JP2001175216A - 高階調度表示技術 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶を使用した表示装置において、階調再現
性や色再現性がよく、経時的に安定で温度変化の影響も
受けにくい階調表示を得る。 【解決手段】 映像の１表示周期内で全光束の光学的状
態を一括変調する手段と、各光束の光学的状態を個別に
変調する手段により階調を行なう。例えば、１表示周期
を８個の区間に等分割し、区間ｋ（０≦ｋ≦７）での光
源（一括光変調手段）の輝度が１／２^k に比例するよう
にする。そして、各区間では、液晶（二次元光変調手
段）がＯＦＦになるような電圧ＶまたはＯＮになるよう
な電圧Ｖのいずれかを印加する。こうすると２⁸ ＝２５
６通りの電圧のかけ方に応じてデジタル的に、線形な２
５６階調を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェク
タ、直視型の液晶ディスプレイやマイクロディスプレイ
等の表示装置とその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶を用いた映像表示装置として
は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶パネルや電気書き
込み型の液晶ライトバルブがある。これらはいずれも、
基本的にはアクティブマトリクス構造を有する基板と対
向側の透明電極基板との間に液晶が注入された構造であ
る。ここにアクティブマトリクス構造とは、液晶層への
印加電圧を画素単位で制御するため、２次元的に電極、
トランジスタの配列された構造である。そして、主とし
てガラスや石英等の透明基板上に形成されたＴＦＴアレ
イや、多結晶又は単結晶のＳｉ上に形成されたＭＯＳ
（金属−酸化物−半導体）トランジスタアレイが用いら
れる。そして一般に、前者は透過型であり、後者は反射
型となる。なお、ＭＯＳトランジスタやＴＦＴは画素ス
イッチング素子と呼ばれる。

【０００３】次に、液晶としては、ネマティック相のも
のが広く用いられる。この理由は、例えばスメクティッ
ク相の液晶（強誘電性液晶等）と異なり自発分極に基づ
くイオン分解や、衝撃に対する耐性の低さ等の不安定要
素を有さず、このため動作が非常に安定していることに
よる。

【０００４】ネマティック相の液晶の中でも、現在は特
にＴＮ（ツイステッドネマティック）モードのものが広
く用いられている。これは、対向する２つの基板の間で
液晶の配向方向に角度差（一般に９０゜）をもたせて液
晶が層の厚み方向に螺旋状に捻れて配列するようにした
ものである。ＴＮモードの液晶に電圧を印加したときの
電圧と透過率（あるいは反射率）との関係、｛電圧−透
過率特性、電圧−反射率特性、更にはＣＲＴにおける電
圧と輝度の特性等と同じくこれをγ（ガンマー）特性と
呼ぶ｝は、例えば図１のようになる。本図に示すよう
に、このモードでは電圧０のときに縦軸に示す透過率
（ＴＲ）（または反射率）が十分大きく、横軸に示す電
圧の絶対値を大きくするに従って透過率が小さくなると
いう、いわゆるノーマリオン型のγ特性を示す。

【０００５】一方、同じくネマティック相の液晶の一種
として、ＶＡ（垂直配向）モードと呼ばれる液晶モード
がある。これは誘電率異方性Δε( ＝［分子長軸方向の
誘電率］−［分子短軸方向の誘電率］）が負のネマティ
ック液晶３００を用いたモードであり、図２の（１）に
示すように、電界無印加時には液晶分子３００が基板１
００、２００の面に垂直な方向に対してごくわずかに
（一般に、０．０１゜〜１０゜程度）傾いた状態で配向
するようにしたものである。

【０００６】そして、上下の基板内面の透明電極、画素
電極に電圧を加えて、このＶＡ液晶層に電圧を印加する
と図２の（２）に示すように液晶の分子が基板に平行な
方向に倒れて複屈折効果が生じ、透過率が増大する。こ
のときのγ特性は一般に図３の（１）に示すようにノー
マリオフ型（電圧０のときに透過率Ｔが最小）の特性と
なる。

【０００７】ＶＡモードはこの図からわかるように、低
い電圧範囲内で最小透過率（ＯＦＦ）と最大透過率（Ｏ
Ｎ）の間の透過率を制御することができるという利点が
ある。｛ただし、場合によっては透過率のピークが現れ
ないこともありうる。この場合には、例えば図３の
（２）に示すようになる｝。また、ＴＮモードの場合に
は、液晶層の厚み（セルギャップ）が小さいと十分な旋
光効果が得られなくなり最大透過率（電界無印加時に対
応）が小さくなるという欠点があるが、ＶＡモードの場
合は旋光性を用いるものではないためこのような欠点が
なく液晶層を薄くすることができ、従って、高速応答が
得られるという利点もある。

【０００８】次に、いわゆる周知技術ではあるが、本発
明の趣旨に関係するため、以上の液晶を駆動するための
一般的な装置の構造、駆動の原理等の概略を説明する。

【０００９】図２に示す液晶層３００を挟み込む上下２
枚の基板のうちの一方、例えば下方の基板１００に図４
に示すようなＭ_A ×Ｎ_A のマトリクス状の画素電極１０
４を配列し、他方の基板２００（対向基板と呼ぶ）にも
電極を構成し（なお、対向基板の電極は一般に全面共通
電位であることが多い）、画素単位で液晶に電圧を印加
できるようにする。そして、前者の基板には画素電極に
対応させたｎ型ＭＯＳトランジスタアレイ（完全には図
示していないが、基板上には走査線１２１はＭ _A 本、信
号線１０６はＮ_A 本、ＭＯＳトランジスタ１１１はＭ_A
×Ｎ_A 個ある。そして、このような構造をアクティブマ
トリクス構造という）の構造とし、各画素電極１０４の
電圧をコントロールできるようにする。

【００１０】以上のもとで、図上横方向に並んだ第１か
ら第Ｍ_A の走査線１２１のうち第ｍ本目だけの電圧を高
くしてそれ以外は低くすることにより、第ｍ本目の走査
線１２１が選択される。すなわち、この行に属するＭＯ
ＳトランジスタがＯＮ状態になり、各画素電極１０４が
対応する信号線１０６とつながり、画素（ｍ，ｎ）に属
する画素電極１０４の電位はそのときの信号線１０６の
電位Ｖｍ，ｎ（０）になるまで充電される。この様子を
図５に示す。そして、第ｍ本目の走査線１２１が低電圧
になるとＭＯＳトランジスタ１１１はＯＦＦ状態にな
り、画素電極１０４は電気的に孤立した状態となってこ
の画素電極に蓄積された電荷が保持され（一種の書き込
みがなされ）、液晶層への印加電圧が保持されることに
なる（なおこの際、他方の基板の電極は一定電位、例え
ば０Ｖに固定しておく）。

【００１１】以上の動作をＭ_A 本の走査線全てについて
図の４の上から下へ順に繰り返すことによりアレイ全体
の各画素電極に所望の電圧信号を書き込むことができ
る。そして、次の表示周期で走査線１２１が選択されて
ＭＯＳトランジスタ１１１がＯＮになるまでの間保持さ
れることになる（今ここに、ＭＯＳトランジスタの寄生
容量によるクロストークやリーク電流の影響による電圧
変動や一行（列）置きに飛び越しての稼働や間欠表示等
の特別な駆動は無視する）。更に、例えばＶＡ液晶を用
いた場合には、以上のようにして書き込まれる電圧値を
０Ｖと図３の（１）のγ特性のピーク位置での電圧値た
るＶｍａｘで示されるボルト値との間で適切な値となる
ように調整、制御を行なうことにより、液晶の透過率
（階調）をアナログ的に制御することも可能となる。

【００１２】なお、実際には液晶への印加電圧の直流成
分が０Ｖ近辺になるようにしてチャージアップによる電
圧−透過率特性のシフトを抑制するため、偶数番目のフ
レームと奇数番目のフレームでは極性を逆にする等の制
御もなされる。ただし、チャージアップそのものについ
ては、いわゆる周知技術なので、その内容の説明は省略
する。

【００１３】ところが、このアナログ的な電圧制御の場
合には、以下のような問題が発生する。

【００１４】［１］液晶のチャージアップや温度変化な
どによりγ特性が変動した場合に、階調再現性（階調安
定性）の悪い画像（白レベルが浮いたり黒レベルがつぶ
れたりした画像）、あるいは色再現性の悪い画像（赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の混色バランスが崩れた画
像）になってしまう。

【００１５】［２］同じく、パネル面内でラビングやセ
ルギャップの不均一等に起因するγ特性のばらつきがあ
る場合に、輝度ムラや色ムラが顕著に現れる。

【００１６】［３］液晶を駆動するためのアクティブマ
トリクスＴＦＴアレイにおいて、隣接画素間や配線間の
寄生容量に起因するクロストークが発生し、映像にノイ
ズが発生しやすい。

【００１７】そこで、以上の［１］〜［３］を解決する
ため、液晶をデジタル的に駆動する技術が開発された。
これは、例えば特願平０９−１９０８３７号にて詳しく
説明されているが、本発明の趣旨に関係するので概略こ
の内容を説明する。

【００１８】図６に示すように、１フレームを例えば８
個の区間（これを単位区間と呼ぶことにする）に分割
し、それらの時間幅が２⁷ ：２⁶ ：２⁵ ：２⁴ ：２³ ：
２² ：２¹ ：２⁰ ＝１２８：６４：３２：１６：８：
４：２：１になるようにする。そして、それぞれの単位
区間内において液晶がＯＦＦ（暗）状態になるような電
圧ＶＯＦＦ（例えば図３の（１）では−ＶｔｈとＶｔｈ
の間のある電圧に対応）またはＯＮ（明）状態になるよ
うな電圧ＶＯＮ（例えば図３の（１）では、Ｖｍａｘま
たは−Ｖｍａｘに対応）のいずれかを印加する。このた
め１フレーム内での液晶への電圧のかけ方は２⁸ ＝２５
６通り生じる。

【００１９】いま、時間幅２^k （ｋ＝０，１，２…，
７）に対応する単位区間をＩ_k とし、この単位区間での
液晶の状態をｂ_k で表し、ＯＦＦ状態になる場合をｂ_k
＝０、ＯＮ状態になる場合をｂ_k ＝１で表すことにする
と、１フレーム内での電圧のかけ方は［ｂ₇ ｂ₆ ｂ₅ ｂ
₄ ｂ₃ ｂ₂ ｂ₁ ｂ₀ ］という８桁の２進数に対応させる
ことができる（００００００００₂ ＝０₁₀〜１１１１１
１１１₂ ＝２５５₁₀）。そして、１フレーム内で液晶が
ＯＮになっている合計の時間ＴＯＮは、（数３）で表さ
れ、まさにこの２進数に比例した値、そしてその階調に
なる。

【００２０】

【数３】 人間の目で感知される明るさは、１フレームの間に液晶
を通過する光のエネルギー、すなわち液晶を通過する光
強度の１フレームにわたる時間積分値に対応する。いま
の場合明るさはＴ_ONに比例するので、結局図７に示すよ
うに、横軸に示す与えた外部信号強度［ｂ₇ ｂ₆ ｂ₅ ｂ
₄ ｂ₃ ｂ₂ ｂ₁ ｂ₀ ］に対して縦軸に示すように事実上
正確に比例するあるいは線形性を有する、そして厳密に
は２５６段階の明るさのレベル（すなわち２５６階調）
を有する明るさ、あるいは出力が得られることになる。

【００２１】この方法の場合、先のアナログ的な電圧制
御の場合のようにγ特性の連続的な領域の電圧を印加す
るのではなく、本質的にＶＯＮとＶＯＦＦのいずれかの
電圧しか印加しないという点で大きく異なる。従って、
アナログ的電圧制御の場合にあったような問題がすべて
解決される。すなわち、 ［１］仮に液晶のγ特性が経時的に変動しても、この２
点での透過率さえ安定していれば階調の線形性は保た
れ、階調再現性や色再現性のよい映像が得られる（なお
一般に、γ特性の経時的な変化は横方向（電圧軸方向）
のシフトであることが多い。従って、図３の（１）のよ
うに電圧の変化に対する透過率変化（｜ｄＴＲ／ｄＶ
｜）が小さい領域にＶＯＦＦとＶＯＮを設定すれば、多
少γ特性が変動してもこれらの点での透過率はほとんど
変化せず安定である）。

【００２２】［２］同じく、仮にγ特性にパネル面内で
の分布があっても、Ｖ_OFF とＶ_ONでの透過率が概ね均一
であれば、面内で均一な階調が得られる。

【００２３】［３］クロストークに伴うノイズが加わっ
て液晶への印加電圧がＶ_OFF あるいはＶ_ONからずれて
も、図３の（１）のように電圧の変化に対する透過率変
化が小さい領域にＶ_OFF とＶ_ONを設定しているかぎり、
透過率はほとんど変化せず、従ってノイズの少ない高品
質の映像になる。

【００２４】また、このようなデジタル的な駆動方法
は、コンピュータの高性能化やデジタル映像処理技術の
発展に伴って映像メディアがアナログからデジタルへと
移行しようとしている趨勢にも適合している。実際、映
像ソースがデジタル信号で入力されれば、それ以降の処
理を全てデジタル的に行うことができるという利点があ
る。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式の場合、最も幅の小さい単位区間の時間は１フレーム
の約１／２５６と非常に短くなる。仮にフレーム周波数
が現行のＮＴＳＣ方式のテレビジョン放送と同じく６０
Ｈｚで１フレームが１６．７ｍｓｅｃとすると、この単
位区間の幅は１６．７ｍｓｅｃ×１／２５６＝６５μｓ
ｅｃである。しかし、液晶の応答速度は速くてもせいぜ
い１００μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ程度である。このため、
折角以上の方式で駆動を行っても液晶は完全に線形的に
は応答せず、その結果図８に示すように特に低い階調レ
ベルではその線形性が崩れて画質が低下する。

【００２６】また、液晶に限らず、本願出願時点では、
液晶プラズマディスプレイ、発光ダイオード等他の手
段、材料構成であっても低い階調を得るため極く短い時
間での発光、光の透過や散乱に際しての、すなわち低起
動信号領域での応答のγ特性の線形性が損なわれる。

【００２７】ところで、コンピュータのモニター等に用
いる場合には、この程度の直線性からのズレは問題にな
らないが、ＴＶ等高品質での映像の表示が要求される用
途あるいは機器に使用した場合には忠実な再現性が求め
られるため、問題となる。特に、ニュース番組と異なり
ハイビジョン放送における映画等の場合は低い階調レベ
ルの忠実な再現性等が重要となり、更なるγ特性の線形
性が求められている。

【００２８】以上の他、γ特性の線形性の劣化の一因と
なる液晶のチャージアップ等が極力少なくなる技術の開
発が望まれていた。

【００２９】また、たとえ液晶が経年変化、温度変化、
チャージアップ等により電圧と透過率特性のシフト等が
生じたとしても、優れた階調表示が可能な技術の開発が
望まれていた。

【００３０】また、特に液晶を使用してのディジタル階
調表示において、一定の条件では階調の反転が見られる
ことがあるが、画像が見苦しくなるため、その解決が望
まれていた。

【００３１】また、液晶を表示使用した表示装置におい
ては、、ディジタル階調に限らず高い精度での見やすい
表示のため、従来以上にチャージアップを防止する技術
の開発が望まれていた。

【００３２】また同じく、フッリカー等が発生しにくい
技術の開発が望まれていた。

【００３３】更には、液晶に限らず、低起動信号領域、
高起動信号領域を問わずともかく全領域でのγ特性の線
形性の維持が困難な素子を使用しても、全領域で高階調
の表示をなしうる技術の開発が望まれていた。

【００３４】さらにまた、それらの要望を充たし、しか
も勿論安価な表示装置を提供する製造技術の開発が望ま
れていた。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題に
鑑みなされたものであり、特に液晶を用いて完全に線形
な階調を実現し、これにより高画質な画像を得ることを
目的とする。

【００３６】上記目的を達成するため、本発明では、表
示装置の変調を２段にて行なうものとしている。具体的
には、以下のようにしている。

【００３７】１の発明においては、短時間作動や低起動
信号領域等でγ特性の線形性が必ずしも保持されない、
あるいは損なわれえる素子、例えば液晶素子等を使用し
つつ高階調のディジタル表示を行なうため、表示装置は
映像信号に従う等して、映像、動画を形成することとな
る個々の画像の１表示周期内で表示面全体の全光束の輝
度や色彩やこれらに対応する光学的状態を原則として画
像に無関係に所定の規則、プログラム、法則等にのっと
って一括変調する一括光変調手段と、特に映像信号や画
像に対応して一括変調手段からの光束の光学的状態を各
画素を対象に個別に変調する二次元光変調手段とを備え
ている。更にこの際、二次元光変調手段は上述のγ特性
の線形性が必ずしも保持されない、あるいは損なわれえ
る素子を、その恐れのある短時間作動や低起動信号領域
等では使用せず、即ちそれらの範囲外で使用して画素ご
とに個別に変調を行なう。

【００３８】また、他の発明では、先の発明において一
括光変調手段の光変調率の１表示周期内での時間変化
は、各表示周期で等しく（このことは他の発明でも同様
であるが、製造、制御、機器の耐用年数等の関係で厳密
に等しくはなく、実用上等しい場合を含む。例えば０．
１〜０．２％以内、場合によっては１％以内の誤差があ
りうる場合。）している。このため、製造や制御の面か
ら有利となる。

【００３９】また、他の発明では、先の発明において映
像の１表示周期は２個以上の単位区間を構成要素として
持ち、二次元光変調手段の１表示周期内での光変調率の
波形は、各単位区間においてその単位区間に属する２個
以上の有限個の単位光変調率波形（波形とあるも、一定
値の場合を含める。また、光量０の持続も含める）の集
合のうちから１つを選択する、例えば明（１００％や９
０％）と暗（０％や１０％）のいずれかを選択すること
によってなされる。

【００４０】また、他の発明では、先の発明において画
像の１表示周期内の単位区間の数をＮ（Ｎは２以上の整
数）とし、各単位区間をＩ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−１を
満たす整数）で表し、各ｋについて単位区間Ｉ_k に属す
る単位光変調率波形の数をＭ _k （Ｍ_k は２以上の整数）
で表し、単位区間Ｉ_k において、それぞれの単位光変調
率波形に対する光出力エネルギーを小さいものから順に
Ｅ_k （０）、Ｅ_k （１）、…、Ｅ_k （Ｍ_k −１）とする
とき、ｋ＝０，１，…，Ｎ−２に対して（数１）の関係
を満足し、（これは他の発明でも同様であるが、階調再
現性、均一性等本発明の効果の発揮という面から実用上
差し障りがない程度で概略、すなわち事実上満足する場
合を含む。）かつＥ_k （０）は（同じく概略あるいは事
実上を含む）０であることを特徴とする。（なお、ほと
んど完全に上述の関係を充たすのが明るさの低下防止、
コントラストの向上等の面から好ましいため、コスト、
耐用年数等の面から問題が生じない限り、その様にする
のが理想的である。）

【００４１】

【数１】 従って、Ｍ_k ＝２ならば、〔｛Ｅ_k+1 （１）｝〕／〔Ｅ
_K （１）〕＝２となり、２進表示となる。なお各ｋにつ
いてＥ_K （０）は０、すなわち表示のための光エネルギ
ーは外部、観察者の方へは放出されないこととなる。

【００４２】また、例えばｎ＝３の場合、ｎ＝１のとき
にはＭ₀ ＝２、２のときはＭ₁ ＝４、３の時にはＭ₂ ＝
３等、Ｍ_k は各ｎに対して一定とは限らないのは勿論で
ある。そしてこの場合には、２４階調の表示が可能とな
る。

【００４３】また、他の発明では、先の発明の表示装置
において単位区間Ｉ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−１を満たす
整数）に属する各々の単位光変調率波形（勿論、単位区
間内で光エネルギーが一定の場合を含む）に対する光出
力エネルギーＥ_k （ｍ_k ）（ｍ_k は、０≦ｍ_k ≦Ｍ_k-1
を満たす整数）は、ｍ_k に比例する（含む、実用上差し
障りがない限り概略比例する）ものである。このため、
Ｍ_k が３の場合、外部へ出力されるか否かはともかく採
りうる光エネルギーは０、ａ、２ａ（ここにａは、好ま
しくは先の発明におけるＮやＭ_k に整合したある値）と
なる。

【００４４】また、他の発明では、先の発明においてＮ
個の単位区間の時間幅は全て等しく（この場合も、事実
上概略等しいのを含むのは勿論である）、各単位区間に
属する単位光変調率波形の集合はいずれの単位区間にお
いても同じである。

【００４５】単位区間の時間幅が全て等しいため、制御
等が容易となるのみならず、後に出てくる印加電圧、基
準電圧の反転等も単位区間や複数の単位区間毎になしう
る。また、各単位区間の単位光変調率波形の集合が同じ
（すなわち、選択的に１つ採りうる単位光変調率波形の
内容あるいは種類は全て同じである）であるため、これ
また制御等が容易になる。

【００４６】また、他の発明では、先の発明において０
≦ｋ≦Ｎ−１を満たす全ての整数ｋに対して、Ｍ_k ＝２
である。このため、２進数で処理するのが普通のディジ
タル信号への対応が容易となる。

【００４７】また、他の発明では、先の発明において一
括光変調手段と二次元光変調手段はいずれも発射された
り透過したりしてでてくる光の強度を変調する。具体的
には、光のエネルギー密度が所定の法則で変化したり、
持続時間が変化したりする。より具体的には、一括変調
手段では、各単位区間毎に一定のエネルギー密度の光の
発光の持続時間が順に短くなり、二次元光変調手段では
各画素毎にＯＮ、ＯＦＦがなされたりする。そしてこれ
により、各色毎の輝度の階調表示がなされたりする。

【００４８】また、他の発明では、先の発明において、
一括光変調手段の光変調率は各単位区間Ｉ_k 内において
一定値（上述の理由で、事実上一定値の場合も含む。）
であり、その光変調率は２^k （同じく、概略比例するも
のを含む）に比例する。

【００４９】また、他の発明では、先の発明とは多少異
なり、各単位区間Ｉ_k は、…，Ｉ₁，Ｉ₀ と１表示周期
内で時間的に降順に配置され、一括光変調手段の光変調
率は１表示周期内で指数関数的に減衰し、その減衰の時
定数に１ｎ２（１ｎは自然対数）を乗じたものが単位区
間の間隔（単位区間の前後に非表示区間がある場合に
は、当該非表示区間を除く間隔）に等しい。

【００５０】また、他の発明では、先の発明とは逆に、
各単位区間Ｉ_k は１表示周期内で時間的に昇順に配置さ
れ、一括光変調手段の光変調率は前記１表示周期内で指
数関数的に増幅し、その増幅の時定数に１ｎ２を乗じた
ものが単位区間の間隔に等しい。

【００５１】また、他の発明では、一括光変調手段の光
変調率は０（ただし、画像を表示すべきタイミング内で
はこの値を採らないことも有る）または光源強度等から
定まるある有限値のいずれかの値をとり、しかも単位区
間Ｉ_k 内でその有限値をとっている時間は（含む、実用
上差し障りがない限り概略）２^k に比例し、各単位区間
Ｉ_k 内において一括光変調手段の光変調率がその有限値
をとっている間は二次元光変調手段の光変調率は一定値
（全ての光を透過させる、透過させない、半分透過させ
る等が持続する）である。

【００５２】また、他の発明では、先の発明に多少似る
も、一括光変調手段の光変調率は、あるパルス波形を基
本単位として時間的に変化するか０（くどいようである
が、事実上の０を含む）のいずれかであり、しかも単位
区間Ｉ_k 内に含まれる前記パルス波形の個数は２^k に比
例しており各単位区間Ｉ_k 内において一括光変調手段の
光変調率がパルス波形に従って変化している間は二次元
光変調手段の光変調率は先の発明と同じく一定値であ
る。

【００５３】このため、当該単位区間が明表示であるな
らば、二次元光変調手段は２値を採るならば開のままで
あり、当該単位区間に属する全てのパルス波形の光が出
力されることとなる。逆に閉ならば、全てのパルス波形
の光が出力されないこととなる。

【００５４】また、他の発明では、一括光変調手段と二
次元光変調手段はいずれも強度変調するものであり、Ｎ
個の単位区間は、Ｎ₁ 個（Ｎ₁ は、１≦Ｎ₁ ≦Ｎ−１を
満たす整数）の第１種単位区間と（Ｎ−Ｎ₁ ）個の第２
種単位区間とを構成要素として持つ。

【００５５】そして、第１種単位区間Ｉ_k （ｋ＝Ｎ−Ｎ
₁ ，Ｎ−Ｎ₁ ＋１，…，Ｎ−１）においては、一括光変
調手段の光変調率は一定であり、かつ単位光変調率波形
の数はＭ_k ＝２であり、その時間幅は２^k に比例する。

【００５６】第２種単位区間においては、一括光変調手
段の光変調率は時間的に変動し、（Ｎ−Ｎ₁ ）個の各第
２種単位区間の時間幅は全て等しく、その単位光変調率
波形の集合はいずれにおいても同じものである。

【００５７】また、１の独立の発明では、表示のγ特性
が必ずしも線形でない素子を使用する表示装置は映像を
構成する各画像の１表示周期内で光束の輝度や色彩やこ
れらに関する光学的状態を表示面を対象に一括変調する
一括光変調手段と、一括光変形手段からの光束を受け、
各光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状態を各
画素毎に個別に変調する二次元光変調手段とを備えてい
る。そして、一括光変調手段は光源を有し、その発光状
態を画像の１表示周期内で制御する。二次元光変調手段
は、一括光変調手段からの光の透過等を制御する受動型
の光変調素子である。そしてこれにより、画像が表示さ
れる。

【００５８】また、他の発明では、先の発明において、
光源は発光ダイオード、レーザー、エレクトロルミネセ
ンス光源のいずれかである。

【００５９】また、他の発明では、先の発明において、
表示装置の一括光変調手段は、光源の発光輝度を電気的
に制御する回路を有している。これにより、光源は１表
示周期内の各単位区間内で一定の輝度で発光したり、更
には単位区間の間隔で発光を停止したり、ケースによっ
ては光度が１表示周期を通じて指数関数的に低下したり
する等の制御等がなされる。

【００６０】また、他の発明では、先の発明における二
次元光調整手段としての受動型の光変調素子は、２つの
基板（含む、一方の基板は透明な樹脂膜等の場合）の間
に液晶層を形成したものである。そして、液晶層が各表
示周期やその各単位区間内で各画素毎に映像信号の階調
に応じて開、閉、１／２透過等の状態となり、これによ
り一括光変調手段からのユーザ（観察者）へ向かう光の
通過等の制御がなされる。

【００６１】また、他の１群の発明では、液晶層を有す
る受動型の光変調素子の使用する液晶層あるいはその主
成分は、自発分極を有しない液晶である また、他の１群の発明では、液晶はネマティック相を示
す液晶（何等かの特性改善のため、微量の添加物を含ん
でいるため、この液晶が重量にして９８％以上を占める
等の主成分である場合を含む。また、顔料は液晶に含
む。）である。

【００６２】また、他の１群の発明では、液晶は、垂直
配向液晶である。

【００６３】また、他の１群の発明では、先の各発明の
液晶層は、その厚さが、２μｍ以下である好ましくは
１．５μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、そしてこ
れにより、液晶層の高速応答性が良好となり、特に輝度
の階調が小さいとき（暗いとき）のγ特性が改善される
ため、映像の階調表示が優れる。

【００６４】また、他の発明では、先の独立の発明にお
ける表示装置の二次元光変調手段としての受動型光変調
手段は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板と前
記第２の基板に挟まれた液晶層とを備え、第１の基板に
は液晶層と向かい合う側に透明な電極が形成されてお
り、第２の基板には液晶層と向かい合う側に複数の光反
射型の画素電極がマトリクス状（含む、モザイクの他に
デルタ等）に形成されており、更にこの基板には複数の
反射画素電極への印加電圧を制御する電気回路部が光反
射型の画素電極の配列に応じてマトリクス状に形成され
ている。すなわち、通常の液晶表示装置と同様である。

【００６５】この基で、透明な電極と反射画素電極との
間に画像の表示状態、階調に対応しての電圧を印加し、
この印加電圧に応じて液晶層の光学的状態を変化させて
表示が行われることとなる。すなわち、入射光束は第１
の基板の側から入射して透明な電極と液晶層を通過し、
第２の基板に形成された光反射型の画素電極で反射し、
再び液晶層を透明な電極を通過し、第１の基板を通過し
て観察者やスクリーンの方へ射出する。この際、液晶層
の状態によって、反射光は０となったり、１００％反射
したり、５０％反射したりする。

【００６６】また、他の発明では、先の発明の表示装置
において、複数の光反射型の画素電極への印加電圧を制
御する電気回路部は、表示面上縦、横に配列された各画
素に対応してのマトリクス状に配置された反射画素電極
に対応して形成された。その結果これまたマトリクス状
に配置された画素スイッチング素子と、画素スイッチン
グ素子に対応して行（列）方向にマトリクス状に配線さ
れた走査線と、列（行）方向にマトリクス状に配線され
た信号線を備えている。この基で、画素スイッチング素
子は、対応する前記走査線への印加電圧に応じて反射画
素電極と対応する信号線との間の電気的接続を繋げたり
切ったりする。そして、画素スイッチング素子が光反射
型の画素電極と信号線との間を電気的に接続している期
間中は、光反射型画素電極の電圧は信号線の電圧にまで
充電される。

【００６７】この一方、画素スイッチング素子が光反射
型画素電極と信号線との間を電気的に非接続にしている
期間中は、光反射型の画素電極は電気的に（概略）孤立
していて、その期間中は反射画素電極に蓄積された電荷
によって液晶層への印加電圧を多少の漏電等はあり得よ
うが、ともかく事実上一定に保持する。

【００６８】また、他の発明では、２つ先の発明におけ
る表示装置の複数の光反射型の画素電極への印加電圧を
制御する電気回路部は、マトリクス状に配置された反射
画素電極に対応して同様にマトリクス状に配置された画
素スイッチング素子及び双安定素子と、画素スイッチン
グ素子に対応してマトリクスの行（列）方向に配線され
た走査線と、マトリクスの列（行）方向に配線された信
号線を備えている。そして、画素スイッチング素子は、
対応する走査線への印加電圧（の高低）に応じて双安定
素子と対応する信号線との間の電気的接続を繋げたり切
ったりする。双安定素子は、光反射型画素電極に電気的
に接続されており、前記双安定素子の２つの安定状態に
応じて反射画素電極の電圧を異なった値に設定する。

【００６９】画素スイッチング素子が双安定素子と信号
線とを電気的に接続している期間中は、双安定素子は信
号線の電圧に応じて２つの安定状態のうちのいずれか一
方の状態に遷移し、電気的に非接続にしている期間中は
双安定素子は他の安定状態を保つ。

【００７０】また、他の発明では、３つ先の発明におけ
る表示装置の複数の光反射型画素電極への印加電圧を制
御する電気回路部は、マトリクス状に配置された光反射
型画素電極に対応してこれまたマトリクス状に配置され
た画素スイッチング素子、メモリ回路及び液晶書き込み
スイッチング素子を有し、更に画素スイッチング素子に
対応してマトリクスの行方向に配線された走査線と、マ
トリクスの列方向に配線された信号線を備えている。

【００７１】画素スイッチング素子は、対応する走査線
への印加電圧に応じてメモリ回路と対応する信号線との
電気的接続を開閉する。そして、画素スイッチング素子
が、電気的接続を開にしている期間中はメモリ回路の出
力電圧は信号線の電圧に応じたある電圧にまで充電さ
れ、電気的に閉にしている期間中はメモリ回路の出力電
圧は保持される。

【００７２】液晶書き込みスイッチング素子は、メモリ
回路の出力と光反射型画素電極との電気的接続を全画素
一括で開閉する素子である。そして、液晶書き込みスイ
ッチソグ素子が電気的に開にしている期間中は反射画素
電極の電圧をメモリ回路の出力電圧に応じたある電圧に
まで充電する。電気的に閉にしている期間中は、反射画
素電極は電気的に孤立していて、その期間中は光反射型
画素電極に蓄積された電荷によって液晶層への印加電圧
が保持される。

【００７３】また、他の発明では、４つ先の発明におけ
る複数の反射画素電極への印加電圧を制御する電気回路
部は、マトリクス状に配置された反射画素電極に対応し
てマトリクス状に配置された画素スイッチング素子、メ
モリ回路、液晶書き込みスイッチング素子及び双安定素
子と、前記画素スイッチング素子に対応して行方向にマ
トリクス状に配線された走査線と、列方向にマトリクス
状に配線された信号線を備えている。

【００７４】画素スイッチング素子は、対応する走査線
への印加電圧に応じてメモリ回路と対応する信号線との
間の電気的接続を開閉する。

【００７５】画素スイッチング素子がメモリ回路と信号
線とを電気的に接続している期間中はメモリ回路の出力
電圧は、信号線の電圧に応じたある電圧にまで充電さ
れ、電気的に非接続の期間中はメモリ回路の出力電圧は
保持される。

【００７６】液晶書き込みスイッチング素子は、メモリ
回路の出力と双安定素子との間の電気的接続を全画素一
括で開閉する。

【００７７】双安定素子は、その安定状態に応じて電気
的に接続されている。光反射型画素電極の電圧を異なっ
た値に設定する。

【００７８】液晶書き込みスイッチング素子が双安定素
子とメモリ回路の出力とを電気的に接続している期間中
は双安定素子をメモリ回路の出力電圧に応じて２つの安
定状態のうちのいずれか１の状態に遷移させる。

【００７９】また、他の発明では、先の独立の発明にお
ける受動型光変調素子は、表示面の各画素に対応してマ
トリクス状に配列され、各画素を対象に光学的状態を映
像信号に従って個別に変調するため、制御信号等に応じ
て動く型（タイプ）の微小な鏡面を備えた素子である。
そして勿論、この鏡面を動かす回路等をも有し、制御信
号に応じて該回路等が微小な鏡面の入射光に対する角度
等を変更し、ひいては、反射光の向きが、そして観察者
の方へ向かう光が各画素毎に変調される。

【００８０】また、１の独立の発明では、画像の１表示
周期内で表示面を対象として全光束の光学的状態を一括
変調する一括光変調手段と、一括光変調手段からの光束
を受けて、更に画像の内容を基に各光束の光学的状態を
各画素毎に個別に変調する二次元光変調手段とを備えて
いる。そして、一括光変調手段は一定光源か変調する光
源かとは、そして画像の内容とも他の目的の表示等の場
合は別として原則として無関係に、ともかく光源から放
射され二次元光変調手段の方へ向かう光の光学的状態
を、例えば光量や各成分光に分離しての成分光毎の光量
等を画像の１表示周期内で制御する。二次元光変調手段
は、受動型の光変調素子であり、各画素毎に等、画像の
内容を基にこの制御された光を更に、１００％透過させ
る、吸収する等の制御をする。

【００８１】また、他の発明では、先の発明における一
括光変調手段は、単に光源を有するだけでなく、その下
流側（光束の観察者側）に在る、そしてある軸の周りを
１表示周期、あるいはその整数倍の周期で回転する原則
として薄い回転体であり、更にこの回転体は回転方向に
並んだ窓や鍵やフィルター等を有しており、これにより
光を透過させたり反射したりして下流側へ向かう光の輝
度や色彩に関する光学的性質を変化させる。その結果、
光源から放射された光はその回転に伴って画像の１表示
周期内でその光学的状態が変調される回転体利用型の一
括光変調手段である。

【００８２】また、他の発明では、先の発明の回転体利
用型の一括光変調手段は回転軸を中心として３種の部
分、特に原則として扇状の形状の部分、窓群に分けられ
ている。そして、該扇状部分は、それぞれ光源から放射
された光のうち赤色成分、緑色成分及び青色成分を（主
として）透過させる窓群である。更に、これら３つの扇
状の窓群は、いずれも回転方向に小さな扇状部分、小窓
を幾つか有し、これら各小窓は例えば回転方向に沿って
順に面積や幅が狭い等のため、各成分光毎に透過率が回
転に伴って所定の法則で小さくなっている。

【００８３】また、他の発明では、先の発明の一括光変
調手段は、光シャッタを有している。このため、光シャ
ッタの開閉で光を変調させていることが可能である。

【００８４】また、他の発明では、先の発明の光シャッ
タは、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いたもの
である。

【００８５】また、１の独立の発明では、映像の１表示
周期内で輝度や色彩やこれらに関係する光束の光学的状
態を表示面を対象に所定の手順、プログラム、法則にの
っとって一括変調する一括光変調手段と、同じく光束の
光学的状態を画像の内容を反映しつつ各画素毎に個別に
変調する二次元光変調手段とを備えた表示装置であっ
て、二次元光変調手段は映像信号に応じて等ともかく所
定の信号で所定の発光をなす自発光型表示素子を有して
おり、一括光変調手段は自発光型表示素子から放射され
た光の光学的状態を、透過率や反射率を変調する等し
て、受動的に画像の１表示周期内で制御する。

【００８６】また、他の発明では、先の発明の表示装置
の自発光型表示素子は、エレクトロルミネッセンス素
子、プラズマディスプレイパネル、電界放出型ディスプ
レイ、ブラウン管のいずれかである。なお勿論、これら
に伴う制御部、必要に応じてのレンズ等の光学系をも有
している。

【００８７】また、他の発明では、先の２つの発明の一
括光変調手段は、ある軸の周りを回転する回転体であ
り、回転体は回転方向に特定の波長、色彩の光を通過さ
せるフィルターが付いた窓が大面積のものより小面積の
ものに順に並列されている等の透過光についでの光学的
性質に対して所定の分布を有している。このため、光源
から放射された光は回転体の回転に伴って画像の１表示
周期内でその光学的状態が画像の階調表示に便利なよう
に変調される。

【００８８】また、他の発明では、先の発明の一括光変
調手段は、光シャッタである。これにより、所定の窓か
らの透過光のみ下流側へ通過させる等する。

【００８９】また、１の独立の発明では、画像の複数の
単位区間からなる１表示周期内で輝度や色彩やこれらに
関係する光束の光学的状態を表示面を対象にして一括変
調する一括光変調手段と、同じく光束の光学的状態を各
画素を対象として個別に変調する二次元光変調手段とを
備えた表示装置である。そして、一括光変調手段は、光
源の状態あるいは光源から放射された光の状態を画像の
１表示周期内で、１表示周期か単位区間かを問わずとも
かく制御する。二次元光変調手段は、２つの基板の間に
ネマチック相を示す液晶層を有し、この液晶層の応答に
よって、各単位区間において該単位区間に属する２個以
上の有限個の単位光変調率波形、例えば開と閉のうちか
ら１つを選択する（なお、勿論この液晶層の応答はいず
れも単位区間のうち最も短いものの時間以下である）。

【００９０】また、１の独立の発明では、映像の１表示
周期内で全光束の光学的状態を表示面を対象に一括して
変調する一括光変調手段と、各光束の光学的状態を各画
素を対象にして個別に変調する二次元光変調手段とを備
えている。そして、一括光変調手段は、他の発明と同じ
く表示面を対象に１表示周期内で光源を制御する等して
光変調率を所定の手順で時間的に変化させる。

【００９１】ところで、画像の１表示周期は２個以上の
単位区間からなり、二次元光変調手段は、１表示周期内
での光変調率の波形として、各々の単位区間においてそ
れに属する２個の単位光変調率波形の集合のうちから１
つを選ぶことによって行なう。更に、映像の１表示周期
内の単位区間の数をＮ（Ｎは２以上の整数）とし、各々
の単位区間をＩ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−１を満たす整
数）で表し、各単位区間Ｉ_k において、それぞれの単位
光変調率波形に対する光出力エネルギーのうち小さいも
のをＥ_k （０）、大きいものを、Ｅ_k （１）とすると
き、ｋ＝０，１…，Ｎ−２に対してＥ_k+1 （１）／Ｅ_k
（１）＝１／２の関係を満足する。

【００９２】Ｎ個の単位区間の時間幅は全て等しく、各
単位区間に属する単位光変調率波形の集合はいずれの単
位区間においても同じである。

【００９３】さて、二次元光変調手段は、２つの基板の
間にネマチック相を示す液晶層を形成し、該液晶層はノ
ーマリオフ型の電圧−透過率（または反射率）応答を示
す素子である。そして、また単位光変調率波形のうち光
出力エネルギーの小さい方に対応するときの印加電圧の
絶対値は液晶層のスイッチング閾値電圧以下である。こ
の下で、電圧の印加の有無等で各画素毎に映像、画像信
号に従って透過光や反射光を制御し、画面に階調を与え
る。

【００９４】また、他の発明では、先の発明において、
光出力エネルギーの大きい方に対応する単位光変調率波
形を実現するときの液晶層への印加電圧の絶対値は最小
変調電圧以上である。

【００９５】また、１の独立の発明では、２つの基板の
間にネマチック相を示す液晶層を形成した表示装置であ
る等は先の２つの発明と同じであるが、液晶層はノーマ
リオン型の電圧−透過率（または反射率）応答を示す点
が先の２つの発明と異なる。

【００９６】また、１の発明では、先の発明において、
光出力エネルギーの小さい方に対応する単位光変調率波
形を実現するときの液晶層への印加電圧の絶対値は最小
変調電圧以上としている。

【００９７】また、他の発明では、先の４つの発明の表
示装置において、液晶層に印加する電圧は、１表示周期
毎、あるいはｑを自然数としてｑ表示周期毎やｑ単位区
間毎に反転するようにしている。

【００９８】また、他の発明では、先の発明の表示装置
において、液晶層に印加する電圧の反転は、２つの基板
あるいはこれに密着する等して設けられた電極の電位が
共に例えば１表示周期毎、あるいはｑを自然数としてｑ
単位区間毎等に反転する。

【００９９】また、１の独立の発明では、画像の１表示
周期内で光源の発光の状態を制御して表示面を対象に光
束の光学的状態を一括変調する一括光変調手段と、一括
光変調手段からの光の透過率、反射率等の割合を制御し
て、あるいは利用して光束の光学的状態を各画素を対象
に個別に変調する二次元光変調手段とを備えているだけ
でなく、更に観察者が画像を見る際これを光学的に拡大
する拡大手段を備えている。

【０１００】また、他の発明においては、先の発明にお
ける拡大手段は凸レンズ（含む、補助的な他種類のレン
ズをも有している場合）であり、例えば、携帯機器内部
の小さな表示面に表示された画像を、使用者は該機器の
ケースに付された凸レンズを通して拡大して見たりする
こととなる。

【０１０１】また、他の発明においては、２つ先の発明
における拡大手段は、投射ディスプレイにおけるレンズ
と光源系等であり、透明な液晶膜に表示された画像が原
則として白いスクリーンに丁度映画のフィルムの画の如
く拡大されて表示される。

【０１０２】また、１の独立の発明では、画像の１表示
周期内で表示面を対象に光束の光学的状態を一括変調可
能な一括光変調手段と、光束の光学的状態を各画素を対
象に個別に変調可能な二次元光変調手段と、画像の階調
表示のため映像信号、特に階調度に対応して一括光変調
手段と二次元光変調手段の両方を制御する制御手段を有
している。そしてこれにより、必ずしも表示素子のγ特
性の線形性が保持されなくしても、良好な階調を得てい
る。

【０１０３】また、他の発明では、先の発明における一
括光変調手段と、二次元光変調手段とは液晶を使用した
表示素子を有している。そして、一括光変調手段と二次
元光変調手段としての液晶双は平行あるいは一体として
構成され、その両方の液晶層を制御してバックライト灯
を制御する等により階調表示している。

【０１０４】また１の独立の発明では、先の２つの物の
発明を方法の発明として表現している。

【０１０５】１の独立の発明では、画像表示装置は、そ
の画素は例えば（２×２＝）４個等複数の部分画素を有
している。そして部分画素対応印加電圧波形決定手段
が、画像信号の輝度や色彩等に応じて１表示周期を構成
する複数の電圧変調期間毎にどの部分画素に電圧を印加
するか、すなわち表示に寄与させるかを決定する。更
に、部分画素対応印加手段が、その決定に基づいて電圧
を印加するが、この際印加する電圧は、あらかじめ定め
られた中から１を選定するものとする。

【０１０６】従って、部分画素によっては、各電圧変調
期間で開閉のみなす場合もあるし、また他の部分画素は
開、５０％閉の中から１を選択する場合もある。そして
これにより、高階調度の表示がなされることとなる。そ
の結果、低い階調レベル（例えば１６以下）の表示には
面積比率による階調表示を行うことで全領域でのγ特性
の直線性が確保できる。なお本発明の場合には、作り込
む画素数は増加してしまうが、最近の半導体の進歩の
基、高速信号処理が可能となっているため、製造や応答
性の問題はないのは勿論である。

【０１０７】また、１の発明においては、先の発明にお
ける単位電圧波形では、製造、制御等の面から電圧変調
期間（単位区間）内において一定電圧の矩形パルスであ
る。

【０１０８】また、他の発明においては、先の２つの発
明の各々の電圧変調期間について画素の単位電圧波形は
４個あり、第１及び第３の単位電圧波形の電圧は逆極性
であり、第２及び第４の単位電圧波形の電圧は逆極性で
あり、第１の単位電圧波形の電圧の絶対値は第２の単位
電圧波形の電圧の絶対値よりも大きく、第３の単位電圧
波形の電圧の絶対値は第４の単位電圧波形の電圧の絶対
値よりも大きい。そして、奇数番目の表示周期は（勿論
どの画像を基準にするかで、偶数番目となりうる）各々
の前記電圧変調期間について前記第１および第２の単位
電圧波形のうちのいずれかを映像入力信号に応じて選ぶ
ことによって構成され、偶数番目の表示周期は各々の電
圧変調期間について前記第３および第４の単位電圧波形
のうちのいずれかを映像入力信号に応じて選ぶことによ
って構成されている（念のため記載するならば、フリッ
カ発生やチャージアップ防止等のため、表示周期毎に交
互に入れ代わるということであり、奇数番目、偶数番目
の「奇、偶」に特に大きな意味はない。更に、ＣＭや番
組の切換えその他何か別の目的等で、何秒か毎に「奇、
偶」が入れ代わっても良い。）。

【０１０９】また、他の発明では、先の発明において第
１の単位電圧波形を印加したときの液晶層の光学的状態
と第３の単位電圧波形を印加したときの液晶層の光学的
状態は同じであり、第２の単位電圧波形を印加したとき
の液晶層の光学的状態と第４の単位電圧波形を印加した
ときの前記液晶層の光学的状態は同じである。このた
め、制御、製造等も容易となる。

【０１１０】また、他の発明では、先の発明において、
１表示周期内の電圧変調期間はＭ個あり（Ｍは２以上の
整数）、Ｍ個の電圧変調期間の幅は公比１／２の等比数
列をなしている。これにより、製造、制御も容易かつＣ
ＰＵの２値論理にも適合し易くなる。

【０１１１】また、他の発明では、先の発明において、
映像入力信号は２^M 通りあり、２^M個の映像入力信号を
輝度の小さいものから順にＳ₀ ，Ｓ₁ ，…，Ｓ₂ ^M _-1と
し、Ｍ個の電圧変調期間を幅の小さいものから順に
Ｐ₀ ，Ｐ₁ ，…，Ｐ_M-1 とし、ｊ＝０，１，…，２^M −
１について、１表示周期内の電圧波形の電圧変調期間Ｐ
_k（ｋ＝０，１，…，Ｍ−１）における単位電圧波形
を、ｊを２進数表示したときの第２^k 位が１のときには
第１の単位電圧波形または第３の単位電圧波形とし、０
のときには第２の単位電圧波形または第４の単位電圧波
形として構成した前記電圧波形をＶ_j とするとき、表示
制御手段は、映像入力信号Ｓ_i （ｉ＝０，１，…，２^M
−１）に対して、電圧波形Ｖ_j を発生させるものであ
る。

【０１１２】また、１の発明においては、先の発明にお
ける、入力される映像信号の輝度の階調は２^M 通り（段
階）あり、２^M 個の映像入力信号を輝度の小さいものか
ら順にＳ₀ ，Ｓ₁ ，…，Ｓ₂ ^M _-1とし、Ｍ個の電圧変調
期間を幅の小さいものから順にＰ₀ ，Ｐ₁ ，…，Ｐ_M-1
とし、ｊ＝０，１，…，２^M −１に関して、１表示周期
内の電圧波形の電圧変調期間Ｐ_k （ｋ＝０，１，…，Ｍ
−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数表示したと
きの第２^k 位が１のときには第１の単位電圧波形または
第３の単位電圧波形とし、０のときには第２の単位電圧
波形または第４の単位電圧波形として構成した電圧波形
をＶ_j とし、電圧波形Ｖ_j に対応する液晶層の透過ある
いは反射光強度の１表示周期にわたる積分値をＩ_j とす
るとき、表示制御手段は、映像入力信号Ｓ_i （ｉ＝０、
１、・・・、２^M −１）に対していずれかの整数ｊを対
応させてｊ（ｉ）として電圧波形Ｖ_j(i)を発生させるも
のであり、かつＩ_j(i)がｉに対して増加関数になってい
る。

【０１１３】また、１の発明においては、４つ先の発明
において、第ｎ（ｎ＝１，２，３，４）の単位電圧波形
の電圧は１表示周期内のすべての電圧変調期間において
一定である。

【０１１４】また、１の発明においては、５つ先の発明
において、表示制御手段は表示制御（アレイ）基板と透
明電極基板を備え、液晶層は通常の液晶表示装置と同じ
く表示制御基板と透明電極基板によって両側から挟まれ
ていて、透明電極基板は全面が等電位である。そしてＶ
_S 及びＶ_B を、Ｖ_S ＞｜Ｖ_B ｜≧０を満たす電圧値とし
て、透明電極基板の電位は、第１及び第２の単位電圧波
形のときには−Ｖ_B であり、第３及び第４の単位電圧波
形のときにはＶ_S であり、表示制御基板の電位は、第１
及び第４の単位電圧波形のときにはＶ_S −Ｖ_B であり、
第２及び第３の単位電圧波形のときには０である。

【０１１５】また、１の発明においては、先の発明の光
変調層は液晶層（含む、その他の液晶に付随する構成機
器等）としている。

【０１１６】また、１の発明においては、先の発明の液
晶層はネマチック相を示す液晶を採用している。

【０１１７】また、１の発明においては、先の発明の液
晶は、分子長軸方向の誘電率が前記分子長軸方向に対し
て垂直な方向の誘電率よりも小さい液晶である。

【０１１８】また、１の独立の発明においては、１表示
周期は複数の単位区間たる電圧変調期間に分割され、単
位区間毎に所定の電圧が印加される。更に、各電圧変調
期間は当該区間に印加しうる複数の電圧の波形は定まっ
ており、その中から１の波形は選択される。

【０１１９】また、１の独立の発明においては、光変調
層を有する画素と、入力信号に応じて各画素の光変調層
の輝度や色彩に関係する光学的状態を制御する表示制御
手段とを備えた表示装置において、光変調層は、各画素
毎に２つの光学的状態のいずれかをとる２変種型の光変
調層であり、表示制御手段は、各画素毎に、各表示周期
内で入力信号に応じたある時間だけ対応する光変調層を
一方の光学的状態にし、残りの時間は他方の光学的状態
にする２値型表示制御手段である。

【０１２０】また、１の発明においては、先の発明にお
ける光変調層は、液晶層である。

【０１２１】また、１の発明においては、先の２つの発
明における光変調層は、１の光学的状態における出力光
強度を零とする０出力可能型光変調層である。

【０１２２】また、１の発明においては、先の発明にお
いて、１表示周期内で画素の階調表示のため光変調層へ
入力する信号に先からあるいは後から等で０、１、２、
…と番号付けを行い、番号ｊの入力信号に対して１表示
周期内で光変調層が０でない他の光学的状態をとる時間
をＴ（ｊ）と表すとき、Ｔ（ｊ）はｊに比例する。

【０１２３】また、１の発明においては、先の発明の２
変種型の光変調層は、画素への表示制御手段からの印加
電圧に応じて第１の光学的状態と第２の光学的状態のい
ずれかをとり、表示制御手段は各画素に対応して置数
器、計数器及び比較器を備えていて、置数器には映像入
力信号に応じた数値が置数され、計数器はクロック信号
が入力される毎にその呈示数値が増加または減少してい
き、比較器は置数器の置数値と計数器の呈示数値を比較
してその大小関係に応じて光変調層の光学的状態を第１
の光学的状態と第２の光学的状態のいずれかにするよう
な電圧を印加する。

【０１２４】また、１の発明においては、２つ先の発明
の２変種型の光変調層は各画素での表示制御手段からの
印加電圧に応じて第１の光学的状態と第２の光学的状態
のいずれかをとり、表示制御手段は計数器を各画素共通
に備えており、更に各々の画素に対応して置数器及び比
較器を備えており、置数器には映像入力信号に応じた数
値が置数され、計数器にはクロック信号が入力される毎
にその呈示数値が増加または減少していき、比較器は置
数器の置数値と計数器の呈示数値を比較してその大小関
係に応じて光変調層の光学的状態を第１の光学的状態と
第２の光学的状態のいずれかにする。

【０１２５】また、１の発明においては、先の２つの発
明における表示制御手段は、光変調層を挟み込む２つの
電極を備えており、光変調層への印加電圧は２つの電極
の両方の電位を変化させることにより制御する。

【０１２６】また、１の独立の発明においては、光変調
層と、映像入力信号に応じて光変調層の面内の各々の画
素の光学的状態を制御する表示制御手段とを備えた映像
表示装置の駆動方法において、光変調層は、第１の光学
的状態と第２の光学的状態のいずれかをとる２変種型の
光変調層であり、表示制御手段は、各画素において、１
表示周期内で映像入力信号に応じたある時間だけ光変調
層を第１の光学的状態にし、他の時間は第２の光学的状
態にする。

【０１２７】また、１の独立の発明においては、置数
器、計数器、比較器及びこれらを相互接続する配線を１
単位とする表示制御単位回路をＳｉ基板上に集積して複
数作製する複数製作ステップと、それぞれの表示制御単
位回路毎に分離する分離ステップと、画像表示装置の各
々の画素（あるいは部分画素）毎に所定位置に配置する
配置ステップとを有している。なお、以上の他、必要な
配線や電極を形成するステップ等をも有しているのは勿
論である。

【０１２８】また、１の独立の発明においては、前の発
明と同様に置数器、比較器及びこれらを相互接続する配
線を１単位とする表示制御単位回路をＳｉ基板上に集積
して複数作製する分離ステップと、それぞれの表示制御
単位回路毎に分離する分離ステップと、画像表示装置の
各々の画素毎に配置する配置ステップとを有している。

【０１２９】また、１の発明においては、２つ先の発明
における表示制御単位回路が、複数の画素を単位として
形成される。例えば、４つの画素や部分画素を１纏めに
してなされる。

【０１３０】また、１の発明においては、２つ先の発明
における表示制御単位回路が、複数の画素を単位として
形成される。例えば、４つの画素や部分画素を１纏めに
してなされる。

【０１３１】また、１の独立の発明においては、１ミリ
秒あるいは１００マイクロ秒等の短時間、通常のテレビ
ジョン放送での輝度を１から１００まで変化するとした
とき１〜５等の低起動信号領域や９８〜１００等の高起
動信号領域等の一定の条件ではγ特性の線形性が必ずし
も保持されえない表示素子を使用してディジタル映像の
階調表示を行なう表示装置において各画素の１表示周期
内で光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状態を
画像の内容とは別に表示面全体を対象に当該表示周期の
経過時間に応じたあらかじめのプログラムや物理の法則
等の規則にのっとって、各色毎（赤、青、緑毎）か白色
光毎だかを問わずともかく光を一括光変調する一括変調
手段と、一括変調された光束を対象にして、画像（信
号）の内容を基に各画素毎に光束の最終的には表示面で
の表示に関係する光学的状態を、一定の条件ではγ特性
の線形性が必ずしも保持されない表示素子を当該一定の
条件の範囲外で機能発揮させ、しかもこの際一括変調手
段の経過時間に応じた所定の規則にのっとっての変調を
利用して変調する二次元光変調手段とを有している。

【０１３２】このため、例えばカラー表示の場合、一括
変調手段が白色光を一括変調するならば、二次元光変調
手段は各色毎のカラーフィルターを有したりしている。
また、一括変調手段がタイムシェアリングで３原色毎に
所定の手順で一括変調を行なうならば、二次元光変調手
段は、各原色毎にこれまたタイムシェアリングで各画素
を対象に個別の変調を行なう。

【０１３３】また１の発明においては、二次元光変調手
段は、１表示周期は例えば８個等の単位区間からなり、
二次元光変調手段は個別の変調のため各単位区間毎にあ
らかじめ定まった複数の光の変調率のうちから１つを選
択する単位区間内単位光変調率波形選択小手段を有して
いる。このため、あるいはこの前提として、一括光変調
手段は、単位区間内で、順に２⁷ 、２⁶ 、…２⁰ の輝度
で輝いたりする。

【０１３４】また、１の発明においては、画素は例えば
２×２、あるいは３×３等複数の部分画素からなり、更
に二次元光変調手段は、これら各部分画素を他の部分画
素とは独立に作動するよう制御して高い階調表示を行な
わせる部分画素独立駆動小手段を有している。このた
め、階調度が小さい表示のときには、一部の画素のみ輝
となり、高いときには、全ての画素が輝となったりす
る。

【０１３５】また、１の発明においては、３つ先の発明
に２つ先の発明を組み合わせた構成となっている。

【０１３６】また、１の発明においては、先の４つの発
明において、二次元光変調手段は、一括光変調手段から
の光を各画素の各表示周期や更にはその単位区間毎に開
（１００％透過）、閉（０％透過）する光シャッター等
の光透過制御素子を有している。従って、例えば更に５
０％透過とする半スイッチを有していたり、組み込んで
いたりしていてもよいのは勿論である。

【０１３７】また、１の発明においては、先の４つの発
明において、二次元光変調手段は、一括光変調手段から
の光を受けて反射するが、この際各表示周期毎にはその
単位区間毎にその光の反射する角度を制御可能な反射角
制御可能型反射素子を有している。尚、反射機構は金属
メッキ等いわゆる鏡に限定されないのは勿論である。

【０１３８】また、１の発明においては、先の４つの発
明において、二次元光変調手段は液晶を使用してその機
能を発揮する。

【０１３９】また、２つの発明においては、先の５の発
明において、二次元光変調手段は、液晶の特性のシフト
が生じ難い領域を使用し、更に２枚の基板の＋−も所定
の規則で交代させる。

【０１４０】また、１の発明においては、先の２つの発
明の表示特性改善に工夫を凝らしている。

【０１４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態等
に基づいて説明する。

【０１４２】（第１の実施の形態）本発明は、比較的新
しい技術に関するため、実施の形態としての表示装置全
体の具体的な説明に先立って、先ずその根本となる階調
表示の原理について説明する。

【０１４３】（第１−１実施例）（ここに、「１−１」
とは「第１の実施の形態の第１の実施例という意味であ
る。従って「２−２」ならば、第２の実施の形態の第２
の実施例という意味である。） 本実施例は、［２値論理の場合］（あるいは、２進数に
応じてのディジタル階調表示の場合）である。

【０１４４】今、図９の（１）に示すように、一括光変
調手段４００からの光４５０を、二次元光変調手段５０
０を通して出力５５０させる光学系を考える。ここで一
括光変調手段とは、実質上表示面全体への全光束の強度
を時刻ｔの関数として一括して変調して出力することの
できる光出射物体である。具体的には、例えばレーザー
や発光ダイオードのように電気的な制御によってその輝
度を変化させるもの、輝度一定の光源の前に可変透過率
をもつ物体を置いて透過する光の強度を制御するもの等
がある。

【０１４５】また、二次元光変調手段とは、一括光変調
手段から射出された光束（これを一括変調光束４５０と
呼ぶことにする）を２次的そして２次元的に各部分毎
に、あるいは表示平面に配列された各画素毎にやはり時
間ｔの関数として変調して出力することのできる物であ
り、最も簡単な例としては液晶パネル等がある。そして
この二次元光変調手段を通過した光（これを個別変調出
力光束５５０と呼ぶ）が最終的に画像あるいは多数の少
しづつ相違する画像が連続して表示されるため動作や動
きの認識される映像の個々の画素の光として観測され
る。従って、実際の表示装置での二次元光変調手段５０
０（若しくはこれを構成する各素子）は、表示素子（と
言うよりも表示装置の大きな構成部分）としては図９の
（２）に示す様に画素に対応して上下左右方向に（例え
ばモザイクの場合）幾行、幾列にも所定の色彩の画素が
配置されている。また、Ｇ．Ｈ．セル型表示装置や高精
密表示型装置等の如くケースによっては、光の進行方向
に沿って複数の平面層をなして（多段）配列されている
ことも有る。

【０１４６】さて、一般に動画あるいは映像は、いくつ
ものそして少しづつ異なる静止画を時間的に連続して表
示することによって得られるが、そのときの１つの静止
画を表示する時間単位を１表示周期（１フレーム、ある
いは１フィールドとも呼ぶ）という。この１表示周期内
において、一括光変調手段の出力光強度と、二次元光変
調手段のある部分、例えば特定の画素に着目したときの
光強度変調率とがいずれも時間の関数として変化すると
して、それぞれＰ（ｔ）及びμ（ｔ）で表す。すると、
個別変調出力光束のある部分の強度はＣＰ（ｔ）μ
（ｔ）（Ｃはある定数）で表されることになる。

【０１４７】いま、１表示周期を例えばＮ個（Ｎは２以
上の整数）の等幅の単位区間に分ける。この単位区間の
幅は、１表示周期の時間幅をＴとすると、Ｔ／Ｎで与え
られる。そして、ｋ番目の単位区間Ｉ_k （ここにｋは、
０≦ｋ≦Ｎ−１を満たす整数とする。また、Ｉ_k は必ず
しも時間的にｋに関して昇順あるいは降順に並んでいる
必要はない）においては一括光変調手段４００の出力光
強度はＰ₀ ２^k （Ｐ₀はある定数）で表されるとし、二
次元光変調手段５００の光強度変調率は０（ＯＦＦ状態
に相当）またはある有限値μ₀ （ＯＮ状態に相当）いず
れかの値になるとする。すなわち、数式で表すと（数
４）のようになる。

【０１４８】

【数４】 ここで、ｂ_k は二次元光変調手段の状態を表す値であ
り、光強度変調率が０のときはｂ_k ＝０、有限値μ₀ の
ときはｂ_k ＝１で表すものとする。そうすると、１表示
周期での光強度変調率（あるいは、輝度の階調）のパタ
ーンは２^N 通りあり、それぞれ、［ｂ_N-1 ｂ_N-2 ｂ_N-3
…ｂ₁ ｂ₀ ］という２進数表示の数に対応させることが
できる。そして、１表示周期での全出力光エネルギーＥ
はＣＰ（ｔ）μ（ｔ）の時間積分として（数５）のよう
に計算され、従来の技術の場合の（数３）と同じく、ま
さにこの２進数［ｂ_N-1 ｂ_N-2 ｂ_N-3 …ｂ₁ ｂ₀ ］に比
例したものとなる。

【０１４９】

【数５】 以上により、２^N 階調が実現されることが判る。

【０１５０】そしてこの場合、各表示周期で一括光変調
手段の出力光強度の変調率Ｐ（ｔ）は各単位区間では同
じにしておいて、二次元光変調手段の光強度変調率の信
号［ｂ_N-1 ｂ_N-2 ｂ_N-3 …ｂ₁ ｂ₀ ］のみを画像の階調
に応じて変化させれば、表示周期毎に階調をもった動画
を得ることができる。

【０１５１】例として、図１０にＮ＝８の場合のＰ
（ｔ）、μ（ｔ）及びＰ（ｔ）μ（ｔ）の時間変化の様
子を示す。本図の上段は、一括光変調手段の各単位区間
での出力光強度を示し、中段は二次元光変調手段の光の
透過のｂ_k ＝１又は０、すなわちＯＮ、ＯＦＦ（開閉）
を示す。そして、最下段のＰ（ｔ）μ（ｔ）のハッチ部
の合計面積が、μ（ｔ）のパターンに対応した出力光エ
ネルギー、１０進数値表示で１６４（の階調）として表
されることを示している。なお、本図の縦軸はいずれも
任意単位である。

【０１５２】この出力光エネルギーと２進数［ｂ₇ ｂ₆
ｂ₅ ｂ₄ ｂ₃ ｂ₂ ｂ₁ ｂ₀ ］の関係は、従来の技術の場
合と同様に、図７のグラフのように正確な線形で表され
る。

【０１５３】さて、従来の場合には、単位区間の最小幅
はＴ／２^N （の程度）であったが、本発明の場合はＴ／
Ｎであり、従来に比較してかなり大きい値とすることが
できる。例えばＮ＝８の２５６階調レベルでは、従来の
技術では、フレーム周波数６０ＨｚではＴ＝１６．７ｍ
ｓｅｃとなり、このため、各単位区間の最小幅はＴ／２
５６≒６５μｓｅｃであるが、本実施例の様にするとＴ
／８≒２ｍｓｅｃである。従って、二次元光変調手段と
して例えば液晶を用いる場合、たとえ応答速度が数ｍｓ
ｅｃ程度（勿論、望ましくは数１０μｓｅｃ〜２ｍｓｅ
ｃ程度）のものであっても十分に階調表示を行うことが
できる。

【０１５４】（第１−２の実施例）本実施例は、先の第
１−１の実施例の［２値論理の場合］をやや一般化した
場合である。

【０１５５】先の［２値論理の場合］（第１実施例）の
場合と同様の光学系であるが、光源としての一括光変調
手段４００の出力光強度は、図１１の上段に示すように
各単位区間内では一定であるが、角単位区間そのものの
光度は２に逆比例して変化する。

【０１５６】いま、単位区間Ｉ_k （なお、一般化した場
合には、この単位区間は必ずしも等間隔（幅）でなくて
もよい）における一括光変調手段の出力光強度をＰ
_k （ｔ）とする。また、この単位区間において二次元光
変調手段の光強度変調率μ（ｔ）の時間変化パターン
（これを単位光変調率波形と呼ぶことにする）はＭ_k 通
りあるとし（Ｍ_k は２以上の整数。ただし、図１１では
２。）、それぞれμ_k ，ｍ_k（ｔ）（ｍ_k は０≦ｍ_k ≦
Ｍ_k −１を満たす整数である。）で表されるものとす
る。そして、１表示周期でのμ（ｔ）の波形は、各単位
区間においてＭ_k 通りの単位光変調率波形のうちから１
つを選ぶものとする。すなわち、１表示周期全体でみた
ときのμ（ｔ）の波形は、全部で（数６）で表されるＬ
通りだけあることになり、このときのμ（ｔ）の波形は
［ｍ_N-1 ｍ_N-2 ｍ_N-3 …ｍ₁ ｍ₀ ］というＮ個の整数の
組によって表される。

【０１５７】

【数６】 ここで、単位区間Ｉ_k での、波形μ_k ，ｍ_k （ｔ）に対
応する光出力エネルギーをＥ_k （ｍ_k ）で表すことにす
ると、これは（数７）のようになり、１表示周期での全
光出力エネルギーＥ［ｍ_N-1 ｍ_N-2 ｍ_N-3 …ｍ₁ ｍ₀ ］
は、（数８）で表される。なお、ここに（数７）に示す
Ｃは上述のごとくある定数である。

【０１５８】

【数７】

【０１５９】

【数８】 これは、二次元光変調手段に与える信号［ｍ_N-1 ｍ_N-2
ｍ_N-3 …ｍ₁ ｍ₀ ］に応じて、（数８）で決まる出力エ
ネルギーが得られることを示している。

【０１６０】さて、いま、特にＥ_k （ｍ_k ）は単位区間
Ｉ_k においてｍ_k に関して昇順に番号付けがなされてい
るものとし（こうしても一般性は失われない）、（数
１）及び（数９）で表される関係を有する場合を考え
る。

【０１６１】

【数１】

【０１６２】

【数９】 ここで、ε_k はｋによって決まるある定数である。（数
９）は、単位区間Ｉ_k内で各レベルが整数ｍ_k に比例し
て線形に配列されていることを示し、（数１）はｋが１
つ上がる毎にそのエネルギーがＭ_k 倍ずつ大きくなって
いくことを示している。実際、（数９）を（数１）に代
入すると（数１０）の関係式が得られ、このことが理解
できる。

【０１６３】

【数１０】 （数１０）より、ε_k は漸化的に（数１１）で与えられ
る（ｋ＝１，２，…，Ｎ−１）。

【０１６４】

【数１１】 そして、（数８）のＥは（数１２）で与えられる。

【０１６５】

【数１２】 ここで、以上の（数１１）と（数１２）は、（数６）で
与えられるレベル数の階調が得られることを示している
のであるが、これを、簡単な場合を例にとって説明す
る。

【０１６６】いま、例えばＮ＝３とし、単位区間Ｉ₀ 、
Ｉ₁ 及びＩ₂ を考え、それぞれの単位区間に属する単位
変調率波形の個数を、Ｍ₀ ＝２，Ｍ₁ ＝４及びＭ₂ ＝３
とする。このとき、各単位区間での信号波形は、Ｉ₀ に
おいてｍ₀ ＝０，１（μ_0,0（ｔ）及びμ
_0,1 （ｔ））、Ｉ₁ においてｍ₁ ＝０，１，２，３（μ
_1,0 （ｔ）、μ_1,1 （ｔ）、μ_1,2 （ｔ）及びμ
_1,3 （ｔ））、Ｉ₂ においてｍ₂ ＝０，１，２（μ_2,0
（ｔ）、μ_2,1 （ｔ）及びμ_2,2 （ｔ））で与えられ
る。そして、μ（ｔ）の波形の数、すなわち外部から与
える信号の数は（数６）により、Ｌ＝２×４×３＝２４
である。また、（数１１）により、ε₁ ＝２ε₀ 、ε₂
＝８ε ₀ であるので、（数１２）は、（数１３）のよう
に表すことができる。

【０１６７】

【数１３】 いま、２４通りの［ｍ₂ ｍ₁ ｍ₀ ］のすべての組に対し
て（数１３）の値を計算したものを（表１）に示す。

【０１６８】

【表１】 これによると、Ｅ／ε₀ は、０から２３までの全ての整
数の値をとることになり、［ｍ₂ ｍ₁ ｍ₀ ］の与え方に
よって等間隔の２４階調が得られることがわかる。

【０１６９】以上の例の場合に限らず、ＮやＭ_k のとり
方がどのような場合であっても、等間隔の階調が得られ
ることが示される。

【０１７０】ところで、すべてのｋについて単位区間Ｉ
_k の時間幅が等しく、Ｍ_k の値も等しく（これをＭとす
る）、この単位区間に属する単位光変調率波形の集合が
全く同じである場合は、（数１１）及び（数１２）はＭ
進法での数表示に他ならない。実際、二次元光変調手段
の駆動としては、全く同じ処理（すなわち、ある決まっ
た単位光変調率波形の集合のうちから一つの単位光変調
率波形を選んで与えるという処理）を繰り返すというパ
ターンにすれば回路も簡単になり、現実的になる。ま
た、そのうち特にＭ＝２である場合は２進法に相当し、
２値論理を基本とするデジタル信号処理に最も適したも
のとなる。先の［２値論理の場合］はちょうどこの場合
に相当する。

【０１７１】（第１−３の実施例）本実施例は、一括光
変調手段の光出力波形の例である。

【０１７２】先の実施例の、（数７）のＥ_k （ｍ_k ）の
式に現れるＰ_k （ｔ）とμ_k ，ｍ_k（ｔ）は（数１）及
び（数９）を充たすものになっていなければならない
が、Ｍ＝２の場合について、例えば（数１４）のように
おけばよい（各Ｉ_k は等幅とする。これは［２値論理の
場合］での（数４）に他ならない）。

【０１７３】

【数１４】 （第１−４の実施例）本実施例も一括光変調手段の光出
力波形の例である。

【０１７４】先の、各単位区間でのＰ_k （ｔ）の与え方
として、パルス波形状にする方法もある。例えば、単位
区間Ｉ_k の始まりの時刻をｔ_k1、終わりの時刻をｔ_k2と
するとき（単位区間Ｉ_k はｔ_k1≦ｔ≦ｔ_k2で表され
る）、ｔ_k1≦ｔ_kA＜ｔ_kA＋Ｔ_A ≦ｔ_k2を満足するような
時刻ｔ_kA及び時間幅Ｔ_A を考え、（数１５）のようにお
く（Ｍ＝２とする）。すなわち、単位区間Ｉ_k のうち、
時間幅２^k ／２^N ×Ｔ_A の部分のみＰ₀ という強度を有
する。

【０１７５】

【数１５】 ここで、Ｐ₀ はある定数である。これは、単位区間Ｉ_k
において２^k に比例する時間だけある有限値をとり、そ
れ以外では０であるという矩形パルス波に対応してい
る。このようにおけば（数１）及び（数９）が満足され
る。図１１に、Ｎ＝８の場合の例を示しておく。本図に
おいては、各単位区間毎にパルス波形の継続時間は１／
２になっている。この方式の場合、一括光変調手段も２
値的に制御できるので、デジタル信号処理に適したもの
となる。また、一括光変調手段が本来的に２値的な安定
状態を有するものである場合には、この方式を使うのが
望ましい。

【０１７６】なお、パルス波形としては、（数１）及び
（数９）が満たされるものであれば必ずしも矩形のパル
ス波でなくてもよく、例えば、三角波形、鋸波形、正弦
波形、ガウス分布型波形、ローレンツ分布型波形、ｓｉ
ｎｃ型波形、ｅｘｐ型波形あるいは非常に鋭いインパル
ス型波形等でもよい。

【０１７７】（第１−５の実施例）本実施例も、一括光
変調手段の光出力波形の例である。

【０１７８】Ｐ_k （ｔ）の更に別の与え方として、Ｐ_k
（ｔ）はある基本波形を単位として変化するとし、単位
区間Ｉ_k には２^k に比例する個数だけこの基本波形の単
位が含まれるとしてもよい。基本波形としては、矩形パ
ルス波形、三角波形、鋸波形、正弦波形、ガウス分布型
波形、ローレンツ分布型波形、ｓｉｎｃ型波形、ｅｘｐ
型波形あるいは非常に鋭いインパルス型波形などがよ
い。

【０１７９】（第１−６の実施例）本実施例も、一括光
変調手段の光出力波形の例である。

【０１８０】Ｐ_k （ｔ）の更に別の与え方として、各単
位区間にわたって連続的に（増加型の）指数関数で与え
るという方法もある。例えば、Ｎ個の単位区間はいずれ
も等幅Ｔ／Ｎであるとし、単位区間Ｉ_k （ｋ＝０，１，
…，Ｎ−１）は（ｋ／Ｎ）Ｔ≦ｔ≦［（ｋ＋１）／Ｎ］
Ｔの時間領域で表されるとする（各単位区間Ｉ_k は時刻
ｔに関して昇順に配列される）。そして、Ｐ_k （ｔ）を
（数１６）のようにおく。

【０１８１】

【数１６】 ここで、Ｐ₀ はある定数である。また、１ｎは自然対数
を表す。実際、（数１６）を（数７）に代入して計算す
れば（数１７）のようになり、（数１）及び（数９）を
満足するものになっていることがわかる。

【０１８２】

【数１７】 （第１−７の実施例）本実施例も、一括光変調手段の光
出力波形の例である。

【０１８３】Ｐ_k （ｔ）の更に別の与え方として、上の
場合とは逆に、減衰型の指数関数で与えるという方法も
ある。例えば、Ｎ個の単位区間はいずれも等幅Ｔ／Ｎで
あるとし、単位区間Ｉ_k （ｋ＝０，１，…，Ｎ−１）は
［（Ｎ−ｋ−１）／Ｎ］Ｔ≦ｔ≦［（Ｎ−ｋ）／Ｎ］Ｔ
の時間領域で表されるとする（各単位区間Ｉ_k は時刻ｔ
に関して降順に配列される）。そして、Ｐ_k （ｔ）を
（数１８）のようにおく。

【０１８４】

【数１８】 ここで、Ｐ₀ はある定数である。実際、（数１８）を
（数７）に代入して計算すれば（数１９）のようにな
り、（数１）及び（数９）を満足するものになっている
ことがわかる。

【０１８５】

【数１９】 図１２に本方式でのＰ（ｔ）及びμ（ｔ）の変化の様子
（Ｎ＝８の場合の例）を示しておく。なお、ＣＲＴ（ブ
ラウン管）に用いられる蛍光体やエレクトロルミネセン
ス材料の場合、更にはコンデンサーからの放電による発
光等これらに近い減少の場合には光源の強度、Ｐ
_k （ｔ）の変化は実際に（数１８）のような形で表さ
れ、このような材料を用いる場合には本方法が有効であ
る。なおまた、１表示周期で丁度所定の採光輝度から０
にまでなるようするには、印加電圧、発光源の容量を調
整することによりなしうる。更に、いわゆるホールド型
表示装置の場合、積分効果による動画のボケの対策とし
て各表示周期の間に黒表示部分（期間）を挿入すること
があるが、この黒表示部分の長短を調整して光の減衰に
対応することも可能である。次に、本図の中段と下段の
意味、内容は、図１０、図１１のそれらと同じである。

【０１８６】次にまた、先の第１−６の実施例の数１６
は、本図１２の輝度が時間軸に対して対称となっている
（時間と共に増大する）。

【０１８７】（第１−８の実施例）本実施例も、一括光
変調手段の光出力波形の例である。

【０１８８】ところで、以上のように単位区間の幅を概
略等しくして一括光変調手段の光強度変調率を変化させ
るという方法と、従来の技術のように単位区間の幅を変
える方法とを併用することももちろん可能である。例え
ば、１表示周期に含まれる単位区間数をＮ個とし、後者
のような変調を行うもの（これを第１種単位区間と呼ぶ
ことにする）がＮ₁ 個（Ｎ₁ は、１≦Ｎ₁ ≦Ｎ−１を満
たす整数）、前者のような変調を行うもの（第２種単位
区間と呼ぶことにする）が（Ｎ−Ｎ₁ ）個であるとす
る。そして、第１種単位区間においては一括光変調手段
の光強度変調率は一定とし、単位区間の幅を２^k に比例
するようにする。そして、第２種単位区間においては一
括光変調手段の光強度変調率を時間的に変化させるよう
にする。このとき、（Ｎ−Ｎ₁ ）個の第２種単位区間は
等幅とし、用いる単位光変調率波形の集合も同じとして
おくのが望ましい。そして、（数７）のＥ_k （ｍ_k ）を
計算したときに第１種及び第２種の単位区間全体として
（数１）及び（数９）を満たすようにする。

【０１８９】図１３に、本方式を用いた場合のＰ
（ｔ）、μ（ｔ）及びＰ（ｔ）μ（ｔ）の１表示周期で
の時間変化の様子の例を各上段、中段、下段に示す。こ
れは、Ｍ＝２、Ｎ＝８、Ｎ₁ ＝３の場合の例である。第
１種単位区間においては区間幅の比が４：２：１、第２
種単位区間においては区間幅は全て同じで一括光変調手
段の光強度変調率だけが２の累乗に比例して変化するよ
うになっている。そして、全体として２５６階調が得ら
れることになる。なお、下段では１０進数表示で１６４
が表示されている。

【０１９０】（第２の実施の形態）本実施の形態は、先
の第１の実施の形態（本発明の原理について）の補足で
ある。

【０１９１】ここまでの説明では、一括光変調手段と２
次元光変調手段はいずれも光強度による変調であるとし
てきた。しかし、かならずしも強度変調である必要はな
く、光の偏光状態の変調、偏向方向の変調、位相変調、
周波数変調（波長スペクトル分布の変調なども含まれ
る）、光学的コヒーレンスや将来の技術的発達の基で量
子力学的コヒーレンスの変調等、他の手段でもよい。あ
るいは例えばレーザー光等を用いる場合に、光の発振モ
ードを変化させる等してもよい。要は、最終的に映像や
画像として観測される段階で光エネルギー（明るさ）と
して（数１）あるいは（数９）が満たされるようになっ
ていればよい。

【０１９２】例えば、図１４に示す様に、光源として波
長１．０６μｍで発振する赤外線レーザ４０４を用い、
一括光変調手段として非線形光学素子４０５を用い、こ
れを機械的に回転（振動）させて位相整合条件を調整し
て波長５３０ｎｍの２次高調波発生の有無を制御すると
いうのは上で述べた波長スペクトル分布の変調の一種で
ある。非線形光学素子を通過した後に赤外カットフィル
タ４１を通せば、波長５３０ｎｍの光のＯＮ／ＯＦＦと
いう形でＰ（ｔ）を得ることができる。本図の （１）
は、位相整合条件が充たされない場合である。（２）
は、結晶軸と光の進 行方向が特定の角度をなすため充
たされる場合であり、波長５３０ｎｍの光がＯ Ｎとな
っている。なお、４０６は、偏光回転素子である。

【０１９３】また、例えば２次元光変調手段として液晶
を用いた場合には、液晶だけを見れば偏光状態の変調を
しているのであるが（２色性液晶や散乱モードの高分子
分散型液晶等は別）、通常は偏光子・検光子あるいは偏
光ビームスプリッタと組み合わせて用いるため、強度変
調と見なすことができるようになる。

【０１９４】また、図９に示す系では、光は２次元光変
調手段５００を透過するときの透過率を変化させること
により強度を変調しているが、別に反射率や回折効率等
によって強度を変調しても構わない。更には、例えば、
音響光学効果や光誘起屈折率効果（フォトリフラクティ
ブ効果）を用いた回折効率の変調なども考えられる。以
下、本実施の形態の具体的な構成例を示す。

【０１９５】（第２−１の実施例）本実施例は、表示装
置の構成及び動作に関する。

【０１９６】図１５に本実施形態の表示装置の原理を中
心とした構成例を示す。これは、それぞれ赤色、緑色及
び青色で発光する発光ダイオード４０１ｒ、４０１ｇ及
び４０１ｂから出射された光束が偏光ビームスプリッタ
４５で反射して反射型液晶ライトバルブ５０１に入射
し、そのときの反射光が再度偏光ビームスプリッタ４５
を通過してレンズ６０によって拡大されて観測者１０に
到達するというマイクロディスプレイの構成である（こ
のため、観測者１０は反射型液晶ライトバルブ５０１の
像を見ることとなる）。

【０１９７】偏光ビームスプリッタ４５は、発光ダイオ
ード４０１ｒ、４０１ｇ、４０１ｂからの光のうちＳ偏
光成分（紙面に垂直な偏光成分）のみを反射して、Ｐ偏
光成分（紙面に平行な偏光成分）は通過させる。従っ
て、反射型液晶ライトバルブ５０１に入射する光はＳ偏
光成分のみである。反射型液晶ライトバルブ５０１は受
動型の空間光変調素子（自らは発光せず、外部から入力
された光の光学的状態を面上の各点毎に変調する素子）
の一種であり、入射してきた光の偏光状態を平面状に配
列された各画素毎に映像信号に従って変調し、そのうち
Ｐ偏光に変換された成分のみが再度偏光ビームスプリッ
タ４５を通過し、更にはレンズ６０を通過することによ
り拡大された映像が観測されるという仕組みである。

【０１９８】またこのため、映像信号とそれに付随する
同期信号が外部から供給されるが、映像信号は反射型液
晶ライトバルブ５０１へと送られ、同期信号はこの反射
型液晶ライトバルブを駆動するためのライトバルブ駆動
回路５３０と、発光ダイオード４０１ｒ、４０１ｇ、４
０１ｂの輝度を制御するための発光輝度制御回路４０２
の両方に供給される。

【０１９９】この系では、発光ダイオード４０１と発光
輝度制御回路４０２とを合わせたものを一括光変調手段
４００と見なすことができ、反射型液晶ライトバルブ５
０１とライトバルブ駆動回路５０２を合わせたものを二
次元光変調手段５００と見なすことができる。

【０２００】以下、この反射型液晶ライトバルブについ
て少し詳しく説明する。図１６に、この断面を示す。本
図に示すように、これはＩＴＯ（インディウム・ ティン
・ オキサイド）やＺｎＯ等の透明電極１０２が形成され
たガラス、プラスチックあるいは石英等の対向基板２０
０と、表面にマトリクス（孔子）状のＭＯＳトランジス
タ１１１、画素電１０４、遮光層１０５あるいは層間絶
縁膜１０７等の作り込みを行ったＳｉ基板１１２（第２
の基板に相当する）の間に、ＶＡ（垂直配向）液晶を主
成分とする液晶層３００を挟み込んだ構造である。

【０２０１】Ｓｉ基板１１２上に作り込まれたＭＯＳト
ランジスタ１１１等は図４に示すような回路構成になっ
ている。すなわち、走査線１２１と信号線１０６がマト
リクス状に配線されていて、その交点付近にＭＯＳトラ
ンジスタ１１１が配置されている。そして、ＭＯＳトラ
ンジスタ１１１のゲート１０９が走査線１２１に接続さ
れ、ドレイン１０８は信号線１０６に接続され、ソース
１１０は画素電極１０４に接続される。

【０２０２】この基で、従来の技術の欄で説明したよう
な一連の過程により各画素に電圧信号を書き込むことが
できる。

【０２０３】以上の基で、先の第１の実施の形態の説明
通り安定な動作が可能であるが、反射型液晶ライトバル
ブの各画素への情報の書き込みタイミングを考慮して更
に詳細かつ具体的にタイミングを示すと例えば図１７に
示すようになる。本図では、第１行の画素には［１０１
００１００］（１０進数の１６４）を、第Ｍ_A 行の画素
には［０１００１０１０］（１０進数の７４）を書き込
む場合を示している。なお、液晶層の応答時間は無視し
ている。また、本図においては、反射型液晶ライトバル
ブがＭ_A 行×Ｎ_A 列の画素配列から成るとする。また、
同じく１表示周期が８個の等間隔の単位区間（Ｉ₀ 〜Ｉ
₇ ）を有していることには変わりないが、隣接する各単
位区間の間に、反射型液晶ライトバルブの全体にわたっ
て信号を書き込むために必要な書き込み区間（期間）
（Ｗ₀ 〜Ｗ₇ ）を設けてある。

【０２０４】各書き込み区間で最上部の行（第１行）か
ら最下部の行（第Ｍ_A 行）までの書き込みが行われる
が、第１行は先頭、第Ｍ_A 行は最後尾であるので、それ
ぞれの液晶層反射率（二次元光変調手段の光強度変調率
に相当）の変化は図に示したようになる。光源の輝度
（一括光変調手段の出力光強度に相当。ここでは、図１
５に示す３色の光源４０１のｒ、ｇ、ｂのうち１つだけ
が発光していると考える）は各単位区間内でのみ有限の
値をもつので、個別変調出力光束の強度Ｐ（ｔ）μ
（ｔ）はそれぞれ本図に示すようになり、結果として１
表示周期に書き込まれた信号に対応した出力光エネルギ
ーが各画素で得られることとなる。

【０２０５】なお、以上では光源の輝度は単位区間のみ
で有限の値を持つとしたが、別に書き込み期間でも有限
値をとってもかまわない。また、以上では書き込み区間
が終わった時点で単位区間が始まるとしたが、別にこれ
らがオーバーラップしたり、あるいはこれらの間に有限
の時間間隔があってもかまわない。

【０２０６】また、液晶反射率の変化が行毎にわずかに
ずれるのに対応させて、光源からの光が反射型液晶ライ
トバルブ５０１に入射するタイミングを各行毎にずらす
等の手法を採用してもい。この場合でも光源は本質的に
は一括で変調をしていることには変わりない。

【０２０７】なお、以上では第１の実施の形態の２値論
理を基本にして説明を行ったが、本構成では、一般的な
場合としての（［一括光変調手段の光出力波形の例１
（第１−３の実施例）］〜［一括光変調手段の光出力波
形の例６（第１−８の実施例）］も含む）にも適用する
ことができる。

【０２０８】ところで図１５に示す表示装置の構成は、
一括光変調手段が光源自体の発光輝度（一般には、光学
的状態）を変調するという特徴がある。これは、一定の
輝度で発光する光源とその光源からの光を強度変調して
（例えば、バックライトの光を液晶層で変調する構成）
一括光変調手段を行なうという構成と対比すると以下の
利点がある。いずれの方法も一括変調光束の強度は１表
示周期内で同様の時間変化をするが、後者の場合には一
括変調光束は、光源からの光が強度変調によってその強
度を減じられた結果得られるものである（強度変調する
手段に外部からエネルギーを与えない限り強度変調率は
１を越えることは無い）のに対し、前者の場合は光の強
度を減じる過程を含んでいない。すなわち、後者は光源
の消費電力は時間的に一定であるが、前者は光源の消費
電力が輝度に応じて１表示周期内で変動するので、消費
電力量（消費電力を時間で積分したもの）は、少なくな
る。

【０２０９】（液晶層への電圧の印加方法の説明）ここ
で、図１７に示すμ（ｔ）の波形を得るために液晶層へ
印加する電圧のかけ方について説明する。

【０２１０】液晶層の反射率は（数４）からもわかるよ
うに、０（ｂ_k ＝０に対応）またはある定数μ₀ （ｂ_k
＝１に対応）である。ＶＡ液晶の電圧−反射率特性（γ
特性）は一般に図３の（１）または図３の（２）のよう
に表されるので、以上の２値のうち０を実現するための
電圧Ｖ_OFF としては、｜Ｖ_OFF ｜≦Ｖｔｈとなるような
電圧値Ｖ_OFF を選べばよい。なお、Ｖｔｈは反射率が立
ち上がりを始める電圧で、スイッチング閾値電圧と呼ば
れる。また、液晶反射率μ₀ を実現するための電圧Ｖ_ON
としては、反射率が十分大きく、電圧の変化に対して反
射率の変化が小さいところをとるのが望ましい。例え
ば、図３の（１）のように透過率が極値Ｔｍａｘをもつ
場合には、その９０％の透過率９Ｔｍａｘ／１０を示す
電圧ＶＭを最小変調電圧と定義し、｜Ｖ_ON｜≧Ｖ_M とな
るような値にすればよい。

【０２１１】また、図３の（２）のようなγ特性の場合
には、十分大きい電圧（例えば１０Ｖ）を印加したとき
の反射率をＴｍａｘとし、やはりその９０％の透過率を
示す電圧ＶＭを最小変調電圧と定義し、同じく｜Ｖ_ON｜
≧Ｖ_M となるような値にすればよい。以上のように設定
すると、従来の技術のところでも述べた理由により、階
調の線形性が保たれて階調再現性や色再現性のよい映像
が得られる。

【０２１２】なお、液晶層として、例えばＴＮ液晶のよ
うにノーマリオン型（電圧０で極大に近い透過率をも
つ）のγ特性をもつものを用いた場合には、Ｖ_ONは反射
率が減少を始める電圧（これをスイッチング閾値電圧と
呼ぶ）Ｖｔｈに対して｜Ｖ_ON｜≦Ｖｔｈとなるように設
定すればよい。また、Ｖ_OFF は、最大透過率Ｔｍａｘに
対して１０％の透過率を示すような電圧ＶＭを最小変調
電圧と定義し、｜Ｖ_OFF｜≧Ｖ_M となるように設定すれ
ばよい。この場合にもＶＡ液晶のようなノーマリオフの
場合と同様の理由で、階調の線形性が保たれて階調再現
性や色再現性のよい映像が得られる。

【０２１３】ところで、これらの液晶への電圧のかけ方
としては、各表示周期及び単位区間において全く同じ電
圧をかけてもよいが、電圧を与えた結果としての反射率
が概略あるいは実用上同じであれば、異なる電圧であっ
てもかまわない。例えば、図３の（１）または図３の
（２）において、Ｖ_OFF は｜Ｖ_OFF ｜≦Ｖｔｈの範囲内
であれば事実上反射率は０であるので、各単位区間で、
この範囲内で異なる電圧値を印加してもかまわない。

【０２１４】実際、液晶層への印加電圧としては、チャ
ージアップをさけるために、少くも何秒というような長
い時間で見たときの直流成分がほぼ０であることが望ま
しい。このため、例えば１表示周期毎に印加電圧の極性
を反転させるのが好ましい。例えば、ノーマリオフ型の
γ特性の場合でいえば、ある表示周期で｜Ｖ₀ ｜≦Ｖｔ
ｈ、Ｖ₁ ≧Ｖ_M をみたすような電圧値Ｖ₀ 及びＶ₁ を選
んでＶ_OFF 及びＶ_ONをそれぞれＶ_OFF ＝Ｖ₀ 、Ｖ_ON＝Ｖ
₁ としたら、次の表示周期では逆極性の電圧Ｖ _OFF ＝−
Ｖ₀ 、Ｖ_ON＝−Ｖ₁ を印加するようにすればよい。ノー
マリオン型の場合でもほぼ同様である。なお、１表示周
期毎ではなく、１単位区間毎に極性を反転させてももち
ろんよい。また一般に、ｑ単位区間毎に極性を反転させ
てもよい（ｑは自然数）。

【０２１５】なお、以上のような電圧を印加するために
は、対向基板に形成された透明電極の電位を０に固定
し、画素電極の電位をＶ_OFF あるいはＶ_ON等にしてもよ
いが、別に画素電極と透明電極の両方の電位を制御して
液晶への印加電圧をコントロールしてもよい。

【０２１６】いま、ノーマリオフ型のγ特性の場合を例
にとり、図１６の他に図１、図２、図３と（表２）を参
考にしてこれを説明する。

【０２１７】

【表２】 例えば、Ｖ₀ 及びＶ₁ を｜Ｖ₀ ｜≦Ｖｔｈ及びＶ_M ≦Ｖ
₁ を満たすある電圧値とし、ある表示周期で透明電極１
０２の電位を−Ｖ₀ とする。そして、反射率を０にした
いとき（Ｖ_OFF に相当）には画素電極１０４の電位を０
とし、反射率μ ₀ を実現したいとき（Ｖ_ONに相当）には
Ｖ₁ −Ｖ₀ とする。こうすれば液晶への印加電圧はそれ
ぞれＶ_OFF ＝Ｖ₀ 及びＶ_ON＝Ｖ₁ となる。また、次の表
示周期では透明電極１０２の電位をＶ₁ とする。そし
て、反射率を０にしたいときには画素電極１０４の電位
をＶ₁ −Ｖ₀ とし、反射率μ₀ を実現したいときには０
とする。すると、やはり液晶への印加電圧はそれぞれＶ
_OFF ＝−Ｖ₀ 及びＶ_ON＝−Ｖ ₁ となる。

【０２１８】このように透明電極１０２の電位も変化さ
せるようにすれば、画素電極１０４に印加する電圧は０
またはＶ₁ −Ｖ₀ だけでよく、しかも極性反転駆動にす
ることができるので、図１６に示すＳｉ基板１１２側の
チャージアップ回避を図りつつ２値論理的に駆動させる
ことができる。また、Ｓｉ基板側の駆動電圧のレンジは
最小で図３に示すＶ_M −Ｖｔｈである（対向基板の電位
を固定する場合には最小でも２Ｖ_M のレンジが必要であ
る）ので、低電圧駆動が可能となり、Ｓｉ基板側の構造
の微細化、省電力化にも有利となる。

【０２１９】なお、以上のことはノーマリオン型の液晶
の場合でもほぼ同様である。また、１表示周期毎ではな
く、ｑ個の単位区間毎に極性反転させてもよい（ｑは自
然数）。

【０２２０】なおまた、以上では（本発明の原理説明）
の［２値論理の場合］（第１−１の実施例）を基本にし
て説明を行ったが、これは（本発明の原理説明）の［一
般的な場合］（第１−２の実施例、更には［一括光変調
手段の光出力波形の例１（第１−３の実施例）］〜［一
括光変調手段の光出力波形の例６（第１−８の実施
例）］を含む）にも適用することができる。とりわけ、
液晶への印加電圧に関する事柄は、Ｍ＝２（２値論理）
の場合に効果的に適用することができる。

【０２２１】（液晶の応答速度についての説明）以上の
説明では、液晶層の応答時間は単位区間の幅に比べて非
常に小さく、単位区間の変わり目で瞬間的に応答するも
のとしていた。しかし、場合によっては応答時間が単位
区間の幅に比べて無視できない場合もある。ここでは、
そのような場合を考える。

【０２２２】図１８は、液晶に印加する電圧を急に変化
させたときの液晶の時間的な応答の様子を示したグラフ
である。いま、時刻ｔ₀ までは液晶には透過率（または
反射率）が０になるような電圧がかかっていて、時刻ｔ
₀ において急に透過率がＴ₀になるような電圧が印加さ
れたとする。すると、液晶の透過率はこの図の左側部分
の曲線で示すように徐々に上昇してある時間がたつとＴ
₀ に落ち着く。また、その後時刻ｔ₁ で再度透過率が０
になるような電圧に急に戻すと、同じく透過率は徐々に
小さくなっていってある時間が経ってから０になる。こ
のとき、時刻ｔ ₀ を起点として透過率がＴ₀ の９０％に
達するまでに要する時間を立ち上がり時間（図のτ_r で
表す）と呼び、時刻ｔ₁ を起点として透過率がＴ₀ の１
０％に達するまでに要する時間を降下時間（図のτ_d で
表す）と呼ぶ。

【０２２３】さて、簡単のため単位区間の幅がすべて等
しく、Ｍ＝２（２値論理）の場合について、以上のよう
な液晶の反射率の立ち上がり時間と降下時間を考慮した
ときの反射率μ（ｔ）の様子を描くと図１９の中段のよ
うになる。なお、本図においても入力信号の階調は１０
進数表示で１６４であり、縦軸は任意単位の輝度であ
る。ここで、ある単位区間（例えばＩ₅ ）で液晶層の反
射率がμ₀ であって、次の単位区間（Ｉ₄ ）で液晶層の
反射率を０にしなければならない場合、単位区間Ｉ₄ の
起点で反射率を０にするための電圧信号を液晶に印加し
て、単位区間Ｉ₄が終わるまでには液晶は十分に反射率
０まで下がっていることが望ましい。

【０２２４】少なくともＩ₄ の終点で反射率が０になっ
ているとすると、本図の上段に示すＰ（ｔ）のように光
源をインパルス的に発光させれば、個別変調出力光束の
強度は本図の下段に示すようにＩ₄ 終点での反射率のみ
を反映したインパルス状になり、出力は望み通りの値０
となる（（数７）でＥ４（０）に相当。Ｐ４（ｔ）をデ
ィラックのδ関数のように考えればよい）。従って、降
下時間τ_d は、単位区間の間隔以下であることが望まし
い。反射率が０からμ₀ に立ち上がる場合も同様に考え
れば、立ち上がり時間τr もやはり単位区間の間隔以下
であることが望ましい。単位区間の幅が一定でない場合
には、τ_r とτ_d がともに最も短い単位区間の幅以下で
あればよい（この条件を応答時間条件と呼ぶことにす
る）。

【０２２５】ところで本実施の形態では、単位区間の最
小幅は従来の技術に比較して非常に大きくすることがで
きる。例えば（本発明の原理）の［２値論理の場合］で
述べた例（Ｎ＝８）の場合、単位区間の最小幅は従来の
技術で６５μｓｅｃであるのに対し、本発明では２ｍｓ
ｅｃである。よって、上述の応答時間条件は非常に緩い
ものになる。

【０２２６】なお、一般に応答時間は液晶層の厚さの２
乗に比例するといわれている。図１６のような反射型液
晶ライトバルブの場合には、光は液晶層を往復するの
で、透過型に比較して液晶層の厚さを半分にしても同じ
光の変調をうけることになる。従って、液晶の応答時間
は透過型の１／４となり、応答時間条件はさらに充たし
やすくなる。

【０２２７】次に、反射型液晶ライトバルブでＶＡ液晶
（メルク社のＭＪ９５１１５２を使用）を使用し、その
層厚を２μｍとし、τ_r とτ_d を測定したところ、共に
２．０ｍｓｅｃという値を得た。先の（本発明の原理）
の［２値論理の場合］で説明した例（Ｎ＝８）での単位
区間の幅が丁度２ｍｓｅｃであるので、この応答時間条
件を満たすことになる。応答時間と液晶層厚の２乗比例
則を考慮すれば、２μｍ以下の層厚の場合に応答時間条
件を充たすことになり、このため階調の線形性、安定
性、均一性等の著しい効果が得られることとなる。

【０２２８】なお、以上はＭ＝２の場合に限らず、一般
的にも成立することである。

【０２２９】また、光源は必ずしもインパルス状の発光
である必要はない。例えば図１０のように単位区間でほ
ぼ一定の発光をする場合でも、階調の線形性はやや崩れ
ることもあり得るが、それなりの効果は得られる。

【０２３０】（補足）なお、図１５においては光源とし
て赤、緑及び青の３つを持っているが、これらは時分割
的に１表示周期毎に順に発光するのが望ましい（この場
合も、１つの色についてみれば各表示周期での発光輝度
の時間変化は概略等しい）。しかし、３つの色それぞれ
についての１表示周期内の単位区間が時間的に入り乱れ
るような駆動方法ももちろん考え得る。

【０２３１】また、光学系によっては色毎の時分割は行
わなくてもよい。例えば、反射型液晶ライトバルブの各
画素毎に赤、青、緑のカラーフィルタをつければ、色時
分割を行わなくてもカラー映像の観察が可能となる。

【０２３２】また、特願平０９−２９２１６０号の図４
のような色分解・合成系を含む光学系で構成してもよ
い。この場合は、各色用に３系統の反射型液晶ライトバ
ルブがあるので、それぞれにおいて独立に各色成分の二
次元光変調を行えばよい。

【０２３３】また、図１５の表示装置ではその光源は発
光ダイオードとしたが、それ以外でもレーザー（半導体
レーザが低消費電力、小型、安価で望ましい）やエレク
トロルミネッセンス光源、蛍光体等でもよい。これらは
輝度変化の応答が速いため、本発明のような駆動方法に
とっては理想的な光源となる。また、これらの光源の場
合、発光輝度制御回路も容易に構成しうる。

【０２３４】また、発光輝度制御回路は光源の発光輝度
を電気的に制御を行う回路であるが、別に電気的である
必要はなく、光学的・熱的・磁気的・化学的・ 機械的に
制御を行ったりしてもよい。

【０２３５】また、液晶層としては応答速度が比較的速
くかつ高コントラストが得られるＶＡ液晶を用いるのが
最も望ましいが、別にどのような液晶であってもかまわ
ない。本発明出願時点では、例えば、ＴＮ（ツイステッ
ド・ネマチック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッ
ド・ネマチック）液晶、ＶＡ液晶（垂直配向液晶、また
はホメオトロピック液晶）やホモジニアス配向液晶等を
含むＥＣＢ（電界制御複屈折）型液晶、ベント液晶、Ｉ
ＰＳ（面内スイッチング）液晶、ＧＨ（ゲスト・ホス
ト）液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電
性液晶、ＯＣＢ液晶、ディスコテック液晶及びその他の
さまざまなモードが使用しうる。

【０２３６】また、液晶以外でも印加電圧によって光学
的特性が変化する材料であれば、用いることができる。
例えばＢＳＯ（ビスマスシリコンオキサイド）等の電気
光学結晶が挙げられる。ただし、本発明出願時点では液
晶が最も安価であり、これを使用するのが望ましい。

【０２３７】また、同じく液晶層としては、自発分極を
有しない液晶、とりわけネマチック相を示す液晶（上記
のＶＡ液晶、ＴＮ液晶なども含まれる）を用いるのが望
ましい。すなわち、これも本発明の出願時点では強誘電
性液晶や反強誘電性液晶のように自発分極を有する液晶
は均一に配向させるのが難しかったり、あるいは衝撃に
弱いという点でやや使用するのが困難であることによ
る。

【０２３８】また、二次元光変調手段としてＳｉ基板を
用いた反射型液晶ライトバルブではなく、これに限ら
ず、受動型の空間光変調素子であれば何でも良い。例え
ば、多結晶ＳｉやＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレ
ータ）ベースの反射型ライトバルブでもよいし、これら
をベースにした透過型の液晶パネルでも良い。あるい
は、例えば特開平０７−０１３１８８号にあるような光
書き込み型のライトバルブでも別にかまわない。

【０２３９】また、偏光ビームスプリッタの代わりに通
常のビームスプリッタと偏光子・ 検光子の組を使っても
よい。あるいは、体積を減らすために、ホログラム偏光
分離素子などを用いてもよい。あるいは、斜入射（オフ
アクシス）光学系にしてビームスプリッタなしで偏光子
・ 検光子だけで反射型液晶ライトバルブの反射率制御を
してもよい。

【０２４０】反射型液晶ライトバルブの画素スイッチン
グ素子としてのＭＯＳトランジスタはｎ型でなくｐ型で
もよい。また、例えば特願平１０−３２７７７０号にあ
るように、ｎ型とｐ型の両方を使用していてもよい。ま
た、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）であってもよい。ま
た、画素電極の電位を保つために、補助容量を有してい
ても良い。

【０２４１】また、表示装置はマイクロディスプレイで
なく、例えばプロジェクタ等であっても良い。

【０２４２】（第２−２の実施例）本実施例の表示装置
は、基本的には図１５に示す第２−１の実施例の表示装
置と同じであるが、反射型液晶ライトバルブのＳｉ基板
側の電気回路部が図２０に示すようなＳＲＡＭ（スタテ
ィック・ ランダム・ アクセス・ メモり）型になっている
点が相違する。

【０２４３】これは、マトリクス状の画素電極１０４の
配置に対応して画素スイッチング素子（ＭＯＳトランジ
スタ）１１１と、２連インバータからなる双安定素子１
２２がマトリクス状に形成されていて、これらが行方向
の走査線１２１と列方向の信号線１０６に接続されたも
のである。この場合、各画素電極への電圧信号の与え方
及び動作タイミングは図４に示す構造のものと同じであ
るが、双安定素子があるため、２値論理（デジタル）型
の駆動となる。すなわち、電圧信号としては高電圧（Ｈ
Ｉで表す）または低電圧（ＬＯで表す）のいずれかとな
る。

【０２４４】本図の画素スイッチング素子１１１は、走
査線１２１に与える電圧のＨＩまたはＬＯに応じてＯＮ
状態になったりＯＦＦ状態になったりする。すなわち、
いま図中のＧｍで与えられる走査線１２１が選択され、
ＨＩになったとき、この走査線Ｇｍにつながる画素スイ
ッチング素子１１１がＯＮ状態となり、画素（ｍ，ｎ）
に属する双安定素子（ｍ，ｎ）は信号線Ｄｎ及びＤｎ’
に接続され、双安定素子（ｍ，ｎ）は信号線Ｄｎまたは
Ｄｎ’の値に応じて２つの安定状態ＨＩまたはＬＯのう
ちのいずれかに遷移する（Ｄｎ＝ＨＩ、Ｄｎ’＝ＬＯの
とき、双安定素子（ｍ，ｎ）はＨＩ状態に、Ｄｎ＝Ｌ
Ｏ、Ｄｎ’＝ＨＩのとき、双安定素子（ｍ，ｎ）はＬＯ
状態になる）。

【０２４５】なお、信号線ＤｎとＤｎ’にはかならず逆
相の信号が入力される。走査線ＧｍがＬＯとなって非選
択状態になると、画素（ｍ，ｎ）の画素スイッチング素
子１１１はＯＦＦ状態となり、双安定素子（ｍ，ｎ）は
信号線Ｄｎ及びＤｎ’から切り離され、ＨＩまたはＬＯ
のいずれかの状態を保持する。そして、この双安定素子
に接続される画素電極は、双安定素子の２つの状態に応
じて異なる電圧値に設定される。

【０２４６】以上の動作をすべての走査線について繰り
返すことによりすべての画素にＨＩまたはＬＯの電圧信
号を書き込むことができる。

【０２４７】従って、図１７に示すのと全く同じタイミ
ング動作が可能となり、先の第２−１の実施例で説明し
たことがほぼすべて適用されることになる。特に、先の
液晶層への電圧印加の方法の説明で記したように、チャ
ージアップ回避を図りつつ２値論理での低電圧動作が可
能となる。ひいては、Ｓｉ基板上の回路構造の微細化、
省電力化、低コスト化に有利となる。

【０２４８】なお、本構成の回路の場合には、図４に示
す回路と異なり、各画素が非選択状態のときでも画素電
極は電気的に孤立しているのではなく双安定素子につな
がっている。すなわち、双安定素子への電源供給線（図
２０では図示していない）の電位につながっているので
クロストークの影響を受けにくく、よりノイズの少ない
映像が得られる。

【０２４９】なお、図２０に示す回路は、あくまでも一
例であり、ＳＲＡＭ型の動作をする回路であれば以上で
説明したことはすべて適用される。例えば、特願平０９
−１９０８３７号の図７のように双安定素子と画素電極
の間にインバータを挿入しても本質的には同じである。

【０２５０】その他、今まで説明してきた方法が適用可
能なのはもちろんである。

【０２５１】（第２−３の実施例）本実施例の表示装置
も、基本的には図１５に示す第２−１の実施例のものと
同じ構成である。ただし、反射型液晶ライトバルブのＳ
ｉ基板側の電気回路部に特徴がある。これを図２１に示
す。これは、マトリクス状の画素電極１０４の配置に対
応して画素スイッチング素子（ＭＯＳトランジスタ）１
１１と、容量からなるメモリ回路１２３、液晶書き込み
スイッチング素子１２４がマトリクス状に形成されてい
て、これらが行方向（図上左右方向）の走査線１２１及
び一括書き込み線１２５７と列方向（図上上下方向）の
信号線１０６に接続されたものである。この場合、メモ
リ回路、液晶書き込みスイッチング素子、及び一括書き
込み線があるため、図４に示すものと若干異なった作用
となる。

【０２５２】まず、図２１に示す回路において、一括書
き込み線１２５が低電位状態であり、すべての液晶書き
込みスイッチング素子１２４がＯＦＦ状態である場合を
考える。この場合、液晶書き込みスイッチング素子１２
４より右が切り離されたと考えると、メモリ回路１２３
は図４の画素電極１１１に等価となり、図４の場合と全
く同じ過程で全画素のメモリ回路に電圧信号を書き込む
ことができる。

【０２５３】一方、液晶書き込みスイッチング素子１２
４によって切り離された画素電極１０４はすべて電気的
に孤立した状態となっているので、メモリ回路１２３へ
の書き込み動作中においてもその影響を受けず、蓄積さ
れた電荷は保存され、液晶層へ印加した電圧は保持され
ることになる。

【０２５４】次に、メモリ回路１２３への書き込みが終
了し、液晶書き込みスイッチング素子１２４が全画素同
時にＯＮになったとする。すると、各画素のメモリ回路
１２３に蓄積されていた電荷は画素電極１０４のほうに
流れ込み、画素電極１０４はメモリ回路１２３の当初の
電位に応じたある電位にまで充電される。この動作は全
画素同時に行われるので、液晶への印加電圧は全画素同
時に変化し、ほぼ一瞬で全画面の液晶の状態を変化させ
ることができる。

【０２５５】以上の説明で判るように、本実施例の特徴
は一旦メモリ回路に順次書き込みを行ってから、その情
報を一括して画素電極に書き込む点にある。従って、図
１７に示すような動作タイミングでは、単位区間Ｉ_k と
は別の書き込み区間Ｗ_k を設ける必要があるが、本構成
ではその必要がなく、図２２に示すようなタイミングで
動作させることが可能となる。すなわち、単位区間Ｉ_k
において読み出し（光の変調）を行っている間に次の単
位区間Ｉ_k −１のための電圧情報をメモリ回路１２３に
書き込んでおき（すなわち、単位区間Ｉ_k と書き込み区
間Ｗ_k −１が時間的に重なるとみてもよい）、単位区間
Ｉ_k からＩ_k −１に移行する一瞬に液晶書き込みスイッ
チング素子１２４をＯＮにして液晶への書き込みを行え
ばよい。なお、本図において、中段と下段の液晶層反射
率μ（ｔ）での各区間を示す縦線上部の下向きの矢印
（三角形）は、液晶書き込みスイッチング素子を一瞬Ｏ
Ｎにする時点（タイミング）である。また、中段は１０
進数で１６４、下段は同じく７４になる階調である。

【０２５６】本構成の場合、図１７の場合に比較して単
位区間Ｉ_k を長くすることができ、先の（液晶の応答速
度について）の説明（第２−１の実施例）のところで記
載した液晶の応答条件を更に緩めることが可能となる。
また、液晶への書き込みは全画面で同じタイミングであ
るため、面内での均一性が図４の場合にもまして向上す
ることになる。

【０２５７】（第２−４の実施例）本実施例は、先の実
施例のおける残像の発生の防止に工夫を凝らしたもので
ある。

【０２５８】図２１に示す構成において、液晶書き込み
スイッチング素子１２４がＯＮになってメモリ回路１２
３に蓄えられていた電荷が画素電極１０４のほうに流れ
込むときに、メモリ回路１２３の容量が画素電極１０４
の持つ容量（液晶を挟んだ対向側の基板や、周囲の配線
に対して容量を持つ）に比べて十分大きければ、メモリ
回路１２３と画素電極１０４の電荷が釣り合ったとの電
位はメモリ回路１２３の当初の電位とそれほど変わらな
いが、画素電極１０４の持つ容量が無視できない場合に
は、釣り合ったときの電位がそれまで画素電極１０４に
残っていた電荷の影響を受けてしまい、残像などの原因
となりうる。

【０２５９】これを避けるため、本実施例では図２３に
示すような回路構成にしている。すなわち、図２１の構
成で画素電極１０４とある定電位供給線（図２３の場合
は接地電位にしてある）の間に一括消去スイッチング素
子１２７を儲け、これを一括消去線１２６の電位によっ
て制御するようにする。そして、実際の動作において
は、画素電極１０４への一括書き込みを行う直前に、一
括消去線１２６の電位を高電圧にしてすべての一括消去
スイッチング素子１２７をＯＮにして画素電極１０４に
たまっている電荷を掃き出させて、一定の電位にまでリ
セットさせる。これにより、次に一括書き込みを行った
ときにそれ以前の画素電極電位の影響は受けず、残像の
ない映像が得られる。

【０２６０】なお、この一括消去スイッチング素子は例
えばダイオードなどに置き換えることも可能である。例
えば、画素電極とある配線の間をダイオードで接続し、
配線の電圧をコントロールして消去タイミングの時だけ
順バイアス状態にし、それ以外の時は逆バイアス状態に
すれば、リセット及び電荷の保持が行えることになる。

【０２６１】また、図２１及び図２３においてはメモリ
回路の一端は接地電位としてあるが、別に接地電位でな
くてもある一定の電圧であればよい。また、図２１や図
２３において、メモリ回路は容量として説明したが、こ
れは例えばインバータによる双安定素子（ラッチ回路）
などにも置き換えうる。

【０２６２】その他、各実施の形態、実施例で説明した
方法、構成が適用可能であるのはもちろんである。

【０２６３】（第２−５の実施例）図２４に本実施例の
回路構成を示す。本実施例は、基本的には第２−３と第
２−４の実施例に、第２−２の実施例の特徴を盛り込ん
だものである。このため、液晶書き込みスイッチング素
子１２４と画素電極１０４の間に双安定素子１２２が挿
入されている。また、双安定素子１２２があることによ
り基本的には２値論理（デジタル）型の駆動となる。電
圧信号としては高電圧（ＨＩ）または低電圧（ＬＯ）の
いずれかとなる。

【０２６４】この構成での動作としては、基本的には
（第２−２の実施例）と同じである。すなわち、メモリ
回路１２３に順次書き込みを行い、その後液晶書き込み
スイッチング素子１２４を一括してＯＮにして、双安定
素子１２２の状態をメモリ回路１２３に書き込まれてい
た電圧の情報に応じてＨＩまたはＬＯのいずれかの状態
にする。そして、液晶書き込みスイッチング素子１２４
がＯＦＦである間は画素電極１０４の電位は双安定素子
１２２の状態に応じたある電圧値になる。

【０２６５】これらのため、先の実施例第２−３、第２
−４と同様に、図２２に示すタイミングで駆動させるこ
とができる。従って、先の実施例でも説明した通り、液
晶応答条件を更に緩めることが可能となり、かつ面内で
の均一性が向上する。

【０２６６】また、先の実施例２−２でも説明したよう
に、各画素が非選択状態のときでも画素電極は双安定素
子１２２につながっているので、ノイズの少ない映像が
得られる。

【０２６７】なお、図２４においてはメモリ回路１２３
の一端は接地電位としてあるが、これは別に接地電位で
なくてもある一定の電圧であればよいのは勿論である。

【０２６８】また、メモリ回路は容量として説明した
が、これは例えばインバータによる双安定素子（ラッチ
回路）等であっても良い。

【０２６９】また、図２０のようにＤｎ及びＤｎ’の２
本の信号線を設けて互いに逆相の信号を入力ようにして
も良い。例えば、１画素を図２５の（１）、（２）のよ
うにすることも可能であり、これらの場合でも本質的に
は図２４の場合と同じ動作になる。

【０２７０】なお、図２３のように一括消去スイッチン
グ素子を設けてもかまわない。

【０２７１】その他、先行する各実施の形態、実施例で
説明した方法が適用可能であるのはもちろんである。

【０２７２】（第２−６の実施例）本実施例では、可動
型微小鏡面を備えた素子を用いたものである。これは、
例えばテキサス・インスツルメンツ社のＤＭＤＴＭ（デ
ジタル・マイクロミラー・デバイス）で用いられている
方式である。ＤＭＤは、図２６の（１）のようにＳｉ基
板１５０上に微小ミラー５５２がマトリクス状に配列さ
れている素子であり、一般に１つの微小ミラーが１画素
に相当する。

【０２７３】この微小ミラーは可動であり、図２６の
（２）または（３）で示すような２つの（ＯＦＦ及びＯ
Ｎの）安定状態を持っていて、外部からの駆動信号によ
りこれら２つのうちのいずれかの状態をとることができ
る。そして、入射光４５０に対して反射光５５０の方向
がＯＦＦ状態とＯＮ状態とで異なる。すなわち、ＯＦＦ
の場合の反射光５５１は観察者の目に入らないようにし
て、あるいは捨てて、ＯＮの場合の反射光だけ目に入る
あるいは拾う光学系にしている。その結果、入射光に対
して２値論理的に０またはある有限値μ₀ の強度変調率
（反射率）で光変調することができる。

【０２７４】以下、このＤＭＤを用いた表示装置の構成
の一例を図２７に示す。これは、光源として発光ダイオ
ード４０１を用い、この光をＤＭＤ５５１に入射させ、
ＯＮの場合の反射光５５２のみをレンズ６０を通して観
測者１０の目に導き、これにより、観測者１０５はＤＭ
Ｄ５５１の像を見るものである。なお、ＯＦＦの場合の
反射光５５１はレンズ６０を通過せず、観測者１０の目
には届かないようにしてある。発光ダイオード４０１の
輝度は、発光輝度制御回路４０２により制御し、ＤＭＤ
５４１の状態はＤＭＤ駆動回路５４０により制御する。

【０２７５】この系では、発光ダイオード４０１と発光
輝度制御回路４０２を合わせたものが図９の一括光変調
手段４００に相当し、ＤＭＤ５４１とＤＭＤ駆動回路５
４０を合わせたものが二次元光変調手段５００に相当す
る。また、ＤＭＤ５４１への入射光４５０が一括変調光
束に相当し、ＯＮの場合の反射光５５２が個別変調出力
光束５５０に相当する。

【０２７６】ＤＭＤのＳｉ基板１５０上に形成された電
気回路は、反射型液晶ライトバルブで言えば図２０また
は図２４のようなＳＲＡＭ型の構成であり、図１７また
は図２２のタイミングで動作させることができる（但
し、μ（ｔ）は液晶層の反射率ではなく、ＤＭＤの反射
率である）。そして、反射型液晶ライトバルブの場合と
同様に階調の線形性が保たれて階調再現性のよい映像が
得られる。

【０２７７】さて従来は、ＤＭＤも従来の技術で説明し
たように単位区間の幅を２の累乗の比で変化させて階調
を得ていたが［例えば、Ｌａｒｒｙ Ｊ．Ｈｏｒｎｂｅ
ｃｋ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ ａｎｄ ＭＥＭＳ：Ｔｉｍｅｌｙ Ｃｏｎｖｅｒ
ｇｅｎｃｅ ｆｏｒ ａ Ｂｒｉｇｈｔ Ｆｕｔｕｒｅ
（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＩＣＲＯ
−ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ’９５ Ｐａｒｔ ｏｆ
ＳＰＩＥ’ｓ Ｔｈｅｍａｔｉｃ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｅ
ｒｉｅｓ Ｐｌｅｎａｒｙ Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｐａｐｅ
ｒ）参照］、本実施例のように駆動にすることにより、
単位区間の最小幅を大きくすることができ、駆動回路の
動作速度も従来の場合のように速くする必要がなく、制
御も容易、動作も確実となる。

【０２７８】なお、一括光変調手段の光出力波形につい
ては、今まで説明してきた各方法が適用可能であるのは
もちろんである。

【０２７９】（第２−７の実施例）本実施例は、投射型
の表示装置に関する。

【０２８０】さて、第２の実施の形態の各実施例は、光
源の輝度（一般には光学的）自体を変調するものであっ
たが、本実施例では概略一定輝度の光源からの光を一括
制御する。

【０２８１】図２８の（１）に本実施例の表示装置を示
す。これは、概略一定の輝度で発光する光源４０３（例
えばメタルハライドランプ、ハロゲンランプ、ＵＨＰラ
ンプ、Ｘｅランプ、白熱灯、蛍光ランプ、発光ダイオー
ド、レーザ光源、エレクトロルミネッセンス光源など、
何でもよい）からの光を回転フィルタ４１０を通して偏
光ビームスプリッタ４５を介して反射型液晶ライトバル
ブ５０２に入射し、そのときに反射した光を投写レンズ
６１を通してスクリーン７０上に投写するものである。
このため、スクリーン７０上には反射型液晶ライトバル
ブ５０１の像が結像される。ここで、偏光ビームスプリ
ッタは、図１５に示すものと同じである。

【０２８２】本実施例では、回転フィルタ（及びこれを
制御する電気回路部。図２８の（１）には図示せず）が
一括光変調手段に相当し、反射型液晶ライトバルブ（及
びこれを制御する電気回路部。図２８の（１）では図示
せず）が二次元光変調手段５００に相当する。また、回
転フィルタ４１１から出力される光が一括変調光束４５
０に相当し、反射型液晶ライトバルブ５０１から出力さ
れ偏光ビームスプリッタ４５を通過した光が個別変調出
力光束５５０に相当することとなる。

【０２８３】回転フィルタ４１０は、図２８の（２）に
示すような構造になっている。すなわち、円盤状のフィ
ルタ４１０がその軸４１１を回転するようになってい
る。更に、円盤部の一部だけ光が通過するようになって
いる。図２８の（３）にこれを更に詳しく示す。この円
盤状フィルタは、その中心軸４１１を中心あるいはいわ
ゆる結び目部とするいずれも中心角１２０゜の３つの扇
状部に分割され、それぞれの扇状部は主として赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）成分を通過させるフィル
タとする。そして、各扇状部をさらに８等分してＲｋ、
Ｇｋ、Ｂｋ（ｋ＝０，１…，７）とし、それぞれの色に
ついて各扇状部の透過率が２^k に比例するようしてい
る。このため一つの扇状部単位の中心角は１５゜とな
る。

【０２８４】そして、実際の駆動に当たっては、反射型
液晶ライトバルブ５０１が３表示周期分の動作をする間
に回転フィルタ４１０が１回転する。すなわち、１表示
周期毎に赤、緑、青の各色が通過する。今、例えば緑色
の表示周期を考えると、光は回転フィルタ４１０のＧ
７、Ｇ６、Ｇ５、…、Ｇ０の部分を順に通過することに
なる。光がＧｋの部分を通過するときを単位区間Ｉ_k と
考えると、一括変調光束４５０の強度の１表示周期での
変化はちょうど図２２のＰ（ｔ）のようになる。従っ
て、反射型液晶ライトバルブ５０１の動作もこれに合わ
せて図２２のμ（ｔ）になるようにすれば、緑色につい
て線形性のよい２５６階調を得ることができる。赤、青
についても同様である。結果として色再現性の良い映像
が得られる。

【０２８５】なお、光が回転フィルタを通過するときの
空間的な広がりが大きいと、扇状部の境界部を通過する
際に、一括変調光束４５０の時間応答が図２２のＰ
（ｔ）のように明確なステップ形状とならず、これから
ずれることが生じうる。そういう場合には、図２８では
省略しているが、光源からの光をレンズで絞って回転フ
ィルタの位置で焦点を結ぶようにして入射すればよい。

【０２８６】なお、図２２に示すタイミングを実現する
ためには、反射型液晶ライトバルブ５０１の電気回路部
（図２８では図示せず）は図２１、図２３あるいは図２
４のように一括で液晶に書き込みを行う液晶書き込みス
イッチング素子を備えていることが望ましい。

【０２８７】また、図１７のように、暗部を設けて駆動
することも可能である。このためには、例えば回転フィ
ルタの各扇状部の境界に光の透過しない部分を形成すれ
ばよい。この場合は、図４あるいは図２０の回路でも実
現可能である（もちろん、図２１、図２３あるいは図２
４の回路でも良い）。

【０２８８】また、回転フィルタで２^k の比の透過率分
布を得るためには、透過率が１／２の板を用意して、こ
れを所定枚数重ねればよい。（例えば、ｈ枚重ねれば１
／２のｈ乗の透過率が得られる。） また、回転フィルタ上での扇状部の並べ方は、必ずしも
図２８の（３）に示す通りでなくてもよく、例えばＢ
３、Ｇ４、Ｒ０、Ｇ２、Ｂ６、... というように各色の
各扇状部が入り乱れて並んでいてもよい。

【０２８９】また、回転フィルタの回転方向は光源から
見て時計回りでも反時計回りでもよい。

【０２９０】また、回転フィルタは単色でもよい。例え
ば、ＮＤフィルタであってもよい。この場合、カラーの
映像を得るためには、反射型液晶ライトバルブの各画素
別に赤、緑及び青の色フィルタをつけたり、回転フィル
タを通過したあとの光を色分解素子（例えばダイクロイ
ックミラー）で３色に分解し、３つの別々の反射型液晶
ライトバルブで変調を行い、再度色合成プリズムで合成
を行ったりする（例えば、特願平０９−２９２１６０号
の図４のような光学系を使用）こととなる。

【０２９１】また、単位区間の数Ｎは何も８すなわち２
５６階調でなくてもよい。

【０２９２】また、以上は２値論理の場合の説明であっ
たが、これに限らず、一般の場合でもよい。

【０２９３】また、第１−３から第１−８の実施例のい
ずれでもよい。例えば、回転フィルタの透過率が回転角
の指数関数で変化するような分布になっていれば、第１
−６の実施例や第１−７の実施例となる。

【０２９４】また、第２−１の実施の形態の反射型液晶
ライトバルブに関して説明したことは、本実施例の反射
型液晶ライトバルブに関しても適用される。特に、液晶
への電圧の印加方法の説明、液晶の応答速度についての
説明に関しては本構成の反射型液晶ライトバルブに用い
た液晶に関しても適用される。

【０２９５】また、以上の説明してきたことは、反射型
液晶ライトバルブに限らず、一般の受動型の空間光変調
素子について成り立つ。例えば、図２６に示すＤＭＤを
二次元光変調手段として用いることも可能である。この
場合、例えば、発光ダイオードを図２８のランプと回転
フィルタに置き換えた光学系になる。

【０２９６】また、以上のようなプロジェクタでなく、
例えば図１５に示すようなマイクロディスプレイにも採
用可能である。

【０２９７】また、図２８において、光を反射型液晶ラ
イトバルブを通過した後に回転フィルタに通すようにし
てもよい。

【０２９８】また、回転フィルターの高速回転でブレ等
が生じないよう、各部の重量、質量、をうまく消すよう
に重し等を付していても良い。

【０２９９】（光の利用効率に関する説明）先の第２−
１の実施例等の構成及び動作の説明の中で記したよう
に、光源自体の発光輝度を制御する場合と、本実施例の
ように光源の輝度は一定としてそこからの光を強度変調
する場合とを比較してみると、明白に前者の方が消費電
力が少ない。実際、本構成において簡単のため緑色単色
のみを考慮し、Ｇ７、Ｇ６、Ｇ５、…の透過率をそれぞ
れ１、１／２、１／４、…とすれば、回転フィルタ２１
０２の時間平均透過率Ｐａｖは、（数２０）により約
０．２５となる。

【０３００】

【数２０】 すなわち、光源の光の高々２５％しか利用せず、同じ明
るさの映像を得るためには第２−１の実施例の約４倍の
電力が必要となる。

【０３０１】このような電力のロスを改善するのが、図
１３に示す第１−８の実施例のように、１表示周期を単
位区間の長さを変化させる部分（第１種単位区間）と一
括光変調手段の輝度を変化させる部分（第２種単位区
間）に分ける方法である（これを混合駆動法と呼び、先
の駆動法を単一駆動法と呼ぶことにする）。いま、実際
に回転フィルタの透過率分布が例えば図１３（単位区間
の総数Ｎ＝８、第１種単位区間の数Ｎ１＝３に相当）の
ようなＰ（ｔ）を与えるとして時間平均の透過率Ｐａｖ
を計算すると、（数２１）より約０．６６となる。

【０３０２】

【数２１】 ただし、透過率の最も明るい部分が１になるように規格
化して計算してある。従って、単一駆動法では２５％し
かなかった光利用効率が、混合駆動法では６６％にまで
向上することになる。一方、最も短い単位区間の幅は単
一駆動法の場合１表示周期の１／８であったのが混合駆
動法では１／１２になるものの、従来の技術の場合の１
／２５６に比べればはるかに大きい。このため応答時間
条件についての制約は、従来の技術に比べればやはりは
るかに小さく、事実上問題にならない。

【０３０３】なお、混合駆動法で例えばＮ＝８、Ｎ１＝
５の場合について同様に計算するとＰａｖ＝２５５／２
７２≒０．９３８となり、又、最も短い単位区間の幅は
１表示周期の１／３４である。こうすると光利用効率は
回転フィルタが無い場合に比べて約６％低下するだけで
あり、効率ロスとしてはほとんど問題のないレベルであ
る。一方、最短の単位区間の幅も従来の技術の場合に比
較して約８倍あり、この場合も応答時間についての制約
は事実上問題にはならない。

【０３０４】以上、Ｎ＝８でＮ１＝３または５の場合を
例にとって説明したが、これ以外のどのような場合であ
っても上記の光利用効率改善の効果は得られる。

【０３０５】（第２−８の実施例）本実施例は、光シャ
ッターを利用するものに関する。

【０３０６】本実施例の表示装置の構成を図２９に示
す。本図に示すように、この表示装置は、基本的には図
２８に類似しているが、一括光変調手段として光シャッ
タ４１２を用いている点が大きく異なる。光シャッタと
しては、機械的なシャッタでもよいが、例えば液晶パネ
ル等をも用いることもできる。液晶パネルが透過率可変
であれば、赤、緑及び青の色分解は別として、先の第２
−７の実施例と全く同じ原理で線形性のよい２５６階調
が得られる。更に、この実施例で説明したことは本実施
例でもほぼ適応される。

【０３０７】本実施例で光シャッタとして用いる液晶パ
ネルの断面構造を、図３０に示す。これは、ＩＴＯ等の
透明電極４１４を形成した、例えばガラス、石英、プラ
スチック等からなる２枚の透明基板４１３で液晶層４１
５を挟み込んだ構造であり、２枚の透明電極４１４の間
に駆動電源４１６で電圧を印加することにより液晶の動
作を制御するようにしている。なお、液晶の状態の変化
を透過率の変化として取り出すために、透明基板４１３
の両外側の表面には偏光フィルム４１７を貼り付けてい
る。

【０３０８】液晶としては、応答速度が比較的速くかつ
高コントラストが得られるＶＡ液晶を用いてもよいし、
他の液晶であってもよい。例えば、ＴＮ（ツイステッド
・ネマチック）液晶、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッド
・ネマチック）液晶、ＶＡ液晶（垂直配向液晶、または
ホメオトロピック液晶）やホモジニアス配向液晶等を含
むＥＣＢ（電界制御複屈折）型液晶、ベント液晶、ＩＰ
Ｓ（面内スイッチング）液晶、ＧＨ（ゲスト・ホスト）
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液
晶、ＯＣＢ液晶、ディスコテック液晶及びその他のさま
ざまなモードが使用しうる。また、液晶以外でも印加電
圧によって光学的特性が変化する材料であれば用いるこ
とができる。例えばＢＳＯ（ビスマスシリコンオキサイ
ド）等の電気光学結晶が挙げられる。ただし、本発明の
出願時点では液晶が最も安価であり、これを使用するの
が望ましい。

【０３０９】また、この液晶は、例えば図１０〜図１３
のＰ（ｔ）からもわかるように、１表示周期内で迅速に
応答する必要がある。従って、本発明の出願時点では非
常に高速応答が可能な強誘電性液晶、あるいは反強誘電
性液晶を用いるのが最も望ましい。但し、強誘電性液晶
の場合にはＯＮかＯＦＦの２値的な動作をするので、例
えば図１２のように時間幅変調的な駆動をするのが望ま
しい。

【０３１０】（第２−９の実施例）本実施例は、自発光
型の空間光変調素子からの光が一括光変調手段によって
変調されるものである。

【０３１１】本第２の実施の形態の各実施例のうち、第
２−１から第２−６の実施例は、光源の輝度（一般には
光学的）自体を変調するものであり、第２−７と第２−
８の実施例は、概略一定輝度の光源からの光を変調する
ものであった。本実施例は、これらとは別の構成であ
る。

【０３１２】図３１に、本実施例の原理を示す。本図に
示すように、この表示装置は、自発光型の空間光変調素
子５０２と一括光変調手段４０を組み合わせたものであ
る。そして、例えば図１０を例にとると、自発光型の空
間光変調素子５０２が二次元光変調手段に相当し、その
各部がμ（ｔ）で表されるような発光輝度の変化をし、
その前ユーザ側に置かれた一括光変調手段４００がＰ
（ｔ）で表されるような透過率変化をする。その結果、
出力光はＰ（ｔ）μ（ｔ）で表されることとなり、先行
する実施例と同様、単位区間の幅を縮めることなく線形
性のよい階調が得られる。なお、図１０に限らず、図１
１、図１２、図１３、図１７及び図２２の場合について
も同様である。

【０３１３】次に、自発光型の空間光変調素子の具体的
構成あるが、これは、エレクトロルミネッセンス素子
（有機ＥＬ素子を含む）、プラズマディスプレイパネ
ル、電界放出型ディスプレイ、ブラウン管、レーザダイ
オードアレイ、発光ダイオードアレイ、スキャンされた
レーザ光源等がある。

【０３１４】また、一括光変調手段としては、第２−８
の実施例で説明した回転フィルタや、第２−９の実施例
で説明した光シャッタ等を用いることができる。

【０３１５】なお、自発光型の空間光変調素子は、輝度
の空間的分布を発生するものでもよいが、例えば偏光状
態、偏光方向、位相、波長スペクトル、光学的コヒーレ
ンス、更には将来的には量子力学的コヒーレンス等の面
内分布を与えるものでもよいし、あるいはレーザーアレ
イ等を用いる場合に、光の発振モードの分布を発生する
ものであってもよい。最終的に映像として観測される段
階で光エネルギー（明るさ）として（数９）あるいは
（数１０）が満たされるようになっていればよい。

【０３１６】（第２−１０の実施例）本実施例は、液晶
パネルを積層するものである。

【０３１７】実施例の表示素子の断面を、図３２に示
す。本図に示すように、これは、２つの透過型液晶パネ
ルを張り合わせたものであり、それぞれのパネルが一括
光変調部及び二次元光変調部に相当する。

【０３１８】一括光変調部４００は、透明電極４１４
１，４１４２のついた２枚の透明基板４１３１，４１３
２の間に第１層液晶４１５を挟んだ構造である。また、
二次元光変調部５００も同様に透明電極５１４１，５１
４２のついた２枚の透明基板４１３１，５１３２の間に
第２層液晶５１５を挟んだ構造である。そして、透明基
板５１３２は、画素毎に分割されていて、各画素電極毎
に個別に駆動することが可能である。なお、この透明基
板５１３２上にはＴＦＴ等によって構成されたアクティ
ブマトリクス駆動回路があるが、自明かつ煩雑となるた
め図示は省略している。そして、一括光変調部４００の
入力側、一括光変調部４００と二次元光変調部５００の
境界、二次元光変調部の出力側には偏光フィルム４１７
１，７１７２，５１７が貼り付けてある。

【０３１９】ここで、一括光変調部４００の構成は図３
０に示す一括光変調手段と全く同じである。また、二次
元光変調部５００は受動型の空間光変調素子の一種であ
るので、図で左側から光を入射して本発明の原理に従っ
てそれぞれの部分を駆動すれば、線形性のよい階調を得
ることができる。このため、図１０、図１１、図１２、
図１３、図１７、あるいは図２２のような駆動が可能と
なる。この素子はプロジェクタとして用いることも、マ
イクロディスプレイとして用いることも可能である。ま
た、直視型の液晶パネルに用いることも可能である。

【０３２０】なお、第１液晶層は、第２−８の実施例で
用いた光シャッタと同様の液晶を用いることが可能であ
り、更に本発明の出願時点では、強誘電性液晶や反強誘
電性液晶が高速応答可能で本構成に最も適している。ま
た、第２液晶層にもＶＡ液晶をはじめとしていろいろな
液晶を用いることができる。

【０３２１】また、図３２は透過型であるが、反射型等
としてもよいのは勿論である。

【０３２２】また、本素子は右側から光を入力し、左側
から出力することも可能である。

【０３２３】また、本素子と光源を組み合わせて、調光
機能を持った光源としてもよい。

【０３２４】また、この映像表示装置においては、視野
角改善のために位相差補償フィルムを備えても勿論かま
わない。特に、２値的な駆動をさせる場合には安定な液
晶の配向状態は事実上２つしかないので、最適なリター
デーションを設計するときにこの２つの状態に対する位
相差補償効果だけを考えればよく（アナログ的な駆動の
場合は連続的なすべての状態に対して考慮しなければな
らない）、設計の自由度が高くなる。また、中間的な状
態は用いないので、アナログ駆動の場合に発生していた
斜めから見たときの階調反転（例えば、Ｃ．Ｈｅｉｎｍ
ｕｌｌｓｅ他、ＳＩＤ ９９ ＤＩＧＥＳＴ，ｐ９０−
９３（１９９９）で述べられている）等も改善される。

【０３２５】また例えば、浅田他、映像情報メディア学
会誌ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．７，９９．９９２−９９５
（１９９８）にあるような容量結合駆動法等と組み合わ
せることも勿論可能である。この方法を用いると、例え
ば、先の表３で示したような方法でＩＴＯの電位を変化
させる代わりに、容量結合駆動における補償電圧を変化
させることで液晶にかかる電圧を表３と全く同様に制御
することが可能となる。そして、ドライバＩＣの低電圧
化が可能になるという長所が得られる。

【０３２６】なお、装置の駆動を常時このようにして行
う場合、元の映像信号をデジタル信号処理してから二次
元変調手段に送り込むことになる。例えば、元の映像信
号１フレーム分（画素数Ｍ_A ×Ｎ_A 、Ｎビット階調とす
る）が時系列で、［画素（１，１）の信号］［画素
（１，２）の信号］［画素（１，３）の信号］…［画素
（Ｍ_A ，Ｎ_A ）の信号］というように並んでいたとする
（ここに、［ ］はＮビットの映像信号とする。すなわ
ち、パリティ等は別にして、０または１がＭ_A ×Ｎ _A ×
Ｎ個並んだ信号である）。

【０３２７】これを二次元光変調手段に送り込むときに
は、信号の並べ替えを行って、［｛画素（１，１）の信
号のＮ位ビット｝｛画素（１，２）の信号のＮ位ビッ
ト｝｛画素（１，３）の信号のＮ位ビット｝…｛画素
（Ｍ_A ，Ｎ_A ）の信号のＮ位ビット｝］［｛画素（１，
１）の信号の（Ｎ−１）位ビット｝｛画素（１，２）の
信号の（Ｎ−１）位ビット｝｛画素（１，３）の信号の
（Ｎ−１）位ビット｝…｛画素（Ｍ_A ，Ｎ_A ）の信号の
（Ｎ−１）位ビット｝］…［｛画素（１，１）の信号の
１位ビット｝｛画素（１，２）の信号の１位ビット｝
｛画素（１，３）の信号の１位ビット｝…｛画素
（Ｍ_A ，Ｎ_A ）の信号の１位ビット｝］とする必要があ
る。このような一連の操作を行うためには、デジタル信
号処理用のメモリを備えていることが望ましい。

【０３２８】（第３の実施の形態）本実施の形態は、各
画素を幾何学的に分割するものである。

【０３２９】図３３に、本実施の形態の表示装置の構成
を示す。

【０３３０】先ず、本実施の形態では、簡単のため４
行、４列で合計１６個の電極を形成したサンプルパネル
２０６について説明する。

【０３３１】サンプルパネル２０６は、ガラス基板１０
０上に４行、４列で１６個のＡｌ電極１０４１を形成し
て配向膜（図示せず）を塗布して配向処理を行ったもの
と、別のガラス基板２００上にＩＴＯ１０２を形成して
同様に配向膜（図示せず）を塗布して配向処理を行った
ものとをあるギャップを持たせて互いに貼りあわせてそ
の間隙にＶＡ液晶３００を注入したものである。ここ
で、セルギャップはｄ＝１．３μｍであり、ＶＡ液晶と
してはΔｎ＝−０．１２のものを用いた。このとき１６
個のＡｌ電極には独立して電圧を印可できるよう配線
（図示せず）を内蔵しておりそれそれにスイッチ２１２
がついている。このサンプルパネル２０６を駆動電源４
１６に接続し、光源４０３からの光をフィルタ４１及び
偏光ビームスプリッタ４５を介してサンプルパネル２０
６に入射し、そのときの反射光をフォトディテクタ１１
で観察する。光源４０３はハロゲンランプを用い、フィ
ルタ４１は中心波長がλ＝５４０ｎｍのものを用いてい
る。

【０３３２】先ず、非常に低周波（〜０．１Ｈｚ）の三
角波の電圧信号を用いてサンプルパネルの１６個のＡｌ
電極を同時に駆動させた。この際の、両者の関係を図３
４に示す。本図においては、駆動電圧をＸ軸、フォトデ
ィテクタ２１１で観測される反射光強度をＹ軸にしてい
る。この結果、Ｙ軸（電圧）に対して正負対称な図形が
得られた。この際、反射光強度が立ち上がりを始める電
圧（閾値電圧）はＶ_T＝１．９Ｖ、極大になる電圧（最
大電圧）はＶ_M ＝７．０Ｖになった。

【０３３３】次に、この液晶の応答速度（Ｖ_T からＶ_M
へ及びＶ_M からＶ_T へ電圧を変化させたときの反射光強
度の立ち上がり及び降下時間）を測定したところ、約
０．５ｍｓｅｃであった。これは通常のＴＮ液晶（数ｍ
ｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ）に比較して非常に速いが、セル
ギャップが非常に小さいためであると考えられる。

【０３３４】次に、このサンプルパネルを駆動するため
の図３５のような各フレーム毎に正負か逆の電圧波形に
ついて考える。この電圧波形は１６．６６６７ｍｓｅｃ
（＝１／６０秒）が１つの単位となっていて、これが映
像表示装置の１表示周期（１フレーム）に相当する。各
フレームは、８個の電圧変調期間Ｐ₇ ，Ｐ₆ ，…，
Ｐ ₁ ，Ｐ₀ と、１個の予備期間（ブランキング）Ｐ_B よ
りなる。そして、８個の電圧変調期間の幅はＰ₇ から順
にそれぞれ８ｍｓｅｃ、４ｍｓｅｃ、２ｍｓｅｃ、１ｍ
ｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、０．２５ｍｓｅｃ、０．１２
５ｍｓｅｃ、０．０６２５ｍｓｅｃであり、公比１／２
の等比数列になっている。予備期間の幅は０．７２９２
ｍｓｅｃである。

【０３３５】奇数番目のフレームにおいては各電圧変調
期間の電圧はＶ_S またはＶ_B であり（Ｖ_S ＞Ｖ_B ≧
０）、偶数番目のフレームにおいては−Ｖ_S または−Ｖ
_B である。予備期間の電圧であるがこれは、奇数番目の
フレームではＶ_B であり、偶数番目のフレームでは−Ｖ
_B である。このような偶奇反転の電圧波形にすることに
より、１秒等１フレームに比較して充分長い時間で見る
と直流成分をほぼ０に近い値にすることができ、経時的
な液晶のチャージアップが防止される。なお、ここでは
Ｖ_S と−Ｖ_S 、あるいはＶ_B と−Ｖ_B のように完全に正
負対称としているが、偶奇各フレームで（絶対値が異な
っても）符号だけが逆でもある程度の効果は得られる。

【０３３６】ところで、電圧−反射率特性（γ特性）
は、図３４に示すように正負対称である。このため、奇
数フレームでのＶ_S 印加時と偶数フレームでの−Ｖ_S 印
加時では液晶は全く同じ光学的状態であり、このため反
射光強度は同じになる。Ｖ_B と−Ｖ_B についても同様で
ある。このように液晶の光学的状態が偶奇各フレームで
同じにすることにより、表示のちらつき（フリッカ）を
なくすことができる。

【０３３７】さて、このような電圧波形は、（奇数フレ
ーム及び偶数フレームそれぞれについて）２⁸ ＝２５６
通り存在する。ここで、ｊ＝０、１、・・・、２５５に
ついて、ｊを２進数表示したときの８桁の数の各位につ
いて、第２^k 位（ｋ＝０，１，…，７）の数字が１の場
合には電圧変調期間Ｐ_k の電圧をＶ_S （または−Ｖ_S）
に、０の場合にはＶ_B （または−Ｖ_B ）にすることによ
って得られた電圧波形をＶ_j とする。

【０３３８】実際に１６個のＡｌ電極を同時に駆動し、
２５６通りの電圧波形Ｖ_j のそれぞれについてそのとき
の出力Ｉ_j （反射光強度の１フレームにわたる積分値に
相当）を測定した。電圧値は、Ｖ_S ＝７．０Ｖ、Ｖ_B ＝
１．５Ｖとした。このときのｊとＩ_j の関係を図８に示
す。これによると、低い階調レベルを除く範囲で概ね線
形に近い関係が得られているのが分かる。

【０３３９】そこで、１６以上の階調では１６個の電極
を同時に駆動することとし、１５以下の階調では、駆動
方法は１６以上と同じかつ表示する画素数を変化させる
ようにした。例えば１では１つの画素のみを駆動させ、
他の画素は非表示状態とする。２では２つの画素のみ駆
動させ、３では３つの画素のみを…と表示する画素数を
変化させる。この様にすると、表示画素の面積に応じて
反射率が直線的に変化することとなる。その結果、図３
６に示すように全領域において直線的な階調再現性が得
られることとなる。

【０３４０】ここで、このｊとＩ_j の対応を何度か繰り
返して測定してみたところ、毎回全く同じ関係が得られ
た。また、このサンプルパネルの温度を−２０℃〜７０
℃の範囲で変化させてこの測定を行っても、温度による
差は殆どなかった。また、サンプルパネルの面内のいろ
いろな点で測定を行っても全く同じ特性が得られた。本
方式の駆動の場合、液晶の状態としては本質的に完全に
ＯＮ（±Ｖ_S に対応）と完全にＯＦＦ（±Ｖ_B に対応）
の２つしか用いていないため、かりにγ特性の中間調部
に変化（温度、チャージアップ、面内不均一性などによ
る）があっても、その影響が従来のアナログ的な駆動の
場合に比べて現れにくくなっていると考えらえる。

【０３４１】ここで、図３３に示すサンプルパネル２０
６のＡｌ電極１０４とＩＴＯ１０２の電位を接地電位を
基準として独立に変化させることを考える。このときの
変化のさせ方の例を（表３）に、実際の波形図を図３７
に示す。

【０３４２】

【表３】 これによると、確かにＡｌ電極の電位とＩＴＯの電位の
差をとれば図３４のような波形になることがわかる。こ
うすると、Ａｌ電極の電位が０とＶ_S −Ｖ_B の２種のみ
で済み、このため、実際にアクティブマトリクス基板で
駆動させる際に周辺ドライバ回路が簡単になる。また、
電位が２値のみで済むためデジタル回路との整合がよく
なり、特にＳＲＡＭ基板を用いる場合（後述）に有効に
なる。

【０３４３】なお、ここまでの実験において、Ｖ_B 及び
Ｖ_S の電圧は必ずしも固定されたものではなく、｜Ｖ_B
｜は０Ｖ〜閾値電圧Ｖ_T の近傍であってもよく、Ｖ_S も
最大電圧Ｖ_M の近傍であってもよい。また、場合によっ
てはγ特性曲線が必ずしも極大値を持たないことがある
が、そのときは、十分な反射率をもつような電圧値をＶ
_S とすればよい。

【０３４４】また、ここでは８ビット階調を例として述
べたが、別に８ビットである必要はなく、２ビット以上
であればいくらでも良い。

【０３４５】また、ここでは１フレームの時間は現行の
テレビジョン放送にあわせて１６．６６６７ｍｓｅｃと
したが、これは必ずしもこの値である必要はない。

【０３４６】また、１フレーム内での電圧変調期間の配
列は必ずしも幅の大きいものから順番である必要はな
く、例えば幅の小さい順に配列することや、あるいは制
御は面倒となるがランダムに配列するのも勿論かまわな
い。

【０３４７】また、以上の実験では１フレーム内におい
て隣り合う電圧変調期間はいずれも時間的に接している
が、別にこれらの間に適当な予備期間（非変調期間；ブ
ランキング）や、積分効果による動画のボケを解消する
ための黒表示期間を設けても構わない。なお、積分効果
の防止のためには、階調の小さい単位となる単位区間が
１表示周期の後になるようにするのが望ましい。

【０３４８】また、本実験では１フレーム内の電圧変調
期間の高さはすべて同じとしたが、アクティブマトリク
スの周辺ドライバ回路の構成がやや複雑にはなるが、こ
れもかならずしもすべて同じとする必要はない。

【０３４９】また、回路が多少複雑となるが、各々の電
圧変調期間内で必ずしも一定の電圧とする必要もない。
（勿論厳密には、トランジスタの寄生容量やリーク電流
のため、電圧変調期間内で僅かの電圧の変動はあり得る
が、これは無視しうる）。

【０３５０】以上の実験は、セルギャップｄ＝１．３μ
ｍ、複屈折Δｎ＝−０．１２、光の波長λ＝５４０ｎｍ
の場合について行ったが、これも必ずしもこれらの値で
ある必要はない。例えば、セルギャップｄは、０．０５
μｍ〜５０μｍの間であればよい。

【０３５１】また、以上の実験はすべてＶＡ液晶に対し
て行ったが、ＴＮ液晶、ＳＴＮ（スーパーツイステッド
ネマティック）液晶、ＩＰＳ（面内スイッチング）液
晶、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型液晶、高分子分散型液
晶、ホモジニアス液晶、ハイブリッド液晶、ＯＣＢ液
晶、ディスコティック液晶等のネマティック相液晶に関
しても同様のことがいえる。なお、本発明の出願時点で
は、衝撃に対する安定性や配向安定性等に難はあるもの
の、例えば強誘電性液晶や反強誘電性液晶等の非ネマテ
ィック型の液晶でも本発明の効果が得られる。従って、
将来の技術発達の基でこれらの液晶が採用されてもよ
い。

【０３５２】また、以上の実験は反射型の表示装置で行
ったが、これは、透過型でも全く同様に行うことができ
る。この場合、サンプルパネルのＡｌ電極の代わりにＩ
ＴＯを用い、このサンプルパネルを２枚の偏光板で挟ん
でそのときの透過光強度を測定すればよい。ただ、透過
型にする場合、ＶＡ液晶のように複屈折効果を用いると
きの変調度が反射型の場合の半分になるため、効率の低
下等が生じる可能性はあり得る。この点から見れば、反
射型の方が望ましい。

【０３５３】また、以上においては各電圧変調期間内に
おいて２値論理的に２通りの単位電圧波形（偶奇フレー
ムでの反転を除く）のうちからの選択を行っているが、
あえて３値論理、４値論理的に複数の単位電圧波形のな
かからの選択を行ってもかまわない。

【０３５４】また、Ａｌ電極の数を４行、４列の１６個
としたがこれに限るものではなく２行、２列の４個等で
もよい。また、各最小画素は同じ面積を持つことが望ま
しいが必ずしもこれに限定されるものではない。

【０３５５】また、本実施の形態では１５以下の階調に
おいて面積による階調表示方法としたがこれに限るもの
ではなく面積による階調方法（本実施の形態では４ビッ
ト分）とパルス幅による階調方法（例えば４ビット分）
を常に組み合わせてもよい。例えば面積による階調方法
を、本実施の形態の様に４ビット分とし、パルス幅によ
る階調方法を例えば４ビット分とし、それらの組合せに
より８ビット（２５６階調）を表示させてもかなわな
い。

【０３５６】（第４の実施の形態）本実施の形態は、先
の第３の実施の形態の素子を、実際にアクティブマトリ
クス基板に用いた液晶パネルに関する。

【０３５７】いま、入力されてくる映像信号がＡ×Ｂ個
の表示画素の信号で構成されている場合、Ａの４倍を
Ｍ、Ｂの４倍をＮとする。この場合、全体で２５６階調
（８ビット分）を表示するには面積で１〜１６（４ビッ
ト分）、残り４ビット分を時間階調（パルスの幅）で表
示すればよいこととなる。図４に示すような透過型のＭ
×Ｎアクティブマトリクス基板（アモルファスＳｉ、あ
るいは多結晶Ｓｉなどで形成）と透明電極（ＩＴＯ）基
板の間にＶＡ液晶を注入して液晶パネルを構成し、それ
ぞれの画素を先の実施の形態で記したような電圧波形で
駆動する。このような駆動のタイミングチャートの一例
を図３７に示す。

【０３５８】これは、上の段から順に第（１、ｎ）画
素、第（２、ｎ）画素、・・・、第（Ｍ、ｎ）画素（こ
こに、ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）の液晶への印加電圧を
示す波形であるが、それぞれ先の実施の形態で説明し
た、１フレーム（Ｔで示す）が８個の電圧変調期間から
なる電圧波形がＴ_S という時間ずつ遅れながら動作する
様子を示している（簡単のため、電圧波形としてはいず
れも２進数表示で１ｘｘｘ０１０１である場合について
描いてある）。各段の折れ線の上部に下方向きの矢印で
示してあるのが、その画素の属するゲート線が選択され
ている瞬間である。これは、第ｎのデータ線はＴ_S とい
う時間毎に各画素で発生すべき電圧波形番号（１５〜２
５５）の２進数表示時の当該桁の値（０、又は１）に応
じた電圧値（±Ｖ_B 又は±Ｖ_S ）になっていることを示
している。

【０３５９】更に０〜１４の階調の表示には、４×４で
構成された画素の表示面積（表示画素数）により表示す
る。

【０３６０】ここで、このような駆動が有効に行われる
ためには、以下の条件が満たされている必要がある。

【０３６１】［１］Ｔ_S という時間内で各画素への充電
がほぼ完了すること（ただし、液晶分子の応答時間は含
まない）。

【０３６２】［２］Ｔ_S という時間内でＮ個のデータ線
に与えるべき信号（０、又は１）を求め、それに応じた
電圧値（±Ｖ_B 又は±Ｖ_S ）にすること。

【０３６３】［３］Ｍ・Ｔ_S が最小の電圧変調期間（Ｐ
₀ ）よりも短いこと。

【０３６４】これらの条件は、Ｍ、Ｎが大きいほど満た
すのが困難になるが、データ処理シフトレジスタの並列
処理ビット数を大きくしたり、トランジスタ自体の充電
能力を大きくしたり（すなわち、移動度を大きくしてＲ
Ｃ時定数を小さくする）することによって、大きなＭ、
Ｎでも実現可能になる。また、Ｍ、Ｎとしては、４〜４
００００程度が望ましい。

【０３６５】なお、このようなＭ×Ｎ画素の表示単位を
さらに２次元的に何組か並べれば、より大きな画素数の
表示が行えることは言うまでもない。

【０３６６】さて、実際に、Ｍ＝Ｎ＝６４の場合につい
て２５６階調の画像の表示を行ったところ（Ｒ、Ｇ、Ｂ
の３色構成にする）、従来のアナログ階調に比べて均一
性が良く、色合いのムラの少ない映像が得られた。ま
た、長時間動作を行っても色合いや階調特性に変化がな
く、非常に安定な映像が得られた。

【０３６７】なお、アクティブマトリクス基板を用いた
パネルにおいても、各画素単位の実際の駆動に当たって
は、先の実施の形態で記したことはそのまま適用され
る。

【０３６８】（第５の実施の形態）本実施の形態は、１
画素あたり１トランジスタで構成されるアクティブマト
リクス基板のかわりに、結晶Ｓｉ基板上に形成したＣＭ
ＯＳによるＳＲＡＭアレイ基板で画素パターンを形成し
たものである。

【０３６９】本実施の形態の回路の一例を図３９に示
す。本図に示すように、この回路は、ゲート線１２１が
選択された瞬間のデータ線１０６の論理値（０または
１）がそのまま画素電極１０４の論理値になるものであ
り、基本的な動作は先の実施の形態のアクティブマトリ
クス基板と同様である。また、ＳＲＡＭを採用した効果
等も本質的には先の第２−２の実施例から第２−５の実
施例で説明したのと同じである。

【０３７０】図３９の例では映像入力信号上の１画素２
０６を本図の左上の四角い点線の囲みで示す４×４の合
計１６個の部分画素で形成して正確な階調を表示してい
る。また、２０４は、ＣＭＯＳ回路である。

【０３７１】この回路がアクティブマトリクスと異なる
点は、 ［１］基本的にデジタル回路であり、画素電極電位は２
値（例えば０Ｖと５Ｖ）しかない。

【０３７２】［２］半導体素子として大きな結晶Ｓｉを
使用した回路であり、移動度がアモルファスＳｉや多結
晶Ｓｉからなる半導体素子に比較して格段に大きく、こ
のため高速スイッチング応答が可能である。

【０３７３】［３］アクティブマトリクスの場合はゲー
ト線の非選択期間には画素電極が電気的に孤立していて
電荷を保持することにより電位を一定に保っているが、
ＳＲＡＭの場合は画素電極がゲート線の非選択期間にも
常に２値いずれかの電源供給線に接続されていて電位を
保持している。このことはまた次のことを意味する。す
なわち、アクティブマトリクスの場合にはゲート線の選
択期間内にトランジスタのチャネルを通して液晶を充電
してしまわなければならないが、ＳＲＡＭの場合にはゲ
ート線の選択期間に画素のＣＭＯＳ回路部２０４のスイ
ッチングさえ完了すればあとの液晶の充電は選択期間が
終わっても継続することができ、選択期間を短くするこ
とができる。

【０３７４】［４］Ｓｉ基板上なので、特殊なプロセス
を行わない限り一般には反射型になる。

【０３７５】［５］１画素あたりのトランジスタの数が
多く構成が複雑なので微細化対応、歩留まり向上という
点ではアクティブマトリクスには及ばない。等である。

【０３７６】このうち、［１］の制限に関しては、先の
実施の形態で説明したＡｌ電極側（ＳＲＡＭ基板側）と
ＩＴＯ側の電位を独立に制御する方法を採用することに
より解決される。

【０３７７】従って、［４］、［５］の僅かの制限を除
けば先の第３と第４の実施の形態で述べたことは、ほぼ
すべてより優位に適用することができる。特に、［２］
と［３］の長所があるので先の実施の形態で説明した３
つの条件のうち［１］が不用になり、大きな画素数に対
応することが可能になる。

【０３７８】なお、実際にこのＳＲＡＭ基板（例えば１
２８０×１０２４画素）とＶＡ液晶を組み合わせて液晶
ライトバルブを形成して、図３８の電圧波形で駆動して
プロジェクタに組み込んで投写したところ、非常に均一
で色ムラや階調のつぶれがなく、かつ経時的にも安定な
映像が得られた。

【０３７９】なお、本実施の形態においても、先の第２
−１０の実施例の最後に記載したごとく、視野角改善の
ため位相差補償フィルムを備えたり、容量結合駆動法等
と組み合わせたりしても良いのは勿論である。

【０３８０】（第６の実施の形態）本実施の形態は、透
過型の液晶パネルに関する。

【０３８１】図４０に本実施の形態の映像表示装置の断
面を示す。これは、画素電極１０４を形成した透明基板
１００と対向電極１０２を形成した対向する透明基板２
００との間に液晶層３００を形成して液晶パネルとした
ものである。１画素２０６中には画素電極１０４とそれ
に付随する表示制御単位回路２１３があり、画素電極１
０４への印加電圧は表示制御単位回路２１３により制御
される。液晶パネルを２枚の偏光板３００で挟むと、透
過光５５４の強度（透過率）は、液晶層３００への印加
電圧（すなわち、画素電極１０４への印加電圧と対向電
極１０２への印加電圧の差）に応じて異なった値を示す
ようになる。

【０３８２】なお、対向電極を形成した透明基板、画素
電極、表示制御単位回路及びこれらの相互接続配線（図
４０には図示せず）をまとめて、表示制御手段と呼ぶこ
とにする。また、液晶層はより一般的に光変調層と呼ぶ
こともできる。

【０３８３】ところで、透明基板上に形成された画素電
極及び表示制御単位回路の形成された基板の平面を図４
１に示す。本図に示すように、この基板では垂直（上
下）方向に映像入力信号供給線１０６が配線され、水平
（左右）方向にライン選択線１２１、書き込み信号線１
２５及びクロック信号線１２８が配線されてマトリクス
を形成している。そして、マトリクスの隙間に画素電極
１０４及び表示制御単位回路２１３が形成されている。
なお、本図では、映像入力信号は４ビットとしている。
すなわち、映像の階調は０（２進表示で００００）〜１
５（２進表示で１１１１）の１６レベルで表される。

【０３８４】図４２に、各信号のタイミングチャートを
示す。

【０３８５】（タイミングｔ１）いま、１表示周期内で
ライン選択線１２１が順次選択されていくが、ｍ番目の
ラインＧ（ｍ）が選択されたときに、その瞬間での映像
入力信号供給線Ｄ１（ｎ）、Ｄ２（ｎ）、Ｄ３（ｎ）及
びＤ４（ｎ）の信号値（０または１のいずれか）が画素
（ｍ，ｎ）の第１置数器１３２に記憶される。信号供給
線Ｄ１（ｎ−１）、Ｄ２（ｎ−１）、Ｄ３（ｎ−１）及
びＤ４（ｎ−１）等に関しても同様である。

【０３８６】（タイミングｔ２）全てのライン選択線１
２１の選択が済んで全表示領域の第１置数器１３２への
信号の書き込みが完了し１表示周期が終了すると、すべ
ての書き込み信号線１２５に一斉に信号が加えられ、第
１置数器１３２に記憶されている信号は全画面一斉に第
２置数器１３３に送られる。書き込み信号線１２５は計
数器１３５のリセット端子にもつながっているので、こ
のとき同時に計数器１３５のリセットも行う（呈示値が
０になる）。

【０３８７】さて、クロック信号線１２８には常にクロ
ックパルスが与えられており、計数器１３５はカウント
アップしていき、その呈示値は１６を法として０、１、
２、３、…（実際は４ビットの２進数値であるため、
０、１、１０、１１）と増加していくことになる。この
呈示値の時間的変化を図４３の（１）のグラフの実線で
示す。一方、第２置数器１３３にはタイミングｔ２で一
斉に信号が書き込まれるので同グラフの波線で表され
る。比較器１３４は、第２置数器１３３の置数値（出力
値）と計数器１３５の呈示数値を比較し、前者が大きい
場合には１を出力し、後者が大きい場合には０を出力す
る。従って、１表示周期の初期で計数器１３５の呈示数
値が小さいうちは１を出力し、第２置数器１３３の置数
値と等しくなったときに初めて０になり、図４３の
（２）に示すような出力が得られる。

【０３８８】ところで、液晶層の透過率は比較器１３４
の出力（すなわち画素電極１０４の電位）に応じた値に
なるが、例えば比較器１３４の出力が０のときには液晶
層の透過率が０（暗状態＝第２の光学的状態）、１のと
きには透過率が１（明状態＝第１の光学的状態）である
とすれば、液晶層の透過率の時間変化は図４３の（３）
のようになる。これらの図から判るように、液晶層がＯ
Ｎになっている時間幅は第２置数器の置数値（すなわ
ち、入力階調レベル）に比例する。従って、１表示周期
での透過率の時間積分値（これは観測者の感じる明るさ
に対応する）は第２置数器の置数値に比例することとな
り、これにより階調表示を行なうことが可能となる。

【０３８９】以上は、簡単のため４ビットの階調で説明
したが、これも他の実施の形態と同じく６ビット階調、
７ビット階調、８ビット階調、１０ビット階調等別の値
でも良いのは勿論である。

【０３９０】この駆動方式は、明と暗の２つの光学的状
態のみを使用して階調表示を行うデジタル的なものであ
り、この点に限っていえば従来例の特願平０９−１９０
８３７号と同様である。従って、アナログ的な駆動に比
較して階調再現性や色再現性が良好であり、また均一性
もよく、クロストークも少ない映像が得られる。

【０３９１】ところで、従来例の場合では階調レベルが
逆転するという現象（特願平０９−１９０８３７号の図
４（ｂ）。８ビット階調を採用）があったが、これは液
晶層の立ち上がりと降下の応答時間が異なることにより
生じていたのが原因と考えられる。すなわち、いま例え
ば特願平０９−１９０８３７号の図４（ｂ）で、階調レ
ベル入力１１と１２に対する出力が逆転しているが、こ
れを例にとって考えてみる。１１と１２は８ビットの２
進表示でそれぞれ００００１０１１及び００００１１０
０であり、下４桁分（電圧変調区間Ｐ０〜Ｐ３に対応）
の電圧波形は図４４の（１）及び（２）の上側のグラフ
のようになる。そして、液晶層の透過率はこの電圧変化
に対してある時定数をもって遅れて応答するので、それ
ぞれの下側のグラフのような応答になる。

【０３９２】そうすると、出力階調レベル、すなわち１
表示周期での透過率の時間積分値は、図４４の（１）の
１１の場合には１１＋２｛（Ｂ）−（Ａ）｝、同（２）
の１２の場合には１２＋（Ｂ）−（Ａ）となる｛（Ａ）
及び（Ｂ）は、それぞれ図中でハッチを施した部分の面
積。また面積は、透過率の最大値を１、Ｐ０の時間幅を
１として計算した｝。ここで、若し立ち上がりと降下の
応答時間が同じであれば（Ａ）と（Ｂ）の面積はほぼ等
しくなり、それぞれの出力階調レベルは１１及び１２と
なって階調の逆転は生じない。しかし、例えば立ち上が
りのほうが降下よりも速い場合には（Ａ）の面積が
（Ｂ）よりも小さくなり、出力階調が逆転することがあ
り得る。例えば（Ａ）の面積が０．５、（Ｂ）の面積が
２であるとすると、入力階調レベル１１→出力階調レベ
ル＝１１＋２｛（Ｂ）−（Ａ）｝＝１４入力階調レベル
１２→出力階調レベル＝１２＋（Ｂ）−（Ａ）＝１３．
５となり、確かに逆転が生じることがわかる。一般に、
電圧波形に現れるパルスの山（電圧レベル＝１の区間の
連続したまとまり）の数が入力階調レベル毎に異なる
と、（Ａ）と（Ｂ）の現れる回数が異なり、階調の線形
性が悪くなり、ひどい場合には上記のように階調の逆転
が生じることになる。特願平０９−１９０８３７号の図
４（ｂ）の中で、上記の例以外でも、２３（２進表示で
０００１０１１１）と２４（０００１１０００）、ある
いは２７（０００１１０１１）と２８（０００１１１０
０）のところで逆転が生じているが、２３と２７は山が
２個、２４と２８は山が１個であることから、上記の例
と同様に逆転が生じることが理解できる。

【０３９３】一方、本実施の形態の場合には、図４３か
らわかるように、階調レベル０を除き、どの入力階調レ
ベルに対しても電圧波形の山はただ１個である。従っ
て、どの入力階調レベルでも透過率の応答波形におい
て、（Ａ）及び（Ｂ）のような遅延は１回づつであり、
階調レベル０と１を除き、相隣接する入力階調レベルで
これらの現れる回数が異なるということは無い。このた
め、階調の逆転は生じない。

【０３９４】なお、線形性に関しては、従来例よりは改
善されるが、必ずしも格段に改善されるというわけでは
ない。例えば上記のように（Ａ）の面積が０．５、
（Ｂ）の面積が２である場合、入力階調レベルｘ（≧
１）に対して出力階調レベルはｙ＝ｘ＋（Ｂ）−（Ａ）
＝ｘ＋１．５となり、常にオフセットが加わることにな
る（入力階調レベル０に対しては当然出力階調レベルも
０である。また、（Ａ）よりも（Ｂ）のほうが小さい場
合には負のオフセットになる）。

【０３９５】しかし、これを補正するのは容易である。
例えば計数器にリセットをかけるタイミングと第２置数
器に書き込みを行うタイミングをずらしたり、計数器に
リセットをかけた後しばらくの間クロックパルスにブラ
ンク期間を入れたり、映像入力信号供給線から信号を入
力する段階でオフセット分を補正した信号を入力したり
して補正できる。

【０３９６】あるいは、比較器に単なる大小比較ではな
く、一方の信号が他方の信号よりある一定値以上大きい
ときに１を出力させるというようなオフセット込みの大
小比較をさせる機能を持たせてもよい。あるいは、比較
器に、計数器の呈示数値のほうが第２置数器の置数値よ
りも大きい場合に１を出力させるという機能をもたせれ
ば（すなわち、いままでのべてきた例とは逆の出力パタ
ーン）、１表示周期の後半で１が出力されることにな
り、１表示期間内でのクロックパルスの数を変えること
によりオフセット補正が行える。計数器に、カウントア
ップではなくカウントダウンの機能を持たせても同様で
ある。

【０３９７】以上のような補正を行っても、液晶層がＯ
Ｎになっている時間幅は事実上第２置数器の置数値（す
なわち、入力階調レベル）に概略比例したものであると
見なしても実用上差し支えない。

【０３９８】更に、実際問題として階調の逆転さえ生じ
なければ、出力階調レベルに多少のオフセットが加わっ
ていてもそれほど不自然な映像にはならない。このた
め、これはそれほど厳密に考える必要はない。

【０３９９】次に、比較器の出力が０のときには液晶層
は暗状態にするとしたが、これはコントラストを向上さ
せるためであり、このため必ずしも暗状態でなくても本
発明の効果は得られる。ただし、入力階調レベルが０で
あっても出力が０でなくなり、コントラストが低下する
のはやむを得ない。

【０４００】（第７の実施の形態）本実施の形態は、先
の実施の形態に比較して置数器が１個少ないものであ
る。

【０４０１】図４１に示す先の実施の形態においては、
１画素に２つの置数器を用いているが、これは全画面で
表示周期を一致させるためであり、置数器は１個だけ用
いてもよい。具体的には、例えば図４５に示すような回
路が考えられる。この場合、各ラインが選択される瞬間
に映像入力信号が置数器１３２１に書き込まれ、同時に
計数器１３５がリセットされて、この瞬間を起点として
カウントアップされることになる。図４１に示す回路と
異なり、各ライン毎に１表示周期の起点が異なることに
なるが、各画素において図４１の場合と同様に階調表示
が行えることには変わりはなく、同様の効果が得られ
る。

【０４０２】（第８の実施の形態）本実施の形態は、計
数器が表示領域外にある。

【０４０３】映像表示装置としての基本的な構成は図４
０に示すものと同じであるが、透明基板上に形成された
画素電極１０４及び表示制御単位回路２１３の構成が図
４６に示すようになっている。本図に示すように、本回
路では、計数器１３５が表示領域の外側にあり、その出
力信号は配線によって表示領域内に供給されている。図
４１に示す表示装置では各画素毎に計数器が配置してあ
るがこれらはすべて同相で動く。このため、図４６のよ
うに表示領域の外側にまとめてしまっても差し支えな
い。そして、この場合も、全く同様に作動し、全く同じ
効果が得られる。

【０４０４】更にこの構成では、１画素内用の回路を簡
単に減らすことができるので、微細化には有利である。

【０４０５】（第９の実施の形態）本実施の形態は、液
晶層への印加電圧の極性反転に関する。従って、基本は
先の第２−１の実施例の（液晶層への電圧の印加方法の
説明）で記載した技術内容の実施の形態である。

【０４０６】本実施の形態においては、透過率が０（暗
状態＝第２の光学的状態）と透過率が１の（明状態＝第
１の光学的状態）の２つの状態を用い、それぞれを実現
するために０及び１という電圧（これはあくまでも論理
値であり、それぞれの具体的な電圧値は光変調層に適し
たものにすればよい。例えば、０→１Ｖ、１→５Ｖ
等。）を用いたが、用いる光学的状態が実質的に２種類
であれば、それぞれの光学的状態に対して印加する電圧
が複数種類あってもよい。例えば、強誘電性液晶等のよ
うな例外もあるが、原則として液晶では、極性の異なる
同じ大きさの電圧を印加しても、同じ光学的状態が得ら
れる。このため、例えば明状態＝第１の光学的状態５Ｖ
と−５Ｖという２種類の電圧を用い、暗状態＝第２の光
学的状態１Ｖと−１Ｖという２種類の電圧を用いること
も考えられる。ある表示周期で５Ｖと１Ｖによって２つ
の光学的状態を、次の表示周期では−５Ｖと−１Ｖによ
って２つの光学的状態を得るといったように、１表示周
期毎に極性を反転する場合、液晶層に印加される電圧の
平均（積分）値が実質的に０であるので、チャージアッ
プによる液晶層の経時的な劣化を抑制することができ
る。

【０４０７】表示制御手段によってこのような印加電圧
をかけさせるためには、表示制御手段を４値論理型の回
路としてもよい。しかし、表示制御単位回路に加えて対
向基板の電位をも制御すれば、従来通りの２値論理型の
回路で実現することが可能となる。これを図４７を用い
て示す。

【０４０８】本図は、図４、図４１あるいは図４６に示
す回路（４ビット階調の例）を用いたときの波形図であ
る。ここで、本図４７の（１）は計数器の呈示数値及び
置数器の置数値である。また（２）は比較器の出力であ
る。そしてこれらは図４２の場合と全く同じである（た
だし、各論理値に対する出力電圧はそれぞれ０Ｖ及び４
Ｖとする）。（３）は対向基板の電位が１表示周期毎に
５Ｖと−１Ｖという値をとることを示す。この場合、液
晶層への印加電圧は比較器の出力と対向基板電位との差
であり、（４）のようになる。この本図４７から判るよ
うに、１番目の表示周期（一般には、奇数番目の表示周
期）においては最初は５Ｖ、計数器の呈示数値が置数器
の置数値に一致して以降は１Ｖとなる。そして、２番目
の表示周期（一般には、偶数番目の表示周期）において
は最初は−１Ｖ、計数器の呈示数値が置数器の置数値に
一致して以降は−５Ｖとなる。液晶層の透過率は、これ
らの電圧値に応じて、図４７の（５）のようになる。

【０４０９】これから判るように、奇数番目の表示周期
では表示周期の初期が明状態、偶数番目の表示周期では
表示周期の終盤が明状態である。従って、偶数番目の表
示周期において、映像入力信号を反転して入力させれば
｛例えば、映像入力信号５（２進数表示で０１０１）に
対して１０（２進数表示で１０１０）を入力する｝、偶
数番目、奇数番目にかかわらず、液晶層は映像入力信号
に応じた時間だけ明状態をとることになり、所望の階調
表示ができることになる。

【０４１０】更に別の例を図４８に示す。これは、図
４、図４１あるいは図４６に示す回路において、１表示
周期毎に比較器の出力を反転させる場合である。この場
合、比較器の出力は奇数番目の表示周期では初期が１、
偶数番目の表示周期では終盤が１となる（本図の
（２））が、対向基板の電位を図４７の場合と同 に変
化させてやれば（図４７の（３））、液晶層への印加電
圧及び透過率は図４７の（４）及び（５）のようにな
り、やはり所望の階調表示を得ることができる。これら
の場合には、図４７に示す場合と異なり映像入力信号を
反転させる必要がないという長所がある。

【０４１１】更に、図４７に示す場合には、１表示周期
内で明状態をとっている時間が前半に偏ったり後半に偏
ったりするので、見かけ上ちらつき（フリッカ）が発生
しやすいが、本図４８に示す場合には、１表示周期内で
の偏りは必ず前半であるので、フリッカが発生しにくい
という利点（これは先に説明した図４５の場合について
も同様である）がある。なお、比較器の出力を１表示周
期毎に反転させる方法としては、例えば図４９に示す方
法がある。これは、各画素において、ＸＯＲ（排他的論
理和）ゲートを設けて、比較器１３４の出力と偶奇制御
信号Ｐを入力し、そのときの出力を画素電極１０４に与
えるというものである。奇数番目の表示周期ではＰ＝０
を入力し、偶数番目ではＰ＝１を入力すれば、偶数番目
の表示周期のみで比較器の出力を反転させて画素電極に
与えることができ、所望の階調表示を行うことができ
る。この場合、対向電極に与える電圧信号と、偶奇制御
信号Ｐは対応したものになる。

【０４１２】なお、液晶層の２つの光学的状態として
は、透過率が異なる状態としたが、別に透過率でなくて
も、例えば偏光状態、偏向方向、位相、周波数（波長ス
ペクトル分布も含まれる）、光学的コヒーレンス、反射
率、回折効率、屈折率等が異なる状態であってもよい。
また、映像の表示装置としては、透過型でも、反射型で
もよい。反射型ならば、例えばＳｉ基板やＳＯＩ基板上
に回路を造り込み、画素電極を反射画素電極として構成
するという方法も考えられる。

【０４１３】また、視野角改善のために位相差補償フィ
ルムを備えても良い。特に、２値的な駆動をさせる場合
には安定な液晶の配向状態は事実上２つしかあり得ない
ので、最適なリターデーションを設計するときにこの２
つの状態に対する位相差補償効果だけを考えればよい。

【０４１４】（第１０の実施の形態）本実施の形態は、
映像表示装置の製造方法に関する。

【０４１５】大画面の液晶パネルのような映像表示装置
を製作する場合、一般にはガラスや石英の基板上にアモ
ルファスＳｉや多結晶Ｓｉを使用した半導体素子で回路
を造り込むことが多い。しかし、これらの半導体は移動
度がそう大きくなく、本発明のように複雑な回路からな
る表示制御単位回路を限られた画素面積内で形成するの
は困難である。

【０４１６】本実施の形態は、これを解決するものであ
る。本実施の形態の製造方法は、図５０に示すように、 （１）単結晶Ｓｉ半導体基板１５１あるいはＳＯＳ（シ
リコン・ オン・ サファイア）基板、ＳＯＩ（シリコン・
オン・ インシュレータ）基板等に、通常の半導体素子製
造プロセスにより表示制御単位回路２１３を多数造り込
む。なお、これらの基板は移動度が大きく、複雑な構造
の回路を集積して小面積で形成することが可能である。

【０４１７】（２）これを切断して、個々の表示制御単
位回路２１３に分離する。なお、必ずしも切断でなくて
もよく、エッチング等で基板上の回路が形成された皮相
部分のみを剥離させた上で分離するという方法でもよ
い。

【０４１８】（３）分離された表示制御単位回路をガラ
ス等の別の大きな基板（図４０の透明基板１００に相当
する）の必要な箇所に必要な向きで貼り付ける。

【０４１９】なお、この貼り付けであるが、静電気的な
結合、熱圧着、その他溶着や接着剤の使用等がある。

【０４２０】（４）必要な配線を形成して、大画面の映
像表示装置の基板を製作する。

【０４２１】なお、この配線であるが、表示制御回路の
形成の前後に、導電体膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタ等に
より形成し、フォトリソグラフィ、エッチング等にて形
成する。

【０４２２】このようにして製作された基板と対向基板
とを貼りあわせてパネルを製作し、内部に液晶を注入す
ることにより映像表示装置を製作する。

【０４２３】なお、以上の手順の場合には、部分画素を
形成するときには部分画素毎になすこととなる。

【０４２４】更に、図５１に示す様に、例えば２画素分
や４画素分を対象配置して構成する場合には、これら複
数の画素分の表示制御回路を１まとめにして上述の製作
をなしてもよい。本図の（１）は、１画素２０６毎に表
示制御単位回路２１３を製作する場合である。（２）
は、隣接した２画素毎にこれまた隣接した２つの表示制
御単位回路２１３１を一纏めにして製作する場合であ
る。（３）は、上下左右に隣接した４画素毎にこれまた
４つの隣接した表示制御単位回路２１３２を一纏めにし
て製作する場合である。

【０４２５】（その他の実施の形態や実施例）以上、本
発明を幾つかの実施の形態や更にはその実施例に基づい
て説明してきたが、本発明の実施の形態等はその他種々
の態様が考えられる。以下、それらについて概略説明す
る。

【０４２６】図５２は、スクリーンに映像を大きく表示
する場合である。この場合、一括変調手段としての光源
４００は、例えば図１２に示すのと同じ一表示周期毎に
点滅し、この際指数関数的な減衰をなす。二次元光変調
手段５００としての液晶層は単にフィルムの役を担うだ
けでなく、本図に示すごとく各画素が１２の部分画素に
分割され、この分割された小画素は４つ１組で赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の表示を行なう。そして、
各原色毎に４個１組で対応する色彩光に対して、例えば
１００％通過、６７％通過、３３％通過、閉と４段階で
透過率が変化する。このため、光源の４段階と併せて６
４階調で画像、映像の表示が可能となっている。なお、
本図の凹レンズと凸レンズとは、あくまでも光の拡散手
段と平行光の作成手段を概念的に示したものであり、実
際にはずっと複雑な系であったりもする。

【０４２７】図５３は、各赤、緑、青光のみ透過させる
か全ての光を通過させるかの液晶製フィルターを合計３
枚、更に何段階かの開閉のスイッチ役を担う液晶フィル
ターを１枚、合計４枚の液晶フィルターを重ね合わせ、
１表示周期を単に幾つかの単位区間とするだけでなく、
更に各原色毎に時分割して各色毎の階調表示を行なうも
のである。

【０４２８】図５４の（１）は、携帯機器内部に表示部
を設け、レンズ６０を介してユーザが画像を拡大して見
る場合であるが、（２）は更に近くの白い壁や紙に画像
を投射可能としたものである。本図において、６３は携
帯機器の外壁であり、６４は携帯機器であり、６５はス
クリーンの役を担う平面である。

【０４２９】図５５は、アナログ映像の各画像の各画素
毎にその表示に関係する色彩と輝度を正しくディジタル
階調化して表示する際の処理の概要を示したものであ
る。なお、本図に示す処理は、あくまでも概略を示した
ものであり、このため上から２番目と３番目の処理を逆
にして各画面毎に３原色に分割し、更にこの３原色の信
号を各画面毎に分割してもよい。また、同様に第３番目
と第４番目の処理の前後が逆になってもよいのは勿論で
ある。

【０４３０】次に、本発明を図面、表を参照しつつその
幾つかの実施の形態、実施例やそれらの変形、応用例に
基づいて説明してきたが、本発明は何もこれらに限定さ
れないのは勿論である。すなわち、例えば以下のように
してもよい。 １）多数の人が集まる場所における建物壁面での表示等
においては、製造の都合もあり、一括光変調手段、二次
元光変調手段は物理的に複数の物としている。 ２）上記１）の場合特にそうであるが、一括光変調手
段、二次元光変調手段はより高い階調表示のため更に複
数段となって配列されている。 ３）液晶表示素子の形成されたアレイ基板の能動素子
は、本来は多結晶シリコンであるが、基板を石英としこ
の基で熱処理温度を８００℃程度にして、応答性の優れ
たものを採用している。 ４）ＣＲＴと異なり、液晶のごとくホールド型の表示素
子を使用すると、動画では、積分効果による画面のボケ
が生じうる。その対策として、各画像間に黒表示期間を
設けることが効果がある。ところで、本発明の階調表示
では実際の動画において階調度１００ということはそう
多くないので、高い階調表示に寄与する部分（輝の部
分）図１３ならばＩ₅ 〜Ｉ₇ を各表示周期で先の方に配
置するようにしている。

【０４３１】またこれにより、併せて黒表示期間の長さ
（持続時間）の極限をも図っている。 ５）画面の位置により、階調度を変化させるようにして
いる。このため、通常は表示画面中央部の階調度が大で
あり、ケースにより動く部分の階調度を挙げるようにし
ている。なお、動く部分の認識はＭＰＥＧの技術を流用
する等してなされる。 ６）画素の配列の「マトリクス状」とは、デルタやスト
ライプやその他図５２に示すような配列を含む。このた
め、信号線の縦方向、横方向とはこれらの配列に対応し
ての方向をも含んでなされている。 ７）スイッチは、開閉でなく特定の色彩の光のみ通過と
全ての光の通過等である。 ８）液晶素子は、横電界方式のものである。 ９）双安定素子、比較器等の製作、基板上への形成は、
フォトリソグラフィとエッチング、取り付け等の方法を
問わない。 １０）発明の内容にもよるが、液晶表示装置の場合に
は、反射型、透過型、兼用型を問わない。 １１）液晶表示装置の型式にもよるが、特定の色彩は透
過するが他の色彩は反射するカラーフィルターを使用し
ている。

【０４３２】

【発明の効果】以上の説明で判るように、本発明によれ
ば、特に液晶を使用した素子等低起動信号領域ではγ特
性の線形性が必ずしも保持されないような表示素子を使
用した表示装置においてそうであるが、γ特性の線形性
のよいそして高階調度でも安定な表示が得られ、ひいて
は近年のユーザの厳しい階調再現性や色再現性、均一性
に対しても充分な映像が得られる。また、経時的にも安
定で温度変化の影響も受けにくいという効果も得られ
る。

【０４３３】また、画像のディジタル階調表示に限ら
ず、フリッカ、階調反転、チャージング等の無い優れた
表示がえられる。

【０４３４】また、一旦大きな粒子からなる応答性の優
れた半導体素子を製造するため優れた表示特性を有する
表示装置を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＴＮ液晶のγ特性を示す図である。

【図２】 ＶＡ液晶の電圧に対する応答を説明するため
の図である。

【図３】 垂直配向（ＶＡ）液晶のγ特性を示す図であ
る。

【図４】 反射型液晶ライトバルブのＳｉ基板上に形成
された電気回路の図である。

【図５】 図８の回路で画素電極への電圧信号の書き込
みを説明するための波形図である。

【図６】 従来の技術での階調表示を説明するためのタ
イミング波形図である。

【図７】 表示装置に外部から与える信号と明るさの比
例関係を示すグラフである。

【図８】 各電圧波形に対するサンプルパネルの出力を
示すグラフである。

【図９】 本発明の第１の実施の形態としての表示装置
の画素の輝度の階調表示の基本を説明するための図であ
る。

【図１０】 上記実施の形態の表示で階調が得られる原
理を示す図である。

【図１１】 本発明の第１−４の実施例で階調が得られ
る原理を示す図である。

【図１２】 本発明の第１−７の実施例で階調が得られ
る原理を示す図である。

【図１３】 本発明の第１−８の実施例で階調が得られ
る原理を示す図である。

【図１４】 本発明の第２の実施の形態の一例としての
レーザ光を用いる場合の原理を示す図である。

【図１５】 本発明の第２の実施の形態としての発光ダ
イオードと反射型液晶ライトバルブを用いた装置の構成
図である。

【図１６】 本発明の第２−１の実施例の反射型液晶ラ
イトバルブの断面図である。

【図１７】 上記実施例での光源発光輝度と反射型液晶
ライトバルブの各画素での反射率のタイミングを示す波
形図である。

【図１８】 上記実施例での液晶の立ち上がり時間
τ_r 、降下時間τ_d を説明するための波形図である。

【図１９】 上記実施例での液晶の立ち上がり時間と降
下時間を考慮したときの液晶反射率の時間変化と出力の
関係を示す波形図である。

【図２０】 本発明の第２−２の実施例としての反射型
液晶ライトバルブのＳｉ基板上に形成された電気回路の
図である。

【図２１】 本発明の第２−３の実施例としての反射型
液晶ライトバルブのＳｉ基板上に形成された電気回路の
図である。

【図２２】 上記実施例の光源発光輝度と反射型液晶ラ
イトバルブの各画素での反射率のタイミングを示す波形
図である。

【図２３】 本発明の第２−４の実施例としての反射型
液晶ライトバルブのＳｉ基板上に形成された電気回路の
図である。

【図２４】 本発明の第２−５の実施例としての反射型
液晶ライトバルブのＳｉ基板上に形成された電気回路の
図である。

【図２５】 上記実施例の変形例としての反射型液晶ラ
イトバルブのＳｉ基板上に形成された電気回路の図であ
る。

【図２６】 ＤＭＤの構造と作用を説明する図である。

【図２７】 本発明の第２−６の実施例としてのＤＭＤ
を用いた表示装置の構成図である。

【図２８】 本発明の第２−７の実施例としての回転フ
ィルタを用いた表示装置の構成及び回転フィルタの構成
を説明するための図である。

【図２８】 本発明の第２−８の実施例としての光シャ
ッタを用いた表示装置の構成図である。

【図３０】 上記実施例における液晶を用いた光シャッ
タの構成図である。

【図３１】 本発明の第２−９の実施例としての自発光
型の空間光変調素子を用いた表示装置の構成図である。

【図３２】 本発明の第２−１０の実施例としての液晶
を使用した表示素子の断面図である。

【図３３】 本発明の第３の実施の形態のサンプルパネ
ルの特性測定計の概念図である。

【図３４】 上記実施の形態で使用したＶＡ液晶の電圧
−透過率の関係を示す図である。

【図３５】 上記実施の形態でのサンプルパネルを駆動
するための電圧波形の図である。

【図３６】 上記実施の形態での低階調領域で表示画素
数を減らした場合のサンプルパネルの出力を示すグラフ
である。

【図３７】 上記実施の形態でのサンプルパネルのＡｌ
電極側とＩＴＯ電極側の電位を独立に制御するときの電
圧波形図である。

【図３８】 本発明の第４の実施の形態でのアクティブ
マトリクス基板やＳＲＡＭ基板とＶＡ液晶を組み合わせ
た液晶パネルを駆動するための電圧波形の図である。

【図３９】 本発明の第５の実施の形態でのＳＲＡＭ基
板の画素構造と論理回路の図である。

【図４０】 本発明の第６の実施の形態での映像表示装
置の断面の一例を示した図である。

【図４１】 上記実施の形態の映像表示装置の表示制御
手段の回路の平面図である。

【図４２】 上記実施の形態の上記映像表示装置の各種
駆動信号のタイミングを示す図である。

【図４３】 上記実施の形態の映像表示装置の係数器、
置数器、比較器の出力のタイミングを示す図である。

【図４４】 従来例で階調の逆転が発生することを説明
する図である。

【図４５】 本発明の第７の実施の形態としての映像表
示装置の表示制御手段の回路図である。

【図４６】 本発明の第８の実施の形態としての映像表
示装置の表示制御手段の回路図である。

【図４７】 係数器、置数器、比較器の出力のタイミン
グを示す図である。

【図４８】 係数器、置数器、比較器の出力のタイミン
グを示す図である。

【図４９】 比較器と画素電極との間にＸＯＲ（排他的
論理和）ゲートを設けた様子を示す図である。

【図５０】 本発明の映像表示装置の製造方法を示す図
である。

【図５１】 本発明の映像表示装置の他の製造方法を示
す図である。

【図５２】 本発明の液晶フィルムシート兼二次元光変
調手段を使用しての投与ディスプレイの様子を示す図で
ある。

【図５３】 上記実施の形態の要部の構成を示す図であ
る。

【図５４】 マイクロディスプレイ兼携帯投射型ディス
プレイとしての使用の様子を示す図である。

【図５５】 本発明の幾つかの実施の形態におけるアナ
ログ映像をディジタル階調化しての表示に際しての処理
手順の概略を示す図である。

【符号の説明】

１０ 観測者 １１ フォットディテクタ １００ 基板（対向基板） １０２ 透明電極 １０４ 画素電極 １０５ 遮光層 １０６ 信号線 １０７ 層間絶縁層 １０８ ドレイン １０９ ゲート １１０ ソース １１１ 画素スイッチング素子、Ｍ
ＯＳトランジスタ １１２ Ｓｉ基板 １２１ 走査線 １２２ 双安定素子 １２３ メモリ回路 １２４ 液晶書き込みスイッチング
素子 １２５ 一括書き込み線 １２６ 一括消去線 １２７ 一括消去スイッチング素子 １２８ クロック信号線 １３２ 第１置数器 １３３ 第２置数器 １３４ 比較器 １３５ 計数器 １５０ Ｓｉ基板 １５１ 単結晶Ｓｉ半導体基板 ２００ 対向基板 ２０６ サンプルパネル、画素 ２０７ 駆動電源 ２１２ スイッチ ２１３ 表示制御単位回路 ２１３１ 表示制御単位回路（２画素
分） ２１３２ 表示制御単位回路（４画素
分） ３００ 液晶分子、液晶層 ４００ 一括光変調手段 ４０１ 光源（発光ダイオード） ４０１，４０１ｒ，ｇ，ｂ ＬＥＤ（発光ダイオード） ４０２ 発光輝度制御回路 ４０３ 光源（一定輝度） ４０４ 赤外線レーザ ４０５ 非線形光学素子 ４０６ 偏光回転素子 ４１ フィルタ ４１０ 回転フィルタ ４１１ 中心軸 ４１２ 光シャッタ ４１３ 透明基板 ４１３１ 透明基板 ４１３２ 透明基板 ４１４ 透明電極 ４１４１ 透明電極 ４１４２ 透明電極 ４１５ 液晶 ４１６ 駆動電源 ４１７ 偏光フィルム ４１７１ 偏光フィルム ４１７２ 偏光フィルム ４５ 偏光ビームスプリッタ ４５０ 一括変調光束 ５００ 二次元光変調手段 ５０１ 反射型液晶ライトバルブ ５０２ 自発光型空間光変調素子 ５１３１ 透明基板 ５１３２ 透明基板 ５１４１ 透明電極 ５１４２ 透明電極 ５１７２ 偏光フィルム ５３０ ライトバルブ駆動回路 ５４１ ＤＭＤ ５４０ ＤＭＤ駆動回路 ５５０ 個別変調出力光束 ５５２ 微小ミラー ５５４ 透過光 ６０ レンズ ６１ 投写レンズ ７０ スクリーン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/133 ５７５ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５７５ ５Ｇ４３５ 1/1333 ５０５ 1/1333 ５０５ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｋ 9/30 ３３８ 9/30 ３３８ Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｇ０９Ｇ 3/34 Ｊ Ｄ 3/36 3/36 (72)発明者 小森 一徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 滝本 昭雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H090 KA05 KA14 KA15 LA04 MA01 2H093 NA10 NA11 NA16 NA32 NA33 NA43 NA53 NA54 NA56 NC13 NC25 NC28 NC34 NC50 ND06 ND10 NE06 NF05 NF19 NF20 NG02 NH18 5C006 AA14 AA15 AA16 AA17 AA22 AC21 AF01 AF44 AF46 BA11 BB16 BB28 BC16 EA01 EC11 FA56 5C080 AA10 AA18 BB05 CC03 DD03 DD30 EE29 EE30 FF09 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06 5C094 AA08 AA55 AA60 BA03 BA27 BA31 BA34 BA43 CA19 EA04 EA05 EB02 HA08 5G435 AA04 BB02 BB03 BB04 BB05 BB06 BB12 BB16 GG02 GG13 GG46 LL07 LL15

Claims (96)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各画像の１表示周期内で光束の輝度や色
   彩やこれらに関係する光学的状態を表示面を対象に所定
   の手順で一括変調する一括光変調手段と、 前記一括光変調手段の一括変調した光束を対象に、光束
   の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状態を各画素毎
   に個別に変調する二次元光変調手段とを有していること
   を特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記一括光変調手段は、 １表示周期内での光の変調率の時間的変化が、各表示周
   期で等しい等時間変化型一括光変調手段であることを特
   徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 上記１表示周期は複数の単位区間を構成
   要素として持ち、 前記二次元光変調手段は、 上記１表示周期内での光学的状態の変調は、上記単位区
   間の各々において、その単位区間に属する複数個の光の
   変調率（単位光変調率波形）から１つを選択する単位区
   間内単位光変調率波形選択型二次元光変調手段であるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 【請求項４】 上記単位区間の数をＮ（Ｎは２以上の整
   数）とし、該単位区間を各々Ｉ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−
   １を満たす整数）で表し、各ｋについて該単位区間Ｉ_k
   に属する光変調率波形の数をＭ_k （Ｍ_k は２以上の整
   数）で表し、該単位区間Ｉ_k において、それぞれの単位
   光変調率波形に対する光出力エネルギーを小さいものか
   ら順にＥ_k （０）、Ｅ_k （１）、…、Ｅ_k （Ｍ_k −１）
   とするとき、 ｋ＝０，１，…，Ｎ−２に対して（数１）の関係を充た
   し、かつＥ_k （０）は０であることを特徴とする請求項
   ３に記載の表示装置。 【数１】
5. 【請求項５】 上記単位区間Ｉ_k に属する各々の単位光
   変調率波形に対する光出力エネルギーＥ_k （ｍ_k ）（こ
   こに、０≦ｍ_k ≦Ｍ_k −１）は、ｍ_k に比例するもので
   あることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 【請求項６】 上記Ｎ個の単位区間Ｉ_k の時間幅は全て
   等しく、かつ各単位区間Ｉ_k に属する単位光変調率波形
   の集合はいずれも同じであることを特徴とする請求項５
   に記載の表示装置。
7. 【請求項７】 上記全ての単位区間Ｉ_k において、上記
   単位光変調率波形の数Ｍ_k は２であることを特徴とする
   請求項６に記載の表示装置。
8. 【請求項８】 前記一括光変調手段と二次元光変調手段
   はいずれも、 光学的状態の変調として、光の強度を変調するものであ
   ることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 【請求項９】 前記一括光変調手段の光変調率は、 各単位区間Ｉ_k 内においては一定であり、その絶対値は
   ２^k に比例若しくは反比例することを特徴とする請求項
   ８に記載の表示装置。
10. 【請求項１０】 上記各単位区間Ｉ_k は、 １表示周期内で時間的に降順に配置され、前記一括光変
    調手段の光の変調は１表示周期内で指数関数的に減衰
    し、その減衰の時定数に１ｎ２を乗じたものが単位区間
    の間隔に等しいことを特徴とする請求項８に記載の表示
    装置。
11. 【請求項１１】 上記各単位区間Ｉ_k は、 １表示周期内で時間的に昇順に配置され、前記一括光変
    調手段の光の変調は１表示周期内で指数関数的に増加
    し、その増加の時定数に１ｎ２を乗じたものが単位区間
    の間隔にほぼ等しいことを特徴とする請求項８に記載の
    表示装置。
12. 【請求項１２】 前記一括光変調手段の光変調率は、 上記各単位区間Ｉ_k 内で０またはある一定値のいずれか
    であり、しかも単位区間Ｉ_k 内でその一定値をとってい
    る時間は２^k に比例し、 前記二次元光変調手段の光変調率は、 各単位区間Ｉ_k 内において前記一括光変調手段の光変調
    率が一定値をとっている間は所定の一定値であることを
    特徴とする請求項８に記載の表示装置。
13. 【請求項１３】 前記一括光変調手段の光変調率は、 あるパルス波形を基本単位とし、そのパルス数が上記単
    位区間Ｉ_k 内で変化するか０かのいずれかであり、更に
    上記単位区間Ｉ_k 内に含まれるパルス波形の個数は２^k
    に比例し、 前記二次元光変調手段は、 各単位区間Ｉ_k 内において前記一括光変調手段の光変調
    率が上記パルスの個数に従って変化している間はその光
    変調率が所定の一定値であることを特徴とする請求項８
    に記載の表示装置。
14. 【請求項１４】 上記Ｎ個の単位区間Ｉ_k は、その時間
    幅が２^k に比例するＮ₁ 個（ここにＮ₁ は、１≦Ｎ₁ ≦
    Ｎ−１を満たすいずれかの整数）の第１種単位区間と、
    その時間幅が全て等しい（Ｎ−Ｎ₁ ）個の第２種単位区
    間とからなり、 前記一括光変調手段と前記二次元光変調手段は、 いずれも光の変調として光の強度が変化するものであ
    り、 更に前記一括光変調手段は、 その光変調率が上記第１種単位区間Ｉ_k （ｋ＝Ｎ−
    Ｎ₁ ，Ｎ−Ｎ₁ ＋１，…，Ｎ−１）においては一定かつ
    各単位光変調率波形の数はＭ_k ＝２であり、 前記第２種単位区間においては、前記一括光変調手段の
    光変調率は時間的に変動し、かついずれの単位区間にお
    いても単位光変調率波形の集合は同じであることを特徴
    とする請求項５に記載の表示装置。
15. 【請求項１５】 映像の１表示周期内で光束の輝度や色
    彩やこれらに関係する光学的状態を表示面を対象に一括
    変調する一括光変調手段と、光束の輝度や色彩やこれら
    に関する光学的状態を各画素を対象に個別に変調する二
    次元光変調手段とを備えていて、 前記一括光変調手段は、 光源の発光状態を画像の１表示周期内で所定の手順で制
    御する発光源制御型一括光変調手段であり、 前記二次元光変調手段は、 前記一括光変調手段から発光された光の透過、散乱、反
    射等を各画素毎に制御する受動型光変調手段であること
    を特徴とする表示装置。
16. 【請求項１６】 前記一括光変調手段の発光源は、 発光ダイオード、レーザー、エレクトロルミネセンス光
    素子のいずれかであることを特徴とする請求項１５に記
    載の表示装置。
17. 【請求項１７】 前記一括光変調手段は、 発光源の輝度を電気的に制御する回路を有していること
    を特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
18. 【請求項１８】 前記受動型光変調手段としての二次元
    光変調手段は、 ２つの基板の間に在る液晶層を有していることを特徴と
    する請求項１５に記載の表示装置。
19. 【請求項１９】 前記受動型光変調手段としての二次元
    光変調手段は、 ２つの基板の間に在る液晶層を有していることを特徴と
    する請求項１６に記載の表示装置。
20. 【請求項２０】 前記受動型光変調手段としての二次元
    光変調手段は、 ２つの基板の間に在る液晶層を有していることを特徴と
    する請求項１７に記載の表示装置。
21. 【請求項２１】 上記液晶層は、 自発分極を有しない液晶若しくはこれを主成分とする液
    晶であることを特徴とする請求項１８に記載の表示装
    置。
22. 【請求項２２】 上記液晶層は、 自発分極を有しない液晶若しくはこれを主成分とする液
    晶であることを特徴とする請求項１９に記載の表示装
    置。
23. 【請求項２３】 上記液晶層は、 自発分極を有しない液晶若しくはこれを主成分とする液
    晶であることを特徴とする請求項２０に記載の表示装
    置。
24. 【請求項２４】 上記液晶層は、 ネマティック相を示す液晶若しくはこれを主成分とする
    液晶であることを特徴とする請求項２１に記載の表示装
    置。
25. 【請求項２５】 上記液晶層は、 ネマティック相を示す液晶若しくはこれを主成分とする
    液晶であることを特徴とする請求項２２に記載の表示装
    置。
26. 【請求項２６】 上記液晶層は、 ネマティック相を示す液晶若しくはこれを主成分とする
    液晶であることを特徴とする請求項２３に記載の表示装
    置。
27. 【請求項２７】 上記液晶層は、 垂直配向液晶であることを特徴とする請求項２４に記載
    の表示装置。
28. 【請求項２８】 上記液晶層は、 垂直配向液晶であることを特徴とする請求項２５に記載
    の表示装置。
29. 【請求項２９】 上記液晶層は、 垂直配向液晶であることを特徴とする請求項２６に記載
    の表示装置。
30. 【請求項３０】 上記液晶層は、 その厚さが２μｍ以下であることを特徴とする請求項２
    ７に記載の表示装置。
31. 【請求項３１】 上記液晶層は、 その厚さが２μｍ以下であることを特徴とする請求項２
    ８に記載の表示装置。
32. 【請求項３２】 上記液晶層は、 その厚さが２μｍ以下であることを特徴とする請求項２
    ９に記載の表示装置。
33. 【請求項３３】 前記二次元光変調手段としての受動型
    光変調手段は、 第１の基板と、第２の基板と、これら両基板間の液晶層
    とを有し、更に、 前記第１の基板は、前記液晶層と向かい合う側に透明な
    電極を有し、 前記第２の基板は、前記液晶層と向かい合う側にマトリ
    クス状に形成された光を反射する型の画素電極と、該光
    反射型の画素電極への印加電圧を制御する電気回路部を
    有し、 前記液晶層は、前記第１の基板の側から入射し、前記第
    ２の基板に形成された前記光反射型の画素電極で反射さ
    れ、再び前記液晶層を通過し、前記第１の基板を通過し
    て出る光束を、前記電気回路部による両基板の電極への
    印加に応じて変調するものであることを特徴とする請求
    項１５に記載の表示装置。
34. 【請求項３４】 前記電気回路部は、 前記マトリクス状に配置された光反射型の画素電極に対
    応して配置された画素スイッチング素子と、 該画素スイッチング素子に対応してマトリクスの行方向
    に配線された走査線と、 同じくマトリクスの列方向に配線された信号線とを有
    し、更に、 前記画素スイッチング素子は、対応する前記走査線への
    印加電圧に応じて前記反射画素電極と対応する前記信号
    線との電気的接続を開閉する素子であり、開の場合には
    前記反射画素電極の電圧を前記信号線の電圧により充電
    され、閉の場合には前記反射画素電極は電気的に孤立し
    ており、前記反射画素電極に蓄積された電荷によって液
    晶層への印加電圧が保持されるものであることを特徴と
    する請求項３３に記載の表示装置。
35. 【請求項３５】 前記電気回路部は、 前記マトリクス状に配置された光反射型画素電極に対応
    して配置された画素スイッチング素子及び双安定素子
    と、 前記画素スイッチング素子に対応してマトリクスの行方
    向に配線された走査線と、 同じくマトリクスの列方向に配線された信号線とを有
    し、更に、 前記画素スイッチング素子は、対応する前記走査線への
    印加電圧に応じて前記双安定素子と対応する前記信号線
    との電気的接続を開閉する素子であり、 前記双安定素子は、 前記画素スイッチング素子により前記信号線と電気的に
    接続されている期間中は前記信号線の電圧に応じていず
    れか一方の安定状態に遷移し、電気的に非接続にされて
    いる期間中は他方の安定状態を保ち、この２つの安定状
    態に応じて電気的に接続された前記光反射型画素電極の
    電圧を異なった値に設定することを特徴とする請求項３
    ３に記載の表示装置。
36. 【請求項３６】 前記電気回路部は、 前記マトリクス状に配置された光反射型画素電極に対応
    して配置された画素スイッチング素子、メモリ回路及び
    液晶書き込みスイッチング素子と、 前記画素スイッチング素子に対応してマトリクスの行方
    向に配線された走査線と、 同じくマトリクスの列方向に配線された信号線とを有
    し、更に、 前記画素スイッチング素子は、 対応する前記走査線への印加電圧に応じて前記メモリ回
    路と対応する前記信号線との電気的接続を開閉する素子
    であり、 前記メモリ回路は、 前記画素スイッチング素子により前記信号線と電気的に
    接続されている期間中はその出力電圧を前記信号線の電
    圧に応じた所定の電圧にまで充電され、電気的に非接続
    にしている期間中はその出力電圧は保持され、 前記液晶書き込みスイッチング素子は、 前記メモリ回路の出力と前記反射画素電極との間の電気
    的接続を全画素一括で開閉する素子であり、 前記光反射型画素電極は、 前記液晶書き込みスイッチソグ素子により前記メモリ回
    路の出力との間を電気的に接続している期間中はその電
    圧を前記メモリ回路の出力電圧に応じたある電圧にまで
    充電し、非接続にしている期間中は前記光反射型画素電
    極は電気的に孤立していて、その期間中は前記反射画素
    電極に蓄積された電荷によって液晶層への印加電圧を保
    持することを特徴とする請求項３３に記載の表示装置。
37. 【請求項３７】 前記電気回路部は、 前記マトリクス状に配置された反射画素電極に対応して
    配置された画素スイッチング素子、メモリ回路、液晶書
    き込みスイッチング素子及び双安定素子と、 前記画素スイッチング素子に対応してマトリクスの行方
    向に配線された走査線と、 同じく、マトリクスの列方向に配線された信号線とを有
    し、更に、 前記画素スイッチング素子は、 対応する前記走査線への印加電圧に応じて前記メモリ回
    路と対応する前記信号線との電気的接続を開閉する素子
    であり、 前記メモリ回路は、 前記画素スイッチング素子により前記信号線と電気的に
    接続されている期間中はその出力電圧を前記信号線の電
    圧に応じたある電圧にまで充電し、電気的に非接続にさ
    れている期間中はその出力電圧は保持され、 前記液晶書き込みスイッチング素子は、 前記メモリ回路の出力と前記双安定素子との間の電気的
    接続を全画素一括で開閉する素子であり、 前記双安定素子は、 前記液晶書き込みスイッチング素子により前記メモリ回
    路の出力と電気的に接続されている期間中は該メモリ回
    路の出力電圧に応じて２つの安定状態のうちのいずれか
    一方の状態に遷移し、電気的に非接続にされている期間
    中は他方の状態を保持し、これら２つの安定状態に応じ
    て電気的に接続された前記光反射型画素電極の電圧を異
    なった値に設定する素子であることを特徴とする請求項
    ３３に記載の表示装置。
38. 【請求項３８】 前記受動型光変調手段は、 マトリクス状に配列され、各画素を対象に光学的状態を
    個別に変調するため可動型の微小鏡面を有する素子であ
    ることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
39. 【請求項３９】 画像の１表示周期内で光束の輝度や色
    彩やこれらに関係する光学的状態を表示面を対象に所定
    の手順で一括変調する一括光変調手段と、画像の内容を
    参照しつつ光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的
    状態を各画素を対象に個別に変調する二次元光変調手段
    とを備えた表示装置であって、 前記一括光変調手段は、 光源から放射された光の光学的状態を画像の１表示周期
    内で制御する光源光制御型一括光変調手段であり、 前記二次元光変調手段は、 前記一括光変調手段から放射され、制御された光の透
    過、散乱、反射等を更に制御する受動型光変調手段であ
    ることを特徴とする表示装置。
40. 【請求項４０】 前記一括光変調手段は、 １表示周期若しくはその整数倍の周期で軸の周りを回転
    し、更に光源からの光の光学的状態を変調する窓が回転
    方向に配列されている回転体利用型一括変更手段である
    ことを特徴とする請求項３９に記載の表示装置。
41. 【請求項４１】 前記回転体利用型一括変調手段は、 発光源からの赤色、緑色及び青色の各成分光のいずれか
    を透過する各成分光用の３種の窓群を有し、更にこれら
    各成分光用の窓群は、当該成分光の透過率が所定の法則
    で相違するそして回転方向に配列された小窓を有してい
    る３原色用階調窓保有型回転体であることを特徴とする
    請求項４０に記載の表示装置。
42. 【請求項４２】 前記一括光変調手段は、 光シャッタを有していることを特徴とする請求項３９に
    記載の表示装置。
43. 【請求項４３】 前記光シャッタは、 強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いた液晶素子で
    あることを特徴とする、請求項４２に記載の表示装置。
44. 【請求項４４】 画像の１表示周期内で光束の輝度や色
    彩やこれらに関係する光学的状態を表示面を対象に一括
    変調する一括光変調手段と、一括光変調手段からの光を
    受けて、輝度や色彩やこれらに関係する光束の光学的状
    態を各画素を対象に個別に変調する二次元光変調手段と
    を備えた表示装置であって、 上記二次元光変調手段は、 自分で所定の輝度、色彩等の光を発する自発光型表示素
    子を有しており、 上記一括光変調手段は、 前記自発光型表示素子からの光の輝度、色彩等に関係す
    る光学的状態を画像の１表示周期内で光の透過、散乱、
    反射等で更に制御する受動型の制御手段であることを特
    徴とする表示装置。
45. 【請求項４５】 前記自発光型表示素子は、 エレクトロルミネッセンス素子、プラズマディスプレイ
    パネル、電界放出型ディスプレイ、ブラウン管のいずれ
    かであることを特徴とする請求項４４に記載の表示装
    置。
46. 【請求項４６】 前記一括光変調手段は、 受動型の制御をなすため、 所定の軸の周りを映像の１表示周期若しくはその整数倍
    の周期で回転し、かつ回転方向に沿って光の透過する窓
    や反射鏡等が配列されており、これらの窓や鏡等の形
    状、寸法等が相違するため、光源光からの光を透過や反
    射に際して調整することにより輝度や色彩やこれらに関
    係する光学的性質を変化させる回転体であることを特徴
    とする請求項４４若しくは請求項４５に記載の表示装
    置。
47. 【請求項４７】 前記一括光変調手段は、 光シャッタを有していることを特徴とする請求項４４若
    しくは４５に記載の表示装置。
48. 【請求項４８】 画像の複数の単位区間からなる１表示
    周期内で、光源の状態あるいは光源から放射された光を
    制御して、輝度や色彩やこれらに関係する光束の光学的
    状態を表示面を対象に一括変調する一括光変調手段と、 ２つの基板の間にネマチック相を示す液晶層を有し、該
    液晶層を制御して、１表示周期を構成する各単位区間に
    おいて、当該単位区間に属する複数個の単位光変調率波
    形のうちから１つを選択し、これによって１表示周期内
    での光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状態を
    各画素毎に個別に変調する受動型の二次元光変調手段と
    を有していることを特徴とする表示装置。
49. 【請求項４９】 画像の１表示周期は、時間幅が全て等
    しいＮ（Ｎは２以上の整数）の単位区間からなり、各単
    位区間Ｉ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−１を満たす整数）に属
    する光の変調率の波形（単位光変調率波形）の集合はい
    ずれも、それぞれの単位光変調率波形に対する光出力エ
    ネルギーのうち小さいものをＥ_k （０）、大きいもの
    を、Ｅ_k （１）とするとき、ｋ＝０，１，…，Ｎ−２に
    対して（数２）の関係を満足し、かつＥ_k （０）は０で
    ある表示装置であって、更に、 画像の１表示周期内で光源の状態あるいは光源から放射
    された光を制御して光束の輝度や色彩やこれらに関係す
    る光学的状態を表示面を対象に一括変調する一括光変調
    手段と、 基板の間にネマチック相かつノーマリオフ型の電圧−透
    過率（または反射率）応答を示す液晶層を形成し、更
    に、上記単位光変調率波形のうち光出力エネルギーの小
    さい方に対応する単位光変調率波形を実現するときの液
    晶層への印加電圧の絶対値は液晶層のスイッチング閾値
    電圧以下である液晶素子の光の透過や反射を制御して、
    各単位区間においてその単位区間に属する２個の単位光
    変調率波形の集合のうちから１つを選択することにより
    各画素を対象に光束の輝度や色彩やこれらに関係する光
    学的状態を個別に変調する二次元光変調手段と有してい
    ることを特徴とする表示装置。 【数２】
50. 【請求項５０】 光出力エネルギーの大きい方に対応す
    る単位光変調率波形を実現するときの液晶層への印加電
    圧の絶対値は、最小変調電圧以上であることを特徴とす
    る、請求項４９に記載の表示装置。
51. 【請求項５１】 画像の１表示周期内は、時間幅が全て
    等しい、Ｎ（Ｎは２以上の整数）の単位区間からなり、
    各単位区間Ｉ_k （ｋは、０≦ｋ≦Ｎ−１を満たす整数）
    に属する光の変調率の波形（単位光変調率波形）の集合
    はいずれも、それぞれの単位光変調率波形に対する光出
    力エネルギーのうち小さいものをＥ_k（０）、大きいも
    のを、Ｅ_k （１）とするとき、ｋ＝０，１，…，Ｎ−２
    に対して（数２）の関係を満足し、かつＥ_k （０）は０
    である表示装置であって、更に、 画像の１表示周期内で光源の状態あるいは光源から放射
    された光を制御して光束の輝度や色彩やこれらに関係す
    る光学的状態を表示面を対象に一括変調する一括光変調
    手段と、 各単位区間において、基板の間にネマチック相かつノー
    マリオン型の電圧−透過率（または反射率）応答を示す
    液晶層を形成し、更に、上記単位光変調率波形のうち光
    出力エネルギーの大きい方に対応する単位光変調率波形
    を実現するときの液晶層への印加電圧の絶対値は前記液
    晶層のスイッチング閾値電圧以下である液晶素子の光の
    透過や反射を制御して、その単位区間に属する２個の単
    位光変調率波形の集合のうちから１つを選択することに
    より各画素を対象に光束の輝度や色彩やこれらに関係す
    る光学的状態を個別に変調する二次元光変調手段とを有
    していることを特徴とする表示装置。 【数２】
52. 【請求項５２】 光出力エネルギーの小さい方に対応す
    る単位光変調率波形を実現するときの液晶層への印加電
    圧の絶対値は、最小変調電圧以上であることを特徴とす
    る請求項５１に記載の表示装置。
53. 【請求項５３】 上記液晶層に印加する電圧は、 所定の表示周期毎あるいは所定の単位区間毎に反転する
    ことを特徴とする請求項４９から請求項５２のいずれか
    に記載の表示装置。
54. 【請求項５４】 上記液晶層に印加する電圧の反転は、 基板間の電位の反転であることを特徴とする請求項５３
    に記載の表示装置。
55. 【請求項５５】 画像の１表示周期内で光源の状態を制
    御して光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状態
    を表示面を対象に一括変調する一括光変調手段と、 透過、拡散、反射等を利用して光束の輝度や色彩やこれ
    らに関係する光学的状態を制御する受動型の光変調素子
    により各画素を対象に個別に変調する二次元光変調手段
    と、 前記二次元光変調手段を通過した後の光束が形成する画
    像を観察者が見る際、画像を大きく見えるよう拡大する
    光学的拡大手段とを有していることを特徴とする表示装
    置。
56. 【請求項５６】 前記拡大手段は、 凸レンズであり、 上記表示装置は、マイクロディスプレイであることを特
    徴とする請求項５５記載の表示装置。
57. 【請求項５７】 前記拡大手段は、 レンズ系とスクリーンを有する投射型拡大手段であり、 上記表示装置は投射型表示装置であることを特徴とする
    請求項５５記載の表示装置。
58. 【請求項５８】 画像の１表示周期内で光束の輝度や色
    彩やこれらに関係する光学的状態を表示面を対象に一括
    変調可能な一括光変調手段と、 同じく、光束の輝度や色彩やこれらに関係する光学的状
    態を各画素を対象に個別に変調可能な二次元光変調手段
    と、 画像の階調表示のため、前記一括光変調手段と前記二次
    元光変調手段の両方を制御する制御手段とを有している
    ことを特徴とする表示装置。
59. 【請求項５９】 前記一括光変調手段と前記二次元光変
    調手段はいずれも、 液晶を使用した表示素子を有していることを特徴とする
    請求項５８記載の表示装置。
60. 【請求項６０】 画像の１表示周期内で輝度や色彩やこ
    れらに関係する光束の光学的状態を表示面を対象に一括
    変調する一括光変調手段と、光束の輝度や色彩やこれら
    に関係する光学的状態を各画素を対象に個別に変調する
    二次元光変調手段とを備えた表示装置の駆動方法であっ
    て、 映像信号に従って、上記一括光変調手段と上記二次元光
    変調手段の両方を制御することにより階調表示する２段
    制御方法を有していることを特徴とする表示装置の駆動
    方法。
61. 【請求項６１】 映像信号に応じて、表示面に配列され
    た光変調層を有する各画素に対して輝度、色彩等の階調
    表示に関係する所定の電圧波形を印加して表示する表示
    装置において、 上記画素は１表示周期を構成する複数の電圧変調期間毎
    に個別にあらかじめ定められた波形の電圧の印加が可能
    な複数の部分画素よりなり、 各表示周期において、画像信号の輝度や色彩等の階調度
    に応じて、各部分画素毎に各電圧変調期間にて印加する
    電圧をあらかじめ定められた波形（単位電圧波形）の中
    から選定して決める部分画素対応印加電圧波形決定手段
    と、 前記部分画素対応印加電圧波形決定手段の決定に基づい
    て、当該表示周期の各電圧変調期間において各部分画素
    毎に該期間に属する複数の単位電圧波形のうちから１つ
    を選択して印加する部分画素対応印加手段を有している
    ことを特徴とする表示装置。
62. 【請求項６２】 上記単位電圧波形は、 それが属する電圧変調期間内の一定電圧の矩形パルスで
    あることを特徴とする請求項６１に記載の表示装置。
63. 【請求項６３】 上記画素は、 各電圧変調期間の単位電圧波形は４個であり、第１及び
    第３の単位電圧波形の電圧は相互に逆極性であり、第２
    及び第４の単位電圧波形の電圧も相互に逆極性であり、
    第１の単位電圧波形の電圧の絶対値は第２の単位電圧波
    形の電圧の絶対値よりも大きく、第３の単位電圧波形の
    電圧の絶対値は第４の単位電圧波形の電圧の絶対値より
    も大きい極性考慮型画素であり、 前記部分画素対応印加手段は、 上記選択した単位電圧波形を印加するに際して、奇数番
    目の表示周期は各々の電圧変調期間について第１及び第
    ２の単位電圧波形のうちのいずれかを映像入力信号に応
    じて選択し、偶数番目の表示周期は各電圧変調期間につ
    いて第３及び第４の単位電圧波形のうちのいずれかを映
    像入力信号に応じて選択する極性選択小手段を有してい
    ることを特徴とする請求項６１若しくは請求項６２記載
    の表示装置。
64. 【請求項６４】 上記画素は、 第１の単位電圧波形を印加したときの光変調層の光学的
    状態と第３の単位電圧波形を印加したときの光変調層の
    光学的状態が同じ、また第２の単位電圧波形を印加した
    ときの光変調層の光学的状態と第４の単位電圧波形を印
    加したときの光変調層の光学的状態も同じの対称型画素
    であることを特徴とする請求項６３に記載の表示装置。
65. 【請求項６５】 上記１表示周期内の電圧変調期間は、 Ｍ個であり、更にＭ個の電圧変調期間の幅は公比１／２
    の等比数列をなしていることを特徴とする請求項６４記
    載の表示装置。
66. 【請求項６６】 映像信号の輝度の階調は、小さいもの
    から順にＳ₀ 、Ｓ₁、…、Ｓ₂ ^M _-1と２^M あり、Ｍ個の
    電圧変調期間を幅の小さいものから順にＰ₀、Ｐ₁ 、
    …、Ｐ_M-1 とし、階調ｊ＝０、１、…、２^M −１の表示
    に際して、１表示周期内の電圧変調期間Ｐ_k （ｋ＝０、
    １、…、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数
    表示したときの第ｋ位（２^k ）の値が１のときには第１
    の単位電圧波形または第３の単位電圧波形とし、０のと
    きには第２の単位電圧波形または第４の単位電圧波形と
    した電圧波形をＶ_j とするとき、 前記部分画素対応印加手段は、 該Ｖ_j を発生させる特殊電圧波形発生小手段を有してい
    ることを特徴とする請求項６５に記載の映像表示装置。
67. 【請求項６７】 映像信号の輝度の階調は、その小さい
    ものから順にＳ₀ 、Ｓ₁ 、…、Ｓ₂ ^M _-1と２^M あり、Ｍ
    個の電圧変調期間を幅の小さいものから順にＰ₀ 、
    Ｐ₁ 、…、Ｐ_M-1 とし、階調ｊ＝０、１、…、２^M −１
    に関して、１表示周期内の電圧変調期間Ｐ_k （ｋ＝０、
    １、…、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数
    表示したときの第ｋ位（２^k ）の値が１のときには第１
    の単位電圧波形または第３の単位電圧波形とし、０のと
    きには第２の単位電圧波形または第４の単位電圧波形と
    した電圧波形をＶ_j とし、該Ｖ_j に対応する光変調層の
    透過あるいは反射光強度の１表示周期にわたる積分値を
    Ｉ_j とするとき、 前記部分画素対応印加手段は、 上記入力信号の各階調Ｓ_i （ｉ＝０、１、…、２^M −
    １）に対していずれかの整数ｊを対応させてｊ（ｉ）と
    し、かつＩ_j(i)がｉに対して増加関数になっている電圧
    波形Ｖ_j(i)を発生させる特殊電圧波形発生小手段である
    ことを特徴とする請求項６５に記載の表示装置。
68. 【請求項６８】 ４個の単位電圧波形（ｎ＝１、２、
    ３、４）について、第ｎの単位電圧波形の電圧は各表示
    周期内のすべての電圧変調期間において一定であること
    を特徴とする請求項６３に記載の表示装置。
69. 【請求項６９】 上記画素は、表示制御基板と全面が等
    電位の透明電極基板間に形成され、さらにその光変調層
    は、 上記表示制御基板と上記透明電極基板によって両側から
    挟まれており、またＶ _S 及びＶ_B を、Ｖ_S ＞｜Ｖ_B ｜≧
    ０を満たす電圧値としたときに、 上記透明電極基板は、その電位は、第１及び第２の単位
    電圧波形のときには−Ｖ_B であり、第３及び第４の単位
    電圧波形のときにはＶ_S であり、 上記表示制御基板の電位は、第１及び第４の単位電圧波
    形のときにはＶ_S −Ｖ _B であり、第２及び第３の単位電
    圧波形のときには０であることを特徴とする請求項６３
    に記載の表示装置。
70. 【請求項７０】 上記光変調層は、 液晶層であることを特徴とする請求項６９に記載の映像
    表示装置。
71. 【請求項７１】 上記液晶層は、 ネマチック相を示す液晶であることを特徴とする、請求
    項７０に記載の映像表示装置。
72. 【請求項７２】 上記ネマチック相を示す液晶は、 分子長軸方向の誘電率が前記分子長軸方向に対して垂直
    な方向の誘電率よりも小さい液晶であることを特徴とす
    る請求項７１に記載の表示装置。
73. 【請求項７３】 液晶層を有し、複数個の部分画素より
    なる各画素と、該各画素毎若しくはその部分画素毎に入
    力信号に応じて輝度、色彩等の階調表示のため液晶層に
    電圧波形を印加する表示制御手段とを備えた表示装置の
    駆動方法において、 表示制御手段は、各表示周期は複数の電圧変調期間を有
    し、該電圧変調期間毎に電圧波形を印加し、 その印加方法は、各電圧変調期間について当該期間に属
    する複数の電圧波形のうちから１つを選択するものであ
    ることを特徴とする表示装置の駆動方法。
74. 【請求項７４】 光変調層を有する画素と、入力信号に
    応じて各画素の光変調層の輝度や色彩に関係する光学的
    状態を制御する表示制御手段とを備えた表示装置におい
    て、 上記光変調層は、 各画素毎に２つの光学的状態のいずれかをとる２変種型
    の光変調層であり、 上記表示制御手段は、 上記各画素毎に、各表示周期内で入力信号に応じたある
    時間だけ上記光変調層を一方の光学的状態にし、残りの
    時間は他方の光学的状態にする２値型表示制御手段であ
    ることを特徴とする表示装置。
75. 【請求項７５】 上記光変調層は、 液晶層であることを特徴とする請求項７４に記載の表示
    装置。
76. 【請求項７６】 上記光変調層は、 上記１の光学的状態における出力光強度を零とする０出
    力可能型光変調層であることを特徴とする請求項７４若
    しくは請求項７５に記載の表示装置。
77. 【請求項７７】 入力信号に０、１、２、…と番号付け
    を行い、番号ｊの入力信号に対して１表示周期内で光変
    調層が０でない他の光学的状態をとる時間をＴ（ｊ）と
    表すとき、Ｔ（ｊ）はｊに比例することを特徴とする請
    求項７６に記載の表示装置。
78. 【請求項７８】 上記２変種型の光変調層は、画素への
    表示制御手段からの印加電圧に応じて第１の光学的状態
    と第２の光学的状態のいずれかをとり、 前記表示制御手段は前記各画素に対応して置数器、計数
    器及び比較器を備えていて、 前記置数器には映像入力信号に応じた数値が置数され、
    前記計数器はクロック信号が入力される毎にその呈示数
    値が増加または減少していき、前記比較器は前記置数器
    の置数値と前記計数器の呈示数値を比較してその大小関
    係に応じて前記光変調層の光学的状態を第１の光学的状
    態と第２の光学的状態のいずれかにするような電圧を印
    加するものであることを特徴とする請求項７７に記載の
    表示装置。
79. 【請求項７９】 上記２変種型の光変調層は各々の画素
    での表示制御手段からの印加電圧に応じて第１の光学的
    状態と第２の光学的状態のいずれかをとり、 前記表示制御手段は計数器と各々の画素に対応して置数
    器及び比較器を備えていて、 前記置数器には映像入力信号に応じた数値が置数され、
    前記計数器にはクロック信号が入力される毎にその呈示
    数値が増加または減少していき、前記比較器は前記置数
    器の置数値と前記計数器の呈示数値を比較してその大小
    関係に応じて前記光変調層の光学的状態を第１の光学的
    状態と第２の光学的状態のいずれかにするような電圧を
    印加するものであることを特徴とする請求項７７に記載
    の表示装置。
80. 【請求項８０】 表示制御手段は、光変調層を挟み込む
    ２つの電極を備えていて、光変調層への印加電圧は上記
    ２つの電極の両方の電位を変化させることにより制御す
    るものであることを特徴とする請求項７８または請求項
    ７９に記載の表示装置。
81. 【請求項８１】 光変調層と、映像入力信号に応じて光
    変調層の面内の各々の画素の光学的状態を制御する表示
    制御手段とを備えた映像表示装置の駆動方法において、 前記光変調層は、第１の光学的状態と第２の光学的状態
    のいずれかをとる２変種型の光変調層であり、 前記表示制御手段は、各画素において、１表示周期内で
    映像入力信号に応じたある時間だけ前記光変調層を第１
    の光学的状態にし、他の時間は第２の光学的状態にする
    ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
82. 【請求項８２】 ２つの電極間に液晶層を有する等して
    第１の光学的状態と第２の光学的状態とをとりうる２変
    種型の光変調層と、表示制御手段とを有し、更に、表示
    制御手段は各画素に対応して置数器及び比較器を備えて
    いて、置数器には映像入力信号に応じた数値が置数さ
    れ、計数器にはクロック信号が入力される毎にその呈示
    数値が増加または減少していき、比較器は前記置数器の
    置数値と前記計数器の呈示数値を比較してその大小関係
    に応じて前記光変調層の光学的状態を第１の光学的状態
    と第２の光学的状態のいずれかにするような電圧を印加
    する表示装置の製造方法であって、 置数器、計数器、比較器及びこれらを相互接続する配線
    を１単位とする表示制御単位回路をＳｉ基板上に集積し
    て複数作製する複数製作ステップと、 それぞれの表示制御単位回路毎に分離する分離ステップ
    と、 画像表示装置の各々の画素毎に配置する配置ステップと
    を有していることを特徴とする表示装置の製造方法。
83. 【請求項８３】 ２つの電極間に液晶層を有する等して
    第１の光学的状態と第２の光学的状態とをとりうる２変
    種型の光変調層と、表示制御手段とを有し、更に、表示
    制御手段は計数器と、各々の画素に対応して置数器及び
    比較器を備えていて、置数器には映像入力信号に応じた
    数値が置数され、計数器にはクロック信号が入力される
    毎にその呈示数値が増加または減少していき、比較器は
    前記置数器の置数値と前記計数器の呈示数値を比較して
    その大小関係に応じて前記光変調層の光学的状態を第１
    の光学的状態と第２の光学的状態のいずれかにするよう
    な電圧を印加する表示装置の製造方法であって、 置数器、比較器及びこれらを相互接続する配線を１単位
    とする表示制御単位回路をＳｉ基板上に集積して複数作
    製する分離ステップと、 それぞれの表示制御単位回路毎に分離する分離ステップ
    と、 画像表示装置の各々の画素毎に配置する配置ステップと
    を有していることを特徴とする、表示装置の製造方法。
84. 【請求項８４】 ２つの電極間に液晶層を有する等して
    第１の光学的状態と第２の光学的状態とをとりうる２変
    種型の光変調層と、表示制御手段とを有し、更に、表示
    制御手段は各画素に対応して置数器及び比較器を備えて
    いて、置数器には映像入力信号に応じた数値が置数さ
    れ、計数器にはクロック信号が入力される毎にその呈示
    数値が増加または減少していき、比較器は前記置数器の
    置数値と前記計数器の呈示数値を比較してその大小関係
    に応じて前記光変調層の光学的状態を第１の光学的状態
    と第２の光学的状態のいずれかにするような電圧を印加
    する表示装置の製造方法であって、 所定数の画素分の置数器、計数器、比較器及びこれらを
    相互接続する配線を１単位とする所定数画素用表示制御
    単位回路をＳｉ基板上に集積して複数作製する複数製作
    ステップと、 それぞれの所定数画素用表示制御単位回路毎に分離する
    分離ステップと、 画像表示装置の各々の所定数の画素毎に配置する配置ス
    テップとを有していることを特徴とする表示装置の製造
    方法。
85. 【請求項８５】 ２つの電極間に液晶層を有する等して
    第１の光学的状態と第２の光学的状態とをとりうる２変
    種型の光変調層と、表示制御手段とを有し、更に、表示
    制御手段は計数器と、各々の画素に対応して置数器及び
    比較器を備えていて、置数器には映像入力信号に応じた
    数値が置数され、計数器にはクロック信号が入力される
    毎にその呈示数値が増加または減少していき、比較器は
    前記置数器の置数値と前記計数器の呈示数値を比較して
    その大小関係に応じて前記光変調層の光学的状態を第１
    の光学的状態と第２の光学的状態のいずれかにするよう
    な電圧を印加する表示装置の製造方法であって、 所定数の画素分の置数器、比較器及びこれらを相互接続
    する配線を１単位とする表示制御単位回路をＳｉ基板上
    に集積して複数作製する分離ステップと、 それぞれの所定数画素用表示制御単位回路毎に分離する
    分離ステップと、 画像表示装置の各々の所定数の画素毎に配置する配置ス
    テップとを有していることを特徴とする、表示装置の製
    造方法。
86. 【請求項８６】 一定の条件では、γ特性の線形性が必
    ずしも保持されえない表示素子を使用してディジタル映
    像の階調表示を行なう表示装置であって、 各画像の１表示周期内で光束の輝度や色彩やこれらに関
    係する光学的状態を画像の内容とは別に表示面を対象に
    当該表示周期の経過時間に応じた所定の規則にのっとっ
    て変調する一括光変調手段と、 前記一括光変調手段が一括変調した光束を対象にして、
    画像の内容を基に各画素毎に光束の輝度や色彩やこれら
    に関係する光学的状態を、上記一定の条件ではγ特性の
    線形性が必ずしも保持されえない表示素子を当該一定の
    条件の範囲外で使用し、かつ上記一括光変調手段からの
    光の経過時間に応じた所定の規則にのっとっての変調を
    利用して変調する二次元光変調手段とを有していること
    を特徴とする表示装置。
87. 【請求項８７】 上記１表示周期は、複数の単位区間か
    らなり、 前記二次元光変調手段は、 個別の光変調のため、各単位区間毎にあらかじめ定まっ
    た複数の光の変調率波形のうちから１を選択する単位区
    間内単位光変調率波形選択小手段を有していることを特
    徴とする請求項８６記載の表示装置。
88. 【請求項８８】 上記画素は複数の部分画素からなり、 前記二次元光変調手段は、 個別の光変調のため、各画素毎に上記複数の部分画素の
    少くも１を他の部分画素とは独立に表示に使用する部分
    画素独立駆動小手段を有していることを特徴とする請求
    項８６記載の表示装置。
89. 【請求項８９】 上記１表示周期は複数の単位区間から
    なり、また上記画素は複数の部分画素からなり、 前記二次元光変調手段は、 個別の光変調のため、各単位区間毎にあらかじめ定まっ
    た複数の光の変調率波形のうちから１を選択する単位区
    間内単位光変調率波形選択小手段と、 各画素毎に上記複数の部分画素の少くも１を他の部分画
    素とは独立に表示に使用する部分画素独立駆動小手段を
    有していることを特徴とする請求項８６記載の表示装
    置。
90. 【請求項９０】 前記二次元光変調手段は、 光シャッター等の透過光を開、閉等により制御する光シ
    ャッター透過制御素子を有していることを特徴とする請
    求項８６から請求項８９のいずれかに記載の表示装置。
91. 【請求項９１】 前記二次元光変調手段は、 前記一括光変調手段の光を受けて反射光の向かう方向を
    制御する反射角制御可能型反射素子を有していることを
    特徴とする請求項８６から請求項８９のいずれかに記載
    の表示装置。
92. 【請求項９２】 前記二次元光変調手段は、 上記一定の条件ではγ特性の線形性が必ずしも保持され
    えない表示素子として液晶を使用していることを特徴と
    する請求項８６から請求項８９のいずれかに記載の表示
    装置。
93. 【請求項９３】 前記液晶を表示素子に使用した二次元
    光変調手段は、 上下２枚の電圧印加機能を有する基板と、 該上下の基板間に保持され、上下２枚の基板間の電圧に
    応じてノーマリオン型若しくはノーマリオフ型の挙動を
    なす液晶層と、 前記上下２枚の基板に対して、前記液晶層の電圧の変化
    率に対する透過率若しくは反射率変化の小さい領域にＶ
    ＯＦＦとＶＯＮを負荷するシフト対応型電圧負荷手段
    と、 上記１表示周期毎、上記１単位区間毎等所定の期間毎に
    前記シフト対応型電圧負荷手段が上下の基板に負荷する
    電圧の＋、−を交代させる負荷電圧交代手段とを有して
    いることを特徴とする請求項８６から請求項８９のいず
    れかに記載の表示装置。
94. 【請求項９４】 前記液晶を表示素子に使用した二次元
    光変調手段は、 電圧印加機能を有する上下２枚の基板と、 該上下の基板間に保持され、上下２枚の基板間の電圧に
    応じてノーマリオン型若しくはノーマリオフ型の挙動を
    なす液晶層と、 前記上下２枚の基板に対して、前記液晶層の電圧の変化
    率に対する透過率若しくは反射率変化の小さい領域にＶ
    ＯＦＦとＶＯＮを定めて負荷するシフト対応型電圧負荷
    手段と、 上記１表示周期毎、上記１単位区間毎等所定の期間毎に
    前記シフト対応型負荷手段が上下の基板に負荷する電圧
    の＋、−を交代させる負荷電圧交代手段とを有している
    ことを特徴とする請求項９２に記載の表示装置。
95. 【請求項９５】 前記二次元光変調手段は、 チラつき、一部階調における階調表示の逆転、チャージ
    アップ防止より高速な応答の確保の少くも１のために、
    画素用のメモリ回路、液晶書き込みスイッチング素子、
    双安定素子の少くも１を有していることを特徴とする請
    求項９２記載の表示装置。
96. 【請求項９６】 前記二次元光変調手段は、 チラつき、一部階調における階調表示の逆転、チャージ
    アップ防止より高速な応答の確保の少くも１のために、
    画素用のメモリ回路、液晶書き込みスイッチング素子、
    双安定素子の少くも１を有していることを特徴とする請
    求項９３記載の表示装置。