JP4484972B2 - 表示機能又はシャッタ機能を有する装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示／シャッタ装置に関し、より詳細には、これに限定されるものではないが、空間光変調器を含む光シャッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶装置は、通常、文字情報や画像の表示に用いられるが、さらには、プリンタ内等の光シャッタとして、または、空間光変調器としても用いることができる。かかる液晶装置は、独立して駆動可能な表示／シャッタの構成単位（例えば、画素）からなるアレイ（配列）を備えており、単に白黒表現のみならず、中間調あるいはカラーフィルタを用いた場合にあっては種々の色を表現できるような構成にできる。また、かかる装置の中間調表現は、種々の方法により実現することができる。
【０００３】
例えば、異なるアナログ階調レベルをもたらすべく印加される駆動信号に従って、「オン」状態と「オフ」状態との間で各構成単位の伝導または透過状態を変調させることにより、階調表現を実現できる。
【０００４】
また、ツイストネマティック型の装置では、例えば、各構成単位（画素）の透過状態は、印加されるＲＭＳ電圧によって定まり、かかる電圧を適切に制御することによって、異なる階調レベルを生じさせることができる。また、アクティブマトリックス型の装置では、各画素に蓄積される電圧に従って、同様に階調レベルを制御できる。
【０００５】
一方、強誘電性液晶装置では、電圧信号を変調することにより透過状態を制御する等の種々な方法が提案されているけれども、アナログ方式で透過状態を制御することは一般に容易ではない。
【０００６】
アナログ階調レベルを有していない装置では、いわゆる空間ディザ法あるいは時間ディザ法によって階調表現（応答）を実現することができる。また、これらの方法は、アナログ階調レベルを増やすのにも用いることができる。
【０００７】
空間ディザ（ＳＤ）法では、各構成単位は、２以上の独立して駆動可能な副構成単位に分割され、これら副構成単位は、全体の階調レベルを複数発生させるために、互いに異なる組み合わせの切り換え信号によって駆動可能なものになっている。
【０００８】
例えば、構成単位が、それぞれが白状態と黒状態との間で切り換わることができる大きさの等しい２つの副構成単位を備えている場合、両副構成単位が白状態に切り換えられたか、両副構成単位が黒状態に切り換えられたか、あるいは一方の副構成単位が白状態に他方の副構成単位が黒状態に切り換えられたかに対応して、全体として白黒を含む３つの階調レベルを得ることができる。
【０００９】
ここで、両副構成単位が同じ大きさであれば、一方が白状態で他方が黒状態の場合、いずれの副構成単位が黒状態でいずれの副構成単位が白状態であっても、同じ階調レベルが得られる。従って、切り換え回路も、この冗長度を考慮して設計する必要がある。
【００１０】
一方、両副構成単位が異なる大きさであれば、両副構成単位のうちいずれの副構成単位が黒状態でいずれの副構成単位が白状態であるかに応じて、異なる階調レベルが得られることになる。
【００１１】
しかし、実際に設けることができる副構成単位の数は、各副構成単位へ切り換え信号を供給するのにそれぞれ独立した導電線が必要とされる点、およびかかる導電線を配設できる数は、空間的制約によって制限される点によって、制約を受けることになる。
【００１２】
時間ディザ（ＴＤ）法の場合、少なくとも一部の各構成単位は、全体の階調レベルを複数発生するのに、互いに異なる時間変調信号によって駆動可能となっている。
【００１３】
例えば、１つの構成単位が長さの等しい２つのサブフレームによって駆動可能である場合、両サブフレームで「オン」となるよう駆動されると白状態になるような構成とし、両サブフレームで「オフ」となるよう駆動されると黒状態になるような構成とする。さらに、一方のサブフレームが「オン」で他方のサブフレームが「オフ」となるよう駆動されると中間調状態になるような構成とする。
【００１４】
この場合、ディザの周波数は、生ずるディザがフリッカとして観察されないよう、各構成単位に対して通常のスイッチングを行う場合の周波数よりもかなり高く設定する必要がある。
【００１５】
さらに、時間ディザ法を空間ディザ法と組み合わせて、互いに異なる時間変調信号によって、空間ディザ法の構成に係る１以上の副構成単位を駆動するものとしてもよい。これにより、回路は複雑化するものの、実現できる階調レベルの範囲を増加させることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、表示装置、およびプリンタ内の光学シャッタのようなシャッタ装置の多くは、冗長性を来すことなく、非常に広範囲の階調レベルを実現することが要求されている。
【００１７】
そこで、空間ディザ法の構成において、例えばアレイの各構成単位を、表面積の比が４：２：１である３つの副構成単位に分割して、構成単位に２進法的な重みづけを持たせることが知られている。
【００１８】
この場合、各副構成単位が、階調レベル「０」に対応した黒状態Ｂと階調レベル「１」に対応した白状態Ｗとの間でそれぞれ独立して切り換え可能であり、全体の階調レベルが、３つの副構成単位の階調レベルを適切な２進法的重みづけで加算することにより得られるものとすると、これら３つの副構成単位を同時に駆動することにより、以下の表１に示すように、何らの冗長性もなく、８個の異なる階調レベルが得られることになる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
空間ディザ法または時間ディザ法のデジタルディザの形態を単独で用いた場合、ｂビットのディザによって達成される階調レベルの数は２b であり、最適分布となるディザの重みづけは、２0 ：２1 ：２2 …２b-1 となる。
【００２１】
しかし、かかる構成で広範囲の階調レベルを得るためには、必要なビット数を設ける必要があり、配設できるビット数には制限があるという問題を生ずる。
【００２２】
尚、文献ＥＰ０４５３０３３Ａ１は、上記した表示装置を開示すると共に、列電極線の表面積の割合と行電極線の表面積の割合との間の関係を最適化することによって、最大数の階調を生み出すのに必要な導線の数を最小化する方法を開示している。
【００２３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現する表示／シャッタ装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示／シャッタ装置は、上記の課題を解決するために、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第１のアレイと、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第２のアレイであって、前記第１のアレイと重なり合う関係に配置される第２のアレイと、前記第１および第２のアレイの各副構成単位の階調／色彩レベルを、他の副構成単位の階調／色彩レベルに対して相対的に変化させるように、各副構成単位を選択的に駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記第１および第２のアレイの少なくとも一方の各副構成単位を、アナログ切換信号を印加して、２以上の互いに異なるアナログ階調／色彩レベルの間で切り換えるアナログレベル選択手段を含んでおり、前記第１および第２のアレイの対応する副構成単位全体、すなわち、１つの構成単位の階調／色彩レベルは、これら副構成単位に相互に異なる組み合わせのアナログ切換信号が印加されることによって変化し、これら副構成単位全体の階調／色彩レベルとして複数の階調／色彩レベルが得られることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、第１および第２のアレイの副構成単位は、互いに重なり合う関係に配置されており、第１および第２のアレイの対応する副構成単位の全体の階調／色彩レベルは、これら副構成単位のアナログ階調／色彩レベルを掛け合わせることによって得られる。
【００２６】
従って、アナログ階調レベルを利用して、特に煩雑さを生じさせることもなく、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現できる。
【００２７】
また、各副構成単位の階調／色彩レベルは、全体の階調／色彩レベルの冗長性が最小化されるよう、選択することができる。
【００２８】
尚、ここで「／（スラッシュ）」は、「または」の意味で用いている。
【００２９】
また、白レベルおよび黒レベルも、上記の「階調／色彩レベル」に包含されるレベルである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について説明する。
【００３１】
本実施形態の表示／シャッタ装置は、強誘電性の表示装置もしくはシャッタ装置であり、互いに平行に配置された２枚のガラス基板の間に、強誘電性材料からなりスメクチック相を示す層を備えるものである。
【００３２】
両基板の内側表面には、それぞれ複数の行電極線と複数の列電極線とが対向するように設けられている。これら両電極線は互いに交差し、交差部分がそれぞれ独立して駆動可能な表示／シャッタの構成単位（例えば、画素）となり、全体として構成単位のアレイ（配列した構造）を形成している。
【００３３】
上記構成以外に、両電極線は、極座標（ｒ，θ）のアレイ、数字の表示等に用いる７セグメント型のアレイ、または他のｘ−ｙ座標のアレイを形成するように構成されていてもよい。
【００３４】
上記のように、両電極線の各交差部分が、表示／シャッタの構成単位もしくは画素となっている。これら構成単位もしくは画素の駆動は、適当なストロボパルスとデータパルスとを行電極線と列電極線とに印加することにより行われ、従来より各種の駆動方法が提案されている。
【００３５】
例えば、下記の文献においても、かかる表示装置もしくはシャッタ装置の駆動方法が開示されている。
【００３６】
▲１▼ Ferroelectrics, 1991, Vol.122, 63-79頁, “The Joers/Alvey Ferroelectric Multiplexing Scheme"
上記の構成に基づき、構成単位（画素）のアレイを形成し、また、副構成単位（副画素）のアレイを形成することができる。ここで、副構成単位（副画素）は、構成単位（画素）を構成する要素となるものである。
【００３７】
本実施形態の表示／シャッタ装置では、各構成単位（画素）が、各々重なり合う層に配置された２以上の副構成単位（副画素）を備えており、各副構成単位（副画素）は、ｎ個の互いに異なるアナログ階調レベルを有している。この階調レベルは、印加される電圧波形に応じて切り換えられ、これにより、各構成単位もしくは副構成単位は、上述した黒状態Ｂおよび白状態Ｗに加え、またはこれらの状態以外に、１以上の中間調状態Ｇを有するものとなっている。
【００３８】
以下では、各構成単位が、各々互いに重なり合う関係にある２以上の副構成単位を備えており、これら重なり合う副構成単位が光路に対し順列に連なっているアレイの構成について説明する。尚、かかる構成は、表示／シャッタの構成単位からなる第１のアレイ（例えば、液晶アレイその他の空間光変調アレイ）と、複数の構成単位から構成された光源となる第２のアレイ（例えば、発光ダイオードアレイや垂直キャビティレーザ(vertical cavity laser) のアレイ）とが重なり合って、変調した光を出力する構成をも包含するものである。
【００３９】
まず、第１の実施例では、各構成単位（画素）は、各々互いに重なり合う層に配置される２個の副構成単位を備えており、画素全体の階調レベルは、２個の副構成単位の階調レベルを掛け合わせることによって得られる多層構造の装置となっている。
【００４０】
つまり、本実施例は、３個の副構成単位が各々互いに重なり合わない層に並列配置され、各副構成単位の階調レベルを足し合わせることにより画素全体の階調レベルを得る従来の構成とは異なる構成となっている。
【００４１】
また、本実施例の構成では、階調レベルの変化として非線形的な変化、例えば対数的な変化を実現することができる。
【００４２】
２個の副構成単位は、それぞれ、複数の異なるアナログ階調レベルを有しているが、階調レベルは、２個の副構成単位で異なっていてもよい。例えば、黒状態が階調レベル「０」に対応し、白状態が階調レベル「１」に対応することとすると、一方の副構成単位は、３個のアナログ階調レベル「０」、「１０-4」、「１０-3」を有するものとし、他方の副構成単位は、これとは異なる３個のアナログ階調レベル「１０-4」、「１０-2」、「１」を有するものとしてもよい。
【００４３】
かかる構成において得られる全体（合計）の階調レベルが、以下の表２に示される。階調レベルは、５オーダーの大きさにわたっているが、この場合、冗長性を有している点（「０」は３回起こっている）、および３個のアナログ階調レベルが２組あるにもかかわらず、合計で７個の異なる階調レベルしか得られない点に留意する必要がある。また、かかる構成において、このような階調レベルを副構成単位に供給することでは、対数的アナログ階調レベルを実現することは容易ではない。
【００４４】
【表２】
【００４５】
また、最大の伝導（透過）状態である完全な白状態を実現するためには、各副構成単位に「１」の階調レベルを持たせることが必要になる。
【００４６】
そこで、伝導または透過がゼロの状態である完全な黒状態を必ずしも必要とせず、かつ、副構成単位の最小のアナログレベルとして、完全な伝導（透過）状態の１００分の１といった実現容易な値でよければ、１個の副構成単位につき２個の階調レベルを持たせることで、以下の表３に示すように、合計の階調レベルとして３オーダーの大きさ、４個の異なる階調レベルを実現することができる。
【００４７】
【表３】
【００４８】
このように、従来の加算的なディザ法と比較して、乗算的なディザ法の場合、階調レベルの範囲を大きく広げることができる。
【００４９】
次に、３個の副構成単位が順列に配置されており、第１の副構成単位が「１」、「１０-1」の階調レベルを有し、第２の副構成単位が「１」、「１０-2」の階調レベルを有し、第３の副構成単位が「１」、「１０-4」の階調レベルを有する構成では、以下の表４に示すように、７オーダーの大きさにわたって、合計で８個の異なる階調レベルを得ることができる。
【００５０】
【表４】
【００５１】
さらに、２個の副構成単位が順列に配置されており、第１の副構成単位が「１」、「１０-1」、「１０-2」の階調レベルを有し、第２の副構成単位が「１」、「１０-3」、「１０-6」の階調レベルを有するような構成では、全体の階調レベルは、以下の表５に示すようになる。
【００５２】
【表５】
【００５３】
上記の実施例の場合、表５に示すように、８オーダーの大きさにわたって、合計で９個の異なる階調レベルが得られる。尚、表３から表５に示す乗算的ディザ法の実施例では、各副構成単位は、完全な「オン」状態を有する一方、冗長性を来すおそれがあるため、完全な「オフ」状態は除かれている。
【００５４】
また、底を１０から他の値へ切り換える等して、各副構成単位が有する複数の階調レベルを、上記の各実施例とは異なるものとすることができる。例えば、一方の副構成単位の階調レベルを、「１」、「１０-0.9（０．１２５）」、「１０-1.8（０．０１６）」とした場合の全体の階調レベルが、以下の表６に示される。尚、他方の副構成単位の階調レベルとの関係は、表５に示す２個の副構成単位の関係と同様である。
【００５５】
【表６】
【００５６】
他の実施例としては、例えば、一方の副構成単位が「１」、「１０-1（０．１）」、「１０-2（０．０１）」の階調レベルを有し、他方の副構成単位が、１：２：５の比にある「１」、「１０-0.3（０．５）」、「１０-0.7（０．２）」の階調レベルを有する構成を挙げることができる。
【００５７】
このように、乗算的ディザ法が適用できるよう副構成単位を順列に配置した構成によって、広範囲の階調レベルを実現し、階調レベルの変化の仕方として、種々の対数的変化を実現できる。特に、加算的ディザ法では、このような極めて小さな伝導（透過）状態に対応した、値の小さな階調レベルを正確に実現することは、容易ではない。
【００５８】
上述した各実施例以外にも、副構成単位が、４つ以上の異なるアナログ階調レベルを有する構成、および、各構成単位（画素）が、重なり合う層に配置される３個以上の副構成単位（副画素）を備えた構成など、多数の実施例が考えられる。
【００５９】
さらに、他の実施例として、(1) 副構成単位の大きさ・面積が重なり合う副構成単位の間で異なり、または、重なり合う副構成単位が相互にずらして配置されている結果、１つの層の副構成単位が、隣接する他の層の２以上の副構成単位と部分的に重なり合う構成、および、(2) 例えば、１つの層の２以上の副構成単位が、隣接する他の層の１つの副構成単位に対応している場合のように、１つの層の副構成単位の数が、隣接する他の層の副構成単位の数よりも多い構成を挙げることができる。
【００６０】
また、上記の構成と組み合わせて、例えば、１つの層の副構成単位の数が、隣接する他の層の副構成単位の数よりも多い構成と組み合わせて、空間ディザ法および／または時間ディザ法を適用することも可能である。
【００６１】
即ち、１つの層の各副構成単位を、空間ディザ法の構成に従って、それぞれ適当なビットの重みづけがされた２以上のサブ画素に更に分割することができ、これと組み合わせて、または単独に、各副構成単位を、時間ディザ法の構成に従って、それぞれ適当なビット重みづけがされたサブフレームを用いて駆動することができる。
【００６２】
このように、空間ディザ法および／または時間ディザ法と組み合わせることにより、さらに広範囲の階調レベルを得ることができる。
【００６３】
空間ディザ法を組み合わせた場合、各副構成単位を分割したサブ画素に、ｎ0 ：ｎ1 …ｎ(b-1) の比のサイズ重みづけを持たせることは好ましい。尚、ｎは、アナログ階調レベルの数を表しており、ｂは、サブ画素の数を表している。
【００６４】
また、空間ディザ法を、２層の副構成単位が重なり合う構成における両層の副構成単位に適用する場合、同様の大きさのサブ画素が２層の間で重なり合うよう配置されていることが望ましい。
【００６５】
また、時間ディザ法を組み合わせた場合、種々のサブフレームが全体として２つの層の間で同期していることが望ましい。
【００６６】
また、いずれの場合にも、各サブフレーム、各サブ画素または各副構成単位において同じアナログレベルを用いる必要はないが、副構成単位の間のデジタルな重みづけは一致したほうがよい。
【００６７】
例えば、２つの副構成単位が順列に配置されており、各副構成単位が両方とも２ビットの空間ディザ（即ち、２つのサブ画素）を有し、それらが１：２の比の重みづけを持つ場合、実現できる階調レベルは以下の表７のとおりである。
【００６８】
【表７】
【００６９】
これにより、以下の１６の階調レベルが得られることになる。
【００７０】
0, 0.01, 0.04, 0.05, 0.1, 0.14, 0.4, 0.41, 0.5,
1, 1.04, 1.4, 4, 4.01, 4.1, 5
１以上のサブ画素および／または１以上の副構成単位において種々のアナログ階調レベルを用いることによって、階調レベルの範囲や組み合わせをより良好なものとすることができる。さらに、デジタルディザの重みづけを調整することにより、かかる階調レベルの範囲や組み合わせを調整することが可能になる。
【００７１】
本発明は、例えば、強誘電性液晶表示装置に好適に実施される。この液晶表示装置は、上述の構成と同様であり、互いに平行に配置された２枚のガラス基板の間に、スメクチック相を示し、強誘電性液晶材料からなる層を備えている。両基板の内側表面には、それぞれ複数の行電極線と複数の列電極線とが対向するように設けられており、これら両電極線は互いに交差し、駆動可能な画素アレイを形成している。つまり、両電極線の各交差部が画素となり、これら画素は、ストロボパルスとデータパルスとを両電極線に印加することにより、それぞれ独立して駆動可能となっている。
【００７２】
各画素は２個以上の副画素を含んでおり、これら副画素は、重なり合う層に配置されている。各副画素は、複数の異なるアナログ階調レベルを有しており、このアナログ階調レベルは、印加される電圧波形に従って切り換えられ、黒状態および白状態以外の中間調状態に対応したレベルを少なくとも１つ以上有している。
【００７３】
例えば、各画素が重なり合う２個の副画素を含んでいる構成では、画素の全体的階調レベルは、これら２個の副画素の階調レベルを掛け合わせることによって得られる。従って、２個の副画素のうち、一方の副画素がアナログ階調レベル「１」と「１０-2」を有し、他方の副画素がアナログ階調レベル「１」と「１０-1」を有する場合、上記の表３に示すように、合計の階調レベルとして４個の異なる階調レベルを実現することができる。
【００７４】
上述した本発明の実施形態は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするための一例であって、本発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきではなく、種々の態様で実施できるものである。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の表示／シャッタ装置は、以上のように、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第１のアレイと、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第２のアレイであって、前記第１のアレイと重なり合う関係に配置される第２のアレイと、前記第１および第２のアレイの各副構成単位の階調／色彩レベルを、他の副構成単位の階調／色彩レベルに対して相対的に変化させるように、各副構成単位を選択的に駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記第１および第２のアレイの少なくとも一方の各副構成単位を、アナログ切換信号を印加して、２以上の互いに異なるアナログ階調／色彩レベルの間で切り換えるアナログレベル選択手段を含んでおり、前記第１および第２のアレイの対応する任意構成単位の階調／色彩レベルは、これら第１および第２のアレイの対応する副構成単位に相互に異なる組み合わせのアナログ切換信号が印加されることによって変化し、該構成単位全体の階調／色彩レベルとして複数の階調／色彩レベルが得られる構成である。
【００７６】
それゆえ、アナログ階調レベルを利用して、特に煩雑さを生じさせることもなく、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現できるという効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示／シャッタ装置に関し、より詳細には、これに限定されるものではないが、空間光変調器を含む光シャッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶装置は、通常、文字情報や画像の表示に用いられるが、さらには、プリンタ内等の光シャッタとして、または、空間光変調器としても用いることができる。かかる液晶装置は、独立して駆動可能な表示／シャッタの構成単位（例えば、画素）からなるアレイ（配列）を備えており、単に白黒表現のみならず、中間調あるいはカラーフィルタを用いた場合にあっては種々の色を表現できるような構成にできる。また、かかる装置の中間調表現は、種々の方法により実現することができる。
【０００３】
例えば、異なるアナログ階調レベルをもたらすべく印加される駆動信号に従って、「オン」状態と「オフ」状態との間で各構成単位の伝導または透過状態を変調させることにより、階調表現を実現できる。
【０００４】
また、ツイストネマティック型の装置では、例えば、各構成単位（画素）の透過状態は、印加されるＲＭＳ電圧によって定まり、かかる電圧を適切に制御することによって、異なる階調レベルを生じさせることができる。また、アクティブマトリックス型の装置では、各画素に蓄積される電圧に従って、同様に階調レベルを制御できる。
【０００５】
一方、強誘電性液晶装置では、電圧信号を変調することにより透過状態を制御する等の種々な方法が提案されているけれども、アナログ方式で透過状態を制御することは一般に容易ではない。
【０００６】
アナログ階調レベルを有していない装置では、いわゆる空間ディザ法あるいは時間ディザ法によって階調表現（応答）を実現することができる。また、これらの方法は、アナログ階調レベルを増やすのにも用いることができる。
【０００７】
空間ディザ（ＳＤ）法では、各構成単位は、２以上の独立して駆動可能な副構成単位に分割され、これら副構成単位は、全体の階調レベルを複数発生させるために、互いに異なる組み合わせの切り換え信号によって駆動可能なものになっている。
【０００８】
例えば、構成単位が、それぞれが白状態と黒状態との間で切り換わることができる大きさの等しい２つの副構成単位を備えている場合、両副構成単位が白状態に切り換えられたか、両副構成単位が黒状態に切り換えられたか、あるいは一方の副構成単位が白状態に他方の副構成単位が黒状態に切り換えられたかに対応して、全体として白黒を含む３つの階調レベルを得ることができる。
【０００９】
ここで、両副構成単位が同じ大きさであれば、一方が白状態で他方が黒状態の場合、いずれの副構成単位が黒状態でいずれの副構成単位が白状態であっても、同じ階調レベルが得られる。従って、切り換え回路も、この冗長度を考慮して設計する必要がある。
【００１０】
一方、両副構成単位が異なる大きさであれば、両副構成単位のうちいずれの副構成単位が黒状態でいずれの副構成単位が白状態であるかに応じて、異なる階調レベルが得られることになる。
【００１１】
しかし、実際に設けることができる副構成単位の数は、各副構成単位へ切り換え信号を供給するのにそれぞれ独立した導電線が必要とされる点、およびかかる導電線を配設できる数は、空間的制約によって制限される点によって、制約を受けることになる。
【００１２】
時間ディザ（ＴＤ）法の場合、少なくとも一部の各構成単位は、全体の階調レベルを複数発生するのに、互いに異なる時間変調信号によって駆動可能となっている。
【００１３】
例えば、１つの構成単位が長さの等しい２つのサブフレームによって駆動可能である場合、両サブフレームで「オン」となるよう駆動されると白状態になるような構成とし、両サブフレームで「オフ」となるよう駆動されると黒状態になるような構成とする。さらに、一方のサブフレームが「オン」で他方のサブフレームが「オフ」となるよう駆動されると中間調状態になるような構成とする。
【００１４】
この場合、ディザの周波数は、生ずるディザがフリッカとして観察されないよう、各構成単位に対して通常のスイッチングを行う場合の周波数よりもかなり高く設定する必要がある。
【００１５】
さらに、時間ディザ法を空間ディザ法と組み合わせて、互いに異なる時間変調信号によって、空間ディザ法の構成に係る１以上の副構成単位を駆動するものとしてもよい。これにより、回路は複雑化するものの、実現できる階調レベルの範囲を増加させることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、表示装置、およびプリンタ内の光学シャッタのようなシャッタ装置の多くは、冗長性を来すことなく、非常に広範囲の階調レベルを実現することが要求されている。
【００１７】
そこで、空間ディザ法の構成において、例えばアレイの各構成単位を、表面積の比が４：２：１である３つの副構成単位に分割して、構成単位に２進法的な重みづけを持たせることが知られている。
【００１８】
この場合、各副構成単位が、階調レベル「０」に対応した黒状態Ｂと階調レベル「１」に対応した白状態Ｗとの間でそれぞれ独立して切り換え可能であり、全体の階調レベルが、３つの副構成単位の階調レベルを適切な２進法的重みづけで加算することにより得られるものとすると、これら３つの副構成単位を同時に駆動することにより、以下の表１に示すように、何らの冗長性もなく、８個の異なる階調レベルが得られることになる。
【００１９】
【表１】
空間ディザ法または時間ディザ法のデジタルディザの形態を単独で用いた場合、ｂビットのディザによって達成される階調レベルの数は２b であり、最適分布となるディザの重みづけは、２0 ：２1 ：２2 …２b-1 となる。
【００２１】
しかし、かかる構成で広範囲の階調レベルを得るためには、必要なビット数を設ける必要があり、配設できるビット数には制限があるという問題を生ずる。
【００２２】
尚、文献ＥＰ０４５３０３３Ａ１は、上記した表示装置を開示すると共に、列電極線の表面積の割合と行電極線の表面積の割合との間の関係を最適化することによって、最大数の階調を生み出すのに必要な導線の数を最小化する方法を開示している。
【００２３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現する表示／シャッタ装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示／シャッタ装置は、上記の課題を解決するために、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第１のアレイと、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第２のアレイであって、前記第１のアレイと重なり合う関係に配置される第２のアレイと、前記第１および第２のアレイの各副構成単位の階調／色彩レベルを、他の副構成単位の階調／色彩レベルに対して相対的に変化させるように、各副構成単位を選択的に駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記第１および第２のアレイの少なくとも一方の各副構成単位を、アナログ切換信号を印加して、２以上の互いに異なるアナログ階調／色彩レベルの間で切り換えるアナログレベル選択手段を含んでおり、前記第１および第２のアレイの対応する副構成単位全体、すなわち、１つの構成単位の階調／色彩レベルは、これら副構成単位に相互に異なる組み合わせのアナログ切換信号が印加されることによって変化し、これら副構成単位全体の階調／色彩レベルとして複数の階調／色彩レベルが得られることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、第１および第２のアレイの副構成単位は、互いに重なり合う関係に配置されており、第１および第２のアレイの対応する副構成単位の全体の階調／色彩レベルは、これら副構成単位のアナログ階調／色彩レベルを掛け合わせることによって得られる。
【００２６】
従って、アナログ階調レベルを利用して、特に煩雑さを生じさせることもなく、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現できる。
【００２７】
また、各副構成単位の階調／色彩レベルは、全体の階調／色彩レベルの冗長性が最小化されるよう、選択することができる。
【００２８】
尚、ここで「／（スラッシュ）」は、「または」の意味で用いている。
【００２９】
また、白レベルおよび黒レベルも、上記の「階調／色彩レベル」に包含されるレベルである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について説明する。
【００３１】
本実施形態の表示／シャッタ装置は、強誘電性の表示装置もしくはシャッタ装置であり、互いに平行に配置された２枚のガラス基板の間に、強誘電性材料からなりスメクチック相を示す層を備えるものである。
【００３２】
両基板の内側表面には、それぞれ複数の行電極線と複数の列電極線とが対向するように設けられている。これら両電極線は互いに交差し、交差部分がそれぞれ独立して駆動可能な表示／シャッタの構成単位（例えば、画素）となり、全体として構成単位のアレイ（配列した構造）を形成している。
【００３３】
上記構成以外に、両電極線は、極座標（ｒ，θ）のアレイ、数字の表示等に用いる７セグメント型のアレイ、または他のｘ−ｙ座標のアレイを形成するように構成されていてもよい。
【００３４】
上記のように、両電極線の各交差部分が、表示／シャッタの構成単位もしくは画素となっている。これら構成単位もしくは画素の駆動は、適当なストロボパルスとデータパルスとを行電極線と列電極線とに印加することにより行われ、従来より各種の駆動方法が提案されている。
【００３５】
例えば、下記の文献においても、かかる表示装置もしくはシャッタ装置の駆動方法が開示されている。
【００３６】
▲１▼ Ferroelectrics, 1991, Vol.122, 63-79頁, “The Joers/Alvey Ferroelectric Multiplexing Scheme"
上記の構成に基づき、構成単位（画素）のアレイを形成し、また、副構成単位（副画素）のアレイを形成することができる。ここで、副構成単位（副画素）は、構成単位（画素）を構成する要素となるものである。
【００３７】
本実施形態の表示／シャッタ装置では、各構成単位（画素）が、各々重なり合う層に配置された２以上の副構成単位（副画素）を備えており、各副構成単位（副画素）は、ｎ個の互いに異なるアナログ階調レベルを有している。この階調レベルは、印加される電圧波形に応じて切り換えられ、これにより、各構成単位もしくは副構成単位は、上述した黒状態Ｂおよび白状態Ｗに加え、またはこれらの状態以外に、１以上の中間調状態Ｇを有するものとなっている。
【００３８】
以下では、各構成単位が、各々互いに重なり合う関係にある２以上の副構成単位を備えており、これら重なり合う副構成単位が光路に対し順列に連なっているアレイの構成について説明する。尚、かかる構成は、表示／シャッタの構成単位からなる第１のアレイ（例えば、液晶アレイその他の空間光変調アレイ）と、複数の構成単位から構成された光源となる第２のアレイ（例えば、発光ダイオードアレイや垂直キャビティレーザ(vertical cavity laser) のアレイ）とが重なり合って、変調した光を出力する構成をも包含するものである。
【００３９】
まず、第１の実施例では、各構成単位（画素）は、各々互いに重なり合う層に配置される２個の副構成単位を備えており、画素全体の階調レベルは、２個の副構成単位の階調レベルを掛け合わせることによって得られる多層構造の装置となっている。
【００４０】
つまり、本実施例は、３個の副構成単位が各々互いに重なり合わない層に並列配置され、各副構成単位の階調レベルを足し合わせることにより画素全体の階調レベルを得る従来の構成とは異なる構成となっている。
【００４１】
また、本実施例の構成では、階調レベルの変化として非線形的な変化、例えば対数的な変化を実現することができる。
【００４２】
２個の副構成単位は、それぞれ、複数の異なるアナログ階調レベルを有しているが、階調レベルは、２個の副構成単位で異なっていてもよい。例えば、黒状態が階調レベル「０」に対応し、白状態が階調レベル「１」に対応することとすると、一方の副構成単位は、３個のアナログ階調レベル「０」、「１０-4」、「１０-3」を有するものとし、他方の副構成単位は、これとは異なる３個のアナログ階調レベル「１０-4」、「１０-2」、「１」を有するものとしてもよい。
【００４３】
かかる構成において得られる全体（合計）の階調レベルが、以下の表２に示される。階調レベルは、５オーダーの大きさにわたっているが、この場合、冗長性を有している点（「０」は３回起こっている）、および３個のアナログ階調レベルが２組あるにもかかわらず、合計で７個の異なる階調レベルしか得られない点に留意する必要がある。また、かかる構成において、このような階調レベルを副構成単位に供給することでは、対数的アナログ階調レベルを実現することは容易ではない。
【００４４】
【表２】
また、最大の伝導（透過）状態である完全な白状態を実現するためには、各副構成単位に「１」の階調レベルを持たせることが必要になる。
【００４６】
そこで、伝導または透過がゼロの状態である完全な黒状態を必ずしも必要とせず、かつ、副構成単位の最小のアナログレベルとして、完全な伝導（透過）状態の１００分の１といった実現容易な値でよければ、１個の副構成単位につき２個の階調レベルを持たせることで、以下の表３に示すように、合計の階調レベルとして３オーダーの大きさ、４個の異なる階調レベルを実現することができる。
【００４７】
【表３】
このように、従来の加算的なディザ法と比較して、乗算的なディザ法の場合、階調レベルの範囲を大きく広げることができる。
【００４９】
次に、３個の副構成単位が順列に配置されており、第１の副構成単位が「１」、「１０-1」の階調レベルを有し、第２の副構成単位が「１」、「１０-2」の階調レベルを有し、第３の副構成単位が「１」、「１０-4」の階調レベルを有する構成では、以下の表４に示すように、７オーダーの大きさにわたって、合計で８個の異なる階調レベルを得ることができる。
【００５０】
【表４】
さらに、２個の副構成単位が順列に配置されており、第１の副構成単位が「１」、「１０-1」、「１０-2」の階調レベルを有し、第２の副構成単位が「１」、「１０-3」、「１０-6」の階調レベルを有するような構成では、全体の階調レベルは、以下の表５に示すようになる。
【００５２】
【表５】
上記の実施例の場合、表５に示すように、８オーダーの大きさにわたって、合計で９個の異なる階調レベルが得られる。尚、表３から表５に示す乗算的ディザ法の実施例では、各副構成単位は、完全な「オン」状態を有する一方、冗長性を来すおそれがあるため、完全な「オフ」状態は除かれている。
【００５４】
また、底を１０から他の値へ切り換える等して、各副構成単位が有する複数の階調レベルを、上記の各実施例とは異なるものとすることができる。例えば、一方の副構成単位の階調レベルを、「１」、「１０-0.9（０．１２５）」、「１０-1.8（０．０１６）」とした場合の全体の階調レベルが、以下の表６に示される。尚、他方の副構成単位の階調レベルとの関係は、表５に示す２個の副構成単位の関係と同様である。
【００５５】
【表６】
他の実施例としては、例えば、一方の副構成単位が「１」、「１０-1（０．１）」、「１０-2（０．０１）」の階調レベルを有し、他方の副構成単位が、１：２：５の比にある「１」、「１０-0.3（０．５）」、「１０-0.7（０．２）」の階調レベルを有する構成を挙げることができる。
【００５７】
このように、乗算的ディザ法が適用できるよう副構成単位を順列に配置した構成によって、広範囲の階調レベルを実現し、階調レベルの変化の仕方として、種々の対数的変化を実現できる。特に、加算的ディザ法では、このような極めて小さな伝導（透過）状態に対応した、値の小さな階調レベルを正確に実現することは、容易ではない。
【００５８】
上述した各実施例以外にも、副構成単位が、４つ以上の異なるアナログ階調レベルを有する構成、および、各構成単位（画素）が、重なり合う層に配置される３個以上の副構成単位（副画素）を備えた構成など、多数の実施例が考えられる。
【００５９】
さらに、他の実施例として、(1) 副構成単位の大きさ・面積が重なり合う副構成単位の間で異なり、または、重なり合う副構成単位が相互にずらして配置されている結果、１つの層の副構成単位が、隣接する他の層の２以上の副構成単位と部分的に重なり合う構成、および、(2) 例えば、１つの層の２以上の副構成単位が、隣接する他の層の１つの副構成単位に対応している場合のように、１つの層の副構成単位の数が、隣接する他の層の副構成単位の数よりも多い構成を挙げることができる。
【００６０】
また、上記の構成と組み合わせて、例えば、１つの層の副構成単位の数が、隣接する他の層の副構成単位の数よりも多い構成と組み合わせて、空間ディザ法および／または時間ディザ法を適用することも可能である。
【００６１】
即ち、１つの層の各副構成単位を、空間ディザ法の構成に従って、それぞれ適当なビットの重みづけがされた２以上のサブ画素に更に分割することができ、これと組み合わせて、または単独に、各副構成単位を、時間ディザ法の構成に従って、それぞれ適当なビット重みづけがされたサブフレームを用いて駆動することができる。
【００６２】
このように、空間ディザ法および／または時間ディザ法と組み合わせることにより、さらに広範囲の階調レベルを得ることができる。
【００６３】
空間ディザ法を組み合わせた場合、各副構成単位を分割したサブ画素に、ｎ0 ：ｎ1 …ｎ(b-1) の比のサイズ重みづけを持たせることは好ましい。尚、ｎは、アナログ階調レベルの数を表しており、ｂは、サブ画素の数を表している。
【００６４】
また、空間ディザ法を、２層の副構成単位が重なり合う構成における両層の副構成単位に適用する場合、同様の大きさのサブ画素が２層の間で重なり合うよう配置されていることが望ましい。
【００６５】
また、時間ディザ法を組み合わせた場合、種々のサブフレームが全体として２つの層の間で同期していることが望ましい。
【００６６】
また、いずれの場合にも、各サブフレーム、各サブ画素または各副構成単位において同じアナログレベルを用いる必要はないが、副構成単位の間のデジタルな重みづけは一致したほうがよい。
【００６７】
例えば、２つの副構成単位が順列に配置されており、各副構成単位が両方とも２ビットの空間ディザ（即ち、２つのサブ画素）を有し、それらが１：２の比の重みづけを持つ場合、実現できる階調レベルは以下の表７のとおりである。
【００６８】
【表７】
これにより、以下の１６の階調レベルが得られることになる。
【００７０】
0, 0.01, 0.04, 0.05, 0.1, 0.14, 0.4, 0.41, 0.5,
1, 1.04, 1.4, 4, 4.01, 4.1, 5
１以上のサブ画素および／または１以上の副構成単位において種々のアナログ階調レベルを用いることによって、階調レベルの範囲や組み合わせをより良好なものとすることができる。さらに、デジタルディザの重みづけを調整することにより、かかる階調レベルの範囲や組み合わせを調整することが可能になる。
【００７１】
本発明は、例えば、強誘電性液晶表示装置に好適に実施される。この液晶表示装置は、上述の構成と同様であり、互いに平行に配置された２枚のガラス基板の間に、スメクチック相を示し、強誘電性液晶材料からなる層を備えている。両基板の内側表面には、それぞれ複数の行電極線と複数の列電極線とが対向するように設けられており、これら両電極線は互いに交差し、駆動可能な画素アレイを形成している。つまり、両電極線の各交差部が画素となり、これら画素は、ストロボパルスとデータパルスとを両電極線に印加することにより、それぞれ独立して駆動可能となっている。
【００７２】
各画素は２個以上の副画素を含んでおり、これら副画素は、重なり合う層に配置されている。各副画素は、複数の異なるアナログ階調レベルを有しており、このアナログ階調レベルは、印加される電圧波形に従って切り換えられ、黒状態および白状態以外の中間調状態に対応したレベルを少なくとも１つ以上有している。
【００７３】
例えば、各画素が重なり合う２個の副画素を含んでいる構成では、画素の全体的階調レベルは、これら２個の副画素の階調レベルを掛け合わせることによって得られる。従って、２個の副画素のうち、一方の副画素がアナログ階調レベル「１」と「１０-2」を有し、他方の副画素がアナログ階調レベル「１」と「１０-1」を有する場合、上記の表３に示すように、合計の階調レベルとして４個の異なる階調レベルを実現することができる。
【００７４】
上述した本発明の実施形態は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするための一例であって、本発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきではなく、種々の態様で実施できるものである。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の表示／シャッタ装置は、以上のように、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第１のアレイと、表示／シャッタの副構成単位からなる駆動可能な第２のアレイであって、前記第１のアレイと重なり合う関係に配置される第２のアレイと、前記第１および第２のアレイの各副構成単位の階調／色彩レベルを、他の副構成単位の階調／色彩レベルに対して相対的に変化させるように、各副構成単位を選択的に駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記第１および第２のアレイの少なくとも一方の各副構成単位を、アナログ切換信号を印加して、２以上の互いに異なるアナログ階調／色彩レベルの間で切り換えるアナログレベル選択手段を含んでおり、前記第１および第２のアレイの対応する任意構成単位の階調／色彩レベルは、これら第１および第２のアレイの対応する副構成単位に相互に異なる組み合わせのアナログ切換信号が印加されることによって変化し、該構成単位全体の階調／色彩レベルとして複数の階調／色彩レベルが得られる構成である。
【００７６】
それゆえ、アナログ階調レベルを利用して、特に煩雑さを生じさせることもなく、種々な組み合わせと数の階調／色彩レベルを可能にして、広範囲の階調／色彩レベルを実現できるという効果を奏する。
Claims (12)
- 表示機能又はシャッタ機能を有する素子の副構成単位からなる駆動可能な第１のアレイと、
表示機能又はシャッタ機能を有する素子の副構成単位から成る駆動可能な第２のアレイであって、前記第１のアレイと重なり合う関係に配置される第２のアレイと、
前記第１及び第２のアレイの各副構成単位の階調又は色彩レベルを、他の副構成単位の階調又は色彩レベルに対して相対的に変化させるように、各副構成単位を選択的に駆動する駆動手段とを備え、
前記第１のアレイ及び前記第２のアレイは、一方が空間ディザ法による表示であり、他方が時間ディザ法による表示であり、
前記駆動手段は、前記第１及び第２のアレイの少なくとも一方の各副構成単位を、２以上の互いに異なる階調又は色彩レベルの間で切り換えるレベル選択手段を含んでおり、
前記第１及び第２のアレイの対応する任意構成単位の階調レベルは、これら第１及び第２のアレイの対応する副構成単位に相互に異ならせる組み合わせの信号が印加されることによって変化し、該構成単位全体の階調又は色彩レベルとして複数の階調又は色彩レベルが得られることを特徴とする表示機能又はシャッタ機能を有する装置。 - 前記第１のアレイ又は前記第２のアレイの少なくとも一方は、強誘電性液晶より構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記時間ディザを行うアレイは、自ら発光する光源により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記第１のアレイ及び前記第２のアレイの副構成単位の各々は、透過がゼロ以外の伝導値又は透過値に対応した多階調又は色彩レベルを有しており、前記副構成単位全体の階調又は色彩レベルは、これら副構成単位の階調又は色彩レベルが組み合わされた、透過がゼロ以外の伝導値又は透過値により得られることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 第１のアレイの１つの副構成単位の階調又は色彩レベルが、該第１のアレイと隣接する他のアレイの２以上の副構成単位の階調又は色彩のレベルと組み合わされて、全体の階調又は色彩レベルが得られるように、該第１のアレイの１つの副構成単位が、該隣接する他のアレイの２以上の副構成単位と重なり合うように設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記第1及び第２のアレイは、組み合わされて、それぞれの構成単位が第１及び第２のアレイの対応する副構成単位を含んだ、表示機能又はシャッタ機能を有する装置の構成単位からなる駆動可能なアレイを形成し、
前記駆動手段は、前記第１及び第２のアレイの各々の副構成単位を、２以上の異なる階調又は色彩レベルの間で切り換えるよう設けられていることを特長とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。 - 前記各構成単位が有する各副構成単位は、ほぼ同一の表面積からなり、これら副構成単位の階調又は色彩レベルを掛け合わせて全体として構成単位の階調又は色彩レベルが得られるように、互いに重なり合う関係に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記各構成単位が有する各副構成単位は、これら副構成単位の階調又は色彩レベルが組み合わされて、全体としてほぼ完全な伝導又は透過状態に対応した構成単位の階調又は色彩レベルが得られるように、ほぼ完全な伝導又は透過状態に対応した階調又は色彩レベルを有していることを特徴とする請求項６又は７に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記各構成単位が有するｂ（ｂは１より大きな整数）個の副構成単位は、それぞれ、互いに異なるｎ（ｎは１より大きな整数）個の階調又は色彩レベルの間で切り換え可能であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記各構成単位が有するｂ個の副構成単位は、それぞれ、２個の階調又は色彩レベルの間で切り換え可能であることを特徴とする請求項９に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記各構成単位が有するｂ個の副構成単位は、それぞれ、３個階調又は色彩レベルの間で切り換え可能であることを特徴とする請求項９に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
- 前記各構成単位が有する少なくとも１つの副構成単位は、互いに異なるｎ（ｎは１より大きな整数）個の階調又は色彩レベルの間で切り換え可能であり、前記各構成単位が有する少なくとも他の１つの副構成単位は、互いに異なるｍ（ｍはｎより大きな整数）個の階調又は色彩レベルの間で切り換え可能であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の表示機能又はシャッタ機能を有する装置。
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