JPH0659275A

JPH0659275A - 画像表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH0659275A
Application number: JP13806693A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tanaka; 幸生田中; Akio Takimoto; 昭雄滝本; Koji Akiyama; 浩二秋山; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Junko Asayama; 純子朝山; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JP2637897B2

Abstract

(57)【要約】【目的】投写型ディスプレイなどの画像表示装置にお
いて、高輝度で輝度むらが少なく中間調表示の可能な駆
動方法を与える。【構成】対向する２枚の透明導電性電極の間に少なく
とも強誘電性液晶層と整流性を有する光導電層を挟み込
む構造の空間光変調素子と、空間光変調素子の光導電層
側に置かれる光書き込み手段を備えた画像表示装置にお
いて、ＣＲＴの一表示期間１０２中に、単位駆動信号１
０７を、透明導電性電極間に１回より多く印加する。

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あるいは光演算装置に用い
られる空間光変調素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】投射型ディスプレイやホログラフィーテ
レビジョンへの応用において、ＣＲＴを用いて空間光変
調素子に書き込みを行う場合、空間光変調素子の駆動パ
ルス電圧信号の周期は一般にＣＲＴの１表示周期に同期
されている。このような駆動方法は、例えば、エス・ア
イ・ディー・ダイジェスト（１９９１年）第２５４頁か
ら第２５６頁（ＳＩＤＤｉｇｅｓｔ（１９９１）Ｐ．
２５４−２５６）の中で報告されている。この場合のＣ
ＲＴ及び空間光変調素子の駆動のタイミングチャートは
図２に示すようなものになる。図２において、タイミン
グチャート（ａ）はＣＲＴの同期パルス電圧を示し、タ
イミングチャート（ｂ）はＣＲＴ画面上の蛍光体の発光
強度を示している。また、タイミングチャート（ｃ）は
ＣＲＴの１表示周期に同期する空間光変調素子の駆動信
号例えば駆動パルスの電圧を示し、タイミングチャート
（ｄ）は空間光変調素子からの出力光の強度を示してい
る。空間光変調素子の単位駆動パルス電圧信号２０４は
タイミングチャート（ｃ）に示すように、消去パルス２
０２及び読み出し期間２０３からなり、タイミングチャ
ート（ａ）に示すＣＲＴ表示の同期パルス２０１に同期
している。この駆動パルス電圧信号２０４により空間光
変調素子を駆動する。タイミングチャート（ｂ）に示す
ように、駆動パルス電圧信号２０４の読み出し期間２０
３内のある時点において、ＣＲＴの蛍光体が書き込み光
パルス２０５を発すると、この光が空間光変調素子の光
導電層によって受光され、空間光変調素子の光変調層が
オン状態となる。その結果、タイミングチャート（ｄ）
に示すように、空間光変調素子から出力光強度２０６が
立ち上がる。次の単位駆動パルス電圧信号２０４の消去
パルス２０２が印加されると、光変調層はオフ状態にな
り、空間光変調素子からの出力光の強度２０６はゼロに
なる。この繰り返しによって空間光変調素子からの読み
出し光が観測される。この方法は、減衰の速い蛍光体を
ＣＲＴの画面に用いても、読み出し光のデューティー比
（駆動の一周期において読み出し光がオン状態になって
いる時間の割合）を大きくすることができ、明るい画像
が得られるという特徴がある。一般に、空間光変調素子
に大きな値の負の電圧を印加した場合、書き込み光が入
力されていない場合であっても、負の電圧によって生じ
る電界によって空間光変調素子がオン状態にスイッチン
グすることがある。しかし、タイミングチャート（ｃ）
に示すような波形を有する駆動信号を用いた場合、この
駆動信号の波形では空間光変調素子に大きな値の負の電
圧がかからないので空間光変調素子の光変調層がオン状
態にスイッチングすることがない。また、それに起因す
る画像のコントラスト比の低下も抑えられる。さらに、
ＣＲＴの画面上の蛍光体の発光強度を変えることによ
り、空間光変調素子の読み出し光の中間調表示が可能に
なることも報告されている。

【０００３】強誘電性液晶に印加される電界が非常に大
きいと分極によりイオンが液晶中に発生し、このイオン
が液晶／配向膜界面に蓄積される。このため強誘電性液
晶のスイッチングの閾値電圧が蓄積されたイオンによっ
て変動し、駆動にともなってスイッチング特性に経時変
化が現れる。これを避けるために、駆動パルス電圧信号
の波形を電圧の局性（正負）に関して対称にすることが
一般に行われる。こうすることにより、液晶中のイオン
の変位を平均として０にすることができ、経時変化に対
する耐性が増す。この様な駆動パルスの例は、ジャパニ
ーズ・ジャーナル・オヴ・アプライド・フィジクス第２
８巻(１９８９年)第１１６頁から第１１８頁（Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８（１９８９）Ｐ．１１６
−１１８）に記されている。駆動パルス電圧信号の例を
図３及び図４に示す。図３において、タイミングチャー
ト（ａ）は空間光変調素子の駆動信号（駆動パルス電
圧）の波形を示し、タイミングチャート（ｂ）は空間光
変調素子からの出力光の強度を示している。図３のタイ
ミングチャート（ａ）に示すように、駆動信号は消去パ
ルス３０１と書き込みパルス３０２の繰り返しで構成さ
れ、これらの２つのパルス３０１と３０２とは幅が等し
く、パルス高は正負が逆で絶対値が等しい。空間光変調
素子にこの駆動信号が印加されると、消去パルス３０１
期間中は書き込み光入力があるかないかに関わらず、読
み出し光はオフ状態になる。また、書き込みパルス３０
２期間中は書き込み光入力がある場合に限りオン状態と
なる。従って書き込み光がある場合の読み出しの出力光
強度３０３の応答は図３のタイミングチャート（ｂ）に
示すようになる。図４は駆動信号の別の例を示してい
る。図４において、タイミングチャート（ａ）は空間光
変調素子の駆動信号（駆動パルス電圧）の波形を示し、
タイミングチャート（ｂ）は空間光変調素子からの出力
光の強度を示している。図４のタイミングチャート
（ａ）に示すように、１単位の駆動信号は消去パルス４
０１、第一の低電圧期間４０２、書き込みパルス４０
３、第二の低電圧期間４０４からなる。消去パルス４０
１と書き込みパルス４０３は幅が等しく、パルス高は正
負が逆で絶対値が等しい。また、２つの低電圧期間４０
２及び４０４も幅が等しく逆極性である。この場合、消
去パルス４０１が印加されると、書き込み光の有無にか
かわらずオフ状態となる。また、書き込みパルス４０３
が印加されると、書き込み光がある場合に限りオン状態
となる。タイミングチャート（ａ）に示す駆動信号に対
応する出力光の強度４０５の典型例をタイミングチャー
ト（ｂ）に示す。

【０００４】空間光変調素子の駆動信号のさらに別の例
を図５に示す。図５において、タイミングチャート
（ａ）は空間光変調素子の駆動信号（駆動パルス電圧）
の波形を示し、タイミングチャート（ｂ）は空間光変調
素子からの出力光の強度を示している。タイミングチャ
ート（ａ）に示すように、単位駆動信号は消去パルス５
０１、第１の低電圧期間５０２、書込みパルス５０３及
び第２の低電圧期間５０４からなる。上記図３及び図４
に示す駆動信号の例では、読み出し光のデューティー比
は高々１／２である。ところが、図５に示すように、第
１と第２の低電圧期間５０２、５０４の長さの比を変え
ることにより、読み出し出力光強度５０５のデューティ
ー比を１に近くすることができる。これは我々が提唱し
ている方法である。この方法の場合、読み出された光の
明るさの時間平均値も大きくなり、コントラスト比も改
善される。駆動パルスは非対称になるが、直流成分が０
であるかぎり経時変化は抑制することが可能である。ま
た、配向膜として導電性のものを用いれば経時変化はさ
らに小さくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】空間光変調素子を投写
型ディスプレイやホログラフィーＴＶとして用いる場
合、画面全体で明るさが一様であることが必要である。
ところが、書き込み手段としてのＣＲＴの１フレーム
（すなわち１表示周期）と空間光変調素子の駆動周期が
完全に同期している場合、空間光変調素子の各部分で明
るさを一様にするのが困難となる。これを図６を用いて
説明する。図６において、（ａ）は画面６０５上の走査
線６０１、６０３を示す平面図であり、タイミングチャ
ート（ｂ）はＣＲＴ及び空間光変調素子の駆動信号（駆
動パルス電圧）の波形を示している。タイミングチャー
ト（ｃ）は画面６０５上の蛍光体６０２の発光強度を示
し、タイミングチャート（ｄ）は蛍光体６０２に対応す
る空間光変調素子の画素からの出力光の強度を示してい
る。また、タイミングチャート（ｅ）は画面６０５上の
蛍光体６０４の発光強度を示し、タイミングチャート
（ｆ）は蛍光体６０４に対応する空間光変調素子の画素
からの出力光の強度を示している。

【０００６】一般にＣＲＴの画面６０５は電子ビームに
より走査され、電子ビームにより照射された部分の蛍光
体６０２、６０４が発光することにより画像が画面６０
５上に表示される。ＣＲＴ画面６０５上で上から下へと
電子ビームが走査していく場合、ＣＲＴ上部の走査線６
０１上にある画素（ａ）６０２は１フレーム中の早い時
刻に発光するが、ＣＲＴ下部の走査線６０３上にある画
素（ｂ）６０４はこれよりも遅く発光する。その結果、
読みだし期間６０７をＣＲＴの１フレームとほぼ等しく
なるようにした場合、画素６０２及び画素６０４からの
光パルスはそれぞれ図６中のタイミングチャート（ｃ）
及び（ｅ）において６０８及び６１０で示したような波
形になる。光パルス６０８及び６１０にそれぞれ対応す
る空間光変調素子の画素からの出力光の強度はタイミン
グチャート（ｄ）及び（ｆ）において６０９及び６１１
で示したような波形になる。かりに書き込み光パルス６
０８及び６１０の強度が同じであるとしても、同じ周期
における読み出し出力光強度６１１の平均値は読み出し
出力光６０９の平均値よりも小さくなる。従って、人間
の目には出力光６１１の方が出力光６０９よりも暗く感
じられ、画面６０５の左上が明るく右下が暗く感じられ
る。このような理由により空間光変調素子の出力の各部
分での明るさが一様でなくなる。

【０００７】本発明は、このような空間光変調素子の出
力面での明るさが不均一になるという問題を解決し、さ
らに、出力面において中間調表示が可能で明るい画像を
得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】対向する２枚の透明導電
性電極の間に強誘電性液晶層と整流性を有する光導電層
を挟み込む構造の空間光変調素子と、前記空間光変調素
子の前記光導電層側に置かれる光書き込み手段を備えた
画像表示装置において、前記光書き込み手段の一表示期
間中に、単位駆動電圧周期を、前記２枚の透明導電性電
極間に１回より多く印加する。この構成において、光書
き込み手段の一表示期間の長さの、単位駆動電圧周期の
長さに対する比が１．５以上１０００以下であることが
好ましい。また、空間光変調素子は光書き込み手段から
の入射光強度に対して２つの閾値を有し、第１の閾値以
下の入射光強度に対する空間光変調素子の光出力（以
下、光出力と略記する）が概ねゼロであり、前記第１の
閾値と第２の閾値の間の入射光強度に対する前記光出力
が入射光強度の増加とともに増加し、前記第２の閾値を
越える入射光強度に対する前記光出力が入射光強度に概
ね依存しないことが好ましい。また、光書き込み手段か
ら空間光変調素子への入射光強度は、前記光書き込み手
段の一表示期間内において時間とともに単調に減少し、
前記光書き込み手段が画像を書き換える直前の、前記光
書き込み手段から前記空間光変調素子への入射光強度の
最大値（以下、閾値光強度と呼ぶ）は、第２の閾値を越
えており、かつ前記閾値光強度の入射光は、前記光書き
込み手段が画像を書き換える周期内で、第１の閾値以下
に減衰することが好ましい。また、光書き込み手段はＣ
ＲＴであることが好ましい。さらに、前記単位駆動電圧
周期は消去電圧期間とそれに引き続く書き込み電圧期間
によって構成するか、または、消去電圧期間、第一の低
電圧期間、書き込み期間、及び第二の低電圧期間によっ
てこの順に構成するとよい。後者の場合、第二の低電圧
期間が第一の低電圧期間よりも大きいくすることが好ま
しい。さらに、消去電圧期間に印加される消去電圧が、
光導電層が順バイアスとなる方向を正として＋２Ｖ以上
＋３０Ｖ以下であり、書き込み電圧が−３０Ｖ以上−２
Ｖ以下であり、かつ第二の低電圧期間の電圧が−２Ｖ以
上＋２Ｖ以下であることが好ましい。

【０００９】

【作用】ＣＲＴの１フレーム期間中に複数単位の駆動信
号（駆動パルス）を空間光変調素子に印加すると、ＣＲ
Ｔの画面上にに表示された情報の空間光変調素子への書
き込み及び消去が１フレーム中に繰り返し行われる。こ
のとき、各単位駆動信号（駆動パルス）における空間光
変調素子への書き込み情報、あるいは空間光変調素子か
らの出力光強度は、概ねその時刻におけるサンプリング
されたＣＲＴ画面上の蛍光体の発光強度に対応したもの
となっている。従って、この単位駆動信号（駆動パル
ス）の１周期がＣＲＴ画面上の蛍光体の発光強度の減衰
の時定数に比べて十分小さい場合、各単位駆動信号（駆
動パルス）における空間光変調素子の出力光強度のピー
ク値を滑らかに結んだ包絡線は、蛍光体の発光強度の時
間変化曲線とほぼ等しくなる。これは、ＣＲＴの画面を
直視する場合とほぼ等しい画像が空間光変調素子の出力
面に得られることを示している。これにより空間光変調
素子の画面上での位置にかかわらず一様な出力光強度が
得られる。

【００１０】ところで、１フレーム（時間をＴ_CRTとす
る）内でＣＲＴの画面上の蛍光体の発光強度Ｌは概ね指
数関数的に減衰し、時刻をｔとして次式（式１）のよう
に表される。Ｌ＝Ｌ_iｅｘｐ（−ｔ／τ）（０≦ｔ≦Ｔ_CRT）（式１）ここで、Ｌ_iはＣＲＴの発光強度の初期値、τは減衰の
時定数である。そして、１フレームの最後における値Ｌ
₁は、（式１）でｔ＝Ｔ_CRTとおいて、次式（式２）のよ
うに表される。Ｌ₁＝Ｌ_iｅｘｐ（−Ｔ_CRT／τ）（式２）いま、空間光変調素子の出力光強度が飽和を始めるとき
の入力光強度をＬ₂とするとき、Ｌ₁≧Ｌ₂であるなら
ば、１フレーム中にわたって空間光変調素子はぼぼ最大
の出力状態を繰り返し、１フレームにわたる積分値とし
て最大の明るさを得ることができる。一方、１フレーム
の途中でＣＲＴの発光強度がＬ₂を下回る場合（Ｌ₁＜Ｌ
₂、すなわちＬ_i＜Ｌ₂ｅｘｐ（Ｔ_CRT／τ）に対応）に
は、その時点からの空間光変調素子の出力は最大の出力
状態では無くなる。これは、０≦Ｌ_i≦ Ｌ2ｅｘｐ（Ｔ
_CRT／τ）を含む範囲でＬ_iを変化させれば、１フレーム
にわたる積分値としてフルコントラストで中間調表示が
可能であることを示している。

【００１１】

【実施例】本発明に係る方法により駆動される空間光変
調素子の一例の構成を図７に示す。図７に示すように、
空間光変調素子７１３は、透明な基板７０１（例えばガ
ラス）上に形成された透明導電性電極７０２（例えばＩ
ＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ など）と、整流性を持つ光導電
層７０６と、光導電層７０６の上に形成された微小形状
に分離された金属反射膜７０７（例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ａｇなどの金属、あるいは２種以上の金属を積層し
たもの）と、金属反射膜７０７上に形成された液晶を配
向させるための配向膜７０８（例えばポリイミド等の高
分子薄膜）と、もう一方の基板７１２（例えばガラス）
上に形成された透明導電性電極７１１（例えばＩＴＯ、
ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ など）と、透明導電性電極７１１の上
に塗布されたもう一方の配向膜７１０（例えばポリイミ
ド等の高分子薄膜）と、配向膜７０８及び７１０の間に
注入された強誘電性液晶７０９を具備している。一方の
基板７１２、透明電極７０２、光導電層７０６、金属反
射膜７０７及び配向膜７０８と、他方の基板７１２、透
明電極７１１及び配向膜７１０とは別々に形成され、最
後にこれらをある間隙をもたせて張り合わせて、間隙部
分に強誘電性液晶７０９を注入したものである。

【００１２】光導電層７０６に使用する材料は例えば、
ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｇａ
Ａｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の化合
物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半導
体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-x
Ｃx（０＜ｘ＜１）の多結晶または非晶質半導体、ま
た、（１）フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）例えば無
金属Ｐｃ，ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，Ｍ
ｇ，Ｓｉ（ＯＨ）₂ など），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯ
ＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，Ｉｎ
ＢｒＰｃＢｒなど、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素
などのアゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物及びペニ
レン酸イミドなどのペニレン系顔料、（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、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シア
ニン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／ＴＮ
Ｆなどの電荷移動錯体、（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など有機半導体がある。また、非
晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ1-xＣx，Ｓｉ1-xＧｅx，Ｇｅ1-
xＣx（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇｅ，ａ−Ｓｉ1-xＣx，ａ
−Ｓｉ1-xＧｅx，ａ−Ｇｅ1-xＣxのように略す）を光導
電層７０６に使用する場合、水素またはハロゲン元素を
含めてもよく、誘電率を小さくする及び抵抗率の増加の
ため酸素または窒素を含めてもよい。抵抗率の制御には
ｐ型不純物であるＢ，Ａｌ，Ｇａなどの元素を、または
ｎ型不純物であるＰ，Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加して
もよい。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などの接合を
形成し、光導電層７０６内に空乏層を形成するようにし
て誘電率及び暗抵抗あるいは動作電圧極性を制御しても
よい。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７０
６内に空乏層を形成してもよい。また、光導電層７０６
の膜厚は０．１〜１０μｍが望ましい。

【００１３】この素子の具体的な作成方法の一例につい
て述べる。まず、ガラスの基板７０１（４０mm×４０mm
×１mm）上にスパッタ法により透明導電性電極７０２と
してのＩＴＯ薄膜を堆積する。ＩＴＯ膜の厚さは１００
０オングストロームとした。そして、光導電層７０６と
してｐｉｎ構造のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：
Ｈ）をプラズマＣＶＤ法により堆積する。このときのｐ
層７０３、ｉ層７０４、ｎ層７０５の厚みはそれぞれ１
０００オングストローム、１７０００オングストロー
ム、２０００オングストロームであり、合計で２μｍに
なるようにした。ｐ層７０３には不純物としてＢ（ホウ
素）を４００ｐｐｍ、ｎ層７０５にはＰ（燐）を４０ｐ
ｐｍ添加した。ｉ層７０４は無添加である。次に金属反
射膜７０７を作成するために真空蒸着法により全面にＣ
ｒを形成した。その後フォトリソグラフィーを用いて微
小形状に分割した。このときの金属反射膜７０７の大き
さは２３μｍ×２３μｍであり、画素間の幅は２μｍと
した。また、画素数は１０⁶ （１０００×１０００）と
した。この上からスピンコート法によりポリアミック酸
を塗布し、熱硬化をおこなってポリイミド配向膜７０８
を形成した。このときのポリイミドの厚みは１００オン
グストロームとした。配向処理はナイロン布で配向膜７
０８上を一方向に擦ることにより行った。もう一方の基
板７１２（ガラス）上にも同様にしてＩＴＯ透明導電性
電極７１１を形成し、ポリイミド配向膜７１０を形成し
て配向処理を行った。次にこの基板７１２上に直径１μ
ｍのビーズを分布させてもう一方の基板７０１を張り合
わせることにより両基板間に１μｍのギャップを形成し
た。最後にこのギャップに強誘電性液晶７０９を注入し
て熱処理を行うことにより空間光変調素子７１３が完成
した。

【００１４】本発明に係る方法により駆動される空間光
変調素子の別の構成例を図８に示す。図８において、空
間光変調素子８１７は、透明基板８０１上に形成された
透明電極８０３、透明電極８０３上に形成され、ｐ層８
０４、ｉ層８０５及びｎ層８０６を含む整流性を有する
光導電層８０７と、光導電層８０７上にそれぞれ別々に
形成された複数の金属反射膜８１０と、液晶を配向させ
るための金属反射膜８１０上に形成された配向膜８１２
と、もう一方の基板８１４上に形成されたもう一方の透
明電極８１３と、透明電極８１３上に塗布されたもう一
方の配向膜８１２と、配向膜８１２間に注入された強誘
電性液晶８１１とを具備している。さらに、８１６で示
された部分は空間光変調素子の画素に相当し、８１７で
示された部分は画素間の分離帯に相当する。図８に示し
た空間光変調素子の構造は、基本的には図７の空間光変
調素子の構造と同じであるが、以下の点において異な
る。（１）基板８０１と透明導電性電極８０３の間に例えば
Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇなどの金属からなる入力遮光膜
８０２を形成して、書き込み光により画素分離８１５部
分の光導電層の抵抗が下がって画素間のクロストークが
生じることによる解像度の低下を防ぐ。（２）隣合う金属反射膜８１０の間の光導電層８０７の
ｎ層８０６の全部及びｉ層８０５の一部を除去し、溝を
形成する。これにより隣合う金属反射膜８１０間が低抵
抗なｎ層によってつながることがなく、電気的に分離さ
れ解像度が向上する。（３）（２）で形成した溝の底に例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ａｇなどの金属からなる出力遮光膜８０８を形成す
る。これにより、読み出し出力光が光導電層８０７の側
へ回り込むことによるスイッチング誤動作がなくなり、
読み出し光強度を大きくできる。（４）溝の部分に有機遮光膜８０９を入れてある。これ
によりさらに読み出し光に対する遮光度が向上する。

【００１５】この他にも、例えば図７において金属反射
膜７０７のかわりに全面に誘電体の反射膜を形成した構
造の空間光変調素子もある。以下では主として図７及び
図８に示した空間光変調素子を用いて説明を行うが、こ
のような誘電体反射膜を有する空間光変調素子に対して
もほぼ同様の効果が得られる。

【００１６】次に、空間光変調素子の動作原理を図１を
参照しつつ説明する。図１において、タイミングチャー
ト（ａ）はＣＲＴにおける電子ビームの強度を示す。タ
イミングチャート（ｂ）はＣＲＴ画面上の蛍光体の発光
強度を示す。タイミングチャート（ｃ）は空間光変調素
子を駆動するための駆動信号の第１の好適な実施例の波
形を示す。タイミングチャート（ｄ）は第１の実施例に
おける駆動信号により駆動された空間光変調素子からの
出力光の強度を示す。タイミングチャート（ｅ）は空間
光変調素子を駆動するための駆動信号の第２の好適な実
施例の波形を示す。タイミングチャート（ｆ）は第２の
実施例における駆動信号により駆動された空間光変調素
子からの出力光の強度を示す。

【００１７】まず、単位駆動信号（駆動パルス）として
図１のタイミングチャート（ｃ）に示された駆動信号１
０７を用いる。タイミングチャート（ｃ）に示された駆
動信号１０７は消去パルス１０５と読み出し期間（ある
いは、書き込み期間）１０６の繰返しからなる。整流性
を持つ光導電層と強誘電性液晶層が直列に接続された空
間光変調素子に消去パルス１０５が印加されると、光導
電層には順方向電圧が加わって低抵抗状態となり、強誘
電性液晶は強制的にオフ状態になる。次に低電圧の読み
出し期間１０６になると、光導電層は逆方向状態にな
る。書き込み光の強度に概ね比例した光電流が光導電層
に発生するので、強誘電性液晶と光導電層の界面に電荷
が蓄積される。すると、この電荷を丁度打ち消すように
強誘電性液晶が分極反転する。蓄積される電荷をＱ、強
誘電性液晶の分極状態をＰとすると、Ｐ＝Ｑの関係があ
る。強誘電性液晶のもつ分極の大きさをＰ₀とすると、
安定状態は一般にはＰ＝＋Ｐ₀またはＰ＝−Ｐ₀の２値で
あるとされているが、蓄積される電荷の量Ｑを−Ｐ₀＜
Ｑ＜＋Ｐ₀の範囲で安定に制御できればこれらの中間の
分極状態も安定に実現しうる。この状態は、液晶層内で
面積的に＋Ｐ₀と−Ｐ₀の状態が分布しているか、もしく
は液晶分子の反転の過渡的な状態であると考えられる。
今の場合、光電流の量、すなわち書き込み光の強度によ
って読み出し出力光強度が制御でき、中間調を実現でき
る。

【００１８】一般に、書き込み光が存在しない場合、空
間光変調素子に印加された大きな値の負の電圧によって
発生する電界によって空間光変調素子がオン状態にスイ
ッチングすることが知られている。それによって画像の
コントラストが低下する。しかしながら、単位駆動信号
１０７には大きな値の負の電圧が含まれていないため、
空間光変調素子の出力面に形成された画像のコントラス
トは低下しない。さらに、単位駆動信号１０７における
消去パルス１０５の幅を十分に小さくすれば、単位駆動
信号１０７内における空間光変調素子のオン状態の割合
が大きく（すなわちデューティー比が大きく）なり、た
めタイミングチャート（ｄ）に示す出力光強度１０９の
時間的平均値も大きくなる。

【００１９】次に、空間光変調素子の駆動信号として、
第２の実施例である図１のタイミングチャート（ｅ）に
示した単位駆動信号（駆動パルス）１１４を用いること
もできる。単位駆動信号１１４は消去パルス１１０、第
１の低電圧期間１１１、書込みパルス１１２及び第２の
低電圧期間１１３からなる。単位駆動信号（駆動パル
ス）１１４はタイミングチャート（ｃ）に示す単位駆動
信号（駆動パルス）１０７に書き込みパルスが付加され
たものであると考えられる。この単位駆動信号（駆動パ
ルス）１１４は電圧の正負に関して対称であるため、液
晶が高電界でイオンを発生してもその変位の平均値は０
となる。さらに、液晶と配向膜の界面に電荷が蓄積され
てないので、液晶のスイッチングの閾値電圧も変動せ
ず、空間光変調素子の出力面に形成された画像のコント
ラストが時間とともに変化することもない。その結果、
空間光変調素子は安定して駆動される。また、第２の低
電圧期間１１３の長さを第１の低電圧期間１１１の長さ
よりも長くすると、読み出し光のデューティー比が大き
くなり、画像のコントラストも大きくなる。

【００２０】次に、本発明によって均一で明るい画像が
得られる理由を説明する。図１のタイミングチャート
（ａ）はＣＲＴにおける電子ビーム１０３の強度を示
し、タイミングチャート（ｂ）はＣＲＴ画面上の蛍光体
の発光強度を示し、タイミングチャート（ｃ）及び
（ｅ）は駆動信号１０８及び１１５の波形を示し、タイ
ミングチャート（ｄ）及び（ｆ）は空間光変調素子から
の出力光１０９及び１１６の強度を示している。電子ビ
ームはＣＲＴ画面上を走査するので、ＣＲＴ上のある画
素についてみると画像の１フレーム（１表示周期）１０
２毎に電子ビームが到達する。このとき、電子ビーム１
０３の強度は、そのフレームでＣＲＴ画面上に表示され
るべき画像のその画素における明るさに比例している。
従って、異なった強度１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを
有する電子ビーム１０３が所定の間隔で各画素に連続的
に到達する。ＣＲＴ画面上の蛍光体はそれに到達した電
子ビーム１０３の強度に比例した輝度を有する光を出力
し、蛍光体から出力された光は所定の時定数をもって減
衰する。それゆえ、図１のタイミングチャート（ｂ）に
示す蛍光体の発光強度１０４の特性曲線が得られる。

【００２１】ＣＲＴの１フレーム１０２中において、複
数の単位駆動信号（駆動パルス）１０７により空間光変
調素子を駆動すると、各単位駆動信号（駆動パルス）１
０７ごとの出力光の強度１０９は、その時点での蛍光体
発光強度１０４に比例したものになる。その結果、人間
の目に感じられる画素の明るさ、すなわち１フレーム１
０２での出力光強度１０９の時間的平均値は蛍光体発光
強度１０４にほぼ比例したものとなる。それゆえ、忠実
な画像が空間光変調素子上に再現される。１フレーム１
０２の中に含まれる単位駆動信号（駆動パルス）１０７
の単位数を大きくすればするほど、図１のタイミングチ
ャート（ｄ）に示す各単位駆動信号１０７における出力
光強度１０９のピークをつないだ包絡線は図１のタイミ
ングチャート（ｂ）に示す蛍光体発光強度１０４の形に
近づく。その結果、出力光強度１０９は駆動信号（駆動
パルス電圧）１０８と電子ビーム強度１０３の間の時間
差に依存しなくなる。言い替えれば、異なった強度１０
１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有する電子ビーム強度パル
ス１０１が駆動信号１０８のどの部分に入ってきても、
読み出し光強度の１フレーム１０２中における出力光強
度１０９の時間平均値はあまり変わらない。これは、空
間光変調素子の画面上のどの部分においても、電子ビー
ム強１０３の強度に対して同じ感度で出力光強度１０９
が得られるため、空間光変調素子の出力画像の明るさが
一様になることを意味する。

【００２２】＜実験例１＞上記空間光変調素子と光書き
込み手段としてのＣＲＴを用いた光学系を図９を参照し
つつ説明する。図９に示すように、この光学系はＣＲＴ
９０１と、空間光変調素子９０２と、空間光変調素子９
０２の駆動源９０３と、ビームスプリッター９０４と、
偏光子９０５及び検光子９０６を具備している。ＣＲＴ
９０１からの画像に対応する入力光９０７が空間光変調
素子９０２の光導電層側から書き込まれる。この画像
は、偏光子９０５及びビームスプリッター９０４を通っ
て入力される読み出し入力光９０８によって読み出され
る。偏光子９０５と検光子９０６はそれらの軸が互いに
直交するように配置されている。また、空間光変調素子
９０２は強誘電性液晶のオフ状態で消光位置になるよう
な方向に配置されている。空間光変調素子として、図８
に示す構造のものを用いた。なお、ＣＲＴ９０１の画素
ピッチは空間光変調素子９０２の画素ピッチと一致して
いてもよく、また異なっていてもよいが、ここでは画素
ピッチ５０μｍ、走査線５２５本のものをＣＲＴ９０１
として用いた。また、前記（式１）において示した式に
おけるＣＲＴの蛍光体の発光強度の減衰の時定数τは、
７ｍｓｅｃである。なお、ＣＲＴ９０１の像を空間光変
調素子９０２の光導電層に鮮明に（ぼけの無いような状
態で）結像させるために、レンズ系やセルフォックレン
ズアレイ（日本板硝子株式社の商標）などの結像光学系
を間に挿入しても良い。読み出し入力光９０８の光源と
して、ハロゲンランプを使用した。

【００２３】ＣＲＴ９０１の１フレームは１６．７ｍｓ
ｅｃであり、空間光変調素子９０２の駆動周期はこれよ
りも小さくする（例えば１ｍｓｅｃ程度）が、これらの
相互の駆動方法としては、全く同期を取らずに独立に駆
動しても良いし、あるいは、空間光変調素子９０２の駆
動周期の何個か毎（例えば１６個毎）にトリガーパルス
を発生してＣＲＴ９０１に送るというかたちで同期をと
って駆動しても良い。この光学系では前者の方法を採用
した。

【００２４】図１のタイミングチャート（ｃ）に示すよ
うに、多数の単位駆動信号（駆動パルス）１０７含む駆
動信号１０８を用いて、実際に空間光変調素子９０２を
駆動し、ＣＲＴ９０１に動画像を再生させ、空間光変調
素子９０２からのて読み出し光を観測した。単位駆動信
号（駆動パルス）１０７において、消去パルス１０５の
幅は０．１ｍｓｅｃであり、その電圧（高さ）は＋１０
Ｖであった。また、読み出し期間１０６の幅は１．１ｍ
ｓｅｃであり、その電圧（高さ）は−０．９１Ｖであっ
た。この場合、ＣＲＴの一周期は１．２ｍｓｅｃであっ
た。空間光変調素子９０２からの出力光はビームスプリ
ッター９０４を介して直接観察者９１０により観察され
た。観察の結果、ＣＲＴ９０１に表示された画像は空間
光変調素子９０２の出力面に忠実に再現されていること
が確認された。再生された画像の明るさは空間光変調素
子の画面上全体にわたって均一であった。さらに、階調
表現も忠実に再現されていた。さらに、読み出し入力光
９０８が１０⁶ ｌｘ程度の明るさでもコントラストの良
好な画像が得られた。このときのコントラスト比は１０
０：１であった。空間光変調素子の出力面にはＣＲＴの
動画像に対する残像現象は観測されなかった。空間光変
調素子９０２の液晶の配向膜として安定性の高い導電性
ポリイミドを用いているため、数百時間にわたって連続
駆動しても経時変化に対しては安定であった。それゆ
え、空間光変調素子からの出力像の質や明るさに変化は
なかった。

【００２５】さらに、読みだし出力光９０９の強度を光
検出器で検出し、そのときの時間的な変化をオシロスコ
ープを用いて観測した。そうすると、図１のタイミング
チャート（ｃ）に示す駆動信号１０８に対してタイミン
グチャート（ｄ）に示す出力光強度１０９の波形が得ら
れた。各単位駆動信号（駆動パルス）１０７における出
力光強度１０９のピークを滑らかに結んだ包絡線は、タ
イミングチャート（ｂ）に示す蛍光体発光強度１０４の
波形とほぼ一致した。電子ビーム１０３の強度パルスが
最大の場合（例えばパルス１０１ａの場合）における蛍
光体発光強度１０４に対しても出力光強度１０９の応答
が飽和することはなかった。

【００２６】なお、図９に示す光学系に図７に示した空
間光変調素子７１３を用いて、光学系を同様に駆動し
た。この場合、読み出し入力光９０８に対する遮光度が
十分でないため像の明るさは１０³ ｌｘ程度が限界では
あるが、それ以外については図８に示した空間光変調素
子８１６を用いた場合と同様であった。また、空間光変
調素子として図７における金属反射膜７０７の代わりに
誘電体反射膜を有する構造のものを用いても同様の効果
が得られた。

【００２７】＜実験例２＞次に、図１のタイミングチャ
ート（ｅ）に示す単位駆動信号（駆動パルス）１１４を
含む駆動信号１１５を用いて、図９に示す前記光学系の
駆動を行った。単位駆動信号（駆動パルス）１１４にお
いて、消去パルス１１０は幅０．１ｍｓｅｃであり、そ
の電圧（高さ）は＋１０Ｖであった。また、第１の低電
圧期間１１１の幅は０．１ｍｓｅｃであり、その電圧
（高さ）は０Ｖであった。さらに、書き込みパルス１１
２の幅は０．１ｍｓｅｃであり、その電圧（高さ）は−
１０Ｖであった。さらに、第２の低電圧期間の幅は０．
９ｍｓｅｃであり、その電圧は０Ｖであった。空間光変
調素子としては図８に示す構造のものを用いた。この場
合もＣＲＴ９０１の画像は空間光変調素子９０２の出力
面上で明るさが均一になるように忠実に再現されいた。
さらに、空間光変調素子の出力面上では階調表現も行わ
れていたし、残像現象も観察されなかった。空間光変調
素子９０２からの読み出し光の明るさは１０⁶ｌｘ程度
まで上げることができた。しかしながら、駆動信号１１
５に含まれている書込みパルス１１２による電界により
強誘電性液晶のスイッチング現象が生じ、そのため空間
光変調素子の出力面上での画像のコントラストは上記実
験例１の場合よりも多少劣り、コントラスト比は８０：
１であった。再生された画像自体は十分観察に耐えうる
ものであった。駆動信号１１５は電圧に関して正負対称
であるため、空間光変調素子の駆動の安定性は一段と向
上し、数千時間の連続駆動に対しても安定であった。

【００２８】上記実験例１の場合と同様に、読みだし出
力光９０９の強度を光検出器で検出し、そのときの時間
的な変化をオシロスコープを用いて観測した。そうする
と、図１のタイミングチャート（ｅ）に示す駆動信号１
１５に対してタイミングチャート（ｆ）に示す出力光強
度１１６の波形が得られた。

【００２９】また、図９に示す光学系に図７に示した空
間光変調素子７１３を用いて、光学系を駆動信号１１５
で同様に駆動した。この場合も、読み出し入力光９０８
に対する遮光度が十分でないため像の明るさは１０³ ｌ
ｘ程度が限界ではあるが、それ以外については図８に示
した空間光変調素子８１６を用いた場合と同様であっ
た。

【００３０】＜実験例３＞次に、空間光変調素子の応答
特性について検討するために以下の実験を行った。書き
込み光用光源としてＣＲＴの代わりにハロゲンランプを
用い、書き込み光の強度に対して読み出し光の明るさが
どの様に変化するかを測定した。このとき、駆動信号
（駆動パルス）に対して液晶がどの様にスイッチングす
るかを見るために、駆動信号波形とそれに対する読み出
し光の時間的変化をオシロスコープを用いて観測した。
その結果を図１０に示す。図１０において、タイミング
チャート（ａ）は異なった強度を有するいくつかの書込
み光に対して、図８に示す空間光変調素子８１７を駆動
信号１０８により駆動したときの、空間光変調素子から
の出力光の強度の変化を示している。駆動信号１０８は
上記実験例１における駆動信号と実質的に同じである。
図１０のタイミングチャート（ａ）において、１００４
ａで示された特性曲線は３０００μＷ／ｃｍ²の強度を
有する書込み光を用いた場合を示しており、１００４ｂ
で示された特性曲線は５００μＷ／ｃｍ²の強度を有す
る書込み光を用いた場合を示しており、また１００４ｃ
で示す特性曲線は書込み光を用いなかった場合を示して
いる。図１０のタイミングチャート（ａ）から、書き込
み光の強度を上げるにしたがって読み出し期間１００２
における出力光強度１００４の立ち上がりが急になり
（速くなり）、また時間平均としての読み出し光強度が
大きくなることがわかる。図１０のタイミングチャート
（ｂ）において、駆動信号（駆動パルス電圧）１００３
は消去パルス１００１及び読み出し期間１００２を含
む。これは、読み出し期間１００２において光導電層に
書き込み光強度に比例した光電流が発生し、光導電層と
強誘電性液晶との界面に電荷が蓄積され、その電荷の量
につりあうように液晶が徐々に分極反転され、その結
果、空間光変調素子の中間調表示が得らることがわか
る。

【００３１】駆動パルス電圧１１５を用いて同様に測定
を行ってみた。この場合の結果を図１１に示す。図１１
のタイミングチャート（ａ）において、１１０６ａで示
された特性曲線は３０００μＷ／ｃｍ²の強度を有する
書込み光を用いた場合を示しており、１１０６ｂで示さ
れた特性曲線は５００μＷ／ｃｍ²の強度を有する書込
み光を用いた場合を示しており、また１１０６ｃで示す
特性曲線は書込み光を用いなかった場合を示している。
図１１のタイミングチャート（ｂ）において、駆動信号
（駆動パルス電圧）１１０５は消去パルス１１０１と、
第１の低電圧期間１１０２と、書込みパルス１１０３
と、第２の低電圧期間１１０４とを含む。図１１は、書
き込み光強度を変えることにより中間調が得られている
ことを示している。書き込みパルス１１０３が空間光変
調素子に印加されるとき、空間光変調素子の強誘電性液
晶に電界スイッチングが起こる。さらに、書き込み光が
０の場合でも、１１０６ｃで示された特性曲線において
出力光強度の僅かなピークが生じていることもわかる。

【００３２】以上２つの駆動方法について、各書き込み
光強度に対する読み出し光の強度の時間平均を計算し
た。計算結果を図１２に示す。図１２において、特性曲
線１２０１は単位駆動信号中に書込みパルスを含まない
駆動信号、例えば図１のタイミングチャート（ｃ）に示
す駆動信号１０７を用いて空間光変調素子を駆動した場
合を示している。また、他の特性曲線１２０２は単位駆
動信号中に書込みパルス１１２を含む駆動信号、例えば
図１のタイミングチャート（ｅ）に示す駆動信号１１４
を用いて空間光変調素子を駆動した場合を示している。
いずれの駆動方法についても、書き込み光強度が１００
〜１０００μＷ／ｃｍ² の範囲で中間調制御が可能であ
ることがわかる。そして、１００μＷ／ｃｍ² 以下では
ほぼ読みだし出力光強度は０であり、１０００μＷ／ｃ
ｍ² 以上では出力光強度は飽和していることがわかる。

【００３３】また、読み出し出力光の時間平均のコント
ラスト比は、駆動パルス電圧１０８に対して５３０：
１、駆動パルス電圧１１５に対して３２０：１と計算さ
れ、いずれも比較的良好であった。

【００３４】＜実験例４＞２種類の駆動信号（駆動パル
ス）に関して、パルス波形及び電圧値はそのままにして
周期のみを変え、図９に示す光学系で読み出しをおこな
い、空間光変調素子からの出力光の明るさの均一性を測
定した。ＣＲＴ９０１の画面上に表示され、均一な明る
さを有する画像を図８に示した構造を有する空間光変調
素子９０２に書き込む。空間光変調素子９０２からの読
みだし出力光９０９のうち、最も暗い部分の明るさに対
する最も明るい部分の明るさの比Ｒを計算し、画像の明
るさの不均一性の尺度とした。計算結果を表１に示す。
ただし、Ｔ_SLMは空間光変調素子の駆動信号（駆動パル
ス）の周期を、Ｔ_CRTはＣＲＴの１表示周期を表し、Ｒ₁
及びＲ₂は図１のタイミングチャート（ｃ）に示す駆動
信号（駆動パルス電圧）１０８及びタイミングチャート
（ｅ）に示す駆動信号（駆動パルス電圧）１１５で駆動
した場合の上記の比Ｒを示している。なお、Ｔ_CRT＝１
６．７ｍｓｅｃに固定してある。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から、Ｔ_CRT／Ｔ_SLMの値が１．５以上
１０００以下の範囲内でほぼ均一な読み出し光出力が得
られていることがわかる。Ｔ_CRT／Ｔ_SLMの値が１０００
より大きくなると、空間光変調素子の強誘電性液晶のス
イッチング速度が駆動パルスの変化に追随できなくな
り、空間光変調素子の出力面に再生された画像のコント
ラストが低下する。またＴ_CRT／Ｔ_SLMの値が１より小さ
くなると読み出し光出力のちらつきが目立ち始めて画像
の質が劣化する。

【００３７】＜実験例５＞図１のタイミングチャート
（ｃ）に示した駆動信号（駆動パルス電圧）１０８にお
いて、消去パルス１０５の長さを０．１ｍｓｅｃ、読み
だし期間１０６の長さを１．１ｍｓｅｃに固定し、これ
らのパルスの電圧（高さ）のみを変え、図８に示した構
造を有する空間光変調素子８１６を駆動した。消去パル
ス１０５の電圧を１０Ｖに固定し、読みだし期間１０６
の電圧を−３０Ｖから＋２Ｖの範囲内で変化させたが、
空間光変調素子から読み出される画像の質に変化はなか
った。読み出し期間１０６の電圧が＋２Ｖを超えると、
この期間において光導電層が光電流を発生しなくなり、
読み出し出力光の明るさは低下した。また、読みだし期
間１０６の電圧を−０．９１Ｖに固定し、消去パルス１
０５の電圧を＋２Ｖから＋３０Ｖの範囲内で変化させた
場合でも、空間光変調素子から読みだされる像の質は大
きく変わらなかった。消去パルス１０５の電圧が＋２Ｖ
より低くなると、空間光変調素子の光導電層が順方向状
態にならず、空間光変調素子（の各画素）に記録された
記録内容の消去が正常に行われなくなり、画像のコント
ラストが低下する。

【００３８】＜実験例６＞図１のタイミングチャート
（ｅ）に示す駆動信号（駆動パルス電圧）１１５におい
て、前記実験例２で用いたものを基本形として、消去パ
ルス１１０、書き込みパルス１１２、及び第２の低電圧
期間１１３のうちの１つのみの電圧（高さ）を変化さ
せ、図８に示す空間光変調素子８１６を駆動した。消去
パルス１１０の電圧のみを変化させた場合、上記実験例
５で述べた駆動信号（駆動パルス電圧）１０８の場合と
同様の理由で、消去パルス１１０の電圧が＋２Ｖから＋
３０Ｖの範囲で空間光変調素子の出力面上に良質な画像
が得られた。書き込みパルス１１２の電圧のみを変化さ
せた場合、書込みパルス１１２の電圧が−３０Ｖ以上−
２Ｖ以下の範囲で空間光変調素子の出力面上に良質な画
像が得られた。この電圧が−２Ｖより大きい場合も画像
の質は良好であるが、この範囲では実質上図１のタイミ
ングチャート（ｃ）に示す駆動信号（駆動パルス電圧）
１０８と等価になる。次に、第２の低電圧期間１１３の
電圧のみを変化させてみた。この場合も−３０Ｖ以上−
２Ｖ以下で空間光変調素子の出力面上に良好な画像が得
られた。この期間は駆動信号１０８における読みだし期
間１０６に対応するので、空間光変調素子の光導電層が
光電流を発生する電圧範囲においてのみ正常に動作する
と考えられる。

【００３９】＜実験例７＞以上の各実験例１から６にお
いては、図１のタイミングチャート（ａ）に示す１フレ
ーム１０２内でタイミングチャート（ｄ）又は（ｆ）に
示す空間光変調素子の出力光強度１０９又は出力光強度
１１６の波形がタイミングチャート（ｂ）に示すＣＲＴ
画面上の蛍光体の発光強度１０４を再現するので、蛍光
体の発光強度が最大の明るさの場合でも１フレーム１０
２の後半では出力光強度１０９又は出力光強度１１６の
応答は小さくなり、時間的な積分としてみたときの明る
さにロスがあることになる。ここでは、このような問題
を解決し、さらに中間調表示も可能にする方法について
詳しく述べる。

【００４０】いま、ＣＲＴが、周波数ｆ（周期Ｔ_CRT＝
１／ｆ）で、画像を書き換えるものとする。このとき、
空間光変調素子の駆動周期Ｔ_SLMに対するＣＲＴの駆動
周期Ｔ_CRTの比をｎとする。すなわち次式（式３）の関
係を満たすものとする。Ｔ_CRT＝ｎ×Ｔ_SLM （式３）但し、簡単のためｎは整数とする。空間光変調素子の出
力光強度として人間の目に実際に観測されるのは図１の
タイミングチャート（ｄ）に示す出力光強度１０９の時
間平均値

【数１】である。但し、Ｙ_iは各書き込み期間における出力光強
度であり、各単位駆動信号（駆動パルス）１０７または
単位駆動信号（駆動パルス）１１４におけるＣＲＴの光
出力Ｌを書き込み光強度として図１２に示す関係で与え
られるものである。

【００４１】ＣＲＴの光出力Ｌは、同一周期内において
時間とともに単調に減少する。従って、時刻ｔにおける
光出力Ｌ（ｔ）と、閾値Ｌ₁、Ｌ₂（例として駆動信号１
０８で駆動する場合を考えると、図１２によりＬ₁＝１
００μＷ／ｃｍ² 、Ｌ₂＝１０００μＷ／ｃｍ² とおけ
る。）の関係により、周期Ｔ_CRT内の空間光変調素子の
出力Ｙは変化する。（式３）においてｎ＝１６とした場
合の出力Ｙ_iの変化の様子を図１５に示す。図１５にお
いて、タイミングチャート（ａ）は時刻ｔ＝Ｔ_CR _Tにお
ける光出力Ｌが閾値Ｌ₂よりも大きい場合におけるＣＲ
Ｔの光出力を示し、タイミングチャート（ｂ）はそれに
対応する空間光変調素子からの出力光の強度を示す。ま
た、タイミングチャート（ｃ）は時刻ｔ＝Ｔ₁におい
て、Ｌ＝Ｌ₂であり、かつ、ｔ＝Ｔ_CRTにおける光出力Ｌ
がＬ₁よりも大きい場合におけるをＣＲＴの光出力を示
し、タイミングチャート（ｄ）はそれに対応する空間光
変調素子からの出力光の強度を示す。さらに、タイミン
グチャート（ｅ）はｔ＝Ｔ₂ において、Ｌ＜L₁となる場
合におけるＣＲＴの光出力を示し、タイミングチャート
（ｆ）はそれに対応する空間光変調素子からの出力光の
強度を示す。なお、各単位駆動信号（駆動パルス）１０
７内におけるＬの変化は無視できるものとした。

【００４２】空間光変調素子の光出力は（式４）で表わ
されるように、空間光変調素子の駆動周期毎に出力され
る光パルス強度Ｙ_iの線形和として表される。このと
き、Ｌ≧Ｌ₂における各パルス強度Ｙ_iがほぼ一定である
と近似することができ、Ｌ₁≦Ｌ＜Ｌ₂における各パルス
強度Ｙ_iがＬに応じて少なくともｍ段階に分割可能であ
れば、本発明の上記駆動方法により少なくともｎ×ｍ階
調を容易に実現することができる。なお、実際に試作し
た図７または図８に示す構造を有する空間光変調素子で
は、Ｌに応じて分割可能なＹ_iのレベルｍは、高々９０
程度なので、２５６階調を実現するためには、少なくと
もｎ≧３であることが好ましい。

【００４３】駆動パルス１０８を用いて、Ｔ_CRT＝１
６．７ｍｓｅｃ、Ｔ_SLM＝Ｔ_CRT／１６＝１．０４ｍｓｅ
ｃとし、実際に画像を表示した。駆動信号（駆動パルス
電圧）１０８として、消去パルスの幅を０．１０４ｍｓ
ｅｃ、電圧を１５Ｖにし、書き込み期間の幅を０．９３
６ｍｓｅｃ、電圧を−３．６３Ｖに設定した。この駆動
条件の場合も、図１２に示す場合とほぼ同じ応答を示し
た。２つの閾値Ｌ₁、Ｌ₂を実際に求めたところ、Ｌ₁＝
１００μＷ/ｃｍ² 、Ｌ₂＝８００μＷ/ｃｍ² であっ
た。

【００４４】本発明の駆動方法では、ＣＲＴの出力Ｌの
減衰特性に依存する残像について注意を必要とする。例
えば、図１５のタイミングチャート（ａ）及び（ｂ）に
示したように、最も明るい光出力Ｙを得る場合には、時
刻ｔ＝Ｔ_CRTにおいてＬ≧Ｌ₂であるため、次の周期（Ｔ
_CRT≦ｔ≦２Ｔ_CRT）に黒を表示しようとしても、Ｌ＞Ｌ
₁であるため、Ｙ＞０となる。すなわち、第１の画像表
示手段（例えばＣＲＴ）が６０Ｈｚで画像を書き換えて
も、実際に観測される画像は、６０Ｈｚで書換えられ
ず、残像が生じることになる。肉眼で残像を観察されな
いようにするためには、少なくとも時刻ｔ＝２Ｔ_CRT以
降ではＬ＜Ｌ₁に減衰させる必要がある。すなわち、Ｌ₂
の光量を、Ｔ_CRT以内でＬ₁以下に減衰させる残光特性の
蛍光体を用いる必要がある。

【００４５】本実験例の第１の画像表示手段に用いたＣ
ＲＴの蛍光体は（式１）で表わされる特性を有する。Ｌ＝Ｌ_iｅｘｐ（−ｔ／τ）（０≦ｔ≦Ｔ_CRT）（式１）ここで、ＬiはＣＲＴの発光強度の初期値、τは減衰の
時定数である。本実施例で用いた蛍光体では、τ＝８ｍ
ｓｅｃである。従って時刻ｔ＝Ｔ_CRTにおいて、Ｌ＝
０．１２４Ｌ_iであり、時刻ｔ＝２Ｔ_CRTにおいて、Ｌ＝
０．０１５Ｌ_iである。最も明るい出力Ｙを得る場合
に、０．１２４Ｌ_i＝Ｌ₂＝８００μＷ/ｃｍ²を満たすよ
うにＬ_iを設定したところ、Ｌ_i＝６４５０μＷ/ｃｍ²
であった。また、このとき０．０１５Ｌ_i＝９７μＷ/ｃ
ｍ² ＜Ｌ₁であり、残像を最小限に抑えることができ
た。

【００４６】なお、初期光量Ｌ_iを小さくするために
は、τ及びＬ₁／Ｌ₂を大きくすればよい。例えば、τ＝
４４０ｍｓｅｃ（時刻ｔ＝１ｓにおいて、Ｌ＝０．１０
３Ｌ_iである）とすると、時刻ｔ＝Ｔ_CRTにおける残光は
０．９６３Ｌ_i、ｔ＝２Ｔ_CRTにおける残光は０．９２７
Ｌ_iとなる。従って、最も明るい出力Ｙを得る為の初期
光量をＬ_i＝１１．４μＷ/ｃｍ² と小さくできる。さら
に、空間光変調素子のＬ₁とＬ₂の比（この場合Ｌ₁／Ｌ₂
＝０．９６３）を大きくすることで、残光を最小限に抑
えることが可能である。なお、以上では駆動信号（駆動
パルス電圧）１０８を用いた場合を中心に述べたが、駆
動信号（駆動パルス電圧）１１５の場合も、図１２に示
すように２つの閾値をもつので、同様な方法で動作を行
うことができる。

【００４７】＜実験例８＞図９に示した光学系を投写型
ディスプレイに組み込み、空間光変調素子の出力面に再
生された画像を拡大表示してみた。このときの光学系を
図１３に示す。なお、図９に示した光学系と同じ番号で
表示された部材は同一であるため、その説明を省略す
る。図１３において、空間光変調素子９０２の出力面に
再生された画像はビームスプリッター９０４、検光子９
０６などを介してレンズ１３１０により拡大され、スク
リーン１３１１上に投写される。空間光変調素子９０２
の画面は２．５ｃｍ角であるが、これをスクリーン上で
１００ｃｍ角に拡大した。駆動方法としては、前記実験
例１及び２の方法に準じた。駆動信号（駆動パルス電
圧）１０８及び１１５のいずれを用いて空間変調素子９
０２を駆動した場合でも、スクリーン１３１１上で良好
な画像が得られた。このときのスクリーン１３１１上で
の像の明るさは５００ｌｘであった。また、スクリーン
１３１１上での像のコントラスト比は１００：１であっ
た。スクリーン１３１１上では１画素が１ｍｍ角に拡大
されるが、このとき隣合う画素間のクロストークは観察
されず、きめの細かい画像が得られた。

【００４８】また、実験例７の方法を用いて空間光変調
素子９０２を駆動し、実際に動画を表示したところ、ス
クリーン１３１１上での像の明るさが最大１０００ｌ
ｘ、またスクリーン１３１１上での像のコントラスト比
は３００：１以上であり、きわめて自然な階調表示を実
現できることを確認した。

【００４９】次に、ＲＧＢ各色に対応したＣＲＴ９０１
及び空間光変調素子９０２等をセットにしたものを３組
用意して組合せた系を構成し、スクリーン１３１１上で
画像を合成した。これによりカラー画像が得られた。

【００５０】＜実験例９＞図８に示す構造を有する空間
光変調素子を用いて、図１４に示すホログラフィーテレ
ビジョン装置を構成した。図１４において、１４０２は
反射ミラー、１４０３はハーフミラー、１４０４はレン
ズ、１４０５はコリメーターを示す。被写体１４０６を
照射するためにコヒーレント光としてＨｅ−Ｎｅレーザ
ー１４０１を用い、コリメータ１４０５を通しての参照
光とともにＣＣＤ１４０７の撮像面上に干渉縞パターン
を形成する。このＣＣＤ１４０７上に形成された画像デ
ータはビデオ信号伝送路１４０８を介してＣＲＴ１４０
９に転送される。ＣＲＴ１４０９の画面上に表示された
画像はレンズ１４０４により空間光変調素子１４１０の
入力面に結像される。それゆえ、干渉縞パターンが空間
光変調素子１４１０に入力される。さらに、空間光変調
素子１４１０は干渉縞パターンをその出力面に再生す
る。別のＨｅ−Ｎｅレーザー１４０１’からのコヒーレ
ント光を用い、反射モードで空間光変調素子１４１０か
らの立体像を読み出す。空間光変調素子１４１０からの
干渉縞パターンはビームスプリッター１４１１を介して
コヒーレントな参照光により再生される。これにより立
体像の再生され、観測者１４１２により実時間で観測さ
れる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、高輝度で輝度ムラが少
なく、高コントラスト比で、中間調をもつ映像を映し出
す投写形ディスプレイ装置に最適な空間光変調素子の駆
動方法を提供する。また、この素子を用いてのホログラ
フィーテレビジョン装置は、実時間で鮮明な立体像が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における空間光変調素子の駆
動方法を説明するための波形図

【図２】従来の空間光変調素子の駆動方法を示す波形図

【図３】従来の駆動方法における駆動パルス波形の一例
を示す波形図

【図４】従来の駆動方法における駆動パルス波形の他の
一例を示す波形図

【図５】従来の駆動方法において高デューティー比の読
みだし出力光が得られる駆動パルス波形の一例を示す波
形図

【図６】従来の駆動方法で明るさの不均一が生じること
を説明するための図

【図７】この発明に係る方法により駆動される空間光変
調素子の一例を示す断面図

【図８】この発明に係る方法により駆動される空間光変
調素子の他の一例を示す断面図

【図９】空間光変調素子を評価するための光学系の模式
図

【図１０】空間光変調素子の駆動信号の波形の一実施例
及びそれに対する読みだし出力光応答を示す波形図

【図１１】空間光変調素子の駆動信号の波形の他の実施
例及びそれに対する読みだし出力光応答を示す波形図

【図１２】空間光変調素子の読みだし出力光強度の書き
込み光強度に対する依存性を示す図

【図１３】空間変調素子を用いた投写型ディスプレイ装
置の模式図

【図１４】空間変調素子を用いたホログラフィーテレビ
ジョン装置の模式図

【図１５】本発明の一実施例で用いたＣＲＴの光出力
と、空間光変調素子の出力との関係を示すタイミング図

【符号の説明】

１０１電子ビームパルス１０２１フレーム１０３電子ビーム強度１０４蛍光体発光強度１０５消去パルス１０６書き込み期間１０７駆動パルス単位１０８駆動パルス電圧１０９読み出し光強度１１０消去パルス１１１第１の低電圧期間１１２書き込みパルス１１３第２の低電圧期間１１４駆動パルス単位１１５駆動パルス電圧１１６読み出し光強度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/66 １０２Ｂ 9068−5Ｃ (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)発明者朝山純子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

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２枚の透明導電性電極の間に少
なくとも強誘電性液晶層と整流性を有する光導電層を挟
み込む構造の空間光変調素子と、前記２枚の透明導電性
電極間に印加される駆動電圧電源と、前記空間光変調素
子の前記光導電層側に置かれる光書き込み手段を備えた
画像表示装置において、前記光書き込み手段の一表示期
間中に、前記空間光変調素子を駆動する駆動電圧信号の
単位周期が、１回より多く含まれることを特徴とする画
像表示装置の駆動方法。
【請求項２】光書き込み手段の一表示期間の長さの、
単位駆動電圧周期の長さに対する比が１．５以上１００
０以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像表
示装置の駆動方法。
【請求項３】空間光変調素子は光書き込み手段からの
入射光強度に対して２つの閾値を有し、第１の閾値以下
の入射光強度に対する空間光変調素子の光出力（以下、
光出力と略記する）が概ねゼロであり、前記第１の閾値
と第２の閾値の間の入射光強度に対する前記光出力が入
射光強度の増加とともに増加し、前記第２の閾値を越え
る入射光強度に対する前記光出力が入射光強度に概ね依
存しないことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装
置の駆動方法。
【請求項４】光書き込み手段から空間光変調素子への
入射光強度は、前記光書き込み手段の一表示期間内にお
いて時間とともに概ね単調に減少し、前記光書き込み手
段が画像を書き換える直前の、前記光書き込み手段から
前記空間光変調素子への入射光強度の最大値（以下、閾
値光強度と呼ぶ）は、第２の閾値以上であり、かつ前記
閾値光強度の入射光は、前記光書き込み手段が画像を書
き換える周期内で、第１の閾値以下に減衰することを特
徴とする請求項３に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項５】光書き込み手段はＣＲＴであることを特
徴とする画像表示装置に対する、請求項４に記載の画像
表示装置の駆動方法。
【請求項６】単位駆動電圧周期が、消去電圧期間とそ
れに引き続く書き込み電圧期間からなる、請求項３に記
載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項７】消去電圧が、光導電層が順バイアスとな
る方向を正として＋２Ｖ以上＋３０Ｖ以下であり、かつ
書き込み電圧が−３０Ｖ以上＋２Ｖ以下であることを特
徴とする請求項６に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項８】単位駆動電圧周期が、消去電圧期間、第
一の低電圧期間、書き込み期間、及び第二の低電圧期間
によってこの順に構成されることを特徴とする請求項３
に記載の画像表示装置の駆動方法。
【請求項９】第二の低電圧期間が第一の低電圧期間よ
りも大きいことを特徴とする請求項８に記載の画像表示
装置の駆動方法。
【請求項１０】消去電圧期間に印加される消去電圧
が、光導電層が順バイアスとなる方向を正として＋２Ｖ
以上＋３０Ｖ以下であり、書き込み電圧が−３０Ｖ以上
−２Ｖ以下であり、かつ第二の低電圧期間の電圧が−２
Ｖ以上＋２Ｖ以下であることを特徴とする請求項９に記
載の画像表示装置の駆動方法。