JPH0943575A

JPH0943575A - 表示装置の駆動法

Info

Publication number: JPH0943575A
Application number: JP7198656A
Authority: JP
Inventors: Mineto Yagyu; 峰人柳生
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】アナログデータに基づいた中間調を良好に表
示する。【解決手段】一対の電極間に光学変調物質の層を配し
た光学変調要素と、光導電層にアナログ階調信号を与え
るとともに、読み出し光を点灯する。光学変調物質にか
かる電圧がしきい値を越えるタイミングと点灯時間とを
調整して読み出し光をデューティー変調する。ここで光
学変調要素に駆動要素を設けた画素をマトリクス配置し
マルチプレキシングで走査するとともに、読み出し光も
走査する。こうして読み出し光が認識できる時間が変調
されるので、デジタル素子を用いてもアナログ変調でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、光源から光の透過又は
反射光量を制御する為の表示装置の駆動法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学変調素子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。液晶表
示素子は、液晶の分子配向状態に応じた光学状態に偏光
素子の光学特性を対応させて、光透過状態（明状態）や
非透過状態（暗状態）を生み出すものである。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】１つは、ねじれネマチック液晶（ＴＮ液
晶）を用いて、階調情報に応じて変化する電圧をＴＮ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（オン状態）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
液晶光学変調素子（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉ
ｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｗｉｔｈｒｅｇｉｏｎｓ
ｗｉｔｈｉｎｐｉｘｅｌｓｔｏｉｎｉｔｉａ
ｔｅｕｎｃｌｅａｔｉｏｎａｎｄｉｎｖｅｒｓｉ
ｏｎ）」というタイトルの米国特許第４，７９６，９８
０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（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｉｓｐｌ
ａｙｐａｎｅｌａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｍｅｔｈｏ
ｄｔｈｅｒｅｆｏｒｔｏａｃｔｉｖｅｇｒａｙ
ｓｃａｌｅ）」というタイトルの米国特許第４，７０
９，９９５号の明細書等に開示されている。この方式の
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（Ａｃｔｉｖｅｒｏｗｂａ
ｃｋｌｉｇｈｔｃｏｌｕｍｎｓｈｕｔｔｅｒＬＣ
Ｄｗｉｔｈｏｎｅｓｈａｔｔｅｒｔｒａｎｓｉ
ｔｉｏｎｐｅｒｒｏｗ）」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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】デジタルデューティー変調は、オン・オフ
の時間を変調するものである。よって、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。

【００１５】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
える素子を有する表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】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素子を有す
る表示装置を提供することにある。

【００１７】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素子を有する表示装置
を提供することにある。

【００１８】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変調による階調情報の再生を行
える安価な光学変調素子を有する表示装置を提供するこ
とにある。

【００１９】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。

【００２０】

【課題を解決する為の手段】本発明は、電圧の印加され
る一対の電極間に光学変調物質の層を配した光学変調要
素と該光学変調要素に階調情報を含む電気信号を与える
駆動要素とを含む画素が２次元状に配された光学変調素
子と、該光学変調物質の層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、を有する画像表示装
置の駆動法において、前記電気信号を走査選択された画
素に与えるとともに該読み出し光を走査して該光学変調
物質の層に与え、前記読み出し光源の点灯時間を制御し
て、前記光学変調物質が所定の光学状態を呈している時
間と該点灯時間との重なり時間を階調情報に応じて変調
することを特徴とする表示装置の駆動法である。

【００２１】（作用）本発明によれば、光学変調物質に
印加される電圧が該光学変調物質の光学状態を遷移させ
るしきい値を越えるタイミングが、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
ン時間即ち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。

【００２２】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。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は後述する図
２９乃至図２８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。

【００２４】まず、本発明の基本的な変調方式について
図を参照して説明する。

【００２５】図１は本発明の変調方式を実現する為の一
例を示す図であり、１は光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、
ＤＲ１は光シャッターを駆動する為の駆動手段、ＤＲ２
は光源を点灯させる為の駆動手段、ＣＯＮＴは２つの駆
動手段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。

【００２６】図２は、光シャッタ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。

【００２７】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は光シャ
ッタ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。

【００２８】光源は時刻ｔ₁に点灯（ＯＮ）し、時刻ｔ₃
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（Ｍｉ
ｎ）から明状態（Ｍａｘ）に遷移する。

【００２９】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と
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。

【００３０】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。

【００３１】これに対して、本発明では、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。

【００３２】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。

【００３３】次に、本発明の基本的な別の変調方式を図
５を参照して説明する。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】（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。

【００３８】図６は本発明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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】一方、Ｒ_PCの値が高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。

【００４２】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。

【００４３】（光源）本発明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光学変調素子のオン・オ
フの時間変調幅に応じて設定され、階調を人間が認識で
きるに充分短い時間とする。点灯時間が長すぎると階調
を認識できない。より好ましくは、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。

【００４４】（光学変調素子）本発明に用いられる光変
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。

【００４５】本発明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。

【００４６】液晶を用いた光学変調素子としては、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、反射状態などというものは、偏光素子との組
み合わせによって生じるものである。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】本発明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（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖ
ｉｃｅ）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。

【００５２】図９は、本発明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。

【００５３】（ａ）は正のしき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。

【００５４】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。

【００５５】以下に述べる例１〜例５は本発明を理解し
易くする為の参考例である。

【００５６】（例１）図１０は光学変調素子の駆動方法
を説明する為の模式図である。１０１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１０２とを有する回路
であり、トランジスタ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。Ｃｆｌｃは液晶の容量を示す。

【００５７】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
タランジスタ１０２とはフォトカプラを構成している。

【００５８】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ＰＤＧにより光情
報となる。

【００５９】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。

【００６０】図１１は、図１０の駆動のタイミングチャ
ートであり、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、１０４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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】こうしてＲの表示期間が終了する。

【００６６】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。

【００６７】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
る時刻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。

【００６８】以上のように、本実施例では、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。

【００６９】こうして本実施例では、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。

【００７０】（例２）図１２は光学変調素子の駆動方法
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、２０
４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。

【００７１】用いる液晶の特性は図９の（ａ）のような
ものとする。

【００７２】図１３は、図１２の駆動のタイミングチャ
ートであり、Ｖｓｌ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。１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。

【００７３】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。

【００７４】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、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ている
ので、ｌ，ｍ，ｎに対応した反射光量は２０５Ｔに示す
ようになる。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】（例３）図１４は光学変調素子の駆動方法
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、３０
４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。

【００７８】用いる液晶の特性は図９の（ａ）のような
ものとする。

【００７９】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。１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。

【００８０】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Ｖ１，Ｖｍ，Ｖｎとなる。同時に液晶素子は最大の反
射率になる。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】（例４）図１６は光学変調素子の駆動方法
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、Ｖ
ｖ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。

【００８５】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。

【００８６】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。１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示し
それぞれ示している。

【００８７】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Ｖ１，Ｖｍ，Ｖｎとなる。同時に液晶素子は最大
の反射率になる。

【００８８】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、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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】（参考例）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素子の断面図である。

【００９５】図１９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。

【００９６】図２０はその液晶分子の電気光学特性を示
す図である。

【００９７】図２１はその動作を示すタイミングチャー
トである。

【００９８】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。

【００９９】この素子の等価回路は前述した図６と同じ
である。

【０１００】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。

【０１０１】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、他方を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。

【０１０２】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、５
１８Ｔ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。Ｖｅ
ｘｔは素子両端の透明電極５１２、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５１
７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。

【０１０３】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、Ｖ
ｆｌｃ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を有すると、前の状態にかかわら
ず、ｔ₅₁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。ｔ
₅₁にてリセット光を消し、Ｖｅｘｔを＋Ｖ₂にする。そ
の時Ｖｆｌｃ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Ｖｆｌｃ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Ｖｅｘｔ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０となり、安定的なＦＬＣ
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。

【０１０４】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を更
に強くなるとｔ_X1はｔ₅₁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ｔ₅₁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。

【０１０５】また、ｔ₅₁〜ｔ₅₂期間ではなく、ｔ₅₃〜ｔ
₅₄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変調素子を
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。

【０１０６】図２２は本発明による光書き込み型空間光
変調素子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。

【０１０７】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。

【０１０８】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の反射面をもつ３色混合プリズムであ
る。５３６が光変調素子、５３２、５３４はレンズ、５
３３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、５
３８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。

【０１０９】動作を示すタイミングチャートを図２３に
示す。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】上述したように、読み出し光源の点灯ライ
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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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、光学変調素子の構成は図１
８に示すものと同じであるので、説明は省略する。

【０１１８】図２４は本例による光学変調素子を用いた
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。

【０１１９】基本的な動作は図２１に示した実施例と同
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〜ｔ₆₂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ｔ₃ のタ
イミングの設定とを合わせておく。

【０１２０】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）。

【０１２１】ｔ₆₃以降次の周期のｔ₀ 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出の照射がな
いので、画像情報の再生はなされない。

【０１２２】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。

【０１２３】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ｔ₆₁−ｔ₆₃の期間の途中の時刻ｔ_x1にＶ
ｆｌｃ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（Ｔｒａ
ｎ）。そして読み出し光を取り出すことができるｔ_x1−
ｔ₆₃期間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。

【０１２４】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ｔ₆₂
〜ｔ₆₃期間の最初の時刻ｔ₆₂に液晶にかかる電圧Ｖｆｌ
ｃ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−ｔ₆₃）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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】本実施例において、バイアス光の光量は、
光導電層の時定数とｔ₆₀−ｔ₆₃期間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。

【０１２８】尚、本実施例においては、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。

【０１２９】次に述べる例は上述した例において、読み
出し光の光源と書き込み光の光源を独立して点灯する
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の光源とし、第１周期をＲの書き込み及
び読み出し期間に、第２周期をＧの書き込み及び読み出
し期間に、第３周期をＢの書き込み及び読み出し期間
に、割り当てて、フルカラーの光変調による画像再生を
行うものである。

【０１３０】図２５は又更に別の例による光学変調素子
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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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ｔ₇₂−ｔ₇₃期間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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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（７０
５Ｔ）となる。

【０１４２】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。

【０１４３】又、ｔ₇₃〜ｔ₇₀期間は反転動作であり、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。

【０１４４】本例において、Ｖｅｘｔの時間変化率は、
光導電層の時定数とｔ₇₁−ｔ₇₃期間の長さ他を考慮して
適宜決定される。

【０１４５】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良い中間調が表示できる。

【０１４６】次に本発明の別の参考例１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
諧調情報を持つ２次元の画像を一回の書き込み光照射に
よって光学変調素子としての液晶素子の光導電層に書き
込んだが、本実施例では、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、諧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ことを特徴とする。

【０１４７】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８０３
は方法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、これも諧調情報を再生す
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
査がなされる。これは、図２３で示したものと同じ作用
による。

【０１４８】図２７は本参考例１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
５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。

【０１４９】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諧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。

【０１５０】次に述べる参考例２は、前述した参考例を
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８００Ｒ、８００Ｇ、８００Ｂ設けられている。

【０１５１】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。

【０１５２】なお、参考例１、２では書込み光がＣＲＴ
と同じスポット光によるノンインターレス走査を例に説
明したが、ライン状のＬＥＤアレイを用いた線順次書込
みであってもよい。

【０１５３】

【実施例】図２９は本発明の実施例による液晶素子の回
路図であり、図３０は図２９に示す素子の一画素の断面
図である。

【０１５４】本例の素子は一画素に抵抗素子Ｒ_pcと容量
素子Ｃ_pcとスイッチＴＦＴとを有しており、Ｎ本のゲー
ト線（走査線）Ｇ₁〜Ｇ_NとＭ本のソース線（データ線）
Ｓ₁〜Ｓ_Mとからなるマトリクス電極をもつ、アクティブ
マトリクス型液晶素子である。素子は、図３０に示すよ
うに透明基板９０１上に各素子が形成され、この基板と
上部の透明基板９０２とで液晶層９０４を挟持してい
る。９０３は共通の透明電極である。

【０１５５】スイッチＴＦＴはゲート電極９０６、ゲー
ト絶縁膜９０８、チャネル層９１４、ソース・ドレイン
となるオーミック層９１０、９０９、ソース・ドレイン
電極９１１、９１２とを有する。

【０１５６】容量素子Ｃ_pcはドレイン電極９１２、オー
ミック層９０９、絶縁膜９０８、下部電極９０７とを有
する。

【０１５７】抵抗素子Ｒ_pcはドレイン電極９１２、オー
ミック層９０９、電極９１３とを有する。

【０１５８】ゲート電極９０６と下部電極９０７は、同
一工程で堆積しパターニングした導電体で、チャネル層
９１４と層９１５とは、同一工程で堆積し、パターニン
グした半導体で形成するとよい。

【０１５９】ゲート電極９０６は各行毎に共通に接続さ
れてゲート線Ｇ₁〜Ｇ_Nとなり、ソース電極９１１は各列
毎に共通に接続されてソース線Ｓ₁〜Ｓ₂となる。

【０１６０】共通電極９０３と下部電極９０７とは全画
素共通に基準電圧源に接続され、基準電位に保たれる。

【０１６１】図３１は動作を示すタイミングチャートで
ある。ソース線Ｓ₁〜Ｓ_Mには時系列に階調情報に応じた
電圧値をもつ信号が供給され、ゲート線Ｇ₁〜Ｇ_Nには順
次スイッチＴＦＴをオンする信号が供給されて、マルチ
プレキシング駆動される。

【０１６２】読み出し光は一行の画素に期間Ｐ_ON中照射
され、ゲート線のオン電圧信号を追従するように走査さ
れる。

【０１６３】階調表示の原理は前述した図１５の方式と
同じである。

【０１６４】ゲートにオン電圧信号が与えられるとスイ
ッチＴＦＴがオンして、階調信号電圧がスイッチを介し
て画素電極となるドレイン電極９１２の電位を上げる。
この電位と共通電極９０３との間の電位差によって、液
晶９０４は光透過状態に分子配向する。画素電極の電荷
は抵抗素子Ｒ_pcとしてのオーミック層９０９を介して放
電するので、画素電極９１２の電位は徐々に降下してい
く。この電位がしきい値を下回ると液晶は遮光状態に分
子配向する。

【０１６５】このタイミングはソース線に与えられる電
圧に依存する。抵抗素子Ｒ_pcと容量素子Ｃ_pcの時定数に
よって決まる、液晶が光透過状態となっている期間、の
変調巾にあわせて、読み出し光を所定時間（例えば６０
×α分の１秒）その画素に照射する。読み出し光は帯状
の光を上下に走査して１フレームの画像情報を読み出
す。

【０１６６】ｎ番目の行の画素を例にとれば、ｔ_nに２
階調信号が印加されてから、水平走査期間の数倍に相当
する期間を経た後、Ｔ_ONにて読み出し光照射が開始され
ｔ_offにて終了する。この様子を図３２に示す。

【０１６７】本発明に用いられる抵抗素子や容量素子他
は図３０に示すものに限定されない。

【０１６８】例えば、ゲート電極やソース電極として
は、Ａｌ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の金属又は合
金が、画素電極や下部電極や共通電極としては、ＩＴ
Ｏ，ＳｎＯ₂，ＩｎＯ等の透明導電膜が用いられる。

【０１６９】ゲート絶縁膜としてはＳｉＮ，ＳｉＯ，Ｔ
ａ₂Ｏ₃，Ａｌ₂Ｏ₃等の絶縁体が望ましく、チャネル層と
しては、高抵抗の非単結晶シリコンであるアモーファス
シリコンが望ましい。

【０１７０】オーミック層としては、周期律表のＶ族に
属する原子によりドープされた低抵抗の非単結晶シリコ
ンであるアモーファスシリコン又はマイクロクリスタル
シリコンが望ましい。

【０１７１】図は、上述した液晶素子９００を用いた画
像表示装置の例であり、８１７は読み出し光を発生する
光源、８１５は可動ミラー、８１８はレンズ、８１９は
スクリーンである。８３１は絞りである。

【０１７２】読み出し光の照射は、絞り８３１を通して
所定の巾をもつ帯状の光束とされ、可動ミラーの移動に
より、素子９００に対して図３２に示すとおり光走査す
る。

【０１７３】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学変調素子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】本発明の光学変調素子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】本発明の光学変調素子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素子の駆動回路の
一例を示す図である。

【図７】本発明に用いられる光学変調素子の駆動回路の
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素子の駆動回路の
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】光学変調素子を示す図である。

【図１１】光学変調素子の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１２】光学変調素子を示す図である。

【図１３】光学変調素子の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１４】光学変調素子を示す図である。

【図１５】光学変調素子の駆動タイミングチャートを示
す図である。

【図１６】光学変調素子を示す図である。

【図１７】光学変調素子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
調素子の断面図である。

【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】本発明の実施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】本発明による表示装置の一例を示す図であ
る。

【図２８】本発明による表示装置の別の例を示す図であ
る。

【図２９】本発明の一実施例による表示装置の光学変調
素子の回路構成を示す図である。

【図３０】本発明に用いられる光学変調素子の一画素の
模式的断面図である。

【図３１】本発明の一実施例による表示装置の動作を説
明する為のタイミングチャートを示す図である。

【図３２】本発明に用いられる読み出し光の走査方法の
一例を示す図である。

【図３３】本発明の一実施例による表示装置の構成を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧の印加される一対の電極間に光学変
調物質の層を配した光学変調要素と該光学変調要素に階
調情報を含む電気信号を与える駆動要素を含む画素が２
次元状に配された光学変調素子と、該光学変調物質の層
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、を有する表示装置の駆動法において、前記電気信号を走査選択された画素に与えるとともに該
読み出し光を走査して該光学変調物質の層に与え、前記読み出し光源の点灯時間を制御して、前記光学変調
物質が所定の光学状態を呈している時間と該点灯時間と
の重なり時間を階調情報に応じて変調することを特徴と
する表示装置の駆動法。
【請求項２】前記電気信号の一水平走査の後に、対応
する部分の前記読み出し光の走査を行う請求項１に記載
の表示装置の駆動法。