JP2003315694A - 画像表示素子及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価且つ簡素な構造によって薄厚化が可能な
画像表示素子及びこれを用いた画像表示装置を提供し、
もって、画像表示装置全体のコスト低減、小型化を図
る。 【解決手段】 導入された光を電気機械動作によって光
変調する光変調部１３と、該光変調部１３を一方の面に
設けた支持基板１１と、支持基板１１の他方の面に固着
した平板１５と、該平板１５の面に対して平行に支持基
板１１を挟んで配置した透明平板１７と、平板１５と透
明平板１７の側面を囲む周壁部材１９とを具備し、光変
調部１３を収容する収容空間２１を形成すると共に、透
明平板１７の外面又は内面にフレネルレンズ２７を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導入した光を電気
機械動作によって光変調して画像を形成する画像表示素
子及びそれを用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラやデジタルカメラ等のファ
インダーには画像表示装置が内蔵されており、この画像
表示装置には液晶表示素子（ＬＣＤ）が多用されてい
た。ＬＣＤは、導電性透明膜を形成した一対の透明基板
間に液晶を入れて封止し、これを直交させた偏光板で挟
み、導電性透明膜に電圧を印加することで、液晶分子を
基板に対して垂直に配向させ、光源装置からの光の透過
率を変化させることにより画像を表示する。ところが、
ＬＣＤは光源装置からの光を偏光板や配向した液晶分子
同士の間に透過させるため、光利用効率が低下すると共
に液晶の注入・配向等の煩雑な製造工程が必要であり、
しかも、印加電圧が高く、且つ高速駆動が困難な欠点が
あった。

【０００３】そこで、ＬＣＤと比較して高速変調が可能
で、デジタル画像を高画質で表示することに優れ、光源
からの導入光を電気機械動作によって光変調する光変調
部を備えたプロジェクタ装置が提案されている。この画
像表示装置は、例えば図１５に示すように、ガラス基板
等の透明基板１の一方の面に光変調部３を設け、これを
透明な封止体５によって封止し、封止体５の透明平板５
ａにレンズ７を離間させて対向配置してなる。そして、
図示しない光源装置から出射した光を透明平板５ｂ、透
明基板１に透過させた後、光変調部３によって光変調
し、これにより形成した画像を透明平板５ａへ透過さ
せ、さらにレンズ７によって屈折させて、光変調部３に
形成した画像９を拡大画像として表示する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気機
械動作によって光変調する光変調部を備えた上記の画像
表示装置は、封止体の外方にレンズを離間させて対向配
置しているため、レンズを封止体に対して確実に固定す
る保持構造が必要になると同時に、レンズを高精度に位
置決めしなければならない。従って、レンズの組付け作
業性が悪く、製造コストが高くなる問題があった。ま
た、封止体に対してレンズを離間させて配置しているた
め、封止体とレンズとの距離が長くなる欠点があった。
そのため、画像表示装置の要部が薄型化困難となり、画
像表示装置全体の小型化が行えない問題があった。

【０００５】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、安価且つ簡素な構造によって薄厚化が可能な画像表
示素子及びこれを用いた画像表示装置を提供し、もっ
て、画像表示装置全体のコスト低減、小型化を図ること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１記載の画像表示素子は、導入さ
れた光を電気機械動作によって光変調する光変調部と、
該光変調部を一方の面に設けた支持基板と、前記支持基
板の他方の面に固着した平板と、該平板の面に対して平
行に前記支持基板を挟んで配置した透明平板と、前記平
板と透明平板の側面を囲む周壁部材とを具備し、前記光
変調部を収容する収容空間を形成すると共に、前記透明
平板の外面又は内面にフレネルレンズを設けたことを特
徴とする。

【０００７】この画像表示素子では、透明平板にフレネ
ルレンズを設けることで、別体のレンズを対面させて設
けていた従来構造に比べ、レンズの組付け作業性が良好
になり且つレンズとの距離が短くなる。これにより、画
像表示素子を安価且つ薄厚（小型）にできる。

【０００８】請求項２記載の画像表示素子は、前記収容
空間内の前記透明平板の縁部に前記光変調部を照明する
光源を設け、前記光変調部からの反射光を表示すること
を特徴とする。

【０００９】この画像表示素子では、収容空間内に光源
を設けて光変調部を照明することにより、反射型の画像
表示素子とすることができる。

【００１０】請求項３記載の画像表示素子は、前記支持
基板と平板とが変調する光に対して透明な材質からな
り、前記平板側から前記光変調部へ光を導入して前記光
変調部からの透過光を表示することを特徴とする。

【００１１】この画像表示素子では、支持基板と平板を
透明な材質で構成することにより、透過型の画像表示素
子とすることができる。

【００１２】請求項４記載の画像表示素子は、前記フレ
ネルレンズが、前記透明平板と一体に形成されているこ
とを特徴とする。

【００１３】この画像表示素子では、透明基板とフレネ
ルレンズとが一部材で構成可能となる。フレネルレンズ
を透明基板と一体に形成するには、透明基板へ食刻して
もよく、一体成形加工してもよい。これにより、透明基
板とフレネルレンズとが、同一の媒質となって且つ両者
の間に境界面も存在しなくなり、境界面での反射が皆無
となって高い透過率が得られるようになる。

【００１４】請求項５記載の画像表示素子は、前記透明
平板とは別体で形成したフレネルレンズを、前記透明平
板に貼着したことを特徴とする。

【００１５】この画像表示素子では、フレネルレンズを
透明基板とは別体で形成することにより、それぞれの部
材に適した材質の選択が可能となる。また、それぞれの
部材に最適な製造方法が採用可能となり、生産性を高め
て製造コストの低減が可能になる。さらに、予め製造し
た異仕様のフレネルレンズの中から所望のものを選択し
て貼着できるようになり、多種多様の画像表示素子の製
造に柔軟に対応可能となる。

【００１６】請求項６記載の画像表示素子は、前記フレ
ネルレンズと前記光変調部との距離が、前記フレネルレ
ンズの焦点距離よりも短いことを特徴とする。

【００１７】この画像表示素子では、フレネルレンズに
より拡大された像を、正立虚像として観察することがで
きる。

【００１８】請求項７記載の画像表示素子は、前記光変
調部が、基板に対して接近・離間方向に移動自在に支持
された可動部と、前記可動部及び基板の双方にそれぞれ
対峙して設けた一対の電極とを具備し、前記電極間に駆
動電圧を印加することで発生する静電気力によって、前
記可動部を前記基板に対して吸引動作させ、導入光に対
する透過率を光学的干渉効果により変化させることを特
徴とする。

【００１９】この画像表示素子では、静電気力によって
可動部が基板に対して吸引動作され、導入光に対する透
過率が変化する。このような光学的干渉効果による光変
調を行うことで、画像表示素子の小サイズ化、低電圧
化、表示動作の高速化が可能になる。

【００２０】請求項８記載の画像表示装置は、請求項１
〜請求項７のいずれか１項記載の画像表示素子を用いた
画像表示装置であって、表示用の画像データを前記光変
調部の駆動用信号に変換する信号処理部とを備え、前記
画像データに応じて前記光変調部をオン・オフ制御して
形成した画像を、前記フレネルレンズによって拡大表示
させることを特徴とする。

【００２１】この画像表示装置では、光変調部に形成し
た画像が透明基板又は透明平板に設けたフレネルレンズ
によって拡大されて表示される。そして、光変調部が簡
素な構造となるため、画像表示素子はレンズとの距離が
短くなる。これにより、プロジェクタ装置の要部が薄型
となり、プロジェクタ装置全体の小型化が可能となる。

【００２２】請求項９記載の画像表示装置は、請求項２
〜請求項７のいずれか１項記載の画像表示素子を用いた
画像表示装置であって、赤色、緑色、青色をそれぞれ発
光する光源と、表示用の画像データを赤色対応フレーム
画像、緑色対応フレーム画像、青色対応フレーム画像に
分解して前記光変調部の駆動用信号に変換し、前記各色
対応フレーム画像を色順次に前記光変調部に表示させる
と共に、前記各色のフレーム画像表示期間と同期して、
表示されたフレーム画像に対応する色の光を前記光源か
ら色切り換えして点灯させる信号処理部とを備えたこと
を特徴とする。

【００２３】この画像表示装置では、画像表示素子の光
変調部に赤色対応フレーム画像を表示している間、光源
から赤色光を光変調部に向けて照射し、同様に、緑色対
応フレーム画像を表示している間、光源から緑色光を照
射し、青色対応フレーム画像を表示している間、光源か
ら青色光を照射する。このように、画像表示素子に色成
分毎に形成された画像を、その色成分に同期させて３色
の照明光により照明することを高速で繰り返すことによ
り、残像効果によって各色の画像を重ね合わせたカラー
画像が観察できるようになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像表示素子
及びそれを用いた画像表示装置の好適な実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係
る画像表示素子を用いた画像表示装置の第１実施形態を
表す断面図、図２は図１の正面図、図３は画像表示装置
の光変調部の一部拡大図、図４は図１の画像表示装置の
光変調部の動作を説明する断面図、図５は図１の信号処
理部の詳細を表すブロック図である。ここでは、本画像
表示装置を光学装置のファインダーとして適用した一例
を示している。

【００２５】本実施形態の画像表示素子１００は、図１
に示すように、支持基板１１と、この支持基板１１の一
方の面に設けられ導入した光を電気機械動作によって光
変調する光変調部１３と、支持基板１１の他方の面に固
着した平板１５と、平板１５の面に対して平行に支持基
板１１を挟んで配置した透明平板１７と、平板１５及び
透明平板１７の側面を囲む周壁部材１９とを備え、平板
１５、透明平板１７、周壁部材１９によって、光変調部
１３を収容空間２１内に収容する直方体の封止体２３を
形成している。また、収容空間２１内の透明平板１７の
光変調部１３に対峙する面の縁部に、光変調部１３に向
けて照明光を照射する光源２５を設けており、さらに、
透明平板１７の外面にはフレネルレンズ２７を設けてい
る。なお、光源２５と透明平板１７との間には遮光板２
９が設けられ、光路前方の表示画像観察側には照明光が
直接照射されないようになっている。また、フレネルレ
ンズは透明平板１７の内面に設けてもよい。

【００２６】光源２５は、図２に示すように、光変調部
１３の縁部を包囲する光源配置領域Ｌの全周或いはその
一部に設けられ、具体的にはＬＥＤが好適に用いられ
る。上記構成の画像表示素子１００は、光変調部１３及
び光源２５が信号処理部３１に接続され、この信号処理
部３１に入力画像信号処理部３３から画像データが供給
されることで画像表示装置１５０を構成している。

【００２７】この画像表示素子１００の搭載された画像
表示装置１５０は、入力される画像信号に基づいて光変
調部１３をオン・オフ制御して画像７ａを形成し、この
画像７ａを光源２５により照明して、その反射光をフレ
ネルレンズ２７によって拡大して直視する反射型の画像
表示装置となっている。

【００２８】光変調部１３は、図３に示すように、光変
調素子１４が縦横に２次元配列されてなり、個々の光変
調素子１４がそれぞれ個別に信号処理部３１によってオ
ン・オフ制御される、所謂、単純マトリクス駆動で制御
される。個々の光変調素子１４は、例えば図４に光変調
素子の構成とその動作を示すように、支持基板１１上に
可撓性を有する可動薄膜（可動部）４１が支柱４３を介
して支持され、支持基板１１に対して接近・離反方向に
移動自在になっている。この可動薄膜４１には透明電極
４５、誘電体多層膜４７がこの順で設けられ、また、支
持基板１１上には、これに対応して固定電極４６、誘電
体多層膜４８がこの順で設けられている。

【００２９】透明電極４５は、変調する光に対して透明
であればよく、例えばＩＴＯ等からなる。誘電体多層膜
４７，４８は、例えばＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の多層積層体か
らなる。そして、透明電極４５と固定電極４６との間に
駆動電圧を印加すると、各電極４５，４６間に静電気力
が発生し、可動薄膜４１が図４（ａ）に示す状態から、
図４（ｂ）に示すように支持基板１１側へ吸引されて移
動する。このような電気機械動作により、可動薄膜４１
と支持基板１１との間の空隙４９の厚みをｔ_ONからｔ
_OFFに変更することで、導入光に対する光変調素子の光
学的特性を変化させて光のオン・オフ制御を行う。つま
り、可動薄膜４１を撓ませることにより、多層膜干渉
（ファブリペロー干渉）を発生させて光変調を行う。な
お、この光変調素子１４の詳細については、例えば特開
平１１−２５８５５８号公報に説明されているので、適
宜これを参照されたい。

【００３０】上記の光変調素子１４を一画素とし、各光
変調素子１４を信号処理部３１から出力される駆動電圧
によって電気機械動作させることで、画像データに基づ
いた画像７ａが表示される。

【００３１】このフレネルレンズ２７は、透明平板１７
の面を食刻又は一体成形することによって透明平板１７
と一体に構成することもできる。これにより、素子構成
を簡略化できると共に、透明平板１７とフレネルレンズ
２７との間に境界面が存在しなくなり、境界面での反射
が皆無となって高い光透過率を得ることができる。ま
た、フレネルレンズ２７を、透明平板１７とは別体に形
成し、透明平板１７の面に貼着するものであってもよ
い。この場合には、それぞれの部材に適した材質が選択
でき、設計自由度を高められる。また、予め用意した焦
点距離等の異なる複数のフレネルレンズの中から所望の
ものを選択して貼着できるようになり、画像表示素子１
００の適用対象を広範にでき、汎用性を持たせることが
できる。

【００３２】次に、画像表示素子１００を駆動するため
の信号処理について説明する。図５に信号処理部３１の
構成のブロック図を示すように、信号処理部３１は、主
に、データフォーマット変換部５１と、単純マトリクス
駆動タイミング発生部５３と、信号レベル変換部５５と
を有している。データフォーマット変換部５１では、入
力される画像データ５０を、その濃淡パターンに応じて
各光変調素子１４へのオン・オフ信号に変換する。この
とき、良好な階調表現のために、予め用意されたルック
アップテーブルＬＵＴを参照して、適宜階調変換するこ
とで最適化を図ることがある。単純マトリクス駆動タイ
ミング発生部５３では、マトリクス配列された各光変調
素子へのオン・オフ信号を単純マトリクス駆動用信号と
して生成し、信号レベル変換部５５では、生成された単
純マトリクス駆動用信号を所定の駆動信号に電圧レベル
を変換して光変調部１３に送出する。これにより、画像
データ５０に基づく画像７ａが画像表示素子１００で表
示される。

【００３３】ここで、図６〜図９を参照して画像表示素
子１００を単純マトリクス駆動するための具体的な制御
方法を説明する。図６は印加電圧に対する光透過率のヒ
ステリシス特性を示す説明図、図７は光変調素子を２次
元配列した光変調部の一部分を示す図、図８は光変調素
子への入力信号をまとめて示す説明図、図９は光変調素
子への画像データ書込み用信号を示す説明図である。可
動薄膜を静電気力によって変形及び弾性復帰させる際、
電極４５，４６への印加電圧と可動薄膜４１の変位との
関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgs
と光透過率Ｔとの関係も、図６に示すようなヒステリシ
ス特性を示す。

【００３４】このヒステリシス特性によれば、光変調素
子１４は、印加電圧ＶgsがＶth(L)以下であると、ＯＮ
（光反射）状態を維持する。一方、印加電圧ＶgsがＶs
(H)以上になると、光変調素子１４はＯＦＦ（光透過）
状態に飽和する。その後、光変調素子１４は、印加電圧
ＶgsがＶth(H) 以上ではＯＦＦ状態を維持したままとな
る。そして、印加電圧ＶgsがＶs (L) 以下になると、光
変調素子１４はＯＮ状態に飽和する。即ち、光変調素子
１４は、印加電圧ＶgsがＶth(H) とＶth(L) との間の範
囲であれば、印加電圧Ｖgsの履歴によって、Ｔ（Ｏ
Ｎ）、Ｔ（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができる。
なお、印加電圧Ｖgsの極性が負の場合には、上述と縦軸
対象の特性になる。

【００３５】上記特性の光変調素子１４を、図７に示す
ように、説明の簡略化のため２行２列のマトリクスの各
交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)にそれぞ
れ配置した構成とする。なお、各光変調素子１４は一画
素の領域に対応させてある。

【００３６】同じ行に配列された光変調素子１４の可動
薄膜４１側の透明電極４５は、それぞれ共通に接続して
走査電極としてある。この走査電極には電位Ｖg が印加
される。また、同じ列に配列された光変調素子１４の支
持基板１１側の固定電極４６は、それぞれ共通に接続し
て信号電極としてある。この信号電極には電位Ｖb が印
加される。従って、各光変調素子１４に印加される電極
４５，４６間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）となる。この
マトリクス状の光変調素子１４を駆動するには、走査信
号に従って、行順次に走査電極を走査し、これと同期さ
せ、走査された走査電極に対応するデータ信号を信号電
極に印加する。

【００３７】ここで、図８に示すように、走査電極に
は、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信
号（電圧）が与えられる。リセット信号は、光変調素子
１４の以前の状態に拘わらず、その行の光変調素子１４
をＯＦＦ（光吸収）にする。この時の走査電極の電圧を
Ｖg(r)とする。

【００３８】選択信号は、その行にデータを書き込むた
めの信号である。この信号と同時に、信号電極に印加さ
れた電圧に従い、光変調素子１４の状態がＯＮ（光反
射）又はＯＦＦ（光吸収）に決定される。この時の走査
電極の電圧をＶg(s)とする。非選択信号は、選択がなさ
れないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘
わることなく光変調素子１４の状態は変わらず、前の状
態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) と
する。

【００３９】一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信
号の二種類の信号（電圧）が与えられる。ＯＮ信号は、
選択された行の光変調素子１４に対し、光変調素子１４
の状態をＯＦＦ（光吸収）にする。この時の信号電極の
電圧をＶb(on) とする。ＯＦＦ信号は、選択された行の
光変調素子１４に対し、光変調素子１４の状態をＯＮ
（光反射）にする。但し、実際には、直前で光変調素子
１４がリセットされることを想定しているので、光変調
素子１４の状態をＯＮ（光反射）にする場合は、前の状
態（ＯＦＦ状態）を維持する信号でよい。この時の信号
電極の電圧をＶb(off)とする。即ち、信号電極への信号
のＯＮ／ＯＦＦ特性は、光変調素子１４のＯＮ／ＯＦＦ
特性とは逆転している。

【００４０】以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み
合わせにより、光変調素子１４の電極間電圧Ｖgsは、以
下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgs
と透過率の特性により、特定の条件が与えられることに
なる。 Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H) Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)

【００４１】以上の各条件を、図８にまとめて示した。
例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電
極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、Ｖs(H)より
大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線６１）から、
Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中
太実線６３）が減算され、その値（図中太実線６５）が
Ｖs(L)より小さくなる。即ち、 Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L) となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まること
になる。

【００４２】次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率
との関係を利用して、光変調素子１４を２次元に配置し
たマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。マト
リクスとしては、図７に示した２行２列のマトリクスを
用いてデータの書き込みを行うことを考える。マトリク
スの各光変調素子１４には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータ
を書き込むものとする。 Ｔr(1,1) → ＯＦＦ Ｔr(1,2) → ＯＮ Ｔr(2,1) → ＯＮ Ｔr(2,2) → ＯＦＦ

【００４３】マトリクスには、図９に示すような波形の
電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)には、 ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧 ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧 を印加する。１列目Ｖb(1)には、 ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧 ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care を印加する。これにより、各光変調素子１４に所望のデ
ータが行順次で書き込まれる。

【００４４】即ち、例えば上述の１行１列目のマトリク
スＴr(1,1)の場合では、Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるか
ら、 ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ ｔ３＝状態維持 ｔ４＝状態維持となる。

【００４５】従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持
（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光
変調素子１４が「ＯＦＦ」の状態となる。その他、同様
にして、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＮ」、Ｔr(2,1)
は「ＯＮ」、Ｔr(2,2)は「ＯＦＦ」の状態となる。以上
のように、走査電極を行順次でＯＮにし、それと同期さ
せて信号電極から任意の電位を印加することで、所望の
画像表示が行える。

【００４６】上記の画像表示素子１００を用いた画像表
示装置１５０によれば、光変調部１３を封止体２３の収
容空間２１内に封止し、この封止体２３の透明平板１７
にフレネルレンズ２７を設けたので、別体のレンズを対
面させて設けていた従来構造に比べ、レンズの組付け作
業性を良好にし且つレンズとの距離を短くすることがで
きる。この結果、画像表示素子１００及び画像表示装置
１５０の構成を簡素化して、安価且つ薄厚にすることが
できる。

【００４７】次に、本発明に係る画像表示装置の第２実
施形態を説明する。前述の第１実施形態の画像表示装置
は、単色表示の構成例であるが、本実施形態では複数
色、特にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三原色
によるフルカラー表示が可能な画像表示装置の構成とし
ている。図１０に本実施形態の画像表示装置の構成を表
すブロック図を示した。ここで、前述の第１実施形態と
同一の機能を有する部分に対しては同一の符号を付与す
ることで、その説明は省略するものとする。本実施形態
の画像表示装置２５０は、入力画像信号処理部６７、信
号処理部３１、及びＲ，Ｇ，Ｂの三色の光源２５ａ，２
５ｂ，２５ｃを有する画像表示素子２００を備える。光
源２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、前述の図２の光源配置領
域Ｌの全周或いはその一部に設けられ、具体的にはＲ色
発光ＬＥＤ、Ｇ色発光ＬＥＤ、Ｂ色発光ＬＥＤが用いら
れる。なお、光源としては、この他にも有機発光ダイオ
ード（Organic Light Emitting Diodes：ＯＬＥＤ）や
白色光源にカラーフィルタを付加した構成としてもよ
い。

【００４８】入力画像信号処理部６７に入力される画像
信号としては、通常、ビットマップ形式のＲＧＢ信号、
輝度信号Ｙと色信号Ｃを合成したコンポジット・ビデオ
信号（Ｙ／Ｃ信号）、或いはＪＰＥＧ等の圧縮データ信
号等がある。ＲＧＢ信号はそのまま画像データ５０とし
て利用できるが、圧縮データ信号は、伸長処理部６８で
伸長してＹ／Ｃ信号に変換し、Ｙ／Ｃ信号は、ＹＣ／Ｒ
ＧＢ変換部６９でＲＧＢ信号に変換する。これらの変換
処理は、ソフトウェア、ハードウェアのいずれによって
も行える。

【００４９】信号処理部３１は、データフォーマット変
換部５１で、画像データ５０をその濃淡パターンに応じ
て各光変調素子へのオン・オフ信号に変換し、単純マト
リクス駆動タイミング発生部５３で、マトリクス配列さ
れた各光変調素子へのオン・オフ信号を単純マトリクス
駆動用信号として生成する。このとき、光源２５ａ，２
５ｂ，２５ｃを点灯させる駆動信号も同時に生成する。
そして、信号レベル変換部５５では、生成された単純マ
トリクス駆動用信号を所定の駆動信号に電圧レベルを変
換して光変調部１３に送出する。これにより、画像デー
タ５０に基づく画像が画像表示素子２００に表示され
る。

【００５０】図１１に図１０に示す画像表示装置２５０
の表示動作を表すタイムチャートを示した。この図を用
いて信号処理部３１による表示動作を説明する。信号処
理部３１は、画像データとして、赤色画像信号７１Ｒ、
緑色画像信号７１Ｇ、青色画像信号７１Ｂをこの順に光
変調部１３に供給する。即ち、各画像信号７１Ｒ，７１
Ｇ，７１Ｂは、面順次で供給する。すると画像表示素子
１００には、赤色対応フレーム画像、緑色対応フレーム
画像、青色対応フレーム画像がそれぞれ時間ｔａで順次
表示されるようになり、３色の画像信号７１Ｒ，７１
Ｇ，７１Ｂの合計表示時間Ｔａは、例えば１／６０ｓと
なる。

【００５１】そして、信号処理部３１は上記各色画像の
表示と同期して、光源を点灯させる駆動信号を各色の光
源２５ａ，２５ｂ，２５ｃに対してそれぞれ供給する。
即ち、画像表示素子１００に赤色画像信号７１Ｒを供給
して赤色対応フレーム画像を表示している間、赤色ＬＥ
Ｄ２５ａに駆動信号７３Ｒを供給して赤色ＬＥＤ２５ａ
を点灯させる。同様に、緑色画像信号７１Ｇにより緑色
対応フレーム画像を表示している間、駆動信号７３Ｇに
より緑色ＬＥＤ２５ｂを点灯させ、青色画像信号７１Ｂ
により青色対応フレーム画像を表示している間、駆動信
号７３Ｂにより青色ＬＥＤ２５ｃを点灯させる。このよ
うに、画像表示素子２００に色成分毎に形成された画像
を、その色成分に同期させて３色の照明光により照明す
ることを高速で繰り返すと、人間の眼には残像効果によ
り各色の画像を重ね合わせたカラー画像として観察され
るようになる。

【００５２】本実施形態による画像表示装置２５０によ
れば、ＲＧＢ３色の光源２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、光
変調部１３の縁部に対面して配設して、光変調部１３に
色順次で行われる画像表示と同期して点灯を制御するこ
とで、これにより得られる光変調部１３からの画像様の
反射光が、透明平板１７、フレネルレンズ２７を透過し
て出射される。これにより、画像表示素子２００及び画
像表示装置２５０の構成が簡素化され、薄型化が図られ
ると共に、製造コストも低減できる。

【００５３】次に、本発明に係る画像表示装置の第３実
施形態を説明する。本実施形態の画像表示装置は透過型
の画像表示素子を用いて構成している。図１２は本実施
形態の画像表示装置の断面図、図１３は図１２の画像表
示装置の光変調部の動作を説明する断面図である。

【００５４】本実施形態の画像表示素子３００は、図１
２に示すように、変調する光に対して透明な支持基板８
１と、この支持基板８１の一方の面に設けられ導入した
光を電気機械動作によって光変調する光変調部１３と、
支持基板８１の他方の面に固着した透明平板８３と、透
明平板８３の面に対して平行に支持基板８１を挟んで配
置した透明平板１７と、透明平板８３，１７の側面を囲
む周壁部材１９とを備え、透明平板８３，１７と周壁部
材１９とによって、光変調部１３を収容空間２１内に収
容する封止体２３を形成している。また、透明平板１７
の外面にはフレネルレンズ２７を設けている。なお、透
明平板８３の外面に光を拡散する拡散板を適宜設けても
よい。

【００５５】この画像表示素子３００の搭載された画像
表示装置３５０は、入力される画像信号に基づいて光変
調部１３をオン・オフ制御して画像７ａを形成し、この
画像７ａを外部光（或いは光源を設けてもよい）により
背面から照明して、その透過光をフレネルレンズ２７に
よって拡大して直視する透過型の画像表示装置となって
いる。なお、照明光を光源から得る場合には、第１実施
形態と同様に信号処理部３１から光源の駆動信号を発生
させて光源を点灯させればよい。

【００５６】本実施形態の光変調部１３は、図１３に示
すように、個々の光変調素子１６が、透明な支持基板８
１上に可撓性を有する可動薄膜４１が支柱４３を介して
支持され、支持基板８１に対して接近・離反方向に移動
自在になっている。この可動薄膜４１には透明電極４
５、誘電体多層膜４７がこの順で設けられ、また、支持
基板８１上には、これに対応して透明電極８５、誘電体
多層膜４８がこの順で設けられている。支持基板８１と
しては、例えばガラスや透明樹脂等が用いられ、透明電
極４５，８５としては、例えばＩＴＯ等を用いることが
できる。

【００５７】この光変調素子１６は、透明電極４５，８
５の間に駆動電圧を印加すると、各電極４５，８５間に
静電気力が発生し、可動薄膜４１が図１３（ａ）に示す
状態から、図１３（ｂ）に示すように支持基板８１側へ
吸引されて移動する。これにより、可動薄膜４１と支持
基板８１との間の空隙４９の厚みがｔ_offからｔ_onに変
更され、導入光に対する光変調素子の光学的特性を変化
させて光のオン・オフ制御が行なわれる。空隙４９の厚
みがｔ_Offの場合は、入射光が反射して光路前方には出
射されない。また、空隙４９の厚みがｔ_onの場合は、入
射光が透過して光路前方に出射される。

【００５８】本実施形態の画像表示装置３５０によれ
ば、上記の光変調素子１６の光変調動作により入力され
た画像信号に基づく画像が光変調部１３に形成され、こ
の画像が背面から外部光或いは光源からの光により照明
されて、フレネルレンズ２７により拡大され観察される
ようになる。これにより、レンズを別体として設けるこ
となく、画像表示素子３００及び画像表示装置３５０の
構成を簡素化して、安価且つ薄厚にすることができる。

【００５９】以上説明した各実施形態の画像表示装置
は、図１４に示すように、ビデオカメラ９１から出力さ
れるビデオ信号（アナログ信号）を、Ａ／Ｄ変換部９３
でデジタル画像化して画像データ５０に変換し、この画
像データ５０を上述したように信号処理部３１で処理し
て、画像表示素子に表示させる構成としてもよい。ま
た、前述の例は単純マトリクス駆動による表示制御の説
明であるが、画素毎にトランジスタ等の能動素子を設け
たアクティブ駆動方式による表示制御の構成であっても
良い。その場合には、光変調素子にヒステリシス特性を
持たせずに変位のアナログ制御による画像表示が可能に
なる。

【００６０】また、本発明に係る画像表示素子によれ
ば、前述した効果に加えて、光変調部１３が封止体２３
の収容空間２１内に密閉されて収容されるため、外部雰
囲気から遮断でき、光変調部１３の可動薄膜４１等の部
位に塵埃等の異物が付着することが防止できる。また、
収容空間２１内に希ガス等を封入することで、素子部材
の化学変化等による劣化を防止できる。これにより、光
変調動作の信頼性が高められ、長期にわたって安定した
動作が得られるようになる。

【００６１】なお、以上説明した各実施形態における光
変調部は、干渉膜の電気機械動作により光変調を行う光
変調素子を用いているが、本発明はこれに限らず、例え
ば、特開平１１−２５８５５８号公報に記載のように、
可撓性を有する遮光膜が電界の印加により撓んで遮光状
態と光透過状態を作り出す素子構成や、同じく遮光膜自
体が電界の印加によりスライドして光変調する遮光型の
光変調素子であってもよい。また、全反射導光板に可動
薄膜を近接可能に設け、可動薄膜の近接／離間動作によ
る光カップリング作用によって全反射条件を変化させて
光変調を行う構成であってもよい。

【００６２】さらに、本発明に係る画像表示素子は、フ
ァインダーに適用する以外にも、他の表示用途に対して
も適宜適用することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る画像表示素子によれば、導入された光を電気機械動作
によって光変調する光変調部と、該光変調部を一方の面
に設けた支持基板と、支持基板の他方の面に固着した平
板と、該平板の面に対して平行に支持基板を挟んで配置
した透明平板と、平板と透明平板の側面を囲む周壁部材
とを具備し、光変調部を収容する収容空間を形成すると
共に、透明平板の外面又は内面にフレネルレンズを設け
た構成とすることにより、別体のレンズを対面させて設
けていた従来構造に比べ、レンズの組付け作業性を良好
にし且つレンズとの距離を短くすることができる。この
結果、画像表示素子を安価且つ薄厚にすることができ
る。

【００６４】本発明に係る画像表示装置によれば、上記
画像表示素子と、表示用の画像データを光変調部の駆動
用信号に変換する信号処理部とを備え、画像データに応
じて光変調部をオン・オフ制御して形成した画像を、フ
レネルレンズによって拡大表示させるので、光変調部が
安価且つ簡素な構造になるのに加え、画像表示素子が薄
厚となるので、表示動作を行う画像表示装置の要部を薄
型化でき、その結果、画像表示装置全体を小型化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像表示素子を用いた画像表示装
置の断面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】画像表示装置の光変調部の一部拡大図である。

【図４】光変調素子の構成とその動作を示す説明図であ
る。

【図５】信号処理部の構成を表すブロック図である。

【図６】印加電圧に対する光透過率のヒステリシス特性
を示す説明図である。

【図７】光変調素子を２次元配列した光変調部の一部分
を示す図である。

【図８】光変調素子への入力信号をまとめて示す説明図
である。

【図９】光変調素子への画像データ書込み用信号を示す
説明図である。

【図１０】第２実施形態の画像表示装置の構成を表すブ
ロック図である。

【図１１】図１０に示す画像表示装置の表示動作を表す
タイムチャートである。

【図１２】第３実施形態の画像表示装置の断面図であ
る。

【図１３】図１２の画像表示装置の光変調部の動作を説
明する断面図である。

【図１４】画像データをビデオカメラから得る場合の信
号処理を示すブロック図である。

【図１５】従来の画像表示装置の画像形成部を表す要部
構成図である。

【符号の説明】

７ａ 画像 １１ 支持基板 １３ 光変調部 １４，１６ 光変調素子 １５ 平板 １７ 透明平板 １９ 周壁部材 ２１ 収容空間 ２３ 封止体 ２５ 光源 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 光源 ２７ フレネルレンズ ３１ 信号処理部 ３３ 入力画像信号処理部 ４１ 可動薄膜（可動部） ４５，８５ 透明電極 ４６ 固定電極 ４７，４８ 誘電体多層膜 ５０ 画像データ ５１ データフォーマット変換部 ５３ 単純マトリクス駆動タイミング発生部 ５５ 信号レベル変換部 ７１Ｒ 赤色画像信号 ７１Ｇ 緑色画像信号 ７１Ｂ 青色画像信号 ７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂ 駆動信号 ８１ 支持基板 ８３ 透明平板 １００，２００，３００ 画像表示素子 １５０，２５０，３５０ 画像表示装置 Ｃ 色信号 Ｙ 輝度信号 Ｌ 光源配置領域 Ｔ 光透過率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA05 AA23 AB00 AB12 AB38 AB40 AC06 AZ05 AZ08 5C058 AB06 BA35 EA01 EA27 EA34 EA51

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入された光を電気機械動作によって光
   変調する光変調部と、該光変調部を一方の面に設けた支
   持基板と、前記支持基板の他方の面に固着した平板と、
   該平板の面に対して平行に前記支持基板を挟んで配置し
   た透明平板と、前記平板と透明平板の側面を囲む周壁部
   材とを具備し、 前記光変調部を収容する収容空間を形成すると共に、前
   記透明平板の外面又は内面にフレネルレンズを設けたこ
   とを特徴とする画像表示素子。
2. 【請求項２】 前記収容空間内の前記透明平板の縁部に
   前記光変調部を照明する光源を設け、前記光変調部から
   の反射光を表示することを特徴とする請求項１記載の画
   像表示素子。
3. 【請求項３】 前記支持基板と平板とが変調する光に対
   して透明な材質からなり、前記平板側から前記光変調部
   へ光を導入して前記光変調部からの透過光を表示するこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
4. 【請求項４】 前記フレネルレンズが、前記透明平板と
   一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求
   項３のいずれか１項記載の画像表示素子。
5. 【請求項５】 前記透明平板とは別体で形成したフレネ
   ルレンズを、前記透明平板に貼着したことを特徴とする
   請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の画像表示素
   子。
6. 【請求項６】 前記フレネルレンズと前記光変調部との
   距離が、前記フレネルレンズの焦点距離よりも短いこと
   を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の
   画像表示素子。
7. 【請求項７】 前記光変調部が、基板に対して接近・離
   間方向に移動自在に支持された可動部と、前記可動部及
   び基板の双方にそれぞれ対峙して設けた一対の電極とを
   具備し、 前記電極間に駆動電圧を印加することで発生する静電気
   力によって、前記可動部を前記基板に対して吸引動作さ
   せ、導入光に対する透過率を光学的干渉効果により変化
   させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか
   １項記載の画像表示素子。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載
   の画像表示素子を用いた画像表示装置であって、 表示用の画像データを前記光変調部の駆動用信号に変換
   する信号処理部とを備え、 前記画像データに応じて前記光変調部をオン・オフ制御
   して形成した画像を、前記フレネルレンズによって拡大
   表示させることを特徴とする画像表示装置。
9. 【請求項９】 請求項２〜請求項７のいずれか１項記載
   の画像表示素子を用いた画像表示装置であって、 赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する光源と、 表示用の画像データを赤色対応フレーム画像、緑色対応
   フレーム画像、青色対応フレーム画像に分解して前記光
   変調部の駆動用信号に変換し、前記各色対応フレーム画
   像を色順次に前記光変調部に表示させると共に、前記各
   色のフレーム画像表示期間と同期して、表示されたフレ
   ーム画像に対応する色の光を前記光源から色切り換えし
   て点灯させる信号処理部とを備えたことを特徴とする画
   像表示装置。