(57)【要約】【課題】  高耐圧のトランジスタを必要とすることなく、画素に印加される電圧信号に応じて状態がアナログ的に変化する光強度変調による階調表示ができ、高解像で且つ高品質の画像表示を小型、低価格で実現する。【解決手段】  液晶層を挟んで対向する第１電極と第２の電極とを備える複数の画素を有する液晶表示部において、対応する画素に表示させる画像データを画素毎に記憶できる第１及び第２のメモリに対する画像データの記憶、および、第１及び第２のメモリに記憶されている画像データの出力とを交互に行なうとともにこの切り換え動作に応じてコモン電圧値を切り換えるようにすることで、画像電圧の振幅をコモン電圧の正または負のいずれか一方の極性の振幅に低減するようにした。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、この液晶層を挟んで対向する第１電極と第２の電極とを備える複数の画素とを有する液晶表示部と、
前記液晶表示部において対応する前記画素に表示させる画像データを前記画素毎に記憶できる第１のメモリ及び第２のメモリと、前記第１のメモリに接続されこの第１のメモリに画像データを記憶させる第１のスイッチング素子と、前記第２のメモリに接続されこの第２のメモリに画像データを記憶させる第２のスイッチング素子と、前記第１のメモリに接続されこの第１のメモリに記憶されている画像データを対応する単一の前記画素に対して出力する第３のスイッチング素子と、前記第２のメモリに接続されこの第２のメモリに記憶されている画像データを前記第３のスイッチング素子による画像データの出力先と同一の前記画素に対して出力する第４のスイッチング素子と、を前記画素毎に備える液晶駆動回路と、
全ての前記画素に対して共通のコモン電圧が印加されるように前記第1の電極に対して電圧を印加するコモン電圧印加手段と、
前記第１のメモリに対する画像データの記憶と前記第２のメモリに対する画像データの記憶、および、前記第１のメモリに記憶されている画像データの出力と前記第２のメモリに記憶されている画像データの出力とが交互に行なわれるように第１、第２、第３および第４のスイッチング素子の切り換え動作を行なう切り換え制御手段と、
前記第１、第２のメモリに対する画像データの記憶と出力との切り換え動作に同期して前記コモン電圧の値を切り換えるコモン電圧切り換え手段と、
を具備する空間光変調装置。
【請求項２】
前記第１又は第２のメモリに選択的に画像データを記憶させる第１の選択手段と、
前記第１又は第２のメモリが記憶する画像データを前記液晶パネルの同一の画素に対して選択的に出力させる第２の選択手段と、
前記第２の選択手段によって前記画像データの選択が切り換えられる前に全ての前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とするプリセット手段と、
を具備し
前記コモン電圧切り換え手段は、全ての前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする際に前記コモン電圧を前記所定値に変化させる請求項１記載の空間光変調装置。
【請求項３】
前記プリセット手段は、前記第３及び第４のスイッチング素子を共にＯＦＦした状態で前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする請求項２記載の空間光変調装置。
【請求項４】
印加する電圧値が異なる複数の電圧源と、
前記第２の電極に接続される前記電圧源を切り換えるスイッチング手段と、
を具備し、
前記コモン電圧切り換え手段は、制御信号に応じて前記第２の電極に接続されるべき前記電圧源を切り換えることを特徴とする請求項１、２または３記載の空間光変調装置。
【請求項５】
前記スイッチング手段は、ＣＭＯＳインバータを含む構成である請求項４記載の空間光変調装置。
【請求項６】
照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項１ないし５のいずれか一に記載の空間光変調装置と、
この空間光変調装置と同期し、前記空間光変調装置の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向装置と、
を具備する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置としての表示用液晶パネルと、この画像表示素子と同期し、画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路をシフトして空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する液晶パネルからなる光路偏向装置とを備える画像表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この空間光変調装置は、１フレーム画像を２つのフィールド（サブフレーム）で表示し、光路偏向装置は、空間光変調装置が出力する画像光を画素の１ピッチ以下でシフトさせることで、空間光変調装置の解像度よりも高い解像度の画像表示を行なう。
【０００４】
一般に、液晶パネルでは、入力可能なデータ数等の制約から１ライン毎に画素が走査されて、データが書き込まれる。このような線順次方式の表示素子を用いた空間光変調装置に対して光路偏向装置を適用した場合、光路のシフトは光路偏向装置を構成する液晶パネル上の全画素に対して一斉に行なわれるために、同じ画像がシフト前後に表示される、いわゆる、画像のクロストークが生じて画像品質の劣化を引き起こすことになる。
【０００５】
すなわち、空間光変調装置においてあるサブフレームの表示が終了すると、次のサブフレームのデータ書き込みを先頭ラインから開始し、最終ラインまで全てのデータ書き込みを行なうが、このとき、各画素は、データが書き込まれた時点から液晶の応答時間を経過した後に相当の表示状態に変化する。このため、全ての画素が次のサブフレーム画像表示に更新されるまでには、次のサブフレームのデータを先頭ラインから最終ラインまで全て書き込む時間と、最終ラインの画素における液晶の応答時間とを加えた時間（ここでは、切り換え期間とする）を要する。一方、光路偏向装置は前のサブフレーム期間が終了した時点で一斉に駆動される。このため、光路のシフトが瞬時に行なわれるとすると、１サブフレーム期間に対して上述の切り換え期間に、画像のクロストークが発生するのである。
【０００６】
これを改善するための技術として、各画素に対応して２つのメモリをそれぞれ備えている空間光変調装置がある（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照）。
【０００７】
このような空間光変調装置として、例えば、画素ごとに画素データを保持するための２つのメモリＭＥＭ−１及びＭＥＭ−２と、強誘電性液晶（ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ））を用いた画素を駆動するドライバＦＤＲＶから構成される空間光変調装置が挙げられる。この空間光変調装置では、強誘電性液晶の各画素が、メモリＭＥＭ−２の画像データに基づいてドライバＦＤＲＶによって駆動される。そして、その駆動の間に次の画像データをデータ(カラム)ラインを通じてメモリＭＥＭ−１に書き込む。その後、画像データをメモリＭＥＭ−１からメモリＭＥＭ−２に転送して、この画像データに基づいてドライバＦＤＲＶを駆動する。これにより、全ての画素を同時に更新することができる。なお、ドライバＦＤＲＶは、強誘電性液晶を適正な電圧で駆動するためのレベルシフタを含む。すなわち、次のサブフレームの画素データを前のサブフレーム期間の間にメモリに書き込んでおけばよいので、切り換え期間が不要となる。これにより、画像のクロストークを各画素の応答時間に相当する分に短縮し、軽減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特許第２９３９８２６号公報
【特許文献２】特開平１１−７５１４４号公報
【非特許文献１】「Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＦＬＣ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３９５４（２０００））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した技術では、強誘電性液晶のようにＯＮ、ＯＦＦの２値でしか動作しない液晶材料を用いた液晶パネルに適用する場合には問題ないが、例えばツイステッドネマティック液晶のように、印加電圧に応じてアナログ的に状態が変化する液晶材料を用いて光の強度変調によって階調表示をする場合には、以下のような不具合がある。
【００１０】
すなわち、上述した技術では、例えば、ＯＮ、ＯＦＦの２値でしか動作しない液晶材料を用いた液晶パネルに適用した場合には、ドライバＦＤＲＶを構成するトランジスタは単に画素駆動用のメモリＭＥＭ−２に記憶された画像データに基づきコンデンサＣ２の充放電のみを行なえばよいが、ツイステッドネマティック液晶等を用いた光強度変調を行なう場合には、ドライバＦＤＲＶに増幅作用を持たせることが必要になる。このため、消費電力が大幅に増大するとともに放熱対策が必要となる。
【００１１】
また、上述した技術では、ドライバＦＤＲＶを省略することも可能であるが、その場合は、通常よりも極めて高い駆動電圧をデータラインから供給する必要がある。特に、メモリＭＥＭ−１，ＭＥＭ−２のスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２には高耐圧が要求される。このため、素子全体が大型化してしまうという不具合がある。
【００１２】
これらの不具合が生じるのは、メモリＭＥＭ−１のコンデンサＣ１に記憶したデータを画素に印加するためには、その前段階としてメモリＭＥＭ−１のコンデンサＣ１の電圧をメモリＭＥＭ−２のコンデンサＣ２に転送しなければならず、この転送の際にコンデンサＣ１の電圧が半分程度に減少するからである。つまり、転送の際にコンデンサＣ１とＣ２とで電荷を分け合う状態になって、結果的に電圧降下が起こるためである。よって、あらかじめ通常よりも２倍の大きさの電圧をコンデンサＣ１に書き込まなければならず、このために上述したような消費電力の大幅な増大や、素子の高耐圧化の必要が生じてしまうこととなる。
【００１３】
本発明の目的は、高耐圧のトランジスタを必要とすることなく、画素に印加される電圧信号に応じて状態がアナログ的に変化する光強度変調による階調表示ができ、高解像で且つ高品質の画像表示を小型、低価格で実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明の空間光変調装置は、液晶層と、この液晶層を挟んで対向する第１電極と第２の電極とを備える複数の画素とを有する液晶表示部と、前記液晶表示部において対応する前記画素に表示させる画像データを前記画素毎に記憶できる第１のメモリ及び第２のメモリと、前記第１のメモリに接続されこの第１のメモリに画像データを記憶させる第１のスイッチング素子と、前記第２のメモリに接続されこの第２のメモリに画像データを記憶させる第２のスイッチング素子と、前記第１のメモリに接続されこの第１のメモリに記憶されている画像データを対応する単一の前記画素に対して出力する第３のスイッチング素子と、前記第２のメモリに接続されこの第２のメモリに記憶されている画像データを前記第３のスイッチング素子による画像データの出力先と同一の前記画素に対して出力する第４のスイッチング素子と、を前記画素毎に備える液晶駆動回路と、全ての前記画素に対して共通のコモン電圧が印加されるように前記第1の電極に対して電圧を印加するコモン電圧印加手段と、前記第１のメモリに対する画像データの記憶と前記第２のメモリに対する画像データの記憶、および、前記第１のメモリに記憶されている画像データの出力と前記第２のメモリに記憶されている画像データの出力とが交互に行なわれるように第１、第２、第３および第４のスイッチング素子の切り換え動作を行なう切り換え制御手段と、前記第１、第２のメモリに対する画像データの記憶と出力との切り換え動作に同期して前記コモン電圧の値を切り換えるコモン電圧切り換え手段と、を具備する。
【００１５】
ところで、一つの画素領域内に複数のトランジスタを実装する液晶駆動回路とする場合、各画素のサイズが大きくなることにより液晶表示部のサイズが大型化し、それに伴って価格も極めて高いものになるという問題を生じる。
【００１６】
この対策の一つとして、トランジスタの耐圧を低くすることでトランジスタのサイズを小さくすることが考えられるが、液晶を駆動する場合に直流分が印加されると液晶に焼け付きが生じ破損してしまう恐れがあるため交流駆動する必要がある。
【００１７】
しかしながら、例えば、コモン電圧を一定とした場合には、コモン電圧の正負いずれかの極性における振幅の２倍の振幅が画像電圧として必要となるため高耐圧のトランジスタが必要となってしまう。
【００１８】
したがって、第１のメモリに対する画像データの記憶と第２のメモリに対する画像データの記憶、および、第１のメモリに記憶されている画像データの出力と第２のメモリに記憶されている画像データの出力とを交互に行なうとともにこの切り換え動作に応じてコモン電圧値を切り換えることで、画像電圧の振幅をコモン電圧の正または負のいずれか一方の極性の振幅に低減することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の空間光変調装置において、前記第１又は第２のメモリに選択的に画像データを記憶させる第１の選択手段と、前記第１又は第２のメモリが記憶する画像データを前記液晶パネルの同一の画素に対して選択的に出力させる第２の選択手段と、前記第２の選択手段によって前記画像データの選択が切り換えられる前に全ての前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とするプリセット手段と、を具備し、前記コモン電圧切り換え手段は、全ての前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする際に前記コモン電圧を前記所定値に変化させる。
【００２０】
ここで、コモン電圧の切り換えに際して、コモン電圧がある値をとる場合に限って、このある値のコモン電圧と反対の極性の電圧を印加することでコモン電圧を切り換えるようにすると、画像データを交流化したにも拘わらずプリセット動作を繰り返すことで極性の偏りが発生し、画素の劣化を生じさせてしまうことが懸念される。
【００２１】
これに対し、本発明では、全ての画素において第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする際にコモン電圧を所定値に変化させることにより、プリセット動作における極性の偏りの発生を防止することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の空間光変調装置において、前記プリセット手段は、前記第３及び第４のスイッチング素子を共にＯＦＦした状態で前記画素において前記第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする。
【００２３】
したがって、第1又は第２のメモリへの画像データの記憶とプリセット動作とを切り離して、時定数の低減を図ることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の空間光変調装置において、印加する電圧値が異なる複数の電圧源と、前記第２の電極に接続される前記電圧源を切り換えるスイッチング手段と、を具備し、前記コモン電圧切り換え手段は、制御信号に応じて前記第２の電極に接続されるべき前記電圧源を切り換える。
【００２５】
したがって、コモン電圧の値を切り換えを実用上容易に行なうこと可能となる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の空間光変調装置において、前記スイッチング手段は、ＣＭＯＳインバータを含む構成である。
【００２７】
したがって、コモン電圧の値を切り換えを実用上容易に行なうことが可能となる。
【００２８】
請求項６記載の発明の画像表示装置は、照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項１ないし５のいずれか一に記載の空間光変調装置と、この空間光変調装置と同期し、前記空間光変調装置の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向装置と、を具備する。
【００２９】
したがって、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の作用を奏する画像表示装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１記載の発明の空間光変調装置によれば、第１のメモリに対する画像データの記憶と第２のメモリに対する画像データの記憶、および、第１のメモリに記憶されている画像データの出力と第２のメモリに記憶されている画像データの出力とを交互に行なうとともにこの切り換え動作に応じてコモン電圧値を切り換えることで、画像電圧の振幅をコモン電圧の正または負のいずれか一方の極性の振幅に低減することができるので、高耐圧のトランジスタを必要とすることなく、画素に印加される電圧信号に応じて状態がアナログ的に変化する光強度変調による階調表示ができ、高解像で且つ高品質の画像表示を小型、低価格で実現することができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の空間光変調装置において、全ての画素において第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする際にコモン電圧を所定値に変化させることにより、プリセット動作における極性の偏りの発生を防止することができるので、信頼性の向上を図ることができる。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の空間光変調装置において、第1又は第２のメモリへの画像データの記憶とプリセット動作とを切り離して、時定数の低減を図ることができるので、プリセット動作を高速に行なうことができ、液晶が応答する間もなくプリセットを終了して、画像の劣化を防止して高品質の画像表示を実現することができる。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の空間光変調装置において、コモン電圧の値を切り換えを実用上容易に行なうことができる。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の空間光変調装置において、コモン電圧の値を切り換えを実用上容易に行なうことができる。
【００３５】
請求項６記載の発明の画像表示装置によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の効果を奏する画像表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明を実施するための最良の一実施の形態について図１ないし図７を参照して説明する。本実施の形態は、空間光変調装置への適用例を示す。
【００３７】
図１は本発明を実施するための最良の一実施の形態の空間光変調装置を示す平面図であり、図２はその側面図であり、図３はその一部を拡大して示す説明図である。図１ないし図３に示すように、本実施の形態の空間光変調装置１は、基板２，３を備えている。この基板２，３間には、液晶（液晶層）４が挟持されている。ここに、基板２，３および液晶６によって液晶表示部としての液晶パネルが構成されている。なお、本実施の形態では、反射型の液晶パネルについて例示している。
【００３８】
液晶４としては、印加される電圧に基づいて光透過率、光反射率又は偏光状態が変化する材料が用いられている。具体的に、液晶４としては、画素データに直接階調情報を付与することで容易に階調表示を行なえるため、電圧値に応じてアナログ的に変化する材料が好適である。具体的には、例えば、下記のような液晶材料を用いることができる。
【００３９】
（１）ツイステッドネマティック液晶
特に、広く汎用的に用いられ、技術的に確立している点で、ツイステッドネマティック液晶を用いれば、高い信頼性の空間光変調装置１を容易に実現することができる。
【００４０】
（２）強誘電性液晶
従来、強誘電性液晶（ＦＬＣ）は双安定性を示し、アナログ階調が不可能であったが、近年は連続中間調のアナログ階調表示特性を示す強誘電性液晶が見出されている（「月間ディスプレイ（２００１年１月号）」参照）。
【００４１】
例えば、“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ，１／２，１９９３ 「Ａ ｎｏｖｅｌ ｓｕｒｆａｃｅ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＬＣＤ」”では、長ピッチのカイラルスメクチックＣ相を有する強誘電性液晶は、液晶分子の配向方向がラビング方向に沿って単安定性（Ｈａｌｆ−Ｖ ｍｏｄｅ）を示し、電界強度変調によるアナログ階調を発現することが示されている。
【００４２】
また、東京工業大学 工学部の論文「４×４マトリックス法によるＶ字型反転挙動を示す液晶のモデル構造の検討」では、履歴は閾値を持たないカイラルスメクチック相は、電場ゼロ付近から強誘電状態に移る際、電場に対してほぼ線形的に透過光強度が変化するV字型の電気光学応答（Ｖ−ｓｈａｐｅ ｍｏｄｅ）を示し、アナログ階調表示が可能であることが示されている。
【００４３】
（３）光学補償複屈折（ＯＣＢ）モード液晶
光学補償複屈折モード液晶は、上下基板で配向処理方向が同一なパラレル配向液晶が、所定値以上の電圧範囲で配向方向がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移し、この状態の範囲内でアナログ階調と高速応答性を示す（「月間ディスプレイ（２００１年１月号）」参照）。
【００４４】
（４）垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ）液晶
垂直配向液晶モードと無機配向層により高コントラストと高速応答速度のアナログ階調表示を可能とする（ＳＩＤ ０１ ＤＩＧＥＳＴ ３４．３：「Ｄ−ＩＬＡ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｔｏｐ−Ｅｎｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＱＸＧＡ）」を参照）。
【００４５】
空間光変調装置１は、空間光変調装置１の動作を制御する制御部５を備えている。この制御部５には、Ｒｏｗドライバ６およびＣｏｌｕｍｎドライバ７が接続されている。Ｒｏｗドライバ６およびＣｏｌｕｍｎドライバ７は、基板２上に設けられている。
【００４６】
Ｒｏｗドライバ６及びＣｏｌｕｍｎドライバ７には、画素電極（図示せず）が接続されている。本実施の形態では、画素電極によって第２の電極が実現されている。
【００４７】
Ｃｏｌｕｍｎドライバ７は、制御信号Ｃｏｌｕｍｎ（図示せず）によってＯＮ／ＯＦＦを制御されるスイッチ（図示せず）を有している。
【００４８】
基板２，３間には、この画素電極とは別のコモン電極（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、コモン電極によって第１の電極が実現されている。
【００４９】
画素電極とコモン電極とは、液晶４を間にして対向するように設けられている。
【００５０】
基板２，３間において、画素電極とコモン電極との交差部には、画素８（図５参照）が形成されている。詳細は後述するが、各画素８には、それぞれ液晶駆動回路９が設けられている。詳細は後述するが、各画素８においては、液晶駆動回路９によって、画素電極とコモン電極との間に電圧を印加することで、液晶４への入射光を画素８毎に変調することができる。
【００５１】
制御部５には、スイッチング手段としてのコモン電圧切り換え回路１０が接続されている。コモン電圧切り換え回路１０は、制御部５から出力される制御信号ＦＬＰの極性に応じて、各画素８に出力するコモン電圧値を＋Ｖｃｏｍと０（ゼロ）との間で切り換える。
【００５２】
ここで、図４は、コモン電圧切り換え回路１０の構成例を示す回路図である。図４に示すように、コモン電極切り換え回路１０は、コンパレータ１１を備えている。コンパレータ１１のマイナス入力には、電圧＋Ｖｃｏｍを抵抗Ｒ１及びＲ２で分圧したしきい値電圧Ｖｔが入力される。また、コンパレータ１１のプラス入力には、信号ＦＬＰが入力される。
【００５３】
このため、コンパレータ１１の出力Ｖｄは、信号ＦＬＰが“Ｈ”レベルであってしきい値Ｖｔを超える場合には＋Ｖｃｏｍ近くの高電圧に遷移し、信号ＦＬＰが“Ｌ”レベルであってしきい値Ｖｔを下回る場合には０Ｖ近くの低電圧に遷移する。
【００５４】
コモン電圧切り換え回路１０は、ＰＭＯＳトランジスタ１２及びＮＭＯＳトランジスタ１３からなるＣＭＯＳインバータ１４を備えている。ＣＭＯＳインバータ１４は、ゲート電圧Ｖｄが低電圧の場合はＰＭＯＳトランジスタ１２をＯＮとして＋Ｖｃｏｍをコモン電圧Ｖｃｏｍとして出力し、ゲート電圧Ｖｄが高電圧の場合はＮＭＯＳトランジスタ１３をＯＮとして０Ｖをコモン電圧Ｖｃｏｍとして出力する。詳細な図示および説明は省略するが、ここに、コモン電圧＋Ｖｃｏｍ，０Ｖを供給する電圧源によって複数の電圧源が実現されている。
【００５５】
次に、空間光変調装置１における液晶パネルの１画素分の画素８およびこの画素に対応する液晶駆動回路９について図５を参照して詳細に説明する。図５は、空間光変調装置１における液晶パネルの１画素分の画素８およびこの画素８に対応する液晶駆動回路９を示す回路図である。空間光変調装置１においては、液晶パネルにおける全ての画素８にそれぞれ対応して図５に示す液晶駆動回路９が設けられている。液晶駆動回路９は、第１の選択手段である第１の選択回路１５と、第２の選択手段である第２の選択回路１６と、第１のメモリであるメモリＣ１と第２のメモリであるメモリＣ２とを備えている。
【００５６】
本実施の形態のメモリＣ１，Ｃ２は、ともにコンデンサであり、それぞれ１画素分の画像データを記憶することが可能である。
【００５７】
第１の選択回路１５は、スイッチングトランジスタＱ１及びＱ２から構成されている。これらのスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２においては、Ｒｏｗドライバ６から出力される制御信号Ｒｏｗ１１，Ｒｏｗ１２・・・に応じて、それぞれのＯＮ／ＯＦＦが個別に切換えられる。スイッチングトランジスタＱ１はメモリＣ１に、スイッチングトランジスタＱ２はメモリＣ２にそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２は、制御信号Ｒｏｗ１又はＲｏｗ２が“Ｈ”レベルのときにそれぞれＯＮとなる。これにより、データラインＤＬから入力される１画素分の画像データがメモリＣ１又はＣ２に書き込まれる。本実施の形態では、スイッチングトランジスタＱ１によって第１のスイッチング素子が実現され、スイッチングトランジスタＱ２によって第２のスイッチング素子が実現されている。
【００５８】
第２の選択回路１６は、スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４を備えている。これらのスイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４は、Ｒｏｗドライバ６から出力される制御信号Ｓ１，Ｓ２により個別にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。スイッチングトランジスタＱ３はメモリＣ１に、スイッチングトランジスタＱ４はメモリＣ２にそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４は、制御信号Ｓ１，Ｓ２が“Ｈ”レベルのときにＯＮとなる。なお、制御信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ空間光変調装置１のサブフレーム期間を示している。スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４は、対応するメモリＣ１又はＣ２に書き込まれた１画素分の画像データをそのまま駆動電圧として画素８に印加する。本実施の形態では、スイッチングトランジスタＱ３によって第３のスイッチング素子が実現され、スイッチングトランジスタＱ４によって第４のスイッチング素子が実現されている。
【００５９】
メモリＣ１，Ｃ２は、後述する画像表示に際して書き込まれる画像データを画素８に表示すべき階調レベルに応じた電圧信号として記憶する。後述する画像表示に際しては、メモリＣ１，Ｃ２における電圧信号値に応じた電圧値が液晶４に対して印加される。上述した液晶４は、印加された電圧値に応じて、その光透過率、光反射率又は偏光状態が変化する。
【００６０】
次に、本実施の形態の空間光変調装置１における画像表示について図６を参照して説明する。図６は、画像データのメモリＣ１，Ｃ２への書き込み及び画素８への電圧印加の一例について説明するタイミングチャートである。図６中、Ｖｉｎは、制御部５からＣｏｌｕｍｎドライバ７に対して、順次入力される画像データである。図６中、ＨＯＬは、制御部５からＣｏｌｕｍｎドライバ７に対して出力される水平制御信号である。図５中、ＦＬＰは、制御部５からの制御信号の極性を示すデータである。図６中、Ｖｃｏｍは、コモン電圧値であり、制御信号ＦＬＰに応じて、＋Ｖｃｏｍと０との間で切り換えられる。コモン電圧＋Ｖｃｏｍまたは０は、全画素８のコモン電極に亘って印加される。ここに、コモン電圧印加手段が実現されている。
【００６１】
図６に示すように、画像表示に際しては、制御部５からの制御信号ＶＥＲ、Ｓ１およびＳ２に基づき、Ｒｏｗドライバ６によって［Ｒｏｗ１１，Ｒｏｗ１２］〜［ＲｏｗＬ１，ＲｏｗＬ２］を順次“Ｈ”レベルにする。具体的に、Ｒｏｗドライバ６は、各画素８に対応する第１の選択回路１５のスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２に対して制御信号Ｒｏｗ１１〜ＲｏｗＬ１，Ｒｏｗ１２〜ＲｏｗＬ２を順次印加する。これにより、水平方向に沿った１ライン分の画素が順次選択される。
【００６２】
なお、Ｒｏｗ１１〜ＲｏｗＬ１は、制御信号Ｓ１に応じて、順次“Ｈ”レベルに切り換えられる。また、Ｒｏｗ１２〜ＲｏｗＬ２は、制御信号Ｓ２に応じて、順次“Ｈ”レベルに切り換えられる。
【００６３】
一方、Ｃｏｌｕｍｎドライバ７は、制御部５から順次入力される画像データＶｉｎを水平制御信号ＨＯＬに基づいて配列し、対応する垂直方向の電極Ｃｏｌｕｍｎ１，Ｃｏｌｕｍｎ２，Ｃｏｌｕｍｎ３，…に選択出力する。具体的に、Ｃｏｌｕｍｎドライバ７は、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２の選択のタイミングに合わせて、各画素８に対応する第１の選択回路１５に水平方向の画像データを出力する。
【００６４】
本実施の形態では、Ｃｏｌｕｍｎドライバ７が備える図示しないスイッチによって画素データを所定画素数ごとに順次切換えて出力する。すなわち、制御信号Ｃｏｌｕｍｎによって出力中の画素データに対応するスイッチのみをＯＮして当該データを対応する画素８に対応する第１の選択回路１５に印加し、それ以外のスイッチをＯＦＦする。これを繰り返すことによって、全ての第１の選択回路１５に画素ごとの画像データを出力する。
【００６５】
ところで、図５に示すように、あるサブフレーム期間における制御信号Ｓ１が“Ｈ”レベルである場合における制御信号Ｒｏｗ１１〜ＲｏｗＬ１が“Ｈ”レベルとなるとき、各画素の画像データは第１のメモリＣ１に順次記憶される。その間、各画素８には制御信号Ｓ１が“Ｈ”レベルとなることによって第２のメモリＣ２に書き込まれた各画素の画像データの電圧が印加され、画像が表示されている。
【００６６】
第１のメモリＣ１に対するすべての画素データの書き込みが終了すると、制御信号Ｓ１が“Ｌ”レベルとなってスイッチングトランジスタＱ４をＯＦＦすると同時に、制御信号Ｓ２が“Ｈ”レベルとなってスイッチングトランジスタＱ３をＯＮして第１のメモリＣ１に記憶された各画素の画像データを全画素について一斉に印加する。そして、今度は、制御信号Ｒｏｗ１２〜ＲｏｗＬ２が“Ｈ”レベルとなって次の画素データが同様に書き込まれる。
【００６７】
本実施の形態では、上述のように、第１および第２の選択回路１５，１６によって第１のメモリＣ１と第２のメモリＣ２とに選択的に画像データを記憶することで第１の選択手段としての機能が実現され、第１のメモリＣ１と第２のメモリＣ２とから選択的に画像データを画素８に出力することで第２の選択手段としての機能が実現されている。
【００６８】
空間光変調装置１における液晶パネルは、図１からも判るように、各画素８が主走査方向及び副走査方向に２次元に規則的に配列されているが、第１の選択回路１５は、この規則的に配列された複数の画素８を１ライン毎に順次選択する。
【００６９】
この一連の動作によって、Ｓ１が“Ｈ”レベルの場合には各画素駆動回路のメモリＣ１に、Ｓ２が“Ｈ”レベル場合にはメモリＣ２に所望の画像データが書き込まれる。
【００７０】
本実施の形態の制御部５は、全ての画素に画像データが書き込まれると信号Ｓ１とＳ２との状態をそれぞれ反転させて書き込まれた画像データを全画素８一斉に画素電極に出力する。ここに、切り換え制御手段が実現される。
【００７１】
ここで、本実施の形態では、制御信号Ｓ１とＳ２との状態（“Ｈ”レベルであるか“Ｌ”レベルであるか）をそれぞれ反転させる際に、この反転とともに、信号ＦＬＰの極性を反転させる。これにより、コモン電圧Ｖｃｏｍの極性を＋Ｖｃｏｍから０、あるいは０から＋Ｖｃｏｍに切り換える。ここに、コモン電圧切り換え手段が実現される。
【００７２】
ところで、単一の画素８に対応する液晶駆動回路内に複数のトランジスタを実装する液晶駆動回路とする場合、各画素のサイズが大きくなることにより液晶表示部のサイズが大型化し、それに伴って価格も極めて高いものになるという問題を生じる。
【００７３】
この対策の一つとして、このような液晶駆動回路に用いられるトランジスタの耐圧を低くすることでトランジスタのサイズを小さくすることが考えられるが、液晶を駆動する場合に直流分が印加されると液晶に焼け付きが生じ破損してしまう恐れがあるため、交流駆動する必要がある。
【００７４】
しかしながら、従来の技術においては、例えば、図７に示すように、コモン電圧を一定とした場合、単に、単一の画素８に対応する液晶駆動回路内に複数のトランジスタを実装する液晶駆動回路とすると、本来の駆動電圧の２倍の電圧値が画像データ（画像電圧）として必要となる。そして、これに伴ってトランジスタの耐圧性能も高耐圧である必要がある。
【００７５】
これに対し本実施の形態の空間光変調器１を用いることにより、画像データを書き込んでは画素に印加するという動作を第１、第２のメモリに対して交互に行なうとともに、この切り換え動作に応じてコモン電圧値を切り換えることで、液晶表示部における画素の最大駆動電圧に対する画像電圧の振幅をコモン電圧の正または負のいずれか一方の極性の振幅に低減することができる。
【００７６】
これによって、高耐圧のトランジスタを必要とすることなく、画素に印加される電圧信号に応じて状態がアナログ的に変化する光強度変調による階調表示ができ、高解像で且つ高品質の画像表示を小型、低価格で実現することができる。
【００７７】
上述した空間光変調装置１は、例えば、図８に示すような画像表示装置に適用することが可能である。図８は、上述した空間光変調装置１を備える画像表示装置２０の構成例を概略的に示す概念図である。図６に示すように、画像表示装置２０は空間光変調装置１に光を照射する光源２１を備えている。フライアイレンズアレイ２２，２３は、光源２１の照射光を均一化するためのインテグレータ光学系を構成する。コンデンサレンズ２４は、照明光を空間光変調装置１に集光、照明する。符号２５は投射レンズ、符号２６はスクリーン、符号３１は照明光と画像光を分離するための偏光ビームスプリッタである。
【００７８】
照明光源２１から照射された光は、フライアイレンズアレイ２２，２３により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ２４で集光され、偏光ビームスプリッタ３１で反射されて、空間光変調装置１を照明する。画像データに基づいて駆動されている空間光変調装置１で空間光変調された照明光は、偏光ビームスプリッタ３１を介して、画像光として光路偏向装置２９に入射する。
【００７９】
光路偏向装置２９は、制御回路３０で制御され、入射した画像光を画素の配列方向に予め設定されたシフト量だけシフトして、画素の増倍を行なう。シフトされた画像光は投射レンズ２５で拡大され、スクリーン２６に投射される。光路偏向装置２９による光路シフトのシフト量は画素ピッチの整数分の１であることが望ましい。すなわち、画素の配列方向に対して２倍の画像増倍を行なう場合は画素ピッチの１／２にし、４倍の画素増倍を行なう場合は画素ピッチの１／４にすることが望ましい。
【００８０】
いずれの場合も、空間光変調装置１は、制御部５によってＲｏｗドライバ６およびＣｏｌｕｍｎドライバ７を駆動制御することで、連続するフレームで画像を表示し、あるいは、光路偏向装置２９のシフトレベル数に応じて、１フレームを複数のサブフレームで分割して表示する。なお、制御部５は、表示する画像を所定周期で連続するフレームで表示しても、このフレームを時間的に分割した２つのサブフレームで表示するようにしてもよい。
【００８１】
そして、フレームあるいはサブフレームの表示ごとに光路偏向装置２９で画素シフトを行なって、光路偏向装置２９の画素シフトに応じた表示位置に対応する画像情報を空間光変調装置１で表示させることで、画像表示装置２０は、見かけ上、高精細な画像を表示することができる。
【００８２】
制御部５は、周知の手段により、Ｒｏｗドライバ６およびＣｏｌｕｍｎドライバ７を駆動制御することで、表示する画像を所定周期で連続するフレームで表示する。なお、制御部５は、表示する画像を所定周期で連続するフレームで表示することに限るものではなく、このフレームを時間的に分割した２つのサブフレームで表示するようにしてもよい。
【００８３】
なお、本例では反射型の液晶パネルを空間光変調装置１に用いた例で説明したが、透過型の液晶パネルを空間光変調装置１として用いてもよい。
【００８４】
次に、本発明を実施するための最良の別の一実施の形態について図９ないし図１２を参照して説明する。なお、上述した実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００８５】
図９は本発明を実施するための最良の別の一実施の形態の空間光変調装置１の一部を拡大して示す説明図であり、図１０はその１画素分の画素８およびこの画素８に対応する液晶駆動回路９を示す回路図である。図９および図１０に示すように、本実施の形態の空間光変調装置１における液晶駆動回路９は、上述した実施の形態と比較して、プリセット回路１７を備えている点、および、このプリセット回路１７に対して制御信号ＰＲを出力する点が異なる。このプリセット回路１７は、プリセット信号ＰＲに応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチングトランジスタＱ５を備えている。スイッチングトランジスタＱ５は、プリセット信号ＰＲが“Ｈ”レベルになるとＯＮとなって画素８に対するメモリＣ１，Ｃ２からの印加電圧をゼロとする回路である。本実施の形態では、スイッチングトランジスタＱ５によって、画素８を最低階調レベルの表示状態に強制的に変化させることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、画素８は印加電圧が低いほど低階調表示になるノーマリブラックとしているが、これに限るものではなく、逆に、ノーマリホワイトの場合には画素８への印加電圧が最大になるように構成すればよい。
【００８７】
画像表示に際しては、まず、上述と同様に、Ｒｏｗ１１〜ＲｏｗＬ１またはＲｏｗ１２〜ＲｏｗＬを順次“Ｈ”レベルにして全ての画素に対応するメモリＣ１またはＣ２に画像データを書き込んだ後、信号Ｓ１とＳ２との状態をそれぞれ反転させて書き込まれた画像データを全画素一斉に画素電極に出力する。
【００８８】
ここで、本実施の形態の空間光変調装置１においては、図１１に示すように、信号Ｓ１とＳ２との状態をそれぞれ反転させる前に、信号ＰＲを“Ｈ”レベルにして、スイッチングトランジスタＱ５をＯＮとする。これにより、画素電極に印加中の以前の画像データ電圧を放電させることができる。ここに、プリセット手段が実現される。
【００８９】
また、本実施の形態では、図１１に示すように、制御部５によって、プリセット信号ＰＲに同期してコモン電圧Ｖｃｏｍが常に０になるように制御信号ＦＬＰを制御する。
【００９０】
また、プリセット信号ＰＲが“Ｈ”レベルの期間中、信号Ｓ１及びＳ２をともに“Ｌ”レベルにする。これにより、メモリＣ１およびＣ２をプリセット動作から切り離し、高速化を図ることができる。
【００９１】
ここで、図１２は、本実施の形態のプリセット動作を、ある画素における画素電極に印加中の画像電圧Ｖ０との関係で示したタイミングチャートである。図１２に示すように、プリセット信号ＰＲが“Ｈ”レベルである場合、各液晶駆動回路９におけるスイッチングトランジスタＱ５をＯＮとすることで画素電極に印加中の画像電圧Ｖ０（例えば、図１２中Ｖ０１参照）を０に遷移させ、これと同時にコモン電圧を常に０とする。そして、プリセット信号ＰＲが“Ｌ”レベルになるタイミングに同期して、画像電圧Ｖ０を所定の電圧値（例えば、図１２中Ｖ０２，Ｖ０３参照）に遷移する。
【００９２】
ところで、コモン電圧の切り換えに際して、コモン電圧がある値をとる場合に限って、このある値のコモン電圧と反対の極性の電圧を印加することでコモン電圧を切り換えるようにすると、画像データを交流化したにも拘わらずプリセット動作を繰り返すことで極性の偏りが発生し、画素の劣化を生じさせてしまうことが懸念される。
【００９３】
これに対し、本実施の形態では、全ての画素において第２の電極に印加する電圧値を強制的に所定電圧とする際にコモン電圧を所定値に変化させることにより、プリセット動作における極性の偏りの発生を防止することができる。
【００９４】
これによって、プリセット動作を高速に行なうことができ、液晶が応答する間もなくプリセットを終了して、画像の劣化を防止して高品質の画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明を実施するための最良の一実施の形態の空間光変調装置を示す平面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】その一部を拡大して示す説明図である。
【図４】コモン電圧切り換え回路の構成例を示す回路図である。
【図５】空間光変調装置における液晶パネルの１画素分の画素およびこの画素に対応する液晶駆動回路を示す回路図である。
【図６】画像データのメモリＣ１，Ｃ２への書き込み及び画素への電圧印加の一例について説明するタイミングチャートである。
【図７】従来の空間光変調装置における一定コモン電圧の印加例を示すタイミングチャートである。
【図８】空間光変調装置を備える画像表示装置の構成例を概略的に示す概念図である。
【図９】本発明を実施するための最良の別の一実施の形態の空間光変調装置の一部を拡大して示す説明図である。
【図１０】その１画素分の画素およびこの画素に対応する液晶駆動回路を示す回路図である。
【図１１】画像データのメモリＣ１，Ｃ２への書き込み及び画素への電圧印加の一例について説明するタイミングチャートである。
【図１２】本実施の形態のプリセット動作を、ある画素における画素電極に印加中の画像電圧Ｖ０との関係で示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
１  空間光変調装置
４  液晶層
８  画素
９  液晶駆動回路
１０  スイッチング手段
１４  ＣＭＯＳインバータ
１５  第１の選択手段
１６  第２の選択手段
１７  プリセット手段
２０  画像表示装置
２９  光路偏向装置
Ｃ１  第１のメモリ
Ｃ２  第２のメモリ
Ｑ１  第１のスイッチング素子
Ｑ２  第２のスイッチング素子
Ｑ３  第３のスイッチング素子
Ｑ４  第４のスイッチング素子
【図１】
2005092017.tif 000003
【図２】
2005092017.tif 000004
【図３】
2005092017.tif 000005
【図４】
2005092017.tif 000006
【図５】
2005092017.tif 000007
【図６】
2005092017.tif 000008
【図７】
2005092017.tif 000009
【図８】
2005092017.tif 000010
【図９】
2005092017.tif 000011
【図１０】
2005092017.tif 000012
【図１１】
2005092017.tif 000013
【図１２】
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