JP3873544B2 - 電気光学装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等、マトリクス状に配列された画素を持ち階調表示を行う電気光学装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータのディスプレイ、テレビジョンセット、ディジタル時計、携帯型通信機器、プロジェクタ等の様々な用途に、装置の小型化・薄型化が可能な液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどが用いられてきている。これらの表示装置は画素をマトリクス状に配列し、各画素に印加される電圧を制御することによって画像の表示を行う。
【０００３】
これらの表示装置において中間輝度や中間色の表示、すなわち階調表示を行うためにいくつかの方法が考案され実施されている。ひとつの方法は画素への印加信号のアナログ制御によるものである。これは電圧の変化に応じて輝度が変化し表示に必要な輝度帯域が得られる画素に対し、印加する電圧値をアナログ的に制御することによって階調表示を行うものである。
【０００４】
他の方法は画素への印加信号のディジタル制御によるものである。これは１表示サイクル内に印加する電圧パルスの幅を時間的に制御し画素に印加することにより階調表示を行うものである。
【０００５】
また、特開平５−１００６２９号に開示されている方法のように、上記のアナログ表示とディジタル表示を併用することにより、より高い階調度を実現している例もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアナログ制御における問題は、表示画面全面にわたって均一で高い階調度を実現することが困難なことである。たとえば表示装置に使われる液晶材料においては、印加される電圧のダイナミックレンジは５Ｖ程度からせいぜい１０Ｖ程度しかなく、たとえば２５６段階の階調を実現しようとすると４０ｍＶ以下のステップで電圧を制御せねばならず、このような高精度の電圧制御を画面全体にわたって実現することは非常に困難である。
【０００７】
一方、電圧ではなく時間刻みにより階調信号を生成するディジタル制御の場合、基準クロックをもとに階調信号を生成できるのでアナログ制御の場合より階調制御性が良いが、階調数が増えるにしたがってそれも困難になる。たとえば１フレームの表示時間が１６ミリ秒の間で２５６段階の階調を実現しようとすると、最小パルス幅は６０マイクロ秒程度となってしまい、たとえばスメクティック液晶などの高速応答液晶を用いた液晶表示装置においてもこのような短いパルスには充分反応できない。
【０００８】
特開平５−１００６２９号の発明は、これらアナログ制御とディジタル制御を併用することによって高階調度を実現しているものの、次に述べるような欠点がある。まず、この方法では、所望の階調を得るために単純に電圧値とパルス幅を決定し、電圧値の時間積分すなわち実効平均電圧が表示輝度に比例するものとして画素に印加している。しかし、たとえば液晶の場合、実際にはその物理的特性により、特にパルス幅の狭い領域において印加するパルス幅と透過度は比例せず、また電圧値と透過度の関係も比例するわけではない。よってこの方法を単純に適用するだけでは、細かい微妙な階調を正確に表示することができない。
【０００９】
また、この特開平５−１００６２９号発明はその他にも、Ｎ進法表現の信号の処理や進法変換の処理のための回路を組み込む必要があり装置の構成が複雑になる、またアナログ入力信号を構成要件としておりディジタル画像信号を出力する装置と接続する場合に余分なＤ／Ａ変換手段を設けなければならないといった欠点を持っている。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、２５６階調（８ビット）以上の高度な階調表示が可能で、しかも簡単な構成により安価で実現可能な電気光学装置およびその駆動方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上において相交差する複数のデータ線および走査線と、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、前記複数のスイッチング手段に対応してマトリックス状に配置され、夫々に電位が印加される複数の画素電極と、前記複数の画素電極に対向配置され共通電位が印加される共通電極と、を具備する電気光学装置の駆動方法において、１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、各前記サブフィールドにおいて前記複数の走査線の走査を行い、前記１フィールドは、前記画素電極に印加する電位によって表示階調を制御するアナログ駆動サブフィールドと、前記アナログ駆動サブフィールドの直後に設けられ、前記画素電極に印加する電位を、前記共通電位と前記共通電位と異なる電位とから選択し、前記共通電位と異なる電位が印加される前記サブフィールドの組み合わせによって表示階調を制御するディジタル駆動サブフィールドと、を含み、前記アナログ駆動サブフィールドにおいて前記画素電極に印加する電位は、前記ディジタル駆動サブフィールドにおいて選択される前記共通電位と前記共通電位と異なる電位との間にある電位から選択されることを特徴とする特徴とする。
【００１２】
このように、本発明の駆動方法は、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用している。これにより、ディジタル駆動の利点である階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできる利点が得られるだけでなく、さらに、走査に要する時間や画素への書き込みに要する時間などの制約により従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調（例えば、２５６階調あるいはそれ以上）による画像表示を簡単な回路構成によって達成することができる利点が得られる。
【００１３】
また、上記発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記各アナログ駆動サブフィールドは、長さが相対輝度１のディジタル駆動サブフィールドの長さであって、駆動電圧が相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる電圧であることが好ましい。
【００１４】
このような駆動方法によれば、最小サブフィールドをあまり短くしないでも、非常に制御性が高い、多階調表示を得ることができる。
【００１５】
また、上記の発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記アナログ駆動のサブフィールドは、駆動電圧が一定電圧であり、長さが相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる長さであることが好ましい。
【００１６】
このような駆動方法によれば、アナログ駆動用に必要な電位が１種類で済み、回路構成を簡単にできる利点が得られる。
【００１７】
また、本発明は、基板上において相交差する複数のデータ線および走査線と、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、前記複数のスイッチング手段に対応してマトリックス状に配置され、夫々に電位が印加される複数の画素電極と、前記複数の画素電極に対向配置され共通電位が印加される共通電極と、１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、各前記サブフィールドにおいて前記複数の走査線を走査する走査線駆動回路と、前記画素電極に印加されるべき電圧を選択して出力する選択手段と、を具備し、前記１フィールドは、前記画素電極に印加される電位によって表示階調を制御するアナログ駆動サブフィールドと、前記アナログ駆動サブフィールドの直後に設けられ、前記画素電極に印加される電位が前記共通電位と前記共通電位と異なる電位とから選択可能であり、前記共通電位と異なる電位が印加される前記サブフィールドの組み合わせによって表示階調を制御するディジタル駆動サブフィールドと、を含み前記アナログ駆動サブフィールドにおいて前記画素電極に印加される電位は、前記ディジタル駆動サブフィールドにおいて選択される前記共通電位と前記共通電位と異なる電位との間にある電位から選択されることを特徴とする
【００１８】
この電気光学装置によれば、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用しているので、階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできると共に、さらに、従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調による画像表示を行うことができる利点が得られる。
【００１９】
ここで前記選択手段は、外部から供給される複数の電位から一つの電位を選択するスイッチ群により構成されていることを特徴とする電気光学装置である。
【００２０】
これにより、簡単な回路構成で、しかも高速動作が可能な、電圧切り替え手段を得ることができる。
【００２１】
また、上記の発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記各アナログ駆動サブフィールドは、長さが相対輝度１のディジタル駆動サブフィールドの長さであって、アナログ駆動電圧が相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる電圧であることが望ましい。
【００２２】
このような電気光学装置によれば、最小サブフィールドをあまり短くしないで、非常に制御性が高い、多階調表示を得ることができる。
【００２３】
また、上記発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記アナログ駆動のサブフィールドは、駆動電圧が一定電圧であり、長さが相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる長さであることが望ましい。
【００２４】
このような電気光学装置によれば、アナログ駆動用に割り当てる電位が１種類で済み、回路構成を簡単にできる利点が得られる。
【００２５】
また、この発明は、液晶が挟持された一対の第１および第２基板と、前記第１基板上に、マトリックス状に配置された複数の画素電極と、前記画素電極に対向配置された共通電極と、前記第１基板の前記画素電極間に配置された相交差する複数のデータ線および複数の走査線と、前記画素電極に対応して設けられ、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、予め１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、該サブフィールドの立ち上がり時点において前記走査線を走査する走査線駆動回路と、表示すべき階調に応じて前記サブフィールドを組み合わせ、該組み合わせによって得られた期間において、各画素に所定の電界が印加されるように前記データ線を制御するデータ線駆動回路と、前記データ線を通じて前記画素電極へ印加すべき駆動電圧を選択する選択手段であって、予め決められたディジタル駆動サブフィールドについては、最大電圧を選択し、予め決められたアナログ駆動サブフィールドについては、該最大電圧より低い電圧を選択する選択手段とを具備することを特徴とする電気光学装置である。
【００２６】
上述した発明によれば、階調制御が正確で、しかも多階調表示を行うこができる液晶表示装置を簡単な構成によって得ることができる効果がある。
【００２７】
また、上記の発明において、前記基板上に反射電極を形成することにより、反射型表示装置として構成したことを特徴とする。
【００２８】
これにより、多階調表示を行うことができる反射型液晶表示装置を簡単な構成によって得ることができ、プロジェクタ（投射表示装置）等に用いて好適である。
【００２９】
また、この発明は、請求項８に記載の電気光学装置装置を備えた投射型表示装置であって、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記液晶装置へ導く集光光学系と、該液晶装置で光変調され反射された光を投射面に拡大投射する拡大投影光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置である。
【００３０】
このような構成によれば、多階調の投射型表示装置を簡単かつ安価な構成によって提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しこの発明の一実施形態について説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態によるアクティブマトリクス液晶表示装置の構成の概要を示す回路図、同じく（ｂ）は画素部分の詳細図である。図２において、符号１は表示パネル、１０は表示パネル１に配列された画素、１１は画素電極、１２は画素電極１１への印加電圧のスイッチの役割をするＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１３は走査線、１４はデータ線である。走査線１３にかかる電圧が”Ｈ”のときのみ、その走査線１３に接続された各ＴＦＴ１２がオンとなり各画素電極１１にそれぞれデータ線１４により供給される電圧が印加される。
【００３２】
１５は複数の電位の電圧源に接続された複数の電圧線であり、本例では、それぞれＶ０、Ｖ１、Ｖ２、ＣＯＭ（共通電圧）の電位となっている。２１は表示データおよびコントロール信号を基に本装置による画像表示を制御するコントローラ、２２は前記の表示データが一時的に蓄えられるフレームメモリ、２３はフレームメモリ２２に蓄積された表示データを基に各画素１０の階調を制御する信号を出力するデータドライバ、２４は画素１０のマトリクスを走査するために順次走査線１３に”Ｈ”電圧を供給する走査ドライバである。コントローラ２１から走査ドライバ２４へは上記の走査のためのタイミング信号が伝えられる。コントローラ２１およびデータドライバ２４の細部については後述する。
【００３３】
１６は２ビットのドライブ線でありデータドライバ２３が出力する信号を伝達する。２５はアナログマルチプレクサであり、電圧線１５によって供給される複数の電圧のうち、ドライブ線１６を通して伝達された信号によって選択された電圧を、データ線１４に出力する。
【００３４】
画素１０においては、画素電極１１と共通電圧ＣＯＭの電位を持つ共通電極との間に液晶が挟まれている。ここには、ＴＬＡＦＬＣ（Thresholdless Antiferroelectric Liquid Crystal、しきい値のない反強誘電性液晶）を用いている。ＴＬＡＦＬＣは相転移前駆現象を示し、飽和電圧より小さい範囲において印加電圧の変化に応じて連続的に透過光量が変化し、しかもヒステリシスがないという特性を持っている。また印加電圧に関してほぼ正負対象の透過光量であり、従って交流駆動が可能である。しかも液晶層の自発分極成分と外部電界との相互作用により液晶が応答するので、１００マイクロ秒以下の高速応答が可能である。また、このような構造において各電極間の液晶はキャパシタンスとして機能するので、印加された電圧は走査から次の走査までの一定時間保持される。本装置では，ＴＬＡＦＬＣを用いた画素のこれらの特性を利用して、所望の透過光量が得られるように印加するパルス電圧の波形を制御する。
【００３５】
図１は、本実施形態における各部の波形図である。図１において、フィールドタイミング信号のパルスと次のパルスの間が１フィールド（表示サイクル）であり、１フィールドは本例では８つのサブフィールドに分割されており、これにより８ビットすなわち０〜２５５の２５６段階の等幅階調を得るようになっている。
【００３６】
各画素の階調を指示する表示データは８ビットで構成され、最上位のＢｉｔ７から最下位のＢｉｔ０までが順次１２８：６４：３２：１６：８：４：２：１の輝度の重みを持ち、それぞれサブフィールドＳＦ７，・・・，ＳＦ０に対応している。図１に示すように、サブフィールドの幅や電位はすべて同一ではなく、各ビットの重みによって異なる。
【００３７】
本例では、上位６ビットすなわちＢｉｔ７〜Ｂｉｔ２にディジタル制御を用い、下位２ビットすなわちＢｉｔ１，Ｂｉｔ０にアナログ制御を用いている。つまり、Ｂｉｔ７〜Ｂｉｔ２に対応するサブフィールドＳＦ７〜ＳＦ２はいずれも駆動電圧が最大電圧Ｖ０であり、パルス幅がそれぞれ異なっている。一方、Ｂｉｔ１，Ｂｉｔ０に対応するサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０は、駆動電圧が電圧Ｖ０よりも低い電圧Ｖ１あるいはＶ２である。
【００３８】
図１の（ａ）と（ｂ）は、ＳＦ７〜ＳＦ２の部分は同じであるが、このサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０の部分で違う波形をとっている。図１（ａ）の方法は、サブフィールドＳＦ１，ＳＦ０の幅をサブフィールドＳＦ２の幅と同じにして、電位の高さを変えることによって透過光量がＳＦ２のそれぞれ１／２および１／４になるように制御する。一方、図１（ｂ）の方法は、サブフィールドＳＦ１，ＳＦ０は同じ電位Ｖ２であり、パルス幅を変えることによって透過光量がＳＦ２のそれぞれ１／２および１／４になるように制御する。
【００３９】
（ａ）の方法はサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０が短く、（ｂ）に比べて時間をより効率的に使える。一方、（ｂ）の方法は電位としてＶ０とＣＯＭの他にはＶ２を用意するだけでよく、（ａ）に比べて電圧源部分の回路を簡略化できるというメリットがある。
【００４０】
階調表示においては、階調データのビットが”１”の部分について、対応するサブフィールドにおいて上述した電圧を印加する。図１の（ａ）および（ｂ）のそれぞれ最下段に、例として階調データが”１００１０１１０”の場合のそれぞれのサブフィールド構成での印加パルス波形例を示す。
【００４１】
ところで、近似的には印加電圧の時間積分が実効透過光量に比例するので、図１（ａ）におけるＳＦ７，・・・，ＳＦ０のパルス幅の理論的比率は３２：１６：８：４：２：１：１：１、電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、ＣＯＭの理論的比率は４：２：１：０である。図１（ｂ）では同じく、ＳＦ７，・・・，ＳＦ０のパルス幅の理論的比率は３２：１６：８：４：２：１：２：１、電圧Ｖ０、Ｖ２、ＣＯＭの理論的比率は４：１：０である。
【００４２】
つまり単純なディジタル駆動を行う際には、最小パルスとして１フィールドの２５６分の１という非常に短いサブフィールドが必要だったのに対し、以上のような方法によれば、１フィールドの６５分の１から６６分の１の時間の最小サブフィールド構成で２５６階調を得ることができる。このように必要な最小サブフィールドを長くすることは、液晶への電荷の書き込み時間を確保する上で非常に重要である。
【００４３】
しかし、実際には液晶の物理的反応特性により正確には上記の比例関係は成り立たず、特に短いサブフィールドにおいてはその誤差が大きい。そこで、装置の構成にあたっては上記の理論的比率をそのまま用いるのではなく、予め実験等の測定によって、各サブフィールドの透過光量が正しく２のべき乗の比率となるようにパルス幅および電位を決定しておき、それを実現するような装置とする。
【００４４】
次に、図２に示す回路の表示動作を、図１（ａ）の駆動方法をとる場合を例に説明する。コントローラ２１は、基準クロックに基づいてフィールドタイミング信号（図１（ａ）参照）、サブフィールドタイミング信号（同図）を生成する。そして、サブフィールドタイミング信号を走査ドライバ２４へ出力する。走査ドライバ２４はサブフィールドタイミング信号を受ける毎に、一定速度で走査線１３を順次走査する。
【００４５】
また、コントローラ２１は、フレームメモリ２２から表示データ（８ビット／１画素）を読み出し、サブフィールドタイミングおよび走査線駆動タイミングに合わせてデータドライバ２３へ出力する。すなわち、まず、サブフィールドＳＦ０（図１（ａ）参照）の立ち上がりにおいて、表示データの第０ビット（ＬＳＢ）をデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”０”であるとすると、データドライバ２３は”０”に対応するデータ”００”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”００”を受け、電圧ＣＯＭをデータ線１４へ出力する。
【００４６】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ１の立ち上がりにおいて、表示データの第１ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”１”であるとすると、データドライバ２３は”１”に対応するデータ”１０”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”１０”を受け、それに対応する電圧Ｖ１をデータ線１４へ出力する。これにより、該表示データに対応する画素電極１１が電圧Ｖ１の書込みを受ける。
【００４７】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ２の立ち上がりにおいて、表示データの第２ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”１”であるとすると、データドライバ２３は”１”に対応するデータ”１１”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”１１”を受け、電圧Ｖ０をデータ線１４へ出力する。これにより、該表示データに対応する画素電極１１が電圧Ｖ０の書込みを受ける。なお、前述したように、サブフィールドＳＦ２〜ＳＦ７はディジタル駆動サブフィールドであり、表示データ”１”にはつねにデータ”１１”が対応している。
【００４８】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ３の立ち上がりにおいて、表示データの第３ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”０”であるとすると、データドライバ２３は”０”に対応するデータ”００”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”００”を受け、電圧ＣＯＭをデータ線１４へ出力する。これにより、該画素電極１１の電圧がクリアされる。以下、同様の過程が繰り返されて画素電極１１の電圧が制御される。
【００４９】
ここで、アナログマルチプレクサ２５は、外部で形成された複数の電位を単純な切り替えスイッチにより切り替える構成になっているので、容量を用いて電位を得る方法等に比べ非常に高速な動作が可能であるとともに、供給する電位を非常に精密に制御できるという利点を持つ。
【００５０】
なお、ＴＬＡＦＬＣは前述のように印加電圧の正負対象性を持つため、フィールドごとに印加する極性を逆転させる交流駆動が可能である。これによって液晶材料の寿命をのばすことができる。この場合、電極間に印加する電圧も極性を反転させなくてはいけないが、その方法としては、−Ｖ０、−Ｖ１、−Ｖ２等の負の電位を設け、アナログマルチプレクサ２５によりフィールド毎Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の値を反転させるフィールド反転駆動を行うことが可能である。
【００５１】
また、本実施形態では階調データを８ビットとし、上位６ビット分をディジタル制御で、下位２ビット分をアナログ制御で階調を再現しているが、これ以外のビット数の階調データでも良く、上位ビットと下位ビットの境界も任意である。また、階調データとして２進法以外を用いても良いが、２，４，８，１６など２のべき乗を基数とすることが回路構成上は有利である。
【００５２】
また、サブフィールドの並びは本実施形態のような順序に限定されず、任意であり、またフィールドごとに異なっていても良い。
【００５３】
また、本実施形態ではＴＬＡＦＬＣを表示材料としているが、これに限らず、印加電圧の変化に応じて連続的に変化する輝度を得られるものであれば、他の材料および発光原理を用いても良い。
【００５４】
また、本実施形態では単色（１次元）の階調のみを制御しているが、単純にこれを複数組み合わせ、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色についてそれぞれ階調制御をして、中間色を含んだカラー表示を行うこともでき、コンピュータディスプレー、テレビジョン、時計、通信機器、車載用ナビゲーション装置、プロジェクタなどさまざまな装置に適用できる。
【００５５】
また、上記実施形態において、特に短いサブフィールドにおいては、周囲温度によって輝度が影響を受けてしまう。そこで、温度検出器を設け、周囲温度が低い時はパルス幅を広く、高い時はパルス幅を狭くするよう制御する温度制御回路を設けてもよい。
【００５６】
次に、上述した液晶表示装置の表示パネル１の構成例を図３及び図４を参照して説明する。図３は液晶装置用基板８０をその上に形成された各構成要素と共に対向基板８１の側から見た平面図であり、図４は、対向基板８１を含めて示す図４のＨ−Ｈ’線断面図である。
【００５７】
これらの図において、液晶装置用基板８０の上には、シール材５２がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して、表示領域周辺の非表示領域を囲む遮光膜（額縁）として、遮光膜５３が設けられている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路１０１及び実装端子１０２が液晶装置用基板８０の一辺に沿って設けられており、走査ドライバー２４を構成する走査線駆動回路１０４が、この一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。走査線に供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路１０４は片側だけでも良い。
【００５８】
データ線駆動回路１０１はデータドライバ２３及びアナログマルチプレクサ２５などから構成されている。これらを画面表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。例えば奇数列のデータ線は画面表示領域の一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線は前記画面表示領域の反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。この様にデータ線を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路１０１の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。
【００５９】
更に液晶装置用基板８０の残る一辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられている。また、対向基板８１のコーナー部の少なくとも一箇所においては、液晶装置用基板８０と対向基板８１との間で電気的導通をとるための導通材１０６が設けられている。そして、図４に示すように、シール材５２とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板８１が当該シール材５２により液晶装置用基板８０に固着されている。
【００６０】
ここで、本例ではデータ線駆動回路、走査線駆動回路を液晶装置用基板上に形成する場合について説明したが、これらの回路を別に設け、それを液晶表示装置用基板にＴＡＢなどを用いて実装することも可能である。
【００６１】
次に、上述した実施形態による液晶装置の応用例について説明する。図５は、図２に示す実施形態による液晶装置を反射型液晶装置として構成し、電子機器に適用した１例であり、反射型液晶装置を光変調装置として用いたプロジェクタ（投射型表示装置）の要部を平面的に見た概略構成図である。この図５は、偏光変換素子１３０の中心をとおるＸＺ平面における断面図である。
【００６２】
本例のプロジェクタは、システム光軸１３１に沿って配置した光源部１１０、インテグレータレンズ１２０、偏光変換素子１３０から概略構成される偏光照明装置１００、偏光照明装置１００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面２０１により反射される偏光ビームスプリッタ２００、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光反射面２０１から反射された光のうち、青色光の成分を分離する。ダイクロイックミラー４１２、分離された青色光を変調する反射型液晶光変調装置３０１、青色光が分離された後の光束のうち赤色光の成分を反射させて分離するダイクロイックミラー４１３、分離された赤色光を変調する反射型液晶光変調装置３０２ダイクロイックミラー４１３を透過する残りの緑色光を変調する反射型液晶光変調装置３０３、３つの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３にて変調された光をダイクロイックミラー４１２、４１３、偏光ビームスプリッタ２００にて合成し、この合成光をスクリーン６００に投射する投射レンズからなる投射光学系５００から構成されている。上記３つの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３には、それぞれ反射型液晶装置が用いられている。
【００６３】
上記の構成において、光源部１１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ１２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子１３０により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ２００に至るようになっている。偏光変換素子１３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光光束反射面２０１によって反射され、反射された光束のうち、青色光の光束がダイクロイックミラー４１２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶光変調装置３０１によって変調される。
【００６４】
また、ダイクロイックミラー４１１の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光の光束はダイクロイックミラー４１３の赤色光反射層にて反射され、反射型液晶光変調装置３０２にて変調される。一方、ダイクロイックミラー４１３の赤色光反射層を透過した緑色光の光束は反射型液晶光変調装置３０３によって変調される。このようにして、それぞれの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３によって色光の変調がなされる。
【００６５】
反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３の画素から反射された色光のうちＳ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ２００を透過せず一方、Ｐ偏光成分は透過する。この偏光ビームスプリッタ２００を透過した光により画像が形成される。
【００６６】
反射型液晶装置は、半導体技術を利用して画素が形成されるので画素数を多く形成でき、かつパネルサイズも小さくできるので、高精細な画像を投射できると共に、プロジェクタを小型化することができる。
【００６７】
また、上記反射型液晶装置は、各画素電極に印加された電圧が十分に保持されると共に、画素電極の反射率が非常に高いため鮮明な映像を得ることができる。
【００６８】
図６はそれぞれ上記実施形態の反射型液晶装置を使った他の電子機器の例を示す外観図である。なお、これらの電子機器では、偏光ビームスプリッタと共に用いられる光変調装置としてではなく、直視型の反射型液晶装置として使用されるため、反射電極は完全な鏡面である必要はなく、視野角を広げるためには、むしろ適当な凸凹を付けた方が望ましいが、それ以外の構成要件は、光変調装置の場合と基本的に同じである。
【００６９】
図６（ａ）は携帯電話を示す斜視図である。１０００は携帯電話本体を示し、そのうちの１００１は本発明の反射型液晶装置を用いた液晶表示部である。
【００７０】
図６（ｂ）は、腕時計型電子機器を示す図である。１１００は時計本体を示す斜視図である。１１０１は本発明の反射型液晶パネルを用いた液晶表示部である。この液晶パネルは、従来の時計表示部に比べて高精細の画素を有するので、テレビ画像表示も可能とすることができ、腕時計型テレビを実現できる。
【００７１】
図６（ｃ）は、ワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置を示す図である。１２００は情報処理装置を示し、１２０２はキーボード等の入力部、１２０６は本発明の反射型液晶装置を用いた表示部、１２０４は情報処理装置本体を示す。各々の電子機器は電池により駆動される電子機器であるので、光源ランプを持たない反射型液晶パネルを使えば、電池寿命を延ばすことが出来る。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用している。これにより、ディジタル駆動の利点である階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできる利点が得られるだけでなく、さらに、従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調による画像表示を簡単な構成によって達成することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態による液晶表示装置の各部の波形を示す波形図である。
【図２】 同実施形態によるアクティブマトリクス液晶表示装置の構成の概要を示す回路図である。
【図３】 同実施形態による表示パネル部分の構成を示す平面図である。
【図４】 同実施形態による表示パネル部分の構成を示す断面図である。
【図５】 同実施形態による液晶表示装置の応用例であるプロジェクタの要部概略構成図である。
【図６】 同実施形態による反射型液晶表示装置を使った電子機器の例を示す外観図である。
【符号の説明】
１ 表示パネル
１０ 画素
１１ 画素電極
１２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
１３ 走査線
１４ データ線
１５ 電圧線
１６ ドライブ線
２１ コントローラ
２２ フレームメモリ
２３ データドライバ
２４ 走査ドライバ
２５ アナログマルチプレクサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等、マトリクス状に配列された画素を持ち階調表示を行う電気光学装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータのディスプレイ、テレビジョンセット、ディジタル時計、携帯型通信機器、プロジェクタ等の様々な用途に、装置の小型化・薄型化が可能な液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどが用いられてきている。これらの表示装置は画素をマトリクス状に配列し、各画素に印加される電圧を制御することによって画像の表示を行う。
【０００３】
これらの表示装置において中間輝度や中間色の表示、すなわち階調表示を行うためにいくつかの方法が考案され実施されている。ひとつの方法は画素への印加信号のアナログ制御によるものである。これは電圧の変化に応じて輝度が変化し表示に必要な輝度帯域が得られる画素に対し、印加する電圧値をアナログ的に制御することによって階調表示を行うものである。
【０００４】
他の方法は画素への印加信号のディジタル制御によるものである。これは１表示サイクル内に印加する電圧パルスの幅を時間的に制御し画素に印加することにより階調表示を行うものである。
【０００５】
また、特開平５−１００６２９号に開示されている方法のように、上記のアナログ表示とディジタル表示を併用することにより、より高い階調度を実現している例もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアナログ制御における問題は、表示画面全面にわたって均一で高い階調度を実現することが困難なことである。たとえば表示装置に使われる液晶材料においては、印加される電圧のダイナミックレンジは５Ｖ程度からせいぜい１０Ｖ程度しかなく、たとえば２５６段階の階調を実現しようとすると４０ｍＶ以下のステップで電圧を制御せねばならず、このような高精度の電圧制御を画面全体にわたって実現することは非常に困難である。
【０００７】
一方、電圧ではなく時間刻みにより階調信号を生成するディジタル制御の場合、基準クロックをもとに階調信号を生成できるのでアナログ制御の場合より階調制御性が良いが、階調数が増えるにしたがってそれも困難になる。たとえば１フレームの表示時間が１６ミリ秒の間で２５６段階の階調を実現しようとすると、最小パルス幅は６０マイクロ秒程度となってしまい、たとえばスメクティック液晶などの高速応答液晶を用いた液晶表示装置においてもこのような短いパルスには充分反応できない。
【０００８】
特開平５−１００６２９号の発明は、これらアナログ制御とディジタル制御を併用することによって高階調度を実現しているものの、次に述べるような欠点がある。まず、この方法では、所望の階調を得るために単純に電圧値とパルス幅を決定し、電圧値の時間積分すなわち実効平均電圧が表示輝度に比例するものとして画素に印加している。しかし、たとえば液晶の場合、実際にはその物理的特性により、特にパルス幅の狭い領域において印加するパルス幅と透過度は比例せず、また電圧値と透過度の関係も比例するわけではない。よってこの方法を単純に適用するだけでは、細かい微妙な階調を正確に表示することができない。
【０００９】
また、この特開平５−１００６２９号発明はその他にも、Ｎ進法表現の信号の処理や進法変換の処理のための回路を組み込む必要があり装置の構成が複雑になる、またアナログ入力信号を構成要件としておりディジタル画像信号を出力する装置と接続する場合に余分なＤ／Ａ変換手段を設けなければならないといった欠点を持っている。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、２５６階調（８ビット）以上の高度な階調表示が可能で、しかも簡単な構成により安価で実現可能な電気光学装置およびその駆動方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上において相交差する複数のデータ線および走査線と、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、前記複数のスイッチング手段に対応してマトリックス状に配置され、夫々に電位が印加される複数の画素電極と、前記複数の画素電極に対向配置され共通電位が印加される共通電極と、を具備する電気光学装置の駆動方法において、１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、各前記サブフィールドにおいて前記複数の走査線の走査を行い、前記１フィールドは、前記画素電極に印加する電位によって表示階調を制御するアナログ駆動サブフィールドと、前記アナログ駆動サブフィールドの直後に設けられ、前記画素電極に印加する電位を、前記共通電位と前記共通電位と異なる電位とから選択し、前記共通電位と異なる電位が印加される前記サブフィールドの組み合わせによって表示階調を制御するディジタル駆動サブフィールドと、を含み、前記アナログ駆動サブフィールドにおいて前記画素電極に印加する電位は、前記ディジタル駆動サブフィールドにおいて選択される前記共通電位と前記共通電位と異なる電位との間にある電位から選択されることを特徴とする特徴とする。
【００１２】
このように、本発明の駆動方法は、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用している。これにより、ディジタル駆動の利点である階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできる利点が得られるだけでなく、さらに、走査に要する時間や画素への書き込みに要する時間などの制約により従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調（例えば、２５６階調あるいはそれ以上）による画像表示を簡単な回路構成によって達成することができる利点が得られる。
【００１３】
また、上記発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記各アナログ駆動サブフィールドは、長さが相対輝度１のディジタル駆動サブフィールドの長さであって、駆動電圧が相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる電圧であることが好ましい。
【００１４】
このような駆動方法によれば、最小サブフィールドをあまり短くしないでも、非常に制御性が高い、多階調表示を得ることができる。
【００１５】
また、上記の発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記アナログ駆動のサブフィールドは、駆動電圧が一定電圧であり、長さが相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる長さであることが好ましい。
【００１６】
このような駆動方法によれば、アナログ駆動用に必要な電位が１種類で済み、回路構成を簡単にできる利点が得られる。
【００１７】
また、本発明は、基板上において相交差する複数のデータ線および走査線と、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、前記複数のスイッチング手段に対応してマトリックス状に配置され、夫々に電位が印加される複数の画素電極と、前記複数の画素電極に対向配置され共通電位が印加される共通電極と、１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、各前記サブフィールドにおいて前記複数の走査線を走査する走査線駆動回路と、前記画素電極に印加されるべき電圧を選択して出力する選択手段と、を具備し、前記１フィールドは、前記画素電極に印加される電位によって表示階調を制御するアナログ駆動サブフィールドと、前記アナログ駆動サブフィールドの直後に設けられ、前記画素電極に印加される電位が前記共通電位と前記共通電位と異なる電位とから選択可能であり、前記共通電位と異なる電位が印加される前記サブフィールドの組み合わせによって表示階調を制御するディジタル駆動サブフィールドと、を含み前記アナログ駆動サブフィールドにおいて前記画素電極に印加される電位は、前記ディジタル駆動サブフィールドにおいて選択される前記共通電位と前記共通電位と異なる電位との間にある電位から選択されることを特徴とする
【００１８】
この電気光学装置によれば、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用しているので、階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできると共に、さらに、従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調による画像表示を行うことができる利点が得られる。
【００１９】
ここで前記選択手段は、外部から供給される複数の電位から一つの電位を選択するスイッチ群により構成されていることを特徴とする電気光学装置である。
【００２０】
これにより、簡単な回路構成で、しかも高速動作が可能な、電圧切り替え手段を得ることができる。
【００２１】
また、上記の発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記各アナログ駆動サブフィールドは、長さが相対輝度１のディジタル駆動サブフィールドの長さであって、アナログ駆動電圧が相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる電圧であることが望ましい。
【００２２】
このような電気光学装置によれば、最小サブフィールドをあまり短くしないで、非常に制御性が高い、多階調表示を得ることができる。
【００２３】
また、上記発明において、各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記アナログ駆動のサブフィールドは、駆動電圧が一定電圧であり、長さが相対輝度１／２、１／４、１／８、・・・となる長さであることが望ましい。
【００２４】
このような電気光学装置によれば、アナログ駆動用に割り当てる電位が１種類で済み、回路構成を簡単にできる利点が得られる。
【００２５】
また、この発明は、液晶が挟持された一対の第１および第２基板と、前記第１基板上に、マトリックス状に配置された複数の画素電極と、前記画素電極に対向配置された共通電極と、前記第１基板の前記画素電極間に配置された相交差する複数のデータ線および複数の走査線と、前記画素電極に対応して設けられ、前記データ線および走査線に接続された複数のスイッチング手段と、予め１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、該サブフィールドの立ち上がり時点において前記走査線を走査する走査線駆動回路と、表示すべき階調に応じて前記サブフィールドを組み合わせ、該組み合わせによって得られた期間において、各画素に所定の電界が印加されるように前記データ線を制御するデータ線駆動回路と、前記データ線を通じて前記画素電極へ印加すべき駆動電圧を選択する選択手段であって、予め決められたディジタル駆動サブフィールドについては、最大電圧を選択し、予め決められたアナログ駆動サブフィールドについては、該最大電圧より低い電圧を選択する選択手段とを具備することを特徴とする電気光学装置である。
【００２６】
上述した発明によれば、階調制御が正確で、しかも多階調表示を行うこができる液晶表示装置を簡単な構成によって得ることができる効果がある。
【００２７】
また、上記の発明において、前記基板上に反射電極を形成することにより、反射型表示装置として構成したことを特徴とする。
【００２８】
これにより、多階調表示を行うことができる反射型液晶表示装置を簡単な構成によって得ることができ、プロジェクタ（投射表示装置）等に用いて好適である。
【００２９】
また、この発明は、請求項８に記載の電気光学装置装置を備えた投射型表示装置であって、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記液晶装置へ導く集光光学系と、該液晶装置で光変調され反射された光を投射面に拡大投射する拡大投影光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置である。
【００３０】
このような構成によれば、多階調の投射型表示装置を簡単かつ安価な構成によって提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しこの発明の一実施形態について説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態によるアクティブマトリクス液晶表示装置の構成の概要を示す回路図、同じく（ｂ）は画素部分の詳細図である。図２において、符号１は表示パネル、１０は表示パネル１に配列された画素、１１は画素電極、１２は画素電極１１への印加電圧のスイッチの役割をするＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１３は走査線、１４はデータ線である。走査線１３にかかる電圧が”Ｈ”のときのみ、その走査線１３に接続された各ＴＦＴ１２がオンとなり各画素電極１１にそれぞれデータ線１４により供給される電圧が印加される。
【００３２】
１５は複数の電位の電圧源に接続された複数の電圧線であり、本例では、それぞれＶ０、Ｖ１、Ｖ２、ＣＯＭ（共通電圧）の電位となっている。２１は表示データおよびコントロール信号を基に本装置による画像表示を制御するコントローラ、２２は前記の表示データが一時的に蓄えられるフレームメモリ、２３はフレームメモリ２２に蓄積された表示データを基に各画素１０の階調を制御する信号を出力するデータドライバ、２４は画素１０のマトリクスを走査するために順次走査線１３に”Ｈ”電圧を供給する走査ドライバである。コントローラ２１から走査ドライバ２４へは上記の走査のためのタイミング信号が伝えられる。コントローラ２１およびデータドライバ２４の細部については後述する。
【００３３】
１６は２ビットのドライブ線でありデータドライバ２３が出力する信号を伝達する。２５はアナログマルチプレクサであり、電圧線１５によって供給される複数の電圧のうち、ドライブ線１６を通して伝達された信号によって選択された電圧を、データ線１４に出力する。
【００３４】
画素１０においては、画素電極１１と共通電圧ＣＯＭの電位を持つ共通電極との間に液晶が挟まれている。ここには、ＴＬＡＦＬＣ（Thresholdless Antiferroelectric Liquid Crystal、しきい値のない反強誘電性液晶）を用いている。ＴＬＡＦＬＣは相転移前駆現象を示し、飽和電圧より小さい範囲において印加電圧の変化に応じて連続的に透過光量が変化し、しかもヒステリシスがないという特性を持っている。また印加電圧に関してほぼ正負対象の透過光量であり、従って交流駆動が可能である。しかも液晶層の自発分極成分と外部電界との相互作用により液晶が応答するので、１００マイクロ秒以下の高速応答が可能である。また、このような構造において各電極間の液晶はキャパシタンスとして機能するので、印加された電圧は走査から次の走査までの一定時間保持される。本装置では，ＴＬＡＦＬＣを用いた画素のこれらの特性を利用して、所望の透過光量が得られるように印加するパルス電圧の波形を制御する。
【００３５】
図１は、本実施形態における各部の波形図である。図１において、フィールドタイミング信号のパルスと次のパルスの間が１フィールド（表示サイクル）であり、１フィールドは本例では８つのサブフィールドに分割されており、これにより８ビットすなわち０〜２５５の２５６段階の等幅階調を得るようになっている。
【００３６】
各画素の階調を指示する表示データは８ビットで構成され、最上位のＢｉｔ７から最下位のＢｉｔ０までが順次１２８：６４：３２：１６：８：４：２：１の輝度の重みを持ち、それぞれサブフィールドＳＦ７，・・・，ＳＦ０に対応している。図１に示すように、サブフィールドの幅や電位はすべて同一ではなく、各ビットの重みによって異なる。
【００３７】
本例では、上位６ビットすなわちＢｉｔ７〜Ｂｉｔ２にディジタル制御を用い、下位２ビットすなわちＢｉｔ１，Ｂｉｔ０にアナログ制御を用いている。つまり、Ｂｉｔ７〜Ｂｉｔ２に対応するサブフィールドＳＦ７〜ＳＦ２はいずれも駆動電圧が最大電圧Ｖ０であり、パルス幅がそれぞれ異なっている。一方、Ｂｉｔ１，Ｂｉｔ０に対応するサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０は、駆動電圧が電圧Ｖ０よりも低い電圧Ｖ１あるいはＶ２である。
【００３８】
図１の（ａ）と（ｂ）は、ＳＦ７〜ＳＦ２の部分は同じであるが、このサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０の部分で違う波形をとっている。図１（ａ）の方法は、サブフィールドＳＦ１，ＳＦ０の幅をサブフィールドＳＦ２の幅と同じにして、電位の高さを変えることによって透過光量がＳＦ２のそれぞれ１／２および１／４になるように制御する。一方、図１（ｂ）の方法は、サブフィールドＳＦ１，ＳＦ０は同じ電位Ｖ２であり、パルス幅を変えることによって透過光量がＳＦ２のそれぞれ１／２および１／４になるように制御する。
【００３９】
（ａ）の方法はサブフィールドＳＦ１，ＳＦ０が短く、（ｂ）に比べて時間をより効率的に使える。一方、（ｂ）の方法は電位としてＶ０とＣＯＭの他にはＶ２を用意するだけでよく、（ａ）に比べて電圧源部分の回路を簡略化できるというメリットがある。
【００４０】
階調表示においては、階調データのビットが”１”の部分について、対応するサブフィールドにおいて上述した電圧を印加する。図１の（ａ）および（ｂ）のそれぞれ最下段に、例として階調データが”１００１０１１０”の場合のそれぞれのサブフィールド構成での印加パルス波形例を示す。
【００４１】
ところで、近似的には印加電圧の時間積分が実効透過光量に比例するので、図１（ａ）におけるＳＦ７，・・・，ＳＦ０のパルス幅の理論的比率は３２：１６：８：４：２：１：１：１、電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、ＣＯＭの理論的比率は４：２：１：０である。図１（ｂ）では同じく、ＳＦ７，・・・，ＳＦ０のパルス幅の理論的比率は３２：１６：８：４：２：１：２：１、電圧Ｖ０、Ｖ２、ＣＯＭの理論的比率は４：１：０である。
【００４２】
つまり単純なディジタル駆動を行う際には、最小パルスとして１フィールドの２５６分の１という非常に短いサブフィールドが必要だったのに対し、以上のような方法によれば、１フィールドの６５分の１から６６分の１の時間の最小サブフィールド構成で２５６階調を得ることができる。このように必要な最小サブフィールドを長くすることは、液晶への電荷の書き込み時間を確保する上で非常に重要である。
【００４３】
しかし、実際には液晶の物理的反応特性により正確には上記の比例関係は成り立たず、特に短いサブフィールドにおいてはその誤差が大きい。そこで、装置の構成にあたっては上記の理論的比率をそのまま用いるのではなく、予め実験等の測定によって、各サブフィールドの透過光量が正しく２のべき乗の比率となるようにパルス幅および電位を決定しておき、それを実現するような装置とする。
【００４４】
次に、図２に示す回路の表示動作を、図１（ａ）の駆動方法をとる場合を例に説明する。コントローラ２１は、基準クロックに基づいてフィールドタイミング信号（図１（ａ）参照）、サブフィールドタイミング信号（同図）を生成する。そして、サブフィールドタイミング信号を走査ドライバ２４へ出力する。走査ドライバ２４はサブフィールドタイミング信号を受ける毎に、一定速度で走査線１３を順次走査する。
【００４５】
また、コントローラ２１は、フレームメモリ２２から表示データ（８ビット／１画素）を読み出し、サブフィールドタイミングおよび走査線駆動タイミングに合わせてデータドライバ２３へ出力する。すなわち、まず、サブフィールドＳＦ０（図１（ａ）参照）の立ち上がりにおいて、表示データの第０ビット（ＬＳＢ）をデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”０”であるとすると、データドライバ２３は”０”に対応するデータ”００”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”００”を受け、電圧ＣＯＭをデータ線１４へ出力する。
【００４６】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ１の立ち上がりにおいて、表示データの第１ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”１”であるとすると、データドライバ２３は”１”に対応するデータ”１０”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”１０”を受け、それに対応する電圧Ｖ１をデータ線１４へ出力する。これにより、該表示データに対応する画素電極１１が電圧Ｖ１の書込みを受ける。
【００４７】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ２の立ち上がりにおいて、表示データの第２ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”１”であるとすると、データドライバ２３は”１”に対応するデータ”１１”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”１１”を受け、電圧Ｖ０をデータ線１４へ出力する。これにより、該表示データに対応する画素電極１１が電圧Ｖ０の書込みを受ける。なお、前述したように、サブフィールドＳＦ２〜ＳＦ７はディジタル駆動サブフィールドであり、表示データ”１”にはつねにデータ”１１”が対応している。
【００４８】
次に、コントローラ２１は、サブフィールドＳＦ３の立ち上がりにおいて、表示データの第３ビットをデータドライバ２３へ出力する。いま、このビットが”０”であるとすると、データドライバ２３は”０”に対応するデータ”００”をアナログマルチプレクサ２５へ出力する。アナログマルチプレクサ２５はこのデータ”００”を受け、電圧ＣＯＭをデータ線１４へ出力する。これにより、該画素電極１１の電圧がクリアされる。以下、同様の過程が繰り返されて画素電極１１の電圧が制御される。
【００４９】
ここで、アナログマルチプレクサ２５は、外部で形成された複数の電位を単純な切り替えスイッチにより切り替える構成になっているので、容量を用いて電位を得る方法等に比べ非常に高速な動作が可能であるとともに、供給する電位を非常に精密に制御できるという利点を持つ。
【００５０】
なお、ＴＬＡＦＬＣは前述のように印加電圧の正負対象性を持つため、フィールドごとに印加する極性を逆転させる交流駆動が可能である。これによって液晶材料の寿命をのばすことができる。この場合、電極間に印加する電圧も極性を反転させなくてはいけないが、その方法としては、−Ｖ０、−Ｖ１、−Ｖ２等の負の電位を設け、アナログマルチプレクサ２５によりフィールド毎Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の値を反転させるフィールド反転駆動を行うことが可能である。
【００５１】
また、本実施形態では階調データを８ビットとし、上位６ビット分をディジタル制御で、下位２ビット分をアナログ制御で階調を再現しているが、これ以外のビット数の階調データでも良く、上位ビットと下位ビットの境界も任意である。また、階調データとして２進法以外を用いても良いが、２，４，８，１６など２のべき乗を基数とすることが回路構成上は有利である。
【００５２】
また、サブフィールドの並びは本実施形態のような順序に限定されず、任意であり、またフィールドごとに異なっていても良い。
【００５３】
また、本実施形態ではＴＬＡＦＬＣを表示材料としているが、これに限らず、印加電圧の変化に応じて連続的に変化する輝度を得られるものであれば、他の材料および発光原理を用いても良い。
【００５４】
また、本実施形態では単色（１次元）の階調のみを制御しているが、単純にこれを複数組み合わせ、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色についてそれぞれ階調制御をして、中間色を含んだカラー表示を行うこともでき、コンピュータディスプレー、テレビジョン、時計、通信機器、車載用ナビゲーション装置、プロジェクタなどさまざまな装置に適用できる。
【００５５】
また、上記実施形態において、特に短いサブフィールドにおいては、周囲温度によって輝度が影響を受けてしまう。そこで、温度検出器を設け、周囲温度が低い時はパルス幅を広く、高い時はパルス幅を狭くするよう制御する温度制御回路を設けてもよい。
【００５６】
次に、上述した液晶表示装置の表示パネル１の構成例を図３及び図４を参照して説明する。図３は液晶装置用基板８０をその上に形成された各構成要素と共に対向基板８１の側から見た平面図であり、図４は、対向基板８１を含めて示す図４のＨ−Ｈ’線断面図である。
【００５７】
これらの図において、液晶装置用基板８０の上には、シール材５２がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して、表示領域周辺の非表示領域を囲む遮光膜（額縁）として、遮光膜５３が設けられている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路１０１及び実装端子１０２が液晶装置用基板８０の一辺に沿って設けられており、走査ドライバー２４を構成する走査線駆動回路１０４が、この一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。走査線に供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路１０４は片側だけでも良い。
【００５８】
データ線駆動回路１０１はデータドライバ２３及びアナログマルチプレクサ２５などから構成されている。これらを画面表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。例えば奇数列のデータ線は画面表示領域の一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線は前記画面表示領域の反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。この様にデータ線を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路１０１の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。
【００５９】
更に液晶装置用基板８０の残る一辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられている。また、対向基板８１のコーナー部の少なくとも一箇所においては、液晶装置用基板８０と対向基板８１との間で電気的導通をとるための導通材１０６が設けられている。そして、図４に示すように、シール材５２とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板８１が当該シール材５２により液晶装置用基板８０に固着されている。
【００６０】
ここで、本例ではデータ線駆動回路、走査線駆動回路を液晶装置用基板上に形成する場合について説明したが、これらの回路を別に設け、それを液晶表示装置用基板にＴＡＢなどを用いて実装することも可能である。
【００６１】
次に、上述した実施形態による液晶装置の応用例について説明する。図５は、図２に示す実施形態による液晶装置を反射型液晶装置として構成し、電子機器に適用した１例であり、反射型液晶装置を光変調装置として用いたプロジェクタ（投射型表示装置）の要部を平面的に見た概略構成図である。この図５は、偏光変換素子１３０の中心をとおるＸＺ平面における断面図である。
【００６２】
本例のプロジェクタは、システム光軸１３１に沿って配置した光源部１１０、インテグレータレンズ１２０、偏光変換素子１３０から概略構成される偏光照明装置１００、偏光照明装置１００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面２０１により反射される偏光ビームスプリッタ２００、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光反射面２０１から反射された光のうち、青色光の成分を分離する。ダイクロイックミラー４１２、分離された青色光を変調する反射型液晶光変調装置３０１、青色光が分離された後の光束のうち赤色光の成分を反射させて分離するダイクロイックミラー４１３、分離された赤色光を変調する反射型液晶光変調装置３０２ダイクロイックミラー４１３を透過する残りの緑色光を変調する反射型液晶光変調装置３０３、３つの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３にて変調された光をダイクロイックミラー４１２、４１３、偏光ビームスプリッタ２００にて合成し、この合成光をスクリーン６００に投射する投射レンズからなる投射光学系５００から構成されている。上記３つの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３には、それぞれ反射型液晶装置が用いられている。
【００６３】
上記の構成において、光源部１１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ１２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子１３０により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ２００に至るようになっている。偏光変換素子１３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光光束反射面２０１によって反射され、反射された光束のうち、青色光の光束がダイクロイックミラー４１２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶光変調装置３０１によって変調される。
【００６４】
また、ダイクロイックミラー４１１の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光の光束はダイクロイックミラー４１３の赤色光反射層にて反射され、反射型液晶光変調装置３０２にて変調される。一方、ダイクロイックミラー４１３の赤色光反射層を透過した緑色光の光束は反射型液晶光変調装置３０３によって変調される。このようにして、それぞれの反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３によって色光の変調がなされる。
【００６５】
反射型液晶光変調装置３０１、３０２、３０３の画素から反射された色光のうちＳ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ２００を透過せず一方、Ｐ偏光成分は透過する。この偏光ビームスプリッタ２００を透過した光により画像が形成される。
【００６６】
反射型液晶装置は、半導体技術を利用して画素が形成されるので画素数を多く形成でき、かつパネルサイズも小さくできるので、高精細な画像を投射できると共に、プロジェクタを小型化することができる。
【００６７】
また、上記反射型液晶装置は、各画素電極に印加された電圧が十分に保持されると共に、画素電極の反射率が非常に高いため鮮明な映像を得ることができる。
【００６８】
図６はそれぞれ上記実施形態の反射型液晶装置を使った他の電子機器の例を示す外観図である。なお、これらの電子機器では、偏光ビームスプリッタと共に用いられる光変調装置としてではなく、直視型の反射型液晶装置として使用されるため、反射電極は完全な鏡面である必要はなく、視野角を広げるためには、むしろ適当な凸凹を付けた方が望ましいが、それ以外の構成要件は、光変調装置の場合と基本的に同じである。
【００６９】
図６（ａ）は携帯電話を示す斜視図である。１０００は携帯電話本体を示し、そのうちの１００１は本発明の反射型液晶装置を用いた液晶表示部である。
【００７０】
図６（ｂ）は、腕時計型電子機器を示す図である。１１００は時計本体を示す斜視図である。１１０１は本発明の反射型液晶パネルを用いた液晶表示部である。この液晶パネルは、従来の時計表示部に比べて高精細の画素を有するので、テレビ画像表示も可能とすることができ、腕時計型テレビを実現できる。
【００７１】
図６（ｃ）は、ワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置を示す図である。１２００は情報処理装置を示し、１２０２はキーボード等の入力部、１２０６は本発明の反射型液晶装置を用いた表示部、１２０４は情報処理装置本体を示す。各々の電子機器は電池により駆動される電子機器であるので、光源ランプを持たない反射型液晶パネルを使えば、電池寿命を延ばすことが出来る。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ディジタル駆動とアナログ駆動を併用している。これにより、ディジタル駆動の利点である階調の制御を正確にかつ簡単な構成によってできる利点が得られるだけでなく、さらに、従来のディジタル駆動のものによっては達成できなかった多くの階調による画像表示を簡単な構成によって達成することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態による液晶表示装置の各部の波形を示す波形図である。
【図２】 同実施形態によるアクティブマトリクス液晶表示装置の構成の概要を示す回路図である。
【図３】 同実施形態による表示パネル部分の構成を示す平面図である。
【図４】 同実施形態による表示パネル部分の構成を示す断面図である。
【図５】 同実施形態による液晶表示装置の応用例であるプロジェクタの要部概略構成図である。
【図６】 同実施形態による反射型液晶表示装置を使った電子機器の例を示す外観図である。
【符号の説明】
１ 表示パネル
１０ 画素
１１ 画素電極
１２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
１３ 走査線
１４ データ線
１５ 電圧線
１６ ドライブ線
２１ コントローラ
２２ フレームメモリ
２３ データドライバ
２４ 走査ドライバ
２５ アナログマルチプレクサ
Claims (4)
- 基板上において相交差する複数のデータ線および走査線と、
前記データ線および走査線の交差に対応してマトリックス状に配置された複数の画素と、
１フィールドを長さが異なる複数のサブフィールドに分割し、各前記サブフィールドにおいて前記複数の走査線を走査する走査線駆動回路と、
前記画素に印加されるべき駆動電圧を選択して出力する選択手段と、
を具備し、
前記１フィールドは、
前記画素に印加される駆動電圧値によって表示階調を制御するアナログ駆動サブフィールドと、前記アナログ駆動サブフィールドの直後に設けられ、前記画素に印加される駆動電圧が二つの電圧値から選択され、選択された電圧値が印加される前記サブフィールドの組み合わせによって表示階調を制御するディジタル駆動サブフィールドと、
を含み、
前記アナログ駆動サブフィールドにおいて前記画素に印加される駆動電圧は、前記ディジタル駆動サブフィールドにおける前記二つの電圧値の間にある電圧値から選択され、
前記選択手段は、外部から供給される４種類の電圧値から２ビットの信号に基づいて、前記アナログ駆動サブフィールドおよびディジタル駆動サブフィールドのそれぞれにおいて前記画素に印加する駆動電圧値を選択するスイッチ群により構成されていることを特徴とする記載の電気光学装置。 - 前記各ディジタル駆動サブフィールドは、各サブフィールドに基づく相対輝度が１，２，４，８，１６，・・・となる長さであり、前記各アナログ駆動サブフィールドは、長さが相対輝度１のディジタル駆動サブフィールドの長さであって、駆動電圧が相対輝度１／２および１／４となる電圧である請求項１に記載の電気光学装置。
- 前記基板上に反射電極を形成することにより、反射型表示装置として構成したことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
- 請求項３に記載の電気光学装置装置を備えた投射型表示装置であって、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記液晶装置へ導く集光光学系と、該液晶装置で光変調され反射された光を投射面に拡大投射する拡大投影光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置。
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