【０１６８】３つの色において、書き込み光走査のタイ
ミングを同期させれば、加色混合によりフルカラーの表
示が行える。この表示装置は、フルカラーの動画表示に
適しているので大画面テレビとして好適である。また本
例では書き込みがＣＲＴと同様のスポット光によるノン
インタレースで説明したが、ラインＬＥＤのような線順
次書き込みであっても構わないことは言うまでもない。

【０１６９】本発明によるアナログデューティー変調で
は、光学変調手段に与えられる信号が光学変調手段の光
学状態を遷移させるしきい値を越えるタイミングで、階
調情報に依存してアナログ的に変化する。これにより、
光学変調手段のオン時間、例えば光シャッターが開いて
いる時間又はミラーが所定方向に変位している時間と光
源の点灯時間との重なり時間の長さがアナログ的に変調
されるので、透過又は反射光量の時間積分値が階調情報
に対応することになる。よって階調数がクロック周波数
のようなデジタル量に制限されることがなく、階調情報
のＡ／Ｄ変換も不要となる。しかも、印加電圧、透過率
特性の急峻なデジタル（２値）表示素子を用いても、ア
ナログ変調ができるという従来では考えられなかったよ
うな効果を奏する。

【０１７０】

【発明の効果】本発明によれば良好な階調表示を行うこ
とができる。また、本発明によれば、読み出し光の強度
に面内分布を持たせ、光学変調手段の各読み出し部位に
おいて階調時間巾と読み出し光強度との積を一定にする
ことで、表示面内のいずれの部分（画素）においても同
じ階調レベルにおける輝度や明るさが均一になる。これ
により、読み出し光を走査する必要がなくなる為、読み
出し光照射光学系の構成が簡略化され、表示装置を小型
化し、安価にて提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学変調手段の基本的な駆動装置の図
である。

【図２】本発明に用いられる光学変調物質の透過率の印
加電圧（パルス幅）依存性を示す図である。

【図３】本発明の光学変調手段の基本的な駆動方法の別
の例を説明する為のタイミングチャートを示す図であ
る。

【図４】本発明に用いられる階調情報を発生する回路一
例を示す図である。

【図５】本発明の光学変調手段の別の駆動装置の図であ
る。

【図６】本発明に用いられる光学変調手段の駆動回路の
一例を示す図である。

【図７】本発明に用いられる光学変調手段の駆動回路の
別の例を示す図である。

【図８】本発明に用いられる光学変調手段の駆動回路の
更に別の例を示す図である。

【図９】本発明に用いられる光学変調物質の透過率の印
加電圧依存性を示す図である。

【図１０】光学変調手段を示す図である。

【図１１】光学変調手段の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１２】光学変調手段の駆動方法を説明するための図
である。

【図１３】光学変調手段の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１４】光学変調手段の駆動方法を説明するための図
である。

【図１５】光学変調手段の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１６】光学変調手段の駆動方法を説明するための図
である。

【図１７】光学変調手段の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１８】本発明に用いられる画像表示装置用の光学変
調手段の断面図である。

【図１９】図１８の素子に用いられるカイラルスメクテ
ィック液晶の分子配向を示す図である。

【図２０】図１８の液晶分子の電気光学特性を示す図で
ある。

【図２１】図１８の素子の動作を示すタイミングチャー
トである。

【図２２】本発明参考例に用いられる画像表示装置を示
す図である。

【図２３】本発明の参考例による画像表示装置の動作タ
イミングチャートの図である。

【図２４】本発明の参考例による画像表示装置の動作タ
イミングチャートの図である。

【図２５】本発明の参考例による画像表示装置の動作タ
イミングチャートの図である。

【図２６】本発明の参考例による書き込み光と読み出し
光の走査を説明する為の図である。

【図２７】本発明の参考例による表示装置の一例を示す
図である。

【図２８】本発明の参考例による表示装置の別の例を示
す図である。

【図２９】本発明の参考例の表示装置の動作タイミング
チャートの図である。

【図３０】本発明の実施形態の走査方式を説明する為の
図。

【図３１】本発明の実施形態による表示装置の一例を示
す図である。

【図３２】本発明の実施形態による表示装置の別の例を
示す図である。

【図３３】本発明の実施形態の表示装置の動作タイミン
グチャートの図である。

【図３４】シェーディング補正フィルタの構成及び透過
率の特性を示す図である。

【符号の説明】

８０１反射型の液晶素子８０２書き込み光８０３読み出し光８１０ＣＲＴ８１１結像レンズ８１２リセット光源８１３ミラー８１４偏光ビームスプリッター８１６赤外光や紫外光をカットするフィルター８１７読み出し光源８１８照明レンズ８１９画像再生スクリーン８２０ミラー８２１シェーディング補正フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−3632（ＪＰ，Ａ) 特開平５−203901（ＪＰ，Ａ) 特開平６−318733（ＪＰ，Ａ) 特開平６−242464（ＪＰ，Ａ) 特開平７−13188（ＪＰ，Ａ) 特開平８−114813（ＪＰ，Ａ) 特開平７−318891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/133 575 G02F 1/135 G09G 3/20 G09G 3/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】階調情報を含む信号に基づいて光学状態
が変調される光学変調手段と、該光学変調手段に画像情
報を読み出す為の読み出し光を与える読み出し光照射手
段と、を有する表示装置において、前記読み出し光照射手段は、前記光学変調手段の各読み
出し部位において取り出しうる時間階調巾と読み出し光
強度との積が実質的に一定になるような光強度の面内分
布をもつ読み出し光を照射する手段であることを特徴と
する表示装置。
【請求項２】前記光学変調手段は電圧の印加される一
対の電極間に光導電層と光学変調物質の層とが配されて
構成され、該光導電層に階調情報を含む光情報を与える
ことで該光学変調物質の光学状態を変調させてなる請求
項１記載の表示装置。
【請求項３】前記読み出し光照射手段は、前記面内分
布を付与する為の補正板と、該補正板を通して前記光学
変調手段を照明する光を発する光源と、を有する請求項
１記載の表示装置。
【請求項４】前記光学変調物質はメモリ性をもつ液晶
である請求項２記載の表示装置。
【請求項５】前記光導電層は有機半導体の層を含む請
求項２記載の表示装置。
【請求項６】前記一対の電極間に印加する電圧が所定
の周期で極性反転する請求項２記載の表示装置。