JPH05196959A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH05196959A
JPH05196959A JP744492A JP744492A JPH05196959A JP H05196959 A JPH05196959 A JP H05196959A JP 744492 A JP744492 A JP 744492A JP 744492 A JP744492 A JP 744492A JP H05196959 A JPH05196959 A JP H05196959A
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JP
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liquid crystal
pixel
spatial light
light modulator
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JP744492A
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English (en)
Inventor
Koji Akiyama
Junko Asayama
Yasunori Kuratomi
Kuni Ogawa
Akio Takimoto
久仁 小川
純子 朝山
昭雄 滝本
浩二 秋山
靖規 藏富
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 少なくとも光導電層、強誘電性液晶層及び画
素単位に分割された反射膜を有する空間光変調素子と、
空間光変調素子に光入力するための画像表示装置を備え
た液晶表示装置であって、画像表示装置の一画素から出
力された光が、空間光変調素子の複数の画素に入力さ
れ、空間光変調素子の表示画素数を制御することにより
面積階調表示を行う。 【構成】 CRT43の一画素から出力された光は、空
間光変調素子1の複数の画素に入力される。読み出し光
は、光源40から出射して、コンデンサーレンズ41に
より集光され、偏光ビームスプリッタ42を介して空間
光変調素子1に照射される。出力像は、偏光ビームスプ
リッタ42で反射されて、レンズ44で拡大されスクリ
ーン45に結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィーテレビジョン、光演算装置等の画像表示
装置や画像演算装置に用いられる液晶表示装置に関す
る。

【0002】

【従来の技術】従来から、大画面且つ高密度画素を備え
た高品位テレビが様々な方式で開発されており、一部実
用化されている。中でも、従来のブラウン管方式の代替
手段として液晶技術を使った投写型ディスプレイの開発
が盛んである。従来のブラウン管方式は、画素の高密度
化を狙うと画面の輝度が低下して画像全体が暗くなる傾
向にあり、またブラウン管自体の大型化が困難であると
いう課題がある。

【0003】また、薄膜トランジスタ駆動方式の液晶素
子を使った投写型ディスプレイ装置は軽量小形化や低消
費電力等の点で有力な方法ではあるが、開口率が大きく
ないこと、素子自体が複雑で高価であること等が解決す
べき課題として挙げられている。

【0004】一方、CRTを入力とした光書込み型液晶
素子との組合せは、従来より装置構造が簡単で且つCR
Tと液晶素子の利点を組み合わせた装置として注目され
ており(特開昭63−109422号公報等)、近年は
高感度な受光層としてアモルファスシリコン薄膜を備え
た液晶素子を使って、100インチ以上の大画面で動画
像を映し出すことが可能となった。また、液晶材料につ
いても、高速応答が可能な強誘電性液晶を用いて、より
高解像度な液晶ライトバルブが実現できるようになっ
た。更に、このような光書込み型液晶素子は、強誘電性
液晶が持つメモリー特性と2値化特性を利用することに
より、次世代の並列演算装置や光コンピューティング装
置の核としても期待されている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強誘電
性液晶を画像表示素子として使う場合、その階調特性が
非線形応答特性を示すため、画像をディジタル的に表現
する2値表示は可能であるが、多数のレベルからなるア
ナログ的な階調表示が困難であるという課題があった。

【0006】また、このような強誘電性液晶を用いて階
調表示を行う手段の一例として、例えば液晶駆動波形を
工夫して疑似的に階調表現を行うことが可能である。ま
た、他の例として、光書込み型液晶素子に光書き込みす
る場合に、入力光の一画素のスポット径を変化させるこ
とで、面積の大小により階調表示を行う手段も考えられ
る。しかし、これらの手段による疑似的な階調表示は、
表示可能な階調レベル数が少なく、特に前者の液晶駆動
波形を工夫したものは液晶の応答特性が不安定となる傾
向にあり、後者は面積階調表示により解像度が犠牲とな
るという課題があった。

【0007】本発明は、前記課題を解決するため、液晶
層、光導電層、反射膜等を有する空間光変調素子と画像
入力手段である画像表示装置を備えた液晶表示装置にお
いて、解像度の劣化を防ぎつつ、多数レベルの階調表示
を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【0008】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の液晶表示装置は、少なくとも光導電層、強
誘電性液晶層及び画素単位に分割された反射膜を有する
空間光変調素子と、空間光変調素子に光入力するための
画像表示装置を備えた液晶表示装置であって、画像表示
装置の一画素から出力された光が、前記空間光変調素子
の複数の画素に入力されることを特徴とする。

【0009】また、本発明の液晶表示装置は、少なくと
も光導電層及び強誘電性液晶層を有する空間光変調素子
と、空間光変調素子に光入力するための画像表示装置を
備えた液晶表示装置であって、空間光変調素子と画像表
示装置の間に、画像表示装置の一画素に対応して一個の
レンズを設けたことを特徴とする。

【0010】前記構成において、画像表示装置が透過型
液晶表示装置であることが好ましい。

【0011】

【作用】前記構成によれば、光入力用の画像表示装置の
一画素から出力された光が、空間光変調素子の複数の画
素に入力されることにより、画像表示装置の解像度を維
持したまま、画像表示装置の一画素について、空間光変
調素子の表示画素数を制御することにより面積階調表示
を行うことができる。

【0012】また、空間光変調素子と画像表示装置の間
に、画像表示装置の一画素に対応して一個のレンズを設
けることにより、両者の間で画像の輝度分布を容易に変
換することができるため、画像表示装置の一画素のスポ
ット径を変化させなくても面積階調表示することが可能
になる。

【0013】また、画像表示装置が透過型液晶表示装置
であるという好ましい構成によれば、一画素に対応して
一個のレンズを設けることにより、開口率が低い透過型
液晶表示装置であっても小型且つ軽量な画像表示装置と
して用いることができるため、本発明の液晶表示素子の
小形化、軽量化を図ることができる。

【0014】以下、図面を参照しながら、本発明の作用
について具体的に説明する。図1は、本発明の液晶表示
装置を構成する空間光変調素子と画像表示装置の画素対
応図である。画像表示装置としてCRTを例にとって説
明するが、他の表示デバイスも同様に適用することがで
きる。

【0015】空間光変調素子には画素単位に分離形成さ
れた反射層が設けられており、図中の斜線部で示したよ
うな画素パターンで形成されている。CRTの一画素か
ら出力された光情報が、空間光変調素子の受光面上にC
RT画素2として入射して、空間光変調素子の画素3、
例えば縦4画素×横4画素の合計16画素に入力され
る。CRT画素2は、画素全体に均一な光強度分布を示
さず、例えば図1bに示したグラフのように中心に最大
輝度を有する山型状分布となり、図において輝度50%
の値をとる位置をCRT画素2の形状としている。その
ため、この光強度分布のまま空間光変調素子に入力され
ると、空間光変調素子の画素3は、CRT画素2の中心
に位置する画素ほど大きな光強度を受けることになる。
従って、各画素が明暗の2値に近い非線形応答特性を持
っていても、計16画素で面積階調表示を行うことがで
きる。また、CRTの一画素に対応する画素数を16以
上に設定することにより、階調表示レベル数を増加させ
ることが可能である。

【0016】一方、従来の単純マトリクスからなる空間
光変調素子の各画素に電気信号で書き込む方法では、面
積階調表示が不可能であった。また、光で画像の書き込
みを行う場合も、従来の空間光変調素子は反射膜が一様
に形成され、受光面が画素単位に構成されていないた
め、入力した画素の形状がそのまま記録、表示され、面
積階調表現による画像再現性も乏しかった。しかし、本
発明の液晶表示装置を構成する空間光変調素子は、明瞭
な画素を表示単位として持つため、少なくともその一画
素を構成する画素数以上の階調表示が可能となる。

【0017】また、CRTの一画素ごとにレンズを設置
すると、空間光変調素子に入力する際に、CRT画素の
輝度分布を変換することができる。従って、面積階調表
示の際に、CRTの一画素のスポット径を変化させる手
段を省くことができる。

【0018】また、トランジスタ駆動方式の液晶素子
は、開口率が大きくないという液晶デバイス固有の問題
があるが、本発明を構成する画像表示装置として用いる
ことにより、各画素に占めるトランジスタ部分を含めて
画素面積を大きく変換することができる。また、入力側
にレンズを配置して、ほぼ均一な輝度を持つ画素を、例
えば図1に示す16画素の範囲に広げることにより、図
1の出力画像が示すように開口率が90%以上で且つ明
瞭な画素形状に変換される。

【0019】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図2は本発明の液晶表示装置の一実
施例の概略構成図であり、具体的には拡大された画像を
表示する投写型ディスプレイとして構成されている。

【0020】本発明の液晶表示装置を構成する空間光変
調素子 への入力画像は、例えばCRT43で表示され
る。CRT43の一画素から出力された光は、例えば図
1に示すような画素対応により、空間光変調素子1の複
数の画素に入力される。従って、CRT43で表示され
る全ての画像情報を空間光変調素子1に入力する場合
は、空間光変調素子1は、CRT43と比較して、CR
T43の一画素構成比(例えば、図1では16倍)の分
だけ高密度の画素構成となる。

【0021】図3は、本発明の液晶表示装置を構成する
空間光変調素子の一例の断面図である。ガラス等の透明
絶縁性基板11の上に、各画素の間の部分にクロム等か
らなる遮光膜27が形成され、画像書き込みの際に、光
が画素の間に入射すること及び素子の反対側への光漏れ
を防いでいる。その表面に、ITOやSnOx 等の透明
導電性電極12が形成され、更にその上に水素化アモル
ファスシリコン半導体等からなる光導電層13がダイオ
ード構造でp層、i層及びn層の順で積層されて、画素
単位に分離して形成される。

【0022】光導電層13に使用される材料は、例えば
CdS、CdTe、CdSe、ZnS、ZnSe、Ga
As、GaN、GaP、GaAlAs、InP等の化合
物半導体や、Se、SeTe、AsSe等の非晶質半導
体や、Si、Ge、Si1-x x 、Si1-x Gex 、G
1-x x (0<x<1)の多結晶又は非晶質半導体等
の半導体、又は(1) フタロシアニン顔料(以下、「P
c」と略す)、例えば無金属Pc、XPc(X=Cu、
Ni、Co、TiO、Mg、Si(OH)2 等)、Al
ClPcCl、TiOClPcCl、InClPcC
l、InClPc、InBrPcBr等、(2) モノアゾ
色素、ジスアゾ色素等のアゾ系色素、(3) ペニレン酸無
水化物、ペニレン酸イミド等のペニレン系顔料、(4) イ
ンジゴイド染料、(5) キナクリドン顔料、(6) アントラ
キノン類、ピレンキノン類等の多環キノン類、(7) シア
ニン色素、(8) キサンテン染料、(9)PVK/TNF等
の電荷移動錯体、(10)ビリリウム塩染料とポリカーボネ
イト樹脂から形成される共晶錯体、(11)アズレニウム塩
化合物等の有機半導体がある。

【0023】また、非晶質のSi、Ge、Si
1-x x 、Si1-x Gex 、Ge1-x x (以下、a−
Si、a−Ge、a−Si1-x x 、a−Si1-x Ge
x 、a−Ge 1-x x のように略す)を光導電層13に
使用する場合、水素又はハロゲン元素を含めても構わ
ず、誘電率の低減や抵抗率の増加のため酸素又は窒素を
含めても構わない。また、抵抗率の制御にはp型不純物
であるB、Al、Ga等の元素を、又はn型不純物であ
るP、As、Sb等の元素を添加しても構わない。

【0024】このように不純物を添加した非晶質材料を
積層してp/n、p/i、i/n、p/i/n等の接合
を形成し、光導電層13内に空乏層を形成するようにし
て誘電率、暗抵抗率又は動作電圧極性を制御しても構わ
ない。このような非晶質材料だけでなく、上記の材料を
2種類以上積層してヘテロ接合を形成して光導電層13
内に空乏層を形成しても構わない。また、光導電層13
の膜厚は0.1μm〜10μmの範囲が好ましい。

【0025】光導電層13の上には、アルミニウム、ク
ロム、チタン等の金属薄膜からなる反射層14が形成さ
れ、更にその上に、ナイロンやポリイミド等の高分子薄
膜やSiO2 斜方蒸着膜などからなり液晶を配向するた
めの配向膜15が形成される。従って、光導電層13、
反射層14及び配向膜15は、画素単位に分離された画
素パターンとして形成される。なお、配向膜15は、強
誘電性液晶分子の配向を層方向と平行になるように形成
されており、その厚さは1000オングストローム以下
であり、特に100オングストローム以下が好ましい。

【0026】一方、画素の間の領域には、各画素間の電
気的絶縁のために、酸化シリコン等からなる絶縁層28
が埋め込まれる。強誘電性液晶層16は樹脂製ビーズ等
のスペーサ17によってセル厚が決定される。特に、出
力光のコントラストが高くするために、透過型空間光変
調素子の場合は、強誘電性液晶層16の厚さは約2μm
に、反射型空間光変調素子の場合は、約1μmに設定す
ることが好ましい。また、強誘電性液晶層16の材料
は、強誘電性液晶であるカイラルスメクティックC液晶
が好ましい。

【0027】同様に、ガラス等の透明絶縁性基板20の
上にも、ITOやSnOx 等の透明導電性電極19が形
成され、その上にも、配向膜15と同様な配向層18が
素子全面に渡って一様に形成される。

【0028】次に、空間光変調素子1の動作について説
明する。光導電層13が積層された基板側から入射光2
1によってパターン情報が記録される。素子の反対側に
おいて、読み出し光22が偏光子23を介して照射さ
れ、記録されたパターン情報に対応して変調された出力
光24が検光子25を介して出力される。なお、偏光子
23と検光子25の偏光方向は直交している。

【0029】図4は、本発明の液晶表示装置を構成する
空間光変調素子の他の例の断面図である。空間光変調素
子1は、図3に示したものとほぼ同様であるが、強誘電
性液晶層16のセル厚を決定するために、ビーズを画素
上に分散させる代わりに、絶縁層28の膜厚が光導電層
13の膜厚より厚い素子構造を採用している点が相違す
る。従って、絶縁層28と光導電層13の膜厚差を制御
することにより、高精度で且つ均一性が良好なセル厚み
を有する強誘電性液晶層16を形成することができる。

【0030】その他、高解像度と高密度を実現するた
め、(1) 配向膜を画素単位に分割した空間光変調素子、
(2) 光導電層の柱状構造とした空間光変調素子、等を本
発明の液晶表示装置に使用することができる。

【0031】次に、本発明の液晶表示装置の動作につい
て説明する。空間光変調素子1に光書き込みを行う手段
として、CRT43を用いた。読み出し光は、メタルハ
ライドランプの光源40から出射して、コンデンサーレ
ンズ41により集光され、偏光ビームスプリッタ42を
介して空間光変調素子1に照射される。出力像は、偏光
ビームスプリッタ42で反射されて、レンズ44で拡大
されスクリーン45に結像される。CRT43の画面上
の各画素が、空間光変調素子1の分割された画素内に書
き込まれると、スクリーン45では四角形状の画素に変
換される。

【0032】以下、本発明の液晶表示装置の具体的な特
性評価について説明する。空間光変調素子1の画素サイ
ズを最小の8μm角で成膜し、画素間ピッチを10μm
という高密度に製造したものを、本発明の液晶表示装置
に組み込み、一方、画像表示装置として画素数が縦48
0画素×横650画素である典型的なCRT43を用い
た。また、空間光変調素子1の画素パターンは、その1
6画素でCRT43の1画素と対応させるため、縦19
20画素×横2600画素で、全画素数を約5×106
画素とした。

【0033】その結果、開口率が90%と大きく、且つ
100インチ相当の大きさに拡大した像はスクリーン4
5上で2000ルーメンの照度を持つ明るい画像が得ら
れると共に、16階調以上の階調表示が確認された。ま
た、画像のコントラストは250:1、解像度は縦方向
650本TVライン数が確認された。

【0034】また、動画像を出力したところビデオレー
トの動きに対して残像が無く、鮮明な高輝度画像が得ら
れた。また、RGBの3原色に対応したCRT43と空
間光変調素子1の組み合わせを3組用意して、スクリー
ン上で合成することにより、カラー画像を得ることがで
きた。

【0035】図5は、本発明の液晶表示装置の他の実施
例の部分構成図である。本発明の液晶表示装置を構成す
る画像表示装置として、図2に示したCRT43と代わ
りに透過型液晶表示装置43´を用いて、図3や図4等
の空間光変調素子1との間に、透過型液晶表示装置43
´の一画素に対応して一個のレンズが位置決めされるよ
うにマイクロレンズアレイ46が配置される。そのた
め、透過型液晶表示装置43´の一画素の輝度分布は狭
いが、マイクロレンズ46を配置することにより、空間
光変調素子1の上では一画素の輝度分布が大きくなる。
従って、空間光変調素子1からの出力は、透過型液晶表
示装置43´と同一の階調レベル数で、例えば12〜1
6の階調レベル数で画像表示される。

【0036】なお、空間光変調素子1の画素密度が高い
場合は、図1のようにCRT画素2と空間光変調素子1
の画素3の光学的アライメントが正確に一致しなくて
も、アライメントずれによる階調表示誤差が少なくなる
ため、液晶表示装置の組み立て精度を緩和できる。

【0037】

【発明の効果】以上詳説したように、本発明の液晶表示
装置は、光入力用の画像表示装置の一画素から出力され
た光が、空間光変調素子の複数の画素に入力されること
により、画像表示装置の解像度を維持しながら、面積階
調表示を行うことができるため、画像の中間調表示が可
能になると共に、高解像度で高輝度、大画面の映像を映
し出す投写型ディスプレイ装置に最適な液晶表示装置を
得ることができる。

【0038】また、空間光変調素子と画像表示装置の間
に、画像表示装置の一画素に対応して一個のレンズを設
けることにより、両者の間で画像の輝度分布を容易に変
換することができるため、忠実できめ細かい面積階調を
表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の液晶表示装置を構成する空間光変調素
子と画像表示装置の画素対応図である。

【図2】本発明の液晶表示装置の一実施例の概略構成図
である。

【図3】本発明の液晶表示装置を構成する空間光変調素
子の一例の断面図である。

【図4】本発明の液晶表示装置を構成する空間光変調素
子の他の例の断面図である。

【図5】本発明の液晶表示装置の他の実施例の部分構成
図である。

【符号の説明】

1 空間光変調素子 2 CRT画素 3 空間光変調素子の一画素 11、20 透明絶縁性基板 12、19 透明導電性電極 13 光導電層 14 反射層 15、18 配向膜 16 強誘電性液晶層 17 スペーサ 21 入射光 22 読み出し光 23 偏光子 24 出力光 25 検光子 27 遮光層 28 絶縁層 28a 突起部 40 光源 41 コンデンサーレンズ 42 偏光ビームスプリッタ 43 CRT 43´ 透過型液晶表示装置 44 レンズ 45 スクリーン 46 マイクロレンズアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藏富 靖規 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 小川 久仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも光導電層、強誘電性液晶層及
    び画素単位に分割された反射膜を有する空間光変調素子
    と、前記空間光変調素子に光入力するための画像表示装
    置を備えた液晶表示装置であって、前記画像表示装置の
    一画素から出力された光が、前記空間光変調素子の複数
    の画素に入力されることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも光導電層及び強誘性性液晶層
    を有する空間光変調素子と、前記空間光変調素子に光入
    力するための画像表示装置を備えた液晶表示装置であっ
    て、前記空間光変調素子と前記画像表示装置の間に、前
    記画像表示装置の一画素に対応して一個のレンズを設け
    たことを特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 画像表示装置が、透過型液晶表示装置で
    ある請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
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