JP2004302410A - 画素駆動回路、空間光変調装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素駆動回路におけるメモリの容量値などの増大や各スイッチング素子の高耐圧化などを図ることなく、装置の小型化、低製造コストを図りつつ、高画質を実現する。
【解決手段】 キャパシタＣ１は１画素分の画像データを記憶できる。トランジスタＱ１は、キャパシタＣ１に接続され、ＯＮすることによりキャパシタＣ１に対して画像データを出力する。トランジスタＱ２は、キャパシタＣ１に接続され、ＯＮすることによりキャパシタＣ１に記憶されている画像データを単一の画素１５に対して出力する。バッファ回路１３は、画素１５とキャパシタＣ１とを緩衝する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、画素駆動回路、この画素駆動回路を備えた空間光変調装置、及びこの空間光変調装置を備えた画像表示装置に関する。

近年、ディスプレイの大画面化や高解像度化のニーズは急速に高まってきており、特に大画面表示に適したプロジェクション型画像表示装置（プロジェクタ）が普及してきている。高解像度化を目的としたプロジェクタとして、光路偏向装置を備えたプロジェクタが特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示されているプロジェクタは、照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する空間光変調装置としての表示用液晶パネルと、この画像表示素子と同期し、画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路をシフトして空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する液晶パネルからなる光路偏向装置とを備えている。空間光変調装置は、１フレーム画像を２つのフィールド（サブフレーム）で表示し、光路偏向装置は、空間光変調装置が出力する画像光を画素の１ピッチ以下でシフトさせることで、空間光変調装置の解像度よりも高い解像度の画像表示を行なう。

また、各画素に対応して２つのメモリをそれぞれ備えている空間光変調装置が、特許文献２、及び、非特許文献１に開示されている。

図２０は、非特許文献１に開示されている回路であり、ここで開示されている空間光変調装置では、画素ごとに画素データを保持するための２つのメモリＭＥＭ−１及びＭＥＭ−２と、強誘電性液晶（ＦＬＣ(Ferroelectric Liquid Crystal)）を用いた画素を駆動するドライバＦＤＲＶから構成される。強誘電性液晶の各画素はメモリＭＥＭ−２の画像データに基づいてドライバＦＤＲＶによって駆動される。その駆動の間に次の画像データがデータ(カラム)ラインを通じてメモリＭＥＭ−１に書き込まれる。その後、画像データをメモリＭＥＭ−１からメモリＭＥＭ−２に転送して、この画像データに基づいてドライバＦＤＲＶを駆動することにより、全ての画素が同時に更新される。なお、ドライバＦＤＲＶは強誘電性液晶を適正な電圧で駆動するためのレベルシフタを含む。

さらに、画素ごとにメモリと該メモリに記憶された画像データの対応する画素への出力を制御するスイッチを具備した画素駆動回路が、特許文献３に開示されている。その回路構成を図２１に示す。

図２１に示すように、この画素駆動回路は、画素データを保持するためのメモリとしての保持容量１０１ｂ、該メモリへの画像データの記憶を制御するための第１のスイッチとしてのトランジスタ１０１ａ、メモリに記憶された画像データの対応する画素への出力を制御する第２のスイッチとしてのトランジスタ１０２、及び、液晶画素に印加されている電圧を初期化する手段としてのトランジスタ１０３からなる簡単な構成である。ここでVideoは画像データ、PVn，TD及びRESTはそれぞれトランジスタ１０１ａ、１０２及び１０３のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号である。

特許第2939826号公報 特開平11-75144号公報 特開平11-84419号公報 High-resolution FLC Microdisplay（Proceedings of SPIE Vol.3954（2000））

しかしながら、非特許文献１、特許文献３に開示の技術では、画像データの出力が単にメモリと液晶画素の寄生容量との間の電荷移動だけであるため、各回路要素の容量値のバラツキがそのまま出力電圧の誤差となって現われ、画像品質を劣化させるという問題がある。

このような問題を解決して良好な画像品質を得るための手段として、例えば特許文献３の回路を例として説明すると、メモリ１０１ｂの記憶容量を液晶画素の容量に比べて十分に大きくすることが考えられるが、この場合は各画素のサイズが大きくことにより、パネルサイズの大型化し、それに伴ってパネル価格も極めて高くなるという問題が生じる。

本発明の目的は、画素駆動回路におけるメモリの容量値などの増大や各スイッチング素子の高耐圧化などを図ることなく、装置の小型化、低製造コストを図りつつ、高画質を実現することである。

請求項１に記載の発明は、１画素分の画像データを記憶できるメモリと、前記メモリに接続され、ＯＮすることにより前記メモリに対して画像データを出力する第１のスイッチング素子と、前記メモリに接続され、ＯＮすることにより当該メモリに記憶されている画像データを単一の画素に対して出力する第２のスイッチング素子と、前記画素に出力される画像データを補償するバッファ回路と、を備えている画素駆動回路である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画素駆動回路において、前記第２のスイッチング素子の出力電圧を前記画素に保持させる電圧保持回路を備えている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画素駆動回路において、前記バッファ回路は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタとＰ型ＭＯＳトランジスタによるプッシュプル型である。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画素駆動回路において、前記バッファ回路は、単一のＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され、前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれ前記バッファ回路と同じにＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され、前記バッファ回路と同じにＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され前記画素を放電する初期化回路を備えている。

請求項５に記載の発明は、液晶パネルと、この液晶パネルの画素ごとに用意された請求項１〜４のいずれかの一に記載の画素駆動回路と、を備えている空間光変調装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルの表示画像を所定周期で連続するフレーム又は当該フレームをさらに複数のサブフレームに分割して表示し、前記第２のスイッチング素子をＯＦＦして前のフレーム又はサブフレームの画像を表示している期間中に前記第１のスイッチング素子をＯＮして次のフレーム又はサブフレームの画像データを記憶させる画像表示制御手段をさらに備えている。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の空間光変調装置において、前記１フレーム又は１サブフレームの表示期間を２分割し、このうちの前半の表示期間中に前記メモリに前記画素に表示中の画像データの反転極性データを記憶し、後半は前記第２のスイッチング素子により前記反転極性データを出力して表示する交流化駆動手段をさらに備えている。

この場合に、交流化駆動手段は、前記表示中の画像データとなる元の画像データから反転極性データを生成する反転極性データ生成回路と、前記反転極性データと前記元の画像データとを切り替えて出力することで前記２分割を行う極性切り替え回路とで構成できる（請求項８）。

請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれかの一に記載の空間光変調装置において、制御手段は、前記第２のスイッチング素子による前記画像データの出力を、前記フレーム又はサブフレームの切り替わりに同期して前記液晶パネルの全画素の状態が一斉に変化するように行なう。

請求項１０に記載の発明は、液晶パネルと、この液晶パネルの画素ごとに用意された請求項４に記載の画素駆動回路と、前記初期化回路による放電の動作を、前記第２のスイッチング素子がＯＮする前に実行する初期化制御手段と、を備えている空間光変調装置である。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の空間光変調装置において、前記初期化制御手段は、前記第２のスイッチング素子がＯＮした後の所定時間だけ前記放電の動作を継続する。

請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の空間光変調装置において、前記各画素を最低階調の表示状態に変化させるリセット回路と、前記リセット回路を制御して前記フレーム又はサブフレームの切り替わりに同期して全ての前記画素を一斉に最低階調レベルの表示状態にするリセット制御手段と、をさらに備えている。

請求項１３に記載の発明は、請求項５〜１２のいずれかの一に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルへの画像データの出力を当該液晶パネルのｎ画素毎（全画素数をＮとすると１≦ｎ＜Ｎ）に順次行なう画像データ制御手段を備えた。

請求項１４に記載の発明は、請求項５〜１３のいずれかの一に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルの各画素に設けられ液晶を挟んで対向する１対の電極と、この１対の電極の一方には前記第２のスイッチング素子の出力を供給し、他方の電極には全ての前記画素において共通の値であるコモン電圧を、その電圧値を切り替え可能に供給するコモン電圧切替手段と、を備えている。

この場合に、コモン電圧切替手段は、所定の制御信号に基づいて前記他方の電極に接続されるべき電圧源を切り替えることで、前記電圧値の切り替えを行うスイッチング手段で構成できる（請求項１５）。

そして、スイッチング手段は、前記電圧値の切り替えにＣＭＯＳインバータを用いている構成とすることができる（請求項１６）。

請求項１７に記載の発明は、請求項１０に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルの各画素に設けられ液晶を挟んで対向する１対の電極と、この１対の電極の一方には前記第２のスイッチング素子の出力を供給し、他方の電極には全ての前記画素において共通の値であるコモン電圧を、その電圧値を切り替え可能に供給するコモン電圧切替手段と、を備え、前記コモン電圧切替手段は、前記画素の放電と同期して前記コモン電圧の前記切替えを行う。

請求項１８に記載の発明は、請求項５又は１７に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルは、各画素が印加される電圧レベルに応じた光透過率、光反射率又は偏光特性を示す液晶材料が用いられている。

請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルは、前記液晶材料がツイステッドネマティック液晶である。

請求項２０に記載の発明は、請求項１８に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルは、前記液晶材料が連続中間調のアナログ階調表示特性を示す強誘電性液晶である。

請求項２１に記載の発明は、請求項１７に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルは、前記液晶材料が光学補償複屈折モード液晶である。

請求項２２に記載の発明は、請求項１８に記載の空間光変調装置において、前記液晶パネルは、前記液晶材料が垂直配向液晶である。

請求項２３に記載の発明は、請求項２０に記載の空間光変調装置において、前記強誘電性液晶は、長ピッチのカイラルスメクチックＣ相を有する強誘電性液晶である。

請求項２４に記載の発明は、請求項２０に記載の空間光変調装置において、前記強誘電性液晶は、履歴は閾値を持たないカイラルスメクチック相を有する強誘電性液晶である。

請求項２５記載の発明は、請求項５〜２４のいずれかの一に記載の空間光変調装置において、前記画素駆動回路が形成される基板と同一の基板上に、前記画像データを前記メモリに記憶するためにアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器を設けている。

請求項２６に記載の発明は、照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項５〜２４の何れかの一に記載の空間光変調装置と、この空間光変調装置と同期し、前記空間光変調装置の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向装置と、を備えている画像表示装置である。

請求項２７に記載の発明は、照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項５〜２４の何れかの一に記載の空間光変調装置と、所定の波長域ごとに複数に分割した複数の透過領域からなり、前記空間光変調装置に入射する照明光を前記波長域を持つ光束に色分離して当該照明光の入射位置の波長域に対応する色だけを透過することで、複数色を順次表示してカラー画像を表示させる回転色分離素子と、を備えている画像表示装置である。

請求項１，５，２６，２７に記載の発明は、メモリの容量値などの増大や各スイッチング素子の高耐圧化などを図ることなく、装置の小型化、低製造コストを図りつつ、高画質を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、液晶などの画素の画像データの保持性が不充分でも、それを補って高品質の画像表示が実現できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、メモリの容量値などの増大や各スイッチング素子の高耐圧化などを図ることなく、高画質を実現することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、画素のサイズを一層小型化でき、さらに装置の小型化、低製造コストを実現できる。この場合の画素の初期化は初期化回路で実現することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、画像の書き換えを効率よく行なうことが可能となり、高解像度の画素数に対してもデータ転送速度の高速化が抑制されて、装置の設計や実装が容易なるため、低製造コストであるとともに、低ノイズの高品質の画像表示が実現できる。

請求項７に記載の発明は、どのような画像表示に対しても液晶を完全交流駆動することが可能となり、信頼性の高い空間光変調装置が実現できる。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、画像の書き換えをさらに効率良く行なうことが可能となり、より高品質の画像表示が実現される。

請求項１０に記載の発明は、無駄な電流が流れるのが防止でき、消費電力を抑制できる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、第２のスイッチング素子がＯＮした瞬間に突入電流によるオーバーシュート分の電荷を初期化回路の動作で逃がすことができ、画質の劣化が防止される。

請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、例えば、光路偏向装置を用いて、１つの画素が時間的に状態を順次変化させて複数の画素に対応する画像表示を行なうような場合においても、画像のクロストークが生じない極めて高品質の画像表示が可能となる。

請求項１３に記載の発明は、請求項５〜１２のいずれかの一に記載の発明において、端子数の増大による装置の大型化が抑制され、空間光変調装置の一層の小型化、低製造コストを実現することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項５〜１３のいずれかの一に記載の発明において、画素駆動回路を構成する各回路要素の耐圧を下げることができ、回路の小型化が図られ、もって、空間光変調装置の一層の小型化、低製造コストが図られる。

請求項１５，１６に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、コモン電圧切替手段を簡易に実現することができる。

請求項１７に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、画素を放電する動作において極性の偏りが生じるのが防止され、信頼性の向上が図られる。

請求項１８に記載の発明は、請求項５又は１７に記載の発明において、信頼性の高い空間光変調装置を実現することができる。

請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の発明において、広く汎用的に用いられ、技術的に確立している液晶材料により信頼性の高い空間光変調装置を実現することができる。

請求項２５記載の発明は、画素駆動回路が形成される基板と同一の基板上にＤ／Ａ変換器を形成したので、駆動回路全体で部品点数が削減され、装置の小型化及び低製造コスト化が図られるとともに、画像データをデジタル信号で伝送できるようになったことにより伝送信号品質が向上し、画像品質の向上が図られる。

本発明を実施するための最良の一形態について説明する。

図１は本実施の形態である空間光変調装置１の平面図、図２は同側面図である。図１、図２に示すように、空間光変調装置１は、例えば反射型の液晶パネルであり、基板２，３を備え、この基板２，３間には液晶４が挟持されて液晶パネルを構成している。符号５はロウ（Row）ドライバ、符号６はカラム（Column）ドライバであり、Rowドライバ５及びColumnドライバ６に接続された画素電極（図示せず）と、これと別のコモン電極（図示せず）との交差部に画素１５（図３参照）が形成されている。そして、各画素１５においては、画素電極とコモン電極との間に電圧を印加することで、液晶４への入射光を変調することができる。

この空間光変調装置１は、制御回路９により制御される。そして、制御回路９は、周知の手段により、表示する画像を、所定周期で連続するフレームで表示し、あるいは、このフレームを時間的に分割した２つのサブフレームで表示する。

（１）画素駆動回路の構成例１
図３は、空間光変調装置１の液晶パネルの１画素分の画素部１４の回路構成を示す回路図である。かかる回路により、本発明の画素駆動回路を実施している。空間光変調装置１においては、液晶４のすべての画素１５にそれぞれ対応して図３に示す回路が用意されている。

図３において、まず、Ｃ１はメモリとしてのキャパシタ、Ｑ１は第１のスイッチング素子としてのトランジスタ、そして、RowはトランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号である。トランジスタＱ１は制御信号RowがＨレベルのときＯＮし、データライン（Column）１２から入力される画素データをキャパシタＣ１に書き込む。

キャパシタＣ１に書き込まれた画像データは、トランジスタＱ３及びＱ４で構成されるバッファ回路１３を介してトランジスタＱ２に出力される。トランジスタＱ２は第２のスイッチング素子となるものであり、ＳはトランジスタＱ２のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号である。即ち、トランジスタＱ２は制御信号ＳがＨレベルのときＯＮし、バッファ回路１３を通して入力される画素データをキャパシタＣ２及び対応する画素（Pixel）１５に出力する。

キャパシタＣ２は、電圧保持回路を構成し、出力画像データを画素１５に保持する役割を果たすが、画素１５に十分な電圧の保持性があれば、省略することも可能である。

バッファ回路１３は、高入力インピーダンス、かつ、低出力インピーダンスで、画素１５にキャパシタＣ１から出力される画像データを補償する回路である。バッファ回路１３は、例えば、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ３とＰ型ＭＯＳトランジスタＱ４によるプッシュプル型の回路で構成することができる。これにより、キャパシタＣ１に書き込まれた画像データ（これをＶ１とする）を画素１５に出力する場合において、既に画素１５に印加中の前画像データをＶ０としたとき、Ｖ１＞Ｖ０であれば、トランジスタＱ３を通して充電電流が画素１５に供給され、反対に、Ｖ１＜Ｖ０であれば、トランジスタＱ４を通して画素１５に印加中の電荷が放電されてＶ１が画素１５に出力される。

したがって、キャパシタＣ１やＣ２、画素１５の容量の値などによらず、画像データの値をそのまま画素１５に出力し、画素１５の容量がキャパシタＣ１に影響することがないようにできるので、キャパシタＣ１やＣ２の容量値の増大や各トランジスタの高耐圧化が防止され、空間光変調装置１の小型化が図られる。また、出力がＶ１に到達すればトランジスタＱ３、トランジスタＱ４はともにＯＦＦして電流は流れないから、消費電力が増大することもない。

（２）画素駆動回路の構成例２
画素駆動回路の別の構成例について説明する。

図４は、この構成例２である空液晶４の１画素分の画素部１４の回路構成を示す回路図である。かかる回路により、本発明の画素駆動回路を実施している。この構成例２が構成例１のものと相違するのは、まず、バッファ回路１３が単一のＮ型（あるいはＰ型）ＭＯＳトランジスタＱ３のみで構成されている点である。しかしながら、このような構成とすると、Ｖ１＜Ｖ０のときの画素１５に印加中の電荷放電ができなくなるので、それを補うために、バッファ回路１３と同じにＮ型（あるいはＰ型）ＭＯＳトランジスタで構成され、ＯＮすることにより画素１５を放電するトランジスタＱ５からなる初期化回路１６を設け、信号INITにより、そのＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしている。

なお、図４の画素駆動回路は、各スイッチング素子が全てバッファ回路１３と同じにＮ型（あるいはＰ型）ＭＯＳトランジスタで構成されているので、画素１５のサイズを一層小型化でき、さらに装置の小型化、低製造コストを実現することができる。

液晶４としては、印加される電圧に基づいて光透過率、光反射率又は偏光状態が変化する材料が用いられおり、具体的には、電圧値に応じてアナログ的に変化する材料が、画素データに直接階調情報を付与することで容易に階調表示を行なえるので好適である。より具体的には、例えば、下記のような液晶材料を用いることができる。

（１）ツイステッドネマティック液晶
特に、広く汎用的に用いられ、技術的に確立している点で、ツイステッドネマティック液晶を用いれば、高い信頼性の空間光変調装置１を容易に実現することができる。

（２）強誘電性液晶
従来、強誘電性液晶（ＦＬＣ）は双安定性を示し、アナログ階調が不可能であったが、近年は連続中間調のアナログ階調表示特性を示す強誘電性液晶が見出されている（「月間ディスプレイ（2001年１月号）」参照）。

例えば、“Journal of the SID,1/2,1993 「A novel surface-stabilized monostable ferroelectric LCD」”では、長ピッチのカイラルスメクチックC相を有する強誘電性液晶は、液晶分子の配向方向がラビング方向に沿って単安定性（Half-V mode）を示し、電界強度変調によるアナログ階調を発現することが示されている。

また、東京工業大学 工学部の論文「4×4マトリックス法によるV字型反転挙動を示す液晶のモデル構造の検討」では、履歴は閾値を持たないカイラルスメクチック相は、電場ゼロ付近から強誘電状態に移る際、電場に対してほぼ線形的に透過光強度が変化するＶ字型の電気光学応答（V-shape mode）を示し、アナログ階調表示が可能であることが示されている。

（３）光学補償複屈折（ＯＣＢ）モード液晶
光学補償複屈折モード液晶は、上下基板で配向処理方向が同一なパラレル配向液晶が、所定値以上の電圧範囲で配向方向がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移し、この状態の範囲内でアナログ階調と高速応答性を示す（「月間ディスプレイ（2001年１月号）」参照）。

（４）垂直配向（Vertical Aligned）液晶
垂直配向液晶モードと無機配向層により高コントラストと高速応答速度のアナログ階調表示を可能とする（SID 01 DIGEST 34.3:「D-ILA Device for Top-End Projection Display(QXGA)」を参照）。

そして、キャパシタＣ１，Ｃ２は、その書き込まれる画像データを画素１５に表示すべき階調レベルに応じた電圧信号としていて、液晶４は、この電圧信号に応じて光透過率、光反射率又は偏光状態に変化する。

次に、制御回路９による空間光変調装置１の駆動制御について説明する。

制御回路９は、制御信号Ｓ（画素駆動回路が図４に示す構成であれば、制御信号INITも）を生成して、全画素１５に対して出力する。

図５及び図６は、画像データの書き込み及び画素１５への画像データ出力の様子を示すタイミングチャートであり、図５は図３、図６は図４の画素駆動回路に対応するものとして示している。

図５、図６において、Ｔ１はサブフレーム期間を示す。rowドライバ５は、空間光変調装置１の各水平ラインを対応する制御信号Row1,Row2,…,RowLを、順次Ｈレベルにすることで順次選択する。columnドライバ６は選択されたラインに対応して、画素電極（図示せず）に水平方向の各画素に対応する画像データを出力する。

ここで、画像データは、制御回路９から、水平方向ｎ画素毎（１≦ｎ＜Ｍ，Ｍは水平方向１ライン分の画素数）に並列化された入力画像データDATAとしてcolumnドライバ６に入力される。columnドライバ６は、順次入力される並列画像データDATAを対応する画素の画素電極に出力するスイッチ（図示せず）を有する。即ち、columnドライバ６は、入力画素データDATAに対応するスイッチのみをＯＮしてデータを対応する電極に出力し、それ以外の電極はスイッチをＯＦＦして開放状態にする。これを水平方向について順次繰り返すことによって、全ての画素電極に画素データを出力する（画像データ制御手段）。

１サブフレーム期間において、各ラインが順次選択されて画像データが書き込まれている間は、制御回路９が出力する制御信号ＳはＬレベルでトランジスタＱ２は全ての画素１５についてＯＦＦ状態になっており、空間光変調装置１は前のサブフレーム画像を表示する（画像表示制御手段）。

そして、全ての画素１５について次の１サブフレーム分の画像データの書き込みが終了すると、（図４の画素駆動回路に対しては、図６に示すように、制御回路９は、出力する制御信号INITをＨレベルにして画素１５に印加中の画像データをゼロにした後）制御信号ＳをＨレベルにして、全ての画素についてトランジスタＱ２をＯＮして書き込まれた画像データを一斉に出力し、表示状態を次のサブフレームに切り替える（画像表示制御手段）。

図７は、図４の回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。すなわち、制御回路９は、画素１５に印加される画像データＶ０がゼロからＶ０２に変化する場合、まず制御信号ＳをＯＮする前の時刻ｔ１で制御信号INITをＨレベルにしてトランジスタＱ５をＯＮし、画素１５に印加されている画像データＶ０をゼロにする。そしてＶ０がゼロになった後の時刻ｔ２で制御信号ＳをＨレベルにしてトランジスタＱ２をＯＮし、キャパシタＣ１に書き込まれている画像データＶ０２を出力する。

ここで、トランジスタＱ２がＯＮした瞬間、突入電流により画素データ電圧にオーバーシュートＶovrが生じる場合がある。これをＧＮＤに逃がすために、トランジスタＱ５を、トランジスタＱ２がＯＮした後の時刻ｔ３までの所定時間だけＯＮしておく。トランジスタＱ２は、出力Ｖ０がＶ０２に安定した後の時刻ｔ４にてＯＦＦされる。

図８は、画素駆動回路のさらに別の一例を備えた空間光変調装置１の１画素部分１４の構成例を示したものである。図８の回路構成が、図３の回路と相違するのは、ＯＮすることにより図３の回路に画素１５を放電して、その表示状態を最低階調レベルに変化させるトランジスタＱ６からなるリセット回路１７を備え、このトランジスタＱ６のＯＮ，ＯＦＦを制御する信号RSTを制御回路９から出力して制御を行う（リセット制御手段）点である。

図９は、図８におけるリセット回路１７の動作を示すタイミングチャートである。すなわち、制御回路９は、信号RSTがＨレベルになるとトランジスタＱ６がＯＮして、画素１５を放電して、画素１５に印加中の画像データＶ０をコモン電圧Ｖcomにした後に、制御信号ＳをＨレベルにしてトランジスタＱ２をＯＮし、次のサブフレームの画像データを画素１５に出力する。なお、ここで空間光変調装置１は、画素１５の両端に印加される電圧差が低いほど低階調表示になるノーマリブラックモードの表示特性を示すものとする。したがって、表示画像はサブフレームの切り替わりでいったん黒表示になる。

図１０は、画素駆動回路１４のさらに別の一例を備えた空間光変調装置１の１画素部分１４の構成例を示したものである。この例は、図４の回路構成において、まず、コモン電圧Ｖcomを切り替えるようにしている。その様子を、図１１を参照して説明する。即ち、画素１５を、仮に“２×Ｖa”の大きさの電圧範囲で交流駆動する場合、制御回路９の制御により、コモン電圧Ｖcomも０と＋Ｖaとの間で切り替えるようにすれば、画像データＶ０は０〜＋Ｖaの電圧範囲で変化させればよいことになる（コモン電圧切替手段）。したがって、本回路で用いる各トランジスタの耐圧としては電圧Ｖaに対応できればよい。ここで、もし、コモン電圧Ｖcomが一定値＋Ｖaであれば、図２１の例に示すように、画像データＶ０の電圧範囲は０〜（２×Ｖa）となり、トランジスタには２倍の耐圧が要求されることになる。

図１０は、また、図２の回路例において、トランジスタＱ５の制御信号を前述のRSTとINITを兼ねた信号CLRとして示している。図１２はその動作を示すタイミングチャートである。すなわち画素１５に印加される画像データＶ０がＶ０１からＶ０２に変化する場合、まず制御信号ＳをＯＮする前に制御信号CLRをＨレベルにしてトランジスタＱ５をＯＮし、画素１５に印加されている画像データＶ０１をゼロに初期化する。このとき、同時にコモン電圧もゼロにして画素１５をリセットする。そして、その後に制御信号ＳをＨにしてトランジスタＱ２をＯＮし、キャパシタＣ１に書き込まれている画像データＶ０２を出力する。

図１３は、図１０の画素駆動回路１４を用いる場合に、コモン電圧切替手段となるコモン電圧切替回路６１の回路図である。図１１において、コンパレータ６２のマイナス入力には電圧＋Ｖaを抵抗６３及び６４で分圧したしきい値電圧Ｖtが入力されており、プラス入力には信号FLPが、例えば制御部９から入力される。したがって、コンパレータ６２の出力Ｖdは、信号FLPがＨレベルで、しきい値Ｖtを超える場合には＋Ｖa近くの高電圧に、信号FLPがＬレベルで、しきい値Ｖtを下回る場合には０Ｖ近くの低電圧に遷移する。符号６５はＰＭＯＳトランジスタ６６及びＮＭＯＳトランジスタ６７からなるＣＭＯＳインバータであり、ゲート電圧Ｖdが低電圧の場合はＰＭＯＳトランジスタ６６がＯＮして＋Ｖaをコモン電圧Ｖcomとして出力し、ゲート電圧Ｖdが高電圧の場合はＮＭＯＳトランジスタ６７がＯＮして０Ｖ電圧をコモン電圧Ｖcomとして出力する。すなわち、画素１５のコモン電圧Ｖcomが入力される側の電極に接続されるべき電圧＋Ｖaの電圧源を切り替えることで、コモン電圧Ｖcomの電圧値の切り替えを行なって、スイッチング手段を実現している。

図１４は、空間光変調装置１の他の構成例の平面図である。図１４において、図１〜図１３と同一符号の部材などは、前述の空間光変調装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、この空間光変調装置１においても、例えば、図８、図１０を参照して前記したような画素駆動回路１４が画素１５ごとに基板２上に形成される。また、前述のRowドライバ５及びColumnドライバ６も同一の基板２上に形成される。

図１４の空間光変調装置１が前述の空間光変調装置１と異なるのは、交流化駆動回路５１が設けられている点にある。その他の構成については、前述の空間光変調装置１と同様である。この交流化駆動回路５１は制御回路9から出力される画像データを１フレーム又は１サブフレーム表示期間のうち半分の期間ごとに各画素１５に印加される駆動電圧の極性を反転すべく、反転極性データを生成するとともに、画像データを切り替えて出力する回路である。

すなわち、一般に液晶を駆動する場合、直流分が印加されるとそれによって液晶に焼け付きが生じ破損してしまう恐れがあるため、交流駆動する必要がある。そのために、１フレームごとに駆動電圧の極性を変えるフレーム反転駆動などの手段がとられている。

しかしながら、図１以下で前述した空間光変調装置１においては、例えば動画像表示などのように、フレーム間で画像が不規則に変化する場合には、必ずしも交流駆動が保証されず、信頼性を損なう可能性がある。端的な例として、１フレームごとに白と黒を交互に表示する画素１５があった場合、フレーム反転駆動すると逆に同じ電圧が永続的に印加されて実質的に直流駆動になってしまうことになる。

そこで、この空間光変調装置１では、交流化駆動回路５１により、どのような画像表示に対しても液晶パネルを完全交流駆動することが可能となり、信頼性の高い空間光変調装置が実現できるようにする。

図１５は、この交流化駆動回路５１の構成例を概略的に示した回路図である。図１５において、符号Ｄ及びＶは、それぞれ制御回路９から出力される画像データ及び垂直同期信号である。ここで垂直同期信号Ｖは１フレーム又は１サブフレーム周期の１／２周期でトグルする。

まず、反転データ生成回路５２には、元の画像データＤが入力され、その画像データＤの極性反転データＸＤを生成する。具体的には、液晶の画素１５に印加される電圧は図８に示すように一方の電極が、コモン電圧Ｖcomに接続され、他方の電極に画像データに基づく電圧Ｖdが印加される。したがって、電圧Ｖdの極性反転画像データに基づく電圧ＸＶdは、
ＸＶd＝２・Ｖcom−Ｖd … （２）
で表される。よって反転データ生成回路５２は、電圧Ｖd及びＸＶdに対応する画像データが、それぞれ画像データＤ及び垂直同期信号ＸＤであるとすると、電圧Ｄcomをコモン電圧Ｖcomに対応する画像データとして、
ＸＤ＝２・Ｄcom−Ｄ … （３）
なる演算を行なって、極性反転データＸＤを生成する。

極性切り替え回路５３は、垂直同期信号Ｖに同期して画像データＤと、その極性反転データＸＤを１フレーム又は１サブフレーム周期の１／２周期ごとに切り替えて出力する。出力されたデータは、後段のＤ／Ａ変換器５４によりアナログ信号に変換されて（信号ＶＤ）、画素駆動回路１４に出力される。

図１６は、図１４、図１５の空間光変調装置１の別の構成例を示す平面図である。図１６において、図１４、図１５と同一符号の部材などは前述した空間光変調装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。この空間光変調装置１が前述の図１４、図１５のものと異なるのは、Ｄ／Ａ変換器７１〜７４がさらに設けられている点である。したがって、交流化駆動回路１０はＤ／Ａ変換器５４を備えず、極性切り替え回路５３からのデジタル信号出力をそのまま画像データＤin1〜Ｄin4として、それぞれＤ／Ａ変換器７１〜７４に出力する。その他の構成については図１４、図１５のものと同様である。画像データＤin1〜Ｄin4はそれぞれＤ／Ａ変換器７１〜７４に入力され、アナログ信号に変換されて後段のColumnドライバ６に入力される。Columnドライバ６の後段の回路構成は図１４、図１５を参照して前述した空間光変調装置１と同様に構成できる。なお、図１６では４つのＤ／Ａ変換器７１〜７４で構成されているが、もちろん、これに限定されるものではない。

図１７は、前述のいずれかの空間光変調装置１を備えた画像表示装置２０の構成例を概略的に示す概念図である。図１７に示すように、画像表示装置２０は空間光変調装置１に光を照射する光源２１を備えている。フライアイレンズアレイ２２，２３は、光源２１の照射光を均一化するためのインテグレータ光学系を構成する。コンデンサレンズ２４は、照明光を空間光変調装置１に集光、照明する。符号２５は投射レンズ、符号２６はスクリーン、符号３１は照明光と画像光を分離するための偏光ビームスプリッタである。

照明光源２１から照射された光は、フライアイレンズアレイ２２，２３により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ２４で集光され、偏光ビームスプリッタ３１で反射されて、空間光変調装置１を照明する。画像データに基づいて駆動されている空間光変調装置１で空間光変調された照明光は、偏光ビームスプリッタ３１を介して、画像光として光路偏向装置２９に入射する。

光路偏向装置２９は、制御回路３０で制御され、入射した画像光を画素の配列方向に予め設定されたシフト量だけシフトして、画素の増倍を行なう。シフトされた画像光は投射レンズ２５で拡大され、スクリーン２６に投射される。光路偏向装置２９による光路シフトのシフト量は画素ピッチの整数分の１であることが望ましい。すなわち、画素の配列方向に対して２倍の画像増倍を行なう場合は画素ピッチの１／２にし、４倍の画素増倍を行なう場合は画素ピッチの１／４にすることが望ましい。

いずれの場合も、空間光変調装置１は連続するフレームで画像を表示し、あるいは、光路偏向装置２９のシフトレベル数に応じて、１フレームを複数のサブフレームで分割して表示し（この例では、シフトレベル数が２で、２つのサブフレーム）、フレームあるいはサブフレームの表示ごとに光路偏向装置２９で画素シフトを行なって、光路偏向装置２９の画素シフトに応じた表示位置に対応する画像情報を空間光変調装置１で表示させることで、画像表示装置２０は、見かけ上、高精細な画像を表示することができる。

なお、本例では反射型の液晶パネルを空間光変調装置１に用いた例で説明したが、透過型の液晶パネルを空間光変調装置１として用いてもよい。

図１８は、別例の画像表示装置４０の構成例を概略的に示す概念図である。この画像表示装置４０は、一つの空間光変調装置１で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色を順次表示することでカラー画像を表示する、いわゆるフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタである。

照明光源４１から照射された光は、集光レンズ４２によって絞られ、回転色分離円盤４３に入射する。図１９に示すように、回転色分離円盤４３は、回転色分離素子を実現するもので、回転中心Ｏを中心に、所定の波長域ごとに例えば３分割した赤色透過領域Ｒ、緑色透過領域Ｇ及び青色透過領域Ｂに分かれており、照射光を所定の波長域を持つ光束に色分離する。この各々の透過領域は多層の誘電体薄膜などよりなるフィルタで構成されている。この回転色分離円盤４３は、中心に回転軸４４が固定され、モータ４５で回転されることにより、照明光について入射位置の波長域に対応する色だけを透過して、コリメータレンズ４６、偏光ビームスプリッタ４７を介して空間光変調装置１に入射させる。その入射した光は空間光変調装置１の表示映像で変調されて出射し、反射光は偏光ビームスプリッタ４７、投射レンズ４８を介してスクリーン４９に投射される。

本発明の一実施の形態である空間光変調装置の平面図である。 空間光変調装置の側面図である。 空間光変調装置における液晶パネルの１画素分の画素部の画素駆動回路の構成を示す回路図である。 空間光変調装置における液晶パネル１画素分の画素部の画素駆動回路の別の回路構成を示す回路図である。 図３の回路構成における空間光変調装置の動作を説明するタイミングチャートである。 図４の回路構成における空間光変調装置の動作を説明するタイミングチャートである。 図４の回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 画素駆動回路のさらに別の一例の回路図である。 図８におけるリセット回路の動作を示すタイミングチャートである。 画素駆動回路のさらに別の一例の回路図である。 コモン電圧の切り替えについて説明するタイミングチャートである。 図２の回路例において、制御信号RST，INITを兼ねた信号CLRを用いた場合のタイミングチャートである。 コモン電圧切替回路の回路図である 空間光変調装置の他の構成例の平面図である。 交流化駆動回路の構成例を概略的に示した回路図である。 空間光変調装置の他の構成例の平面図である。 本発明の一実施の形態である画像表示装置の全体構成の概略を示す概念図である。 画像表示装置の別の構成例の全体構成の概略を示す概念図である。 画像表示装置の回転色分離円盤の平面図である。 非特許文献１の回路構成を示す回路図である。 特許文献３の回路構成を示す回路図である。 コモン電圧が一定である場合の画像データの電圧変動について説明するグラフである。

符号の説明

１ 空間光変調装置
４ 液晶
１３ バッファ回路
１５ 画素
１６ 初期化回路
１７ リセット回路
２０ 画像表示装置
２９ 光路偏向装置
４０ 画像表示装置
４１ 光源
４３ 回転色分離素子
５１ 交流化駆動手段
５２ 反転データ生成回路
５３ 極性切り替え回路
６１ コモン電圧切替手段
６２ スイッチング手段
６５ ＣＭＯＳインバータ、スイッチング手段
７１〜７４ Ｄ／Ａ変換器
Ｃ１ メモリ
Ｃ２ 電圧保持回路
Ｑ１ 第１のスイッチング素子
Ｑ２ 第２のスイッチング素子

Claims (27)

1. １画素分の画像データを記憶できるメモリと、
   前記メモリに接続され、ＯＮすることにより前記メモリに対して画像データを出力する第１のスイッチング素子と、
   前記メモリに接続され、ＯＮすることにより当該メモリに記憶されている画像データを単一の画素に対して出力する第２のスイッチング素子と、
   前記画素に出力される画像データを補償するバッファ回路と、
   を備えている画素駆動回路。
2. 前記第２のスイッチング素子の出力電圧を前記画素に保持させる電圧保持回路を備えている請求項１に記載の画素駆動回路。
3. 前記バッファ回路は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタとＰ型ＭＯＳトランジスタによるプッシュプル型である、請求項１又は２に記載の画素駆動回路。
4. 前記バッファ回路は、単一のＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され、
   前記第１及び第２のスイッチング素子は、それぞれ前記バッファ回路と同じにＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され、
   前記バッファ回路と同じにＮ型ＭＯＳトランジスタ又はＰ型ＭＯＳトランジスタで構成され前記画素を放電する初期化回路を備えている、
   請求項１に記載の画素駆動回路。
5. 液晶パネルと、
   この液晶パネルの画素ごとに用意された請求項１〜４のいずれかの一に記載の画素駆動回路と、
   を備えている空間光変調装置。
6. 前記液晶パネルの表示画像を所定周期で連続するフレーム又は当該フレームをさらに複数のサブフレームに分割して表示し、前記第２のスイッチング素子をＯＦＦして前のフレーム又はサブフレームの画像を表示している期間中に前記第１のスイッチング素子をＯＮして次のフレーム又はサブフレームの画像データを記憶させる画像表示制御手段をさらに備えている、請求項５に記載の空間光変調装置。
7. 前記１フレーム又は１サブフレームの表示期間を２分割し、このうちの前半の表示期間中に前記メモリに前記画素に表示中の画像データの反転極性データを記憶し、後半は前記第２のスイッチング素子により前記反転極性データを出力して表示する交流化駆動手段をさらに備えている、請求項６に記載の空間光変調装置。
8. 前記交流化駆動手段は、
   前記表示中の画像データとなる元の画像データから反転極性データを生成する反転極性データ生成回路と、
   前記反転極性データと前記元の画像データとを切り替えて出力することで前記２分割を行う極性切り替え回路と、
   を備えている請求項７に記載の空間光変調装置。
9. 前記出力制御手段は、前記第２のスイッチング素子による前記画像データの出力を、前記フレーム又はサブフレームの切り替わりに同期して前記液晶パネルの全画素の状態が一斉に変化するように行なう、請求項６〜８のいずれかの一に記載の空間光変調装置。
10. 液晶パネルと、
    この液晶パネルの画素ごとに用意された請求項４に記載の画素駆動回路と、
    前記初期化回路による放電の動作を、前記第２のスイッチング素子がＯＮする前に実行する初期化制御手段と、
    を備えている空間光変調装置。
11. 前記初期化制御手段は、前記第２のスイッチング素子がＯＮした後の所定時間だけ前記放電の動作を継続する、請求項１０に記載の空間光変調装置。
12. 前記各画素を最低階調の表示状態に変化させるリセット回路と、
    前記リセット回路を制御して前記フレーム又はサブフレームの切り替わりに同期して全ての前記画素を一斉に最低階調レベルの表示状態にするリセット制御手段と、
    をさらに備えている請求項９に記載の空間光変調装置。
13. 前記液晶パネルへの画像データの出力を当該液晶パネルのｎ画素毎（全画素数をＮとすると１≦ｎ＜Ｎ）に順次行なう画像データ制御手段を備えた、請求項５〜１２のいずれかの一に記載の空間光変調装置。
14. 前記液晶パネルの各画素に設けられ液晶を挟んで対向する１対の電極と、
    この１対の電極の一方には前記第２のスイッチング素子の出力を供給し、他方の電極には全ての前記画素において共通の値であるコモン電圧を、その電圧値を切り替え可能に供給するコモン電圧切替手段と、
    を備えている請求項５〜１３のいずれかの一に記載の空間光変調装置。
15. 前記コモン電圧切替手段は、所定の制御信号に基づいて前記他方の電極に接続されるべき電圧源を切り替えることで、前記電圧値の切り替えを行うスイッチング手段を備えている、請求項１４に記載の空間光変調装置。
16. 前記スイッチング手段は、前記電圧値の切り替えにＣＭＯＳインバータを用いている、請求項１５に記載の空間光変調装置。
17. 前記液晶パネルの各画素に設けられ液晶を挟んで対向する１対の電極と、
    この１対の電極の一方には前記第２のスイッチング素子の出力を供給し、他方の電極には全ての前記画素において共通の値であるコモン電圧を、その電圧値を切り替え可能に供給するコモン電圧切替手段と、
    を備え、
    前記コモン電圧切替手段は、前記画素の放電と同期して前記コモン電圧の前記切替えを行う、
    請求項１０に記載の空間光変調装置。
18. 前記液晶パネルは、各画素が印加される電圧レベルに応じた光透過率、光反射率又は偏光特性を示す液晶材料が用いられている、
    請求項５又は１７に記載の空間光変調装置。
19. 前記液晶パネルは、前記液晶材料がツイステッドネマティック液晶である、
    請求項１８に記載の空間光変調装置。
20. 前記液晶パネルは、前記液晶材料が連続中間調のアナログ階調表示特性を示す強誘電性液晶である、
    請求項１８に記載の空間光変調装置。
21. 前記液晶パネルは、前記液晶材料が光学補償複屈折モード液晶である、
    請求項１７に記載の空間光変調装置。
22. 前記液晶パネルは、前記液晶材料が垂直配向液晶である、
    請求項１８に記載の空間光変調装置。
23. 前記強誘電性液晶は、長ピッチのカイラルスメクチックＣ相を有する強誘電性液晶である、
    請求項２０に記載の空間光変調装置。
24. 前記強誘電性液晶は、履歴は閾値を持たないカイラルスメクチック相を有する強誘電性液晶である、
    請求項２０に記載の空間光変調装置。
25. 前記画素駆動回路が形成される基板と同一の基板上に、前記画像データを前記メモリに記憶するためにアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器を設けている、請求項５〜２４のいずれかの一に記載の空間光変調装置。
26. 照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項５〜２４の何れかの一に記載の空間光変調装置と、
    この空間光変調装置と同期し、前記空間光変調装置の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記空間光変調装置の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向装置と、
    を備えている画像表示装置。
27. 照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する請求項５〜２４の何れかの一に記載の空間光変調装置と、
    所定の波長域ごとに複数に分割した複数の透過領域からなり、前記空間光変調装置に入射する照明光を前記波長域を持つ光束に色分離して当該照明光の入射位置の波長域に対応する色だけを透過することで、複数色を順次表示してカラー画像を表示させる回転色分離素子と、
    を備えている画像表示装置。
    

Images