JP7131451B2 - PHASE MODULATION DEVICE AND PHASE MODULATION METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、位相変調装置、及び位相変調方法に関する。 The present invention relates to a phase modulation device and a phase modulation method.
従来より、例えば特許文献1に開示されているように、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)を用いた位相変調装置が提案されている。特許文献1の段落[0015]等には、LCOS素子の各画素に印加する電圧を制御して、入射した光を位相変調することが開示されている。
Conventionally, a phase modulation device using LCOS (Liquid Crystal On Silicon) has been proposed as disclosed in
赤外域の光を扱う装置では、長波長の光を十分に変調させなければならない。そのために、高い変調率を確保する手段としては、基本として高い屈折率異方性を持つ液晶材料を用いることが挙げられるが、その他に、第一に液晶層を厚くする、第二に液晶への印加電圧を高くすることが挙げられる。液晶層を厚くする方法では、液晶の配向が乱れやすくなるといったデメリットが生じる。 Devices that handle infrared light must sufficiently modulate long-wavelength light. Therefore, as a means to secure a high modulation factor, it is basically possible to use a liquid crystal material having a high refractive index anisotropy. For example, the applied voltage of is increased. The method of increasing the thickness of the liquid crystal layer has the disadvantage that the orientation of the liquid crystal tends to be disturbed.
一方、上述した特許文献1に開示された技術では、駆動回路より各画素に供給する電圧が限られているため、位相を変調する際の変調量を大きくすることができない。駆動回路より出力する電圧を高めると、回路素子の耐圧を高める必要があり、更には消費電力が高まるという問題が発生する。
On the other hand, in the technique disclosed in the above-mentioned
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、液晶層の厚みの増加を抑制するとともに、列データ線から画素回路に供給する電圧を高めることなく、液晶への印加電圧を高めることにより、赤外光においても十分な位相変調量を確保することが可能な位相変調装置、及び位相変調方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such conventional problems. An object of the present invention is to provide a phase modulation device and a phase modulation method capable of securing a sufficient phase modulation amount even for infrared light by increasing the voltage applied to the liquid crystal without increasing the voltage.
上記目的を達成するため、本発明に係る位相変調装置は、入射光を所望の角度に反射させる位相変調装置であって、互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路、及び複数の反射画素と、前記反射画素に対応して設けられ、前記画素回路より供給される駆動電圧により入射光に対する屈折率が変化する液晶と、を備え、前記列データ線は、前記画素回路に所定の最大電圧までの範囲で変化する制御電圧を出力し、前記画素回路は、前記制御電圧に前記最大電圧を加算するチャージポンプを有し、更に、前記液晶に供給する前記駆動電圧が、前記最大電圧以下の場合には、前記制御電圧を増幅せずに前記液晶に出力し、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧を超える場合には、前記チャージポンプにて前記制御電圧に前記最大電圧を加算して前記液晶に出力する制御を行うチャージポンプ制御部を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a phase modulation device according to the present invention is a phase modulation device for reflecting incident light at a desired angle, wherein a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines orthogonal to each other intersect each other. a plurality of pixel circuits and a plurality of reflective pixels provided at positions corresponding to the reflective pixels; wherein the column data line outputs a control voltage to the pixel circuit that varies up to a predetermined maximum voltage, the pixel circuit having a charge pump that adds the maximum voltage to the control voltage; , when the drive voltage supplied to the liquid crystal is equal to or less than the maximum voltage, the control voltage is output to the liquid crystal without being amplified; and when the drive voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum voltage, is characterized by comprising a charge pump control unit for controlling the charge pump to add the maximum voltage to the control voltage and output the result to the liquid crystal.
本発明に係る位相変調方法は、入射光を所望の角度に反射させる位相変調方法であって、互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路に、所定の最大電圧までの範囲で変化する制御電圧を出力するステップと、前記各画素回路に対応して設けられ、入力する駆動電圧に応じて入射光に対する屈折率が変化する液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧以下の場合には、前記制御電圧を増幅せずに前記液晶に出力するステップと、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧を超える場合には、チャージポンプにて前記制御電圧に前記最大電圧を加算した電圧を前記液晶に出力するステップと、を備えたことを特徴とする。 A phase modulation method according to the present invention is a phase modulation method for reflecting incident light at a desired angle. a step of outputting a control voltage that varies within a range up to a predetermined maximum voltage to the pixel circuit of (1); outputting the control voltage to the liquid crystal without amplifying it when the driving voltage supplied to the liquid crystal is less than or equal to the maximum voltage; and when the driving voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum voltage, and outputting a voltage obtained by adding the maximum voltage to the control voltage by a charge pump to the liquid crystal.
本発明によれば、列データ線から画素回路に供給する制御電圧を大きくすることなく、反射光の位相変調量を大きく設定することが可能となる。これにより、位相変調量の確保のための液晶層の厚化と、この液晶層の厚化による液晶配向の乱れを抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to set a large amount of phase modulation of reflected light without increasing the control voltage supplied from the column data line to the pixel circuit. As a result, it is possible to suppress the thickening of the liquid crystal layer for securing the phase modulation amount and the disturbance of the liquid crystal alignment due to the thickening of the liquid crystal layer.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る位相変調装置の平面図、図2は側面方向の断面図である。図1、図2に示すように、本実施形態に係る位相変調装置101は、反射基板11と、液晶層12と、対向基板13とを備えたLCOSパネル構造を有している。そして、対向基板13側(図2の矢印Y1の方向)から入射した光を反射させて、それぞれ位相が異なる複数の反射光に分別するものである。なお以下では、反射基板11、及び対向基板13の光が入射する側の面を「光入射面」とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a phase modulation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cross-sectional view. As shown in FIGS. 1 and 2, a
反射基板11の光入射面には、光を反射する金属(例えば、アルミニウムなど)で形成される複数の反射画素が設けられ、更に、反射画素ごとにそれぞれ画素回路が設けられている。画素回路21は、図3にて後述するように、水平方向、及び垂直方向にそれぞれ複数配置されている。各画素回路21は、制御回路22の制御により作動する。
A plurality of reflective pixels made of a metal that reflects light (for example, aluminum) is provided on the light incident surface of the
対向基板13は、反射基板11の光入射面側に一定の間隔を持って平行に配置されており、透明部材(例えば、透明なガラス材)で形成されている。即ち、対向基板13は、透明基板としての機能を備えている。更に、対向基板13には透明電極が設けられている。従って、対向基板13の光入射面側から入射する光は、透明部材及び透明電極を通過して、液晶層12、及び反射基板11に入射することになる。
The
液晶層12は、反射基板11及び対向基板13に挟まれた空間に配置され、周囲はシール材14により封止されている。また、以下の説明の便宜上で、液晶層12を各反射画素(即ち、各画素回路21)上で区分した液晶42(後述する図4参照)と考える。液晶42は、光反射性を有する画素電極(後述の図4に示すq1、即ち反射画素)と、画素電極に離間して対向配置された共通電極(後述の図4に示すq2、即ち透明電極)との間に充填封止されて構成されている。そして、画素電極q1には、画素回路21より出力される電圧(以下、「駆動電圧」とする)が供給され、共通電極q2には、予め設定された共通電極電圧が供給される。
The
従って、各画素回路21により印加される駆動電圧と、共通電極q2に印加される共通電極電圧と、の間の電位差により、各反射画素上の液晶42の入射光に対する屈折率を、個別の液晶42ごと或いは所定数のグループごとに変化させ、対向基板13の光入射面側から入射した入射光を所望の方向に反射させることができる。
ある複数の連続した反射画素上の液晶42の屈折率を段階的に大から小(或いは、小から大)と変化させることで、そこに入射した入射光の速度(位相の進みや遅れ)に差が生じることから、入射した光は曲がって進み、ある角度を持った反射光を得ることができる。
Therefore, the potential difference between the driving voltage applied by each
By changing the refractive index of the
次に、各画素回路21、及び各画素回路21を制御する制御回路22の構成を、図3に示すブロック図、及び図4に示す回路図を参照して説明する。図3において、制御回路22は、マトリクス状に配置された複数(m列、n行)の画素回路21と、水平走査回路23と、垂直走査回路24と、チャージポンプ制御部25と、を備えている。そして、制御回路22は、各画素回路21に電気信号を出力して各画素回路21を駆動させ、各画素回路21より液晶42に駆動電圧を印加する。従って、各反射画素上の液晶42の入射光に対する屈折率が所望の値になるように制御される。
Next, the configuration of each
画素回路21は、互いに直交するm本の列データ線(D1~Dm)と、n本の行走査線(G1~Gn)との各交差部(交差する位置)にマトリクス状に複数個(m×n個)配置されている。複数の画素回路21は、全て同一に構成されている。更に、行走査線(G1~Gn)に並行して、駆動線(L1~Ln)、及び制御線(K1~Kn)が設けられている。駆動線(L1~Ln)、制御線(K1~Kn)は、チャージポンプ制御部25に接続されている。
A plurality of pixel circuits 21 (m ×n) are arranged. The plurality of
駆動線(L1~Ln)は、各画素回路21に設けられるトランジスタQ2(短絡スイッチ;図4参照)のオン、オフを切り替えるための制御信号を送信する電線である。また、制御線(K1~Kn)は、各画素回路21に設けられたスイッチS1~S4(図4参照)のオン、オフを切り替えるための制御信号、及び、トランジスタQ3のオン、オフを切り替えるための制御信号を送信する配線である。なお、制御線(K1~Kn)は、図4に示すようにそれぞれ複数本(図では、K1-1、K1-2、K1-3の3本)設けられているが、図3では1本の制御線K1で簡略化して示している。
The drive lines (L1 to Ln) are wires for transmitting control signals for switching on and off of the transistor Q2 (short-circuit switch; see FIG. 4) provided in each
列データ線(D1~Dm)は、電圧供給線X1より出力されるアナログの電圧(以下、「制御電圧」という)を各画素回路21に供給するための配線である。
The column data lines (D1 to Dm) are wirings for supplying analog voltages (hereinafter referred to as “control voltages”) output from the voltage supply line X1 to the
[画素回路21の説明]
以下、画素回路21の構成について説明する。図4は、画素回路21の詳細な構成を示す回路図である。なお、ここでは図3に示す列データ線D1と行走査線G1の交差部に配置された画素回路21(これを、画素回路21aとする)の構成について説明する。図4に示すように、画素回路21aは、トランジスタQ1、Q2、Q3と、チャージポンプ31と、出力キャパシタC2を備えている。
[Description of Pixel Circuit 21]
The configuration of the
トランジスタQ1は、スイッチングトランジスタであり、例えばNチャネルのMOSFET(電界効果トランジスタ)で構成されている。該トランジスタQ1の一方の端子(例えば、ドレイン)は列データ線D1に接続され、他方の端子(例えば、ソース)はチャージポンプ31の入力端子p1に接続されている。また、トランジスタQ1の制御端子(例えば、ゲート)は、行走査線G1に接続されている。従って、行走査線G1が選択され、且つ列データ線D1より制御電圧が入力された場合には、この制御電圧はチャージポンプ31の入力端子p1に供給されることになる。
The transistor Q1 is a switching transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOSFET (field effect transistor). One terminal (eg, drain) of the transistor Q1 is connected to the column data line D1, and the other terminal (eg, source) is connected to the input terminal p1 of the
トランジスタQ2についても前述したトランジスタQ1と同様にスイッチングトランジスタであり、例えばNチャネルのMOSFET(電界効果トランジスタ)で構成されている。該トランジスタQ2の一方の端子(例えば、ドレイン)はチャージポンプ31の入力端子p1に接続され、他方の端子(例えば、ソース)はチャージポンプ31の出力端子p2に接続されている。
Similar to the transistor Q1, the transistor Q2 is also a switching transistor, and is composed of, for example, an N-channel MOSFET (field effect transistor). One terminal (eg, drain) of the transistor Q2 is connected to the input terminal p1 of the
また、制御端子(例えば、ゲート)は、駆動線L1に接続されている。従って、駆動線L1に「H」レベルの電圧が供給されると、トランジスタQ2がオンとなってチャージポンプ31の入力端子p1と出力端子p2が短絡される。即ち、チャージポンプ31の機能を停止させることができる。これとは反対に、駆動線L1に「L」レベルの電圧が供給されると、トランジスタQ2がオフとなる。このため、チャージポンプ31の入力端子p1と出力端子p2が開放され、チャージポンプ31を作動させることができる。
A control terminal (for example, a gate) is connected to the drive line L1. Therefore, when a voltage of "H" level is supplied to the drive line L1, the transistor Q2 is turned on and the input terminal p1 and the output terminal p2 of the
即ち、トランジスタQ2は、チャージポンプ31に制御電圧が供給される入力端子p1と、チャージポンプ31から液晶42に電圧(駆動電圧)を出力する出力端子p2とを短絡する短絡スイッチとしての機能を備えている。そして、液晶42を所望の屈折率に設定するための駆動電圧が、列データ線D1より供給される最大電圧VLC以下の場合には、チャージポンプ制御部25(図3参照)の制御により、トランジスタQ2は短絡される。また、上記駆動電圧が最大電圧VLCを超える場合には、トランジスタQ2は開放され、チャージポンプ31が駆動可能な状態とする。
That is, the transistor Q2 functions as a short-circuit switch for short-circuiting the input terminal p1 for supplying the control voltage to the
トランジスタQ3についても前述したトランジスタQ1、Q2と同様にMOSFETなどのスイッチングトランジスタであり、一方の端子はチャージポンプ31の入力端子p1に接続され、他方の端子は電圧Vdd(最大電圧はVLC)を出力する電源(図示省略)に接続されている。また、制御端子(例えば、ゲート)は、制御線K1-3に接続されている。
Similar to the transistors Q1 and Q2, the transistor Q3 is also a switching transistor such as a MOSFET. One terminal is connected to the input terminal p1 of the
チャージポンプ31は、4つのスイッチS1~S4と、電荷を蓄積するキャパシタC1(第1キャパシタ)を備えており、入力端子p1に供給される制御電圧を増幅して出力端子p2に出力する。
The
スイッチS1(第1スイッチ)とスイッチS3(第3スイッチ)は互いに直列接続され、スイッチS1側の端部は入力端子p1に接続され、スイッチS3側の端部は出力端子p2に接続されている。また、スイッチS2(第2スイッチ)とスイッチS4(第4スイッチ)は互いに直列接続され、スイッチS2側の端部は入力端子p1に接続され、スイッチS4側の端部はグランドに接続されている。 The switch S1 (first switch) and switch S3 (third switch) are connected in series with each other, the end on the switch S1 side is connected to the input terminal p1, and the end on the switch S3 side is connected to the output terminal p2. . Also, the switch S2 (second switch) and the switch S4 (fourth switch) are connected in series with each other, the end on the switch S2 side is connected to the input terminal p1, and the end on the switch S4 side is connected to the ground. .
更に、スイッチS1とS3の接続点と、スイッチS2とS4の接続点との間にはキャパシタC1が設けられている。出力端子p2は、出力キャパシタC2を介してグランドに接続され、更に、液晶42の画素電極q1に接続されている。即ち、キャパシタC1の一端は、スイッチS1、S3に接続され、キャパシタC1の他端は、スイッチS2、S4に接続されている。また、前述したように、液晶42の共通電極q2は、透明ガラスに設けられた透明電極である。透明電極には、共通電極電圧が印加される。
Furthermore, a capacitor C1 is provided between the connection point of the switches S1 and S3 and the connection point of the switches S2 and S4. The output terminal p2 is connected to the ground via the output capacitor C2 and further connected to the pixel electrode q1 of the
液晶42は、画素回路21から画素電極q1に与えられる駆動電圧と、共通電極q2に与えられる共通電極との間の電位差に応じて駆動される。従って、該液晶42に入射した入射光が、上記電位差に応じて位相変調されて、反射することになる。
The
[反射基板による反射光の説明]
図5は、反射基板11に設けられる各反射画素20に入射する入射光と、反射画素20で反射する反射光の角度を模式的に示す説明図である。図5において、符号stは、画素回路21ごとに対応した反射画素20(反射基板11の光入射面)に直交する方向から入射する入射光を示し、符号sa1は反射画素20にて角度θaで反射した反射光を示し、符号sb1は角度θbで反射した反射光を示している。入射光stの同一位相面(入射光stの方向を法線とする面)はr1であり、反射光sa1の位相面はra1であり、反射光sb1の同一位相面はrb1である。
[Description of Reflected Light by Reflective Substrate]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing angles of incident light incident on each reflective pixel 20 provided on the
図5に示すように、反射画素20に対してほぼ直交する方向から入射光stが照射され、該反射画素20に入射すると、該画素回路21により液晶42に印加される駆動電圧に応じて、該液晶42の屈折率が変化する。例えば、従来の駆動電圧の最大が電圧Vaである場合には、連続した画素で段階的に最小電圧Vminから電圧Vaまで電圧を変化させた際に得られる反射光sa1の反射角度はθaなのに対して、チャージポンプ31を駆動させた場合には、駆動電圧の最大がVb(Vb>Va)となり、より大きな反射角度θbで反射する反射光sb1が得られる。
As shown in FIG. 5, incident light st is irradiated from a direction substantially orthogonal to the reflective pixel 20, and when incident on the reflective pixel 20, according to the driving voltage applied to the
この際、Vminが印加されているが画素上の液晶では例えば大きな屈折率nmaxが得られ、最大の電圧Vaが印加される画素上の液晶では例えば小さな屈折率naに変化する。屈折率nmaxの液晶に入射する光に対して、屈折率naの液晶に入射する光の方が速く進むため、反射光は角度θaに曲がって出射される。一方で、電圧Vbが印加される画素上の液晶はnaより小さい屈折率nbとなるので、入射する光はさらに速く進む。そのため、反射光はより大きな角度のθbで出射されることになる。 At this time, although Vmin is applied, the liquid crystal on the pixel has a large refractive index nmax, and the liquid crystal on the pixel to which the maximum voltage Va is applied changes to a small refractive index na. Since the light incident on the liquid crystal with the refractive index na travels faster than the light incident on the liquid crystal with the refractive index nmax, the reflected light is emitted at an angle θa. On the other hand, since the liquid crystal on the pixel to which the voltage Vb is applied has a refractive index nb smaller than na, the incident light travels even faster. Therefore, the reflected light is emitted at a larger angle θb.
図3に戻って、制御回路22に設けられる水平走査回路23は、シフトレジスタ回路26と、スイッチSW1~SWmを含むスイッチ回路27を備えている。
Returning to FIG. 3, the
シフトレジスタ回路26は、水平同期信号(HST)、及び水平走査用のクロック信号(HCK1、HCK2)を入力する。シフトレジスタ回路26は、水平同期信号及び水平走査用のクロック信号に基づいて、クロック信号を順次シフトすることで、スイッチ回路27に出力するスイッチング信号(これを、「SD1~SDm」とする)を1水平走査期間の周期で生成する。
The
スイッチ回路27は、各列データ線(D1~Dm)のオン、オフを切り替えるためのm個のスイッチSW1~SWmを備えている。また、各スイッチSW1~SWmは、シフトレジスタ回路26より出力されるスイッチング信号(SD1~SDm)に基づいてオン状態またはオフ状態に制御される。スイッチSW1~SWmは、列データ線(D1~Dm)に対応して設けられ、各列データ線に対応した制御電圧「d」を順次入力する。
The
スイッチSW1~SWmは、各列データ線(D1~Dm)に対応した制御電圧を選択的に列データ線に与える。例えばスイッチSW1は、スイッチング信号SD1がハイレベルのときにオン状態となり、列データ線D1に対応した制御電圧を選択し、選択した制御電圧を列データ線D1に出力する。 The switches SW1 to SWm selectively apply control voltages corresponding to the respective column data lines (D1 to Dm) to the column data lines. For example, the switch SW1 is turned on when the switching signal SD1 is at high level, selects a control voltage corresponding to the column data line D1, and outputs the selected control voltage to the column data line D1.
電圧供給線X1より、各列データ線(D1~Dm)に供給される制御電圧「d」は、「0」(最小電圧)から「VLC」(最大電圧)までのアナログの電圧である。本実施形態では、最大電圧VLCの2倍の電圧である2倍電圧(2*VLC)を設定し、更に、電圧「0」から2倍電圧「2*VLC」の範囲内でk階調(但し、kは3以上の整数)の電圧を設定する。そして、チャージポンプ31の駆動、停止を切り替えることにより、列データ線より供給される制御電圧(0~VLCの範囲の電圧)が、上記したk階調の電圧(0~2*VLCの範囲の電圧)となるように制御する。
The control voltage "d" supplied from the voltage supply line X1 to each column data line (D1 to Dm) is an analog voltage from "0" (minimum voltage) to "VLC" (maximum voltage). In this embodiment, a double voltage (2*VLC) that is twice the maximum voltage VLC is set, and k gradations ( However, k is an integer of 3 or more). By switching between driving and stopping the
以下、図7Aを参照して詳細に説明する。図7Aは、横軸が上記したk階調(この例では5階調)を示し、縦軸が電圧供給線X1から列データ線を介して画素回路21に供給される制御電圧を示すグラフである。
A detailed description will be given below with reference to FIG. 7A. FIG. 7A is a graph in which the horizontal axis indicates the above-mentioned k gradation (5 gradations in this example), and the vertical axis indicates the control voltage supplied from the voltage supply line X1 to the
図7Aに示すグラフR1は、液晶42に供給する駆動電圧が最大電圧VLC以下である場合の特性を示し、グラフR2は、液晶42に供給する駆動電圧が最大電圧VLC以上である場合の特性を示している。なお、グラフR1、R2では電圧が直線的に変化する例を示しているが、0~VLCの範囲で単調増加する変化であればよい。
Graph R1 shown in FIG. 7A shows characteristics when the driving voltage supplied to the
図7Aにおいて、例えば液晶42に供給する駆動電圧の階調数を「5」とした場合には(即ち、k=5)、上記した2倍電圧(2*VLC)を5等分して階調1~階調5を設定する。従って、2倍電圧(2*VLC)を5等分し、階調1として(1/5)*2*VLCの電圧、階調2として(2/5)*2*VLCの電圧、階調3として(3/5)*2*VLCの電圧、階調4として(4/5)*2*VLCの電圧、階調5として(5/5)*2*VLCの電圧が、制御電圧として画素回路21に供給されればよいことになる。
In FIG. 7A, for example, when the number of gradations of the driving voltage supplied to the
しかし、上記の階調3~階調5に対応する制御電圧は最大電圧VLCを超えているので、図3に示す電圧供給線X1より階調3~5に対応する制御電圧を画素回路21に供給することができない。本実施形態では、階調3~5については、それぞれの制御電圧から電圧VLCを減算した電圧を出力し、その後、チャージポンプ31により電圧VLCを加算する。つまり、階調3として(1/5)*VLC、階調4として(3/5)*VLC、階調5としてVLC、の制御電圧を出力し、各画素回路21に設けられているチャージポンプ31により電圧VLCを加算して液晶42に出力する。
However, since the control voltage corresponding to the
即ち、所望の階調を得るための制御電圧が最大電圧VLC以下の場合(階調1、2の場合)には、図7AのグラフR1に示すように、この制御電圧を増幅することなく駆動電圧として液晶42に出力する。
That is, when the control voltage for obtaining a desired gradation is equal to or lower than the maximum voltage VLC (in the case of
一方、所望の階調を得るための電圧が最大電圧VLCを超える場合(階調3、4、5の場合)には、図7AのグラフR2に示すように、この電圧から電圧VLCを減算した電圧を制御電圧として画素回路21に供給し、その後チャージポンプ31で電圧VLCを加算することにより、所望の駆動電圧を得る。従って、グラフR2の傾きは、グラフR1の傾きと同一となっている。
On the other hand, when the voltage for obtaining the desired gradation exceeds the maximum voltage VLC (for
即ち、チャージポンプ制御部25は、最大電圧(VLC)よりも大きい電圧(この例では2倍電圧)までの範囲で予め設定された複数の階調のうち、任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)以下の場合には、制御電圧を増幅せずに前記液晶に出力する。一方、複数の階調のうち、任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)を超える場合には、この階調に対応する電圧から最大電圧(VLC)を減じた電圧を制御電圧として出力し、その後、チャージポンプ31により電圧VLC(最大電圧)を加算して液晶42に出力するように制御する。
That is, the charge
このように、スイッチ回路27に設けられる各スイッチSW1~SWmのオン、オフを制御し、且つ、チャージポンプ31の駆動を制御することにより、画素回路21は、k階調(上記の例では5階調)に対応する駆動信号を生成して液晶42に供給することができる。即ち、図7BのグラフR3に示すように、2倍電圧(2*VLC)を5等分して得られる階調1~階調5の駆動電圧を、液晶42に出力することが可能となる。
In this way, by controlling the on/off of each of the switches SW1 to SWm provided in the
図3に戻って、垂直走査回路24には、行走査線(G1~Gn)が接続されている。垂直走査回路24は、垂直同期信号(VST)、垂直走査用のクロック信号(VCK1、VCK2)を入力する。垂直走査回路24は、垂直同期信号、垂直走査用のクロック信号に基づいて、例えば行走査線G1から行走査線Gnに順次行選択信号(走査信号)を、1水平走査期間の周期で供給する。
Returning to FIG. 3, the
チャージポンプ制御部25は、図3に示す各駆動線(L1~Ln)に駆動信号を出力する。具体的に、最大電圧(VLC)よりも大きい2倍電圧までの範囲で予め設定された複数の階調のうち、任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)以下の場合には、駆動線に「H」レベルの信号を出力する。また、複数の階調のうち、任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)を超える場合には、駆動線に「L」レベルの信号を出力する。
The charge
更に、チャージポンプ制御部25は、駆動線に「H」レベルの信号が供給される場合にはチャージポンプ31を駆動させず、駆動線に「L」レベルの信号が供給される場合にはチャージポンプ31を駆動させるように制御する。以下、チャージポンプ31の作動について説明する。
Further, the charge
チャージポンプ制御部25は、チャージポンプ31を駆動させる場合には、図4に示した各スイッチS1~S4のオン、オフを制御する制御信号を、制御線K1-1、K1-2に出力する。具体的に、チャージポンプ31を駆動させる場合において、列データ線D1より制御電圧が入力された際に、まずスイッチS1、S4をオンとし、スイッチS2、S3をオフとする。
When driving the
従って、制御電圧はキャパシタC1に蓄積される。所定時間の経過後に、スイッチS1、S4をオフとし、スイッチS2、S3をオンとする。このとき、トランジスタQ1をオフとし、トランジスタQ3をオンとする。その結果、トランジスタQ3より供給される最大電圧(VLC)と、キャパシタC1に蓄積された電圧が加算され、加算後の電圧が出力キャパシタC2に蓄積される。従って、出力キャパシタC2には、列データ線D1より供給される制御電圧に最大電圧(VLC)が加算された電圧が蓄積されて、画素電極q1に出力されることになる。 Therefore, the control voltage is stored on capacitor C1. After a predetermined time has elapsed, the switches S1 and S4 are turned off and the switches S2 and S3 are turned on. At this time, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q3 is turned on. As a result, the maximum voltage (VLC) supplied from the transistor Q3 and the voltage stored in the capacitor C1 are added, and the added voltage is stored in the output capacitor C2. Therefore, a voltage obtained by adding the maximum voltage (VLC) to the control voltage supplied from the column data line D1 is accumulated in the output capacitor C2 and output to the pixel electrode q1.
そして、本実施形態に係る位相変調装置101では、図3に示した(n×m)個設けられた各画素回路21のうちの、いくつかの画素回路からなるブロックを設定する。例えば、図6(a)に示すように(5行×6列)の画素回路21からなるブロックを設定する。なお、図6(a)では、各画素回路21の行(n)、及び列(m)を特定するために、それぞれサフィックス「-mn」を付して示す。従って、図6(a)に示す1列、1行の画素回路は21-11、5列、6行の画素回路は21-56である。
Then, in the
図6(a)において、同一の行の6個の画素回路21-11~21-16に、それぞれ同一の電圧を供給する。例えば、画素回路21-11~21-16には、階調1~階調5のうち階調1の電圧を供給する。また、水平方向の、図中上から下に向けて徐々に階調が高まるように設定し、最下段の画素回路21-51~21-56に階調5の電圧を供給するように設定する。
In FIG. 6A, the same voltage is supplied to the six pixel circuits 21-11 to 21-16 in the same row. For example, the pixel circuits 21-11 to 21-16 are supplied with a voltage of
具体的に、図6(b)に示すように、左右方向に並ぶ各画素回路21-11~21-51において、供給される電圧が段階的に変化するように、階調1~階調5の電圧を印加する。従って、6個の画素回路21を一つにグループとし、5通りに反射率を変化させることができ、ひいては5通りに位相変調された反射光を得ることが可能となる。
Specifically, as shown in FIG. 6B, in each of the pixel circuits 21-11 to 21-51 arranged in the horizontal direction, the voltages supplied to the pixel circuits 21-11 to 21-51 are changed stepwise. voltage is applied. Accordingly, six
[本実施形態の動作説明]
次に、上述のように構成された本実施形態に係る位相変調装置101の動作を、図7A、図7Bに示すグラフ、及び図8に示すタイミングチャートを参照して説明する。また、以下では図6(a)に示したように、5行、6列のマトリクス状に配置された各画素回路21を有する場合の例について説明する。
[Explanation of operation of the present embodiment]
Next, the operation of the
図3に示した水平走査回路23は、スイッチ回路27に設けられる各スイッチSW1~SWm(ここでは、m=6)のオン、オフを制御することにより、電圧供給線X1より供給される制御電圧を、所望の列データ線に供給する。
The
更に、垂直走査回路24を駆動させることにより、各走査線(G1~Gn)(ここでは、n=5)のうち所望の画素回路21に対応する走査ラインを選択する。その結果、所望の画素回路21に制御電圧を供給することができる。
Furthermore, by driving the
即ち、前述したように、「0」から2倍電圧までの範囲「0~2*VLC」を5つの階調に区分し、図6(a)に示す1行目の画素回路21-11~21-16に階調1の電圧「(1/5)*2*VLC」を供給し、2行目の画素回路21-21~21-26に階調2の電圧「(2/5)*2*VLC」を供給する。
That is, as described above, the range "0 to 2*VLC" from "0" to double voltage is divided into five gradations, and the pixel circuits 21-11 to 21-11 of the first row shown in FIG. 21-16 is supplied with a
更に、3行目の画素回路21-31~21-36に階調3の電圧を供給する。この場合、画素回路に供給する電圧は、「(3/5)*2*VLC」となり、最大電圧VLCを超えることになるので、図7AのグラフR2に示したように、上記の電圧からVLCを減算した電圧である「(1/5)*VLC」を制御電圧として出力する。
Furthermore, the voltage of
4行目の画素回路21-41~21-46、5列目の画素回路21-51~21-56についても同様に、それぞれ電圧VLCを減じた電圧を制御電圧として出力する。その後、チャージポンプ31で電圧VLCを加算することにより、階調3~階調5の電圧を生成する。
Likewise, the pixel circuits 21-41 to 21-46 in the fourth row and the pixel circuits 21-51 to 21-56 in the fifth column output voltages obtained by subtracting the voltage VLC as control voltages. After that, the
次に、画素回路21における動作を、図8に示すタイミングチャートを参照して説明する。一例として、列データ線D1、行走査線G1に接続された画素回路21aにおけるチャージポンプ31の動作について説明する。
Next, the operation of the
画素回路21aを、上述した階調1、階調2に設定する場合には、チャージポンプ31を作動させない。この場合には、図8の時刻t0~t1に示すように、チャージポンプ制御部25は、駆動線L1にHレベルの信号を出力する。更に、各スイッチS1~S4が全てオフとなるように制御し、トランジスタQ3がオフとなるように制御する。また、トランジスタQ1をオンとする。その結果、図4に示したトランジスタQ2がオンとなり、トランジスタQ3がオフとなり、チャージポンプ31の入力端子p1と出力端子p2が短絡されるので、列データ線D1より供給される制御電圧は、チャージポンプ31で増幅されることなく、液晶42に出力される。従って、図7Bの符号z1、z2に示すように液晶42に所望の駆動電圧を供給することができる。
When the
一方、画素回路21を階調3に設定する場合には、列データ線D1に、階調3に対応する電圧「(6/5)*VLC」から電圧VLCを減じた電圧「(1/5)*VLC」を制御電圧として出力する。更に、チャージポンプ31により、この制御電圧に電圧VLCを加算する。
On the other hand, when the
具体的に、図8の時刻t1において、チャージポンプ制御部25は、駆動線L1に供給する信号をHレベルからLレベルに切り替える。その結果、トランジスタQ2がオフとなる。更に、時刻t1において、チャージポンプ制御部25は、図4に示すスイッチS1、S4をオンとし、且つ、スイッチS2、S3をオフとする制御信号を、制御線K1(K1-1、K1-2)に出力する。
Specifically, at time t1 in FIG. 8, the charge
その結果、キャパシタC1には、列データ線より供給される制御電圧が蓄積されることになる。その後、時刻t2において、スイッチS1、S4、トランジスタQ1をオフとし、更に、時刻t3において、スイッチS2、S3、トランジスタQ3をオンとする。その結果、出力キャパシタC2には、制御電圧に最大電圧(VCL)が加算された電圧が蓄積されることになる。このため、図7Bの符号z3~z5に示すように、液晶42に階調3の駆動電圧を供給することができる。
As a result, the control voltage supplied from the column data line is accumulated in the capacitor C1. After that, at time t2, switches S1, S4 and transistor Q1 are turned off, and at time t3, switches S2, S3 and transistor Q3 are turned on. As a result, a voltage obtained by adding the maximum voltage (VCL) to the control voltage is accumulated in the output capacitor C2. Therefore, as indicated by symbols z3 to z5 in FIG. 7B, the
[本実施形態の効果の説明]
このようにして、本実施形態に係る位相変調装置101では、各画素回路21にチャージポンプ31を備えている。そして、「0」から2倍電圧(2*VLC)までの範囲で予め設定された複数の階調のうち、任意の階調に設定する場合において、この任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)以下の場合には、列データ線より画素回路21に供給される制御電圧を増幅せずに液晶42に出力する。
[Description of effects of the present embodiment]
Thus, in the
また、複数の階調のうち、任意の階調に対応する電圧が最大電圧(VLC)を超える場合には、チャージポンプ31により制御電圧に最大電圧(VCL)を加算した電圧を液晶42に出力する。
Further, when the voltage corresponding to an arbitrary gradation out of a plurality of gradations exceeds the maximum voltage (VLC), the
従って、列データ線より画素回路21に供給される制御電圧の最大値が最大電圧(VLC)である場合に、その2倍である2倍電圧(2*VLC)の範囲で、液晶42に供給する駆動電圧を設定することが可能となる。従って、液晶42の屈折率の大小をより広い範囲で変化させることができ、液晶層12の厚みの増加を抑制するとともに、位相変調の精度を向上させることができる。
Therefore, when the maximum value of the control voltage supplied to the
更に、画素回路21に供給する制御電圧の最大電圧VLCを高めることなく広い電圧の範囲で階調を設定できるので、制御回路22を構成する各部品の耐圧を高める必要がなく、装置の小型化、軽量化を図ることが可能となる。
Furthermore, since the gradation can be set in a wide voltage range without increasing the maximum voltage VLC of the control voltage supplied to the
また、液晶42の駆動電圧を設定するための電圧の範囲を、最大電圧VLCの2倍の電圧に設定しているので、制御電圧を2倍に増幅するという簡単な処理で所望の駆動電圧を得ることができ、回路構成を簡素化することができる。
Further, since the voltage range for setting the drive voltage of the
また、本実施形態では、互いに直交する方向、即ち、図3に示す列方向及び行方向のうちの、一方の方向に向けて液晶42の屈折率が変化するように設定し、他方の方向に、チャージポンプのオン、オフを切り替える駆動線(L1~Ln)を配置している。従って、屈折率の変化による液晶の配向の乱れを防止することが可能となる。
Further, in this embodiment, the refractive index of the
なお、本実施形態では、駆動電圧の範囲を最大電圧の2倍の電圧(2*VLC)に設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、最大電圧VLCよりも大きければ良い。 In this embodiment, the drive voltage range is set to twice the maximum voltage (2*VLC), but the present invention is not limited to this, as long as it is greater than the maximum voltage VLC.
[本実施形態の変形例の説明]
次に、本実施形態の変形例について説明する。図9は、変形例に係る画素回路21’の構成を示す回路図である。図9に示すように、変形例に係る画素回路21’は、駆動線L1が縦方向に配置されている。従って、マトリクス状に配置された各画素回路21’の縦方向に向けてチャージポンプ31のオンもしくはオフが設定できる。このため、屈折率が変化する方向が横方向となる。
[Description of modification of the present embodiment]
Next, a modified example of this embodiment will be described. FIG. 9 is a circuit diagram showing the configuration of a pixel circuit 21' according to a modification. As shown in FIG. 9, in the pixel circuit 21' according to the modification, the drive lines L1 are arranged in the vertical direction. Therefore, the
即ち、図6(a)、(b)に示した例では、縦方向に向けて液晶42の屈折率の大小が変化する構成であるのに対して、図9に示す変形例では、横方向に向けて液晶42の屈折率の大小が変化するように設定する構成となる。この場合には、1垂直走査期間において、制御電圧が最大電圧VLCに達するように、画素回路21’に供給する電圧を設定する。
That is, in the examples shown in FIGS. 6A and 6B, the refractive index of the
以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 Although embodiments of the present invention have been described above, the statements and drawings forming part of this disclosure should not be construed as limiting the present invention. Various alternative embodiments, implementations and operational techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
11 反射基板
12 液晶層
13 対向基板
14 シール材
21、21a、21’ 画素回路
22 制御回路
23 水平走査回路
24 垂直走査回路
25 チャージポンプ制御部
26 シフトレジスタ回路
27 スイッチ回路
31 チャージポンプ
42 液晶
q1 画素電極
q2 共通電極
p1 入力端子
p2 出力端子
L1~Ln 駆動線
D1~Dm 列データ線
G1~Gn 行走査線
L1~Ln 駆動線
K1~Kn 制御線
11
Claims (6)
互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路、及び複数の反射画素と、
前記反射画素に対応して設けられ、前記画素回路より供給される駆動電圧により入射光に対する屈折率が変化する液晶と、を備え、
前記列データ線は、前記画素回路に所定の最大電圧までの範囲で変化する制御電圧を出力し、
前記画素回路は、前記制御電圧に前記最大電圧を加算するチャージポンプを有し、
更に、前記液晶に供給する前記駆動電圧が、前記最大電圧以下の場合には、前記制御電圧を増幅せずに前記液晶に出力し、前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧を超える場合には、前記チャージポンプにて前記制御電圧に前記最大電圧を加算して前記液晶に出力する制御を行うチャージポンプ制御部
を備えたことを特徴とする位相変調装置。 A phase modulation device that reflects incident light at a desired angle,
a plurality of pixel circuits provided at positions where a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines that are orthogonal to each other intersect, and a plurality of reflective pixels;
a liquid crystal provided corresponding to the reflective pixel and having a refractive index with respect to incident light that changes according to a driving voltage supplied from the pixel circuit;
the column data line outputs a control voltage to the pixel circuit that varies up to a predetermined maximum voltage;
the pixel circuit has a charge pump that adds the maximum voltage to the control voltage;
Further, when the driving voltage supplied to the liquid crystal is equal to or less than the maximum voltage, the control voltage is output to the liquid crystal without being amplified, and when the driving voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum voltage a charge pump control unit for controlling the charge pump to add the maximum voltage to the control voltage and output the result to the liquid crystal.
を特徴とする請求項1に記載の位相変調装置。 setting the refractive index of the liquid crystal to change in one of the directions orthogonal to each other, and arranging a driving line for switching on and off of the charge pump in the other direction; The phase modulation device according to claim 1, characterized by:
前記チャージポンプ制御部は、前記液晶に出力する駆動電圧が前記最大電圧以下の場合には前記短絡スイッチを短絡し、前記液晶に出力する駆動電圧が前記最大電圧を超える場合には前記短絡スイッチを開放すること
を特徴とする請求項1または2に記載の位相変調装置。 the pixel circuit includes a short-circuit switch that short-circuits an input terminal for supplying the control voltage to the charge pump and an output terminal for outputting a voltage from the charge pump to the liquid crystal;
The charge pump controller short-circuits the short-circuit switch when the drive voltage output to the liquid crystal is equal to or less than the maximum voltage, and closes the short-circuit switch when the drive voltage output to the liquid crystal exceeds the maximum voltage. 3. The phase modulation device according to claim 1, wherein the phase modulation device is open.
前記チャージポンプは、
電荷を蓄積する第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの一端と、前記制御電圧が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチと、
前記第1キャパシタの他端と、前記入力端子との間に設けられた第2スイッチと、
前記第1キャパシタの前記一端と、出力キャパシタの一端との間に設けられた第3スイッチと、
前記第1キャパシタの前記他端と、前記出力キャパシタの他端との間に設けられた第4スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の位相変調装置。 The pixel circuit includes an output capacitor that stores a voltage supplied to the liquid crystal,
The charge pump is
a first capacitor that stores electric charge;
a first switch provided between one end of the first capacitor and an input terminal to which the control voltage is supplied;
a second switch provided between the other end of the first capacitor and the input terminal;
a third switch provided between the one end of the first capacitor and one end of the output capacitor;
a fourth switch provided between the other end of the first capacitor and the other end of the output capacitor;
The phase modulation device according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising:
を特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の位相変調装置。 5. The phase modulation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the maximum voltage of the driving voltage supplied to the liquid crystal is set to twice the maximum voltage.
互いに直交する複数の列データ線と複数の行走査線とがそれぞれ交差する位置に設けられた複数の画素回路に、所定の最大電圧までの範囲で変化する制御電圧を出力するステップと、
前記各画素回路に対応して設けられ、入力する駆動電圧に応じて入射光に対する屈折率が変化する液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧以下の場合には、前記制御電圧を増幅せずに前記液晶に出力するステップと、
前記液晶に供給する駆動電圧が、前記最大電圧を超える場合には、チャージポンプにて前記制御電圧に前記最大電圧を加算した電圧を前記液晶に出力するステップと、
を備えたことを特徴とする位相変調方法。
A phase modulation method for reflecting incident light at a desired angle,
a step of outputting a control voltage that varies within a range up to a predetermined maximum voltage to a plurality of pixel circuits provided at intersections of a plurality of column data lines and a plurality of row scanning lines that are orthogonal to each other;
When the drive voltage supplied to the liquid crystal, which is provided corresponding to each pixel circuit and whose refractive index for incident light changes according to the input drive voltage, is equal to or lower than the maximum voltage, the control voltage is not amplified. a step of outputting to the liquid crystal at
outputting to the liquid crystal a voltage obtained by adding the maximum voltage to the control voltage using a charge pump when the drive voltage supplied to the liquid crystal exceeds the maximum voltage;
A phase modulation method, comprising:
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