JPH0453290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ熱書込みによる高精度カラーデ
イスプレイに関する。

（従来技術とその問題点） 近年、コンピユータを用いた画像処理や新聞紙
面の編集、LSIの設計では高精度かつ部分的に書
き加え可能なデイスプレイが望まれている。従来
用いられているCRT（陰極線管）では分解能を
2000本以上に上げることは難しく、電子ビームの
走査速度も早くなるため画面にチラツキを生じて
しまう。また、ストレージ管を用いたデイスプレ
イ装置は、蛍光体の劣化を防ぐために画面輝度が
低く、部分的な消去ができず、装置が高価となる
欠点がある。

高分解能2000本以上のデイスプレイ装置として
は液晶へレザー光で熱書込みをするデイスプレイ
があり、この熱書込み液晶デイスプレイについて
は、例えば雑誌「プロシーデイング・オブ・ザ・
エス・アイ・デー（Proceeding of the S.I.D）」
1978年１〜７頁に記載の論文「レーザ選択液晶投
射デイスプレイ（LASER−ADDRESSED
LIQUID CRYSTAL PRO−JECTION
DISPLAY）」に詳しく述べられている。この論
文によれば、第５図に示すような液晶ライトバル
ブ４２にレーザ光３による走査で画像を記録し、
投射光１４を入射、反射させて上記画像をデイス
プレイすることができる。液晶ライトバルブ４２
は、光吸収膜３６、アルミ反射膜３７、液晶配向
膜４１を形成した、ガラス基盤３５と、透明電極
膜３９、液晶配向膜４１を形成したガラス基盤４
０とで液晶材３８をはさんだ構造をもつている。
レーザ光３が液晶ライトバルブ４２に入射すると
レーザ光３が光吸収膜３６に吸収されて熱に変換
され、アルミ反射膜３７、液晶配向膜４１を伝わ
つて液晶材３８の温度を上昇させる液晶材３８と
してはスメクチツク液晶が使われ、スメクチツク
液晶は温度を上昇することによつてネマチツク
相、液体層に変化し、レーザ光３が取り除かれた
時に急冷されることによつて液体状態のランダム
な液晶分子の配向状態が凍結されて散乱核は投射
光１４によつて読み出され、スクリーン上に画素
としてデイスプレイされる。

熱書込みの液晶デイスプレイは液晶の散乱、非
散乱を用いて表示するものであるから、表示は白
黒のパターンになる。カラーのデイスプレイをお
こなうには、複数の液晶表示素子に異なる単色光
を照射し、それらの画像を投射合成すれば良い。
複数の画像を合成して色ずれを生じないようにす
るには、投射光学系の精度が必要で、かつ複数の
レーザ書込み光学系を必要とし、装置が非常に高
価なものにならざるを得なかつた。

また、１つの液晶ライトバルブで少なくとも３
色のカラー表示を行う方法については、特願昭58
−215574「カラー熱書込み液晶投影型デイスプレ
イとその書込み方法」に述べられている。上記発
明によれば、液晶ライトバルブは３色カラーフイ
ルター例えばゼラチンやカゼインに色素を拡散さ
せたものをを備え、光走査書込み光学系によつて
走査される単色光を反射板で一部反射させ、液晶
ライトバルブと対称の位置にあり、前記３色カラ
ーフイルターのピツチと同じもしくは３倍のピツ
チを有する回折格子に入射させ、該回折格子を透
過した光を受光して得られた電気信号でもつて画
像入力信号と同期をとり、液晶ライトバルブに書
込む方法をとつている。

しかし、上記発明による方式では、カラーフイ
ルターの耐光性、耐熱性が不十分であり、また書
込み光量の損失を伴つた。さらに特定の色のカラ
ーフイルターに対応する液晶のみにレーザビーム
で書込むには精密な調整を必要とした。

（発明の目的） 本発明は、上記の欠点を無くし、高精度で大画
面が得られ、少なくとも３色表示が可能なカラー
熱書込み液晶投射型デイスプレイを提供すること
を目的としている。

（発明の構成） 本発明の装置は、液晶ライトバルブと、光走査
書込み光学系と、前記光走査書込み光学系により
前記液晶ライトバルブに描かれた像を投影する投
射光学系とから構成される熱書込み液晶投射型デ
イスプレイにおいて、前記液晶ライトバルブが、
特定の波長領域の可視光を０次方向に回折するよ
うに光学的位相差を与えた回折格子から成るカラ
ーフイルターを３種類面内に周期的に配置した３
色ストライプカラーフイルターを内蔵し、前記光
走査書込み光学系が、単色光源と、該単色光源か
らの単色光を変調する光変調器と、該単色光を二
次元に偏向する光偏向器と、該単色光を収束する
レンズと、前記液晶ライトバルブ内のカラーフイ
ルターによつて反射回折された該単色光を検知す
る受光器と、該受光器から得られる電気信号から
クロツク信号を発生させる回路と、該クロツク信
号と同期して画像入力信号を前記光変調器に与え
る回路とから構成されることを特徴としている。
また、この装置による情報の書込み方法であるも
う一つの発明は、単色光を、液晶ライトバルブに
書込む閾値以下の光量で走査せしめ、該液晶ライ
トバルブ内の該回折格子から反射回折された±１
次回折光の少なくとも一方の回折光を受光して得
られた電気信号からクロツク信号を抽出し、該ク
ロツク信号で画像データを呼び出し、該画像デー
タに対応して、前記単色光に、前記液晶ライトバ
ルブに書込むに十分な光量を与え、該単色光が該
液晶ライトバルブの該カラーフイルターの１色に
対応する液晶に画素を書き込むことを特徴として
いる。

（発明の作用・原理） 本発明は、上記の構成をとることにより従来技
術の問題点を解決した。３種類の異なる光学的位
相差を面内に周期的に与えた回折格子は、投射光
を回折し、特定の波長領域の可視光のみを０次方
向に回折させるカラーフイルターとして作用する
他に、光走査書込み光学系により走査された書込
み光を回折し、その回折光は３種類のカラーフイ
ルターの位置に一対一に対応して強度変調を受け
る。カラーフイルターと書込み光との相互の位置
関係の情報を持つている回折光を受光して得られ
る電気信号からクロツク信号を抽出し、そのクロ
ツク信号を参照して画像入力信号を光走査書込み
光学系にフイードバツクさせることにより、光走
査書込み光学系の非直線に関わりなく、液晶ライ
トバルブのカラーフイルターの１色に対応する液
晶に画素を精度良く書込むことができるので、画
素間の混色を防ぎ高彩度のカラーデイスプレイが
可能になる。

第６図は本発明に用いる回折格子によるカラー
フイルターを示す図である。第６図において、深
さｄの矩形状の凹凸をもつ基盤４３の表面に反射
膜４４をコーテイングした反射型の回折格子があ
り、これに白色光４５が入射した時、主に０次回
折光４６、＋１次回折光４７、−１次回折光４８が
回折される。＋１次回折光４７、−１次回折光４８
は波長によつて異なつた方向に回折され、その回
折方向は回折格子のピツチに依存する。正反射方
向に戻る０次回折光４６の波長分布は深さｄに依
存する。任意の波長λの０次回折光強度ζは光の
進む媒質の屈折率をｎとすれば次式で得られる。

ζ＝cos²（2πnd／λ） (1) (1)式が最大値１になるのは、格子の深さｄが次式
を満足する時である。

ｄ＝mλ／2n （ｍは整数） (2) また、最小値０になるのは、格子の深さｄが次式
を満たす時である。

ｄ＝（2m＋１）λ／4n （ｍは整数） (3) 第７図は、屈折率ｎとして液晶の屈折率1.5、
回折格子の深さｄの値がa290nm、b520nm、
c240nmの時の０次回折光の波長分布を示す。各
場合についての色はａ青、ｂ緑、ｃ赤が得られ
る。

第２図は本発明に用いるカラー熱書込み液晶ラ
イトバルブを示す図である。カラー熱書込み液晶
ライトバルブ１は、第５図の従来の液晶ライトバ
ルブに比較して、書込レーザ光３側のガラス基盤
１６に回折格子１７が刻印されているのが異な
る。回折格子１７のピツチはガラス基盤１６の面
内で同一であるが、深さは周期的に異なつてい
る。例えば、1μmピツチの格子が、10μm毎に深
さa290nm、b520nm、c240nmに繰り返して続く
ように構成されれば、ａ青、ｂ緑、ｃ赤のフイル
ターが交互に構成されていることになる。ガラス
基盤１６上に回折格子１７を刻印するには、始め
にフオトレジストでマスキングしたガラス基盤に
化学エツチング、イオンミーリング等によつて深
さの異なる凹凸を10μm幅ピツチに形成し、次に
1μmピツチの格子状パターンのマスキングをおこ
ない、再度、化学エツチング、イオンミーリング
等によつて、回折格子を形成すれば良い。このよ
うなガラス基盤１６上に、光吸収膜１８として
Cdを含む−族化合物半導体膜、Teを含む
−族化合物半導体膜や、色素吸収膜や誘電体多
干渉膜を蒸着等で形成し、さらに反射膜１９とし
てAl膜を蒸着し、その上に配向膜２０として高
分子膜や斜蒸着のSiO膜等を形成する。また、他
方の基盤２２には透明電極膜２１としてITO（イ
ンジウム・テイン・オキサイド）膜を付け、さら
に配向膜２０を形成する。液晶２３としてはスメ
クチツク液晶、例えばOCBP（オクチル・シア
ノ・ビフエニール）やDCBP（デシル・シアノ・
ビフエニール）、またはこれらの混合材料を用い
ることができる。このようにして構成されるカラ
ー熱書込み液晶ライトバルブ１の書込みは、レー
ザ光３を照射することにより従来と同様におこな
われる。カラー画像発生のためには、各回折格子
の位置を選択してレーザ光３を照射して、液晶に
書込む必要がある。レーザ光３が書込みレンズ８
でカラー熱書込み液晶ライトバルブ１に集光され
ると、回折格子１７により、主に０次回折光２
５、＋１次回折光９、−１次回折光２６が回折され
る。レーザ光３を回折格子１７の溝方向と直交す
る方向に走査すると回折光の強度は、格子の深さ
に依存して変化する。この回折光、例えば＋１次
回折光９を受光器６で検出すると、受光器から得
られる電気信号は格子の深さに応じた変調を受け
る。この電気信号は、カラーフイルターとレーザ
光との相互の位置関係の情報を持つているので、
これを用いて、光走査書込み光学系にフイードバ
ツク系を介してレーザ光の書込みを制御できる。
投影光１４は一度集光してピンホール２４を通過
し、レンズ１２で平行光に変換された後、液晶ラ
イトバルブ１に入射する。液晶ライトバルブ１か
らの反射光は０次光と±１次光および高次回折光
が得られるが、０次光は再びピンホール２４を通
過し、他の回折光は例えば、１４′のようにピン
ホール２４で遮光される。すなわち、０次光のみ
がスクリーン上に拡大投射され、任意のカラー画
像が得られる。

ここでは回折格子をガラス基盤に形成したが、
感光性樹脂のパターニングで格子を形成するか、
レプリカをとつて、プラスチツク樹脂に転写した
回折格子を使用しても同様の効果が得られる。

（実施例） 第１図は、本発明によるカラー熱書込み液晶投
射型デイスプレイの実施例を示す図である。レー
ザ光源２から出射されたレーザ光３は光変調器４
により画信号に応じて変調され、二次元走査器５
によつて二次元に偏向され、書込レンズ８で液晶
ライトバルブ１に集光走査され、二次元画像が液
晶ライトバルブ１に書込まれる。ここでレーザ光
源２として半導体レーザを用いる場合、光変調器
４を用いずに直接画信号で半導体レーザ光を変調
できる。走査されるレーザ光３は液晶ライトバル
ブ１内に形成してある回折格子で回折する。この
時、例えば＋１次回折光９を受光器６で検出する
と液晶ライトバルブ１内のカラーフイルターと走
査したレーザ光との相互の位置情報を持つ電気出
力が得られる。この電気出力はタイミング回路７
に送られ、光変調器４に送られる画信号のタイミ
ングを取ることにより、特定の色のカラーフイル
ターに対応する液晶のみにレーザ光で書込むこと
が可能である。投射光源１０の白色光はレンズ１
１で一度集光され、レンズ１２で再び平行光とな
つて液晶ライトバルブ１に入射する。液晶ライト
バルブからの反射画像は反射ミラー１３によつて
０次方向のみの光１４を選択した後、スクリーン
１５に投影されたカラー画像が得られる。ここで
赤、青緑色のカラーフイルターを用いる場合、赤
色の画像を得るには、青、緑色のカラーフイルタ
ー対応する液晶部分をレーザ光で書込めば良い。
黄、紫、青緑色は加法混色によつて得られる。

第３図は、本発明による書込み方法、特にタイ
ミング回路の実施例を、第４図はタイミング回路
内の各信号のタイミング関係を示す図である。レ
ーザ光を一水平方向走査する場合、有効画面領域
外で青、緑、赤のストライプフイルターの一組以
上を、液晶ライトバルブに書込む閾値以下の一定
光量でレーザ光を走査する。この時青、緑、赤の
ストライプカラーフイルターの内最もレーザ光の
＋１次回折光の強度が大きいフイルター（ここで
は青）の位置を検出するように閾値検出回路２７
で受光器信号を閾値検出する。一水平走査期間
中、書込み光量の変化に関係なく常に青色のフイ
ルターからのみの回折光を閾値検出すには、有効
画面領域外で閾値検出した信号から青色のフイル
ターの近傍にレーザ光が走査している時にゲート
を開き、受光器信号の閾値検出を行うように、ゲ
ート回路２８でゲート信号を発生させる。このよ
うな常に青色のフイルター上をレーザ光が走査し
ている時に発生する電気信号を利用して液晶ライ
トバルブへの書込みを行う。青色のフイルターの
位置を検出した信号は次の青色のフイルターとそ
の隣の緑及び赤色のフイルターの位置で書込みを
行うようにそれぞれ遅延させるためにデイレイ回
路２９，３０，３１を経て、再び、書込みクロツ
ク回路３２で合成し書込みクロツク信号を得る。
画像情報はメモリー回路３３に色走査画素順に記
憶されており、AND回路３４で画像情報と書込
みクロツク信号とのANDをとり、画信号として
光変調器４に入力される。レーザ光は画信号が
“１”のときは液晶ライトバルブを書込むのに十
分な光量が与えられ、“０”のときは液晶ライト
バルブを書込む閾値以下の光量で走査される。以
上の書込み方法により、液晶ライトバルブのカラ
ーフイルターの１色に対応する液晶に画素を書込
むことができる。

（発明の効果） この発明の実施例においてレーザ光源に半導体
レーザ光（100mW）、2μmピツチの回折格子で
10μm幅のRGBストライプカラーフイルターを内
蔵した液晶ライトバルブを使用し、1000×1000画
素のカラー画面を10秒以内で表示することが可能
になり、装置も小型化された。

以上、詳細に述べた様に、この発明によれば、
一つの液晶ライトバルブで色ずれのない画面を表
示でき、CADやテレコンフアレンス等に用いる
小型高解像度カラー大画面デイスプレイを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー熱書込み液晶投射
型デイスプレイの実施例を示す図、第２図は本発
明に用いるカラー熱書込み液晶ライトバルブを示
す図、第３図は本発明による書込み方法に用いる
回路の実施例を示す図、第４図は第３図の回路内
の各信号のタイミング関係を示す図、第５図は従
来の液晶ライトバルブの断面図を示す図、第６
図，第７図は本発明に用いる回折格子の波長選択
の原理を示す図である。 図において、１は液晶ライトバルブ、２はレー
ザ光源、４は光変調器、５は光走査器、６は受光
器、７はタイミング回路、８，１１，１２はレン
ズ、１０は投射光源、１５はスクリーンをそれぞ
れ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液晶ライトバルブと、光走査書込み光学系
   と、前記光走査書込み光学系により前記液晶ライ
   トバルブに描かれた像を投影する投射光学系とか
   ら構成される熱書込み液晶投射型デイスプレイに
   おいて、前記液晶ライトバルブが、特定の波長領
   域の可視光を０次方向に回折するように光学的位
   相差を与えた回折格子から成るカラーフイルター
   を３種類面内に周期的に配置した３色ストライプ
   カラーフイルターを内蔵し、前記光走査書込み光
   学系が、単色光源と、該単色光源からの単色光を
   変調する光変調器と、該単色光を二次元に偏向す
   る光偏向器と、該単色光を収束するレンズと、前
   記液晶ライトバルブ内のカラーフイルターによつ
   て反射回折された該単色光を検知する受光器と、
   該受光器から得られる電気信号からクロツク信号
   を発生させる回路と、該クロツク信号と同期して
   画像入力信号を前記光変調器に与える回路とから
   構成されることを特徴とするカラー熱書込み液晶
   投射型デイスプレイ。 ２ 光学的位相差を与える回折格子から成るカラ
   ーフイルターを３種類面内に周期的に配置した３
   色ストライプカラーフイルターを備えている液晶
   ライトバルブと、光走査書込み光学系と、前記光
   走査書込み光学系により前記液晶ライトバルブに
   描かれた像を投影する投射光学系とから構成され
   る熱書込み液晶投射型デイスプレイの書込み方法
   であつて、単色光を、液晶ライトバルブに書込む
   閾値以下の光量で走査せしめ、該液晶ライトバル
   ブ内の該回折格子から反射回折された±１次回折
   光の少なくとも一方の回折光を受光して得られた
   電気信号からクロツク信号を抽出し、該クロツク
   信号で画像データを呼び出し、該画像データに対
   応して、前記単色光に、前記液晶ライトバルブに
   書込むに十分な光量を与え、該単色光が該液晶ラ
   イトバルブの該カラーフイルターの１色に対応す
   る液晶に画素を書込むことを特徴とするカラー熱
   書込み液晶投射型デイスプレイの書込み方法。