DE68918807T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung. - Google Patents
Flüssigkristallanzeigevorrichtung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, spezieller eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für Darstellung durch Projizieren eines Bildes, das durch eine Bildhalteeinrichtung auf einem Schirm aufrechterhalten wird.
- Fig. 1 ist ein Diagramm, das den optischen Aufbau einer Flüssigkristallanzeige gemäß einem ersten Stand der Technik unter Verwendung eines Flüssigkristall-Lichtventils 5 zeigt, das über eine Photoleiterschicht verfügt. Wenn ein Bild auf der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt wird, wird das auf einer Kathodenstrahlröhre (CRT) 51 dargestellte Bild über eine Linse 52 in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 eingegeben.
- Fig. 7 ist ein Querschnitt, der den Aufbau eines Flüssigkristall-Lichtventils 5 zeigt. Beim Aufbau des Flüssigkristall-Lichtventils 5 sind transparente Elektroden 22a, 22b, die aus einem durchsichtigen, leitenden Film aus Indiumoxid- Zinnoxid (ITO) bestehen, auf einem Glassubstrat 21a, 21b ausgebildet und hydriertes, amorphes Silizium (a-Si:H) ist als Photoleiterschicht 25 auf der transparenten Elektrode 22b ausgebildet. Das hydrierte, amorphe Silizium wird aus Silangas und Wasserstoffgas hergestellt und es wird dadurch erzeugt, daß ein Plasma-CVD-Verfahren verwendet wird. Auf seiner Oberfläche ist ein Mehrschichtfilm aus Silizium/Siliziumoxid durch ein Sputter-Verfahren als dielektrischer Spiegel 24 ausgebildet.
- Nach dem Herstellen von Polyimidfilmen durch Schleuderbeschichten als Ausrichtungsfilme 23a, 23b wird die Molekülausrichtung durch Reiben beeinflußt und die Glassubstrate 21a, 21b werden über ein Abstandsstück 27 miteinander verklebt. Durch Einspritzen und Abdichten eines gemischten nematischen Flüssigkristalls mit einem chiralen Material als Flüssigkristallschicht 26 wird das Flüssigkristall-Lichtventil 5 aufgebaut. Als Betriebsmodus für das Flüssigkeits- Lichtventil 5 wird der Hybridfeldeffekt verwendet.
- An die transparenten Elektroden 22a, 22b des mit einer solchen Struktur aufgebauten Flüssigkristall-Lichtventils 5 wird eine Spannung von einer Wechselspannungsquelle 28 angelegt. Wenn das Bild der CRT 51 von der Seite des Glassubstrats 21 b her eingegeben wird, wie oben angeführt, ändert sich die Impedanz der Photoleiterschicht 25 abhängig von der Menge einfallenden Lichts. Im Ergebnis ändert sich die an die Flüssigkristallschicht 26 anzulegende Spannung und der Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls wird verändert, so daß ein dem Bild von der CRT 51 entsprechendes Bild auf der Flüssigkristallschicht 26 ausgebildet wird.
- Wenn Licht von einer Lichtquelle 54 in das Flüssigkristall- Lichtventil 5, in dem ein Bild auf diese Weise ausgebildet ist, über eine Linse 55 und über einen polarisierenden Strahlteiler 56 eintritt, wird dieses Eintrittslicht durch den dielektrischen Spiegel 24 reflektiert, wobei sich der Anteil dieses Lichts, wie es reflektiert wird, nachdem es durch den Teil der Flüssigkristallschicht 26 mit veränderter Ausrichtung gelaufen ist, eine Änderung der Polarisationsrichtung durch den elektro-optischen Effekt erfährt, so daß es durch den polarisierenden Strahlteiler 56 laufen kann. Dieses reflektierte Licht wird durch eine Linse 57 so vergrößert, daß das auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 5 ausgebildete Bild auf den Schirm 98 projiziert wird.
- Fig. 2 ist ein Diagramm, das die optische Struktur einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bei einem zweiten Stand der Technik zeigt. Dieser zweite Stand der Technik ist dem ersten ähnlich und entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet. Beim zweiten Stand der Technik wird das Bild auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 5 durch einen Laserstrahl 59 gebildet.
- Beim ersten Stand der Technik ist es, da die Auflösung des durch die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellten Bildes durch die Auflösung der CRT 51 bestimmt wird, schwierig, die Auflösung zu verbessern. Außerdem ist es schwierig, da es erforderlich ist, die CRT 51 in die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung einzubauen, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit kleinen Abmessungen aufzubauen.
- Beim zweiten Stand der Technik kann zwar die Auflösung durch Verringern der Bestrahlungsfläche durch den Laserstrahl verbessert werden, jedoch ist Raum zum Aufnehmen des Laserstrahl-Steuermechanismus erforderlich und demgemäß ist es schwierig, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit kleinen Abmessungen aufzubauen.
- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten Anspruchs 1 sind aus den US- Patenten 4,082,430 und 4,699,498 bekannt. Diese Dokumente offenbaren eine weitere Anordnung zum Einschreiben eines Bilds in eine bildspeichernde Flüssigkristallzelle. Diese Anordnung ist eine als Blende wirkende Flüssigkristallzellen-Einrichtung mit gekreuzten Elektroden, die von einer Blendensteuereinrichtung so angesteuert werden, daß sie Licht von einer Lichtquelle zur Rückseite der bildspeichernden Flüssigkristallzelle wahlweise durchlassen, wo die Photoleiterschicht vorhanden ist. In beiden Fällen aus dem Stand der Technik ist die als Blende wirkende Flüssigkristallzelle eine einzelne Flüssigkristallzelle mit sich überkreuzenden Elektroden. Bei der Vorrichtung der zuerst genannten US-Patente sind jedoch die bildspeichernde Flüssigkristallzelle und die als Blende wirkende Flüssigkristallzelle übereinandergestapelt, wohingegen bei der Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten US-Patent diese zwei Zellen unabhängig voneinander angeordnet sind, wobei mehrere optische Vorrichtungen dazwischenliegen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer bildhaltenden Flüssigkristallzelle und einer Anordnung zum Einschreiben eines Bilds in diese Zelle zu schaffen, welche Vorrichtung hohe Auflösung und eine Schreibanordnung kleiner Abmessung aufweist.
- Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 definiert.
- Vorzugsweise weist jede der zwei Flüssigkristallzellen streifenförmige Elektroden auf jedem der zwei Substrate der Zelle auf, die parallel mit gegenseitigen Abständen an jeweils einander entsprechenden Positionen verlaufen.
- Diese und andere Aufgaben der Erfindung wie auch die Merkmale und Vorteile derselben werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser zu verstehen und zu schätzen sein, wobei in den Zeichnungen folgendes dargestellt ist:
- Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern des ersten Stands der Technik;
- Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern des zweiten Stands der Technik;
- Fig. 3 ist ein Diagramm, das die optische Struktur einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 zeigt;
- Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die elektrische Struktur der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 zeigt;
- Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Flüssigkristall-Blendenarrays 3;
- Fig. 6 ist ein Querschnitt durch das Flüssigkristall-Blendenarray 3 und
- Fig. 7 ist ein Querschnitt durch ein Flüssigkristall-Lichtventil 5.
- Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, um nachstehend eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen zu beschreiben.
- Fig. 3 ist ein Diagramm, das den optischen Aufbau einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Licht von einer Lichtquelle 2 wird selektiv durch eine Wahldurchlaßrichtung 17 durchgelassen oder unterbrochen und es entsteht ein Schreiblichtstrahl L1, der dem darzustellenden Bild entspricht. Die Wahldurchlaßeinrichtung 17 besteht aus Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4, die Flüssigkristallelemente sind. Der beleuchtende Lichtstrahl L1 wird einem Flüssigkristall-Lichtventil 5 zugeführt, das eine Bildhalteeinrichtung ist, und das entsprechende Bild wird auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 5 dargestellt.
- Wenn das auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 5 dargestellte Bild auf einen Schirm 10 projiziert wird, wird das Licht von einer Leselichtquelle 6 durch eine Linse 7 fokussiert und es wird durch einen polarisierenden Strahlteiler 8, der eine optische Polarisationseinrichtung darstellt, linear polarisiert und in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 eingegeben. Im Flüssigkristall-Lichtventil 5 ist eine lichtreflektierende Schicht, die später beschrieben wird, ausgebildet, und das in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 eintretende Licht wird durch die lichtreflektierende Schicht reflektiert und erneut in den polarisierenden Strahlteiler 8 eingegeben. Von dem durch die lichtreflektierende Schicht reflektierten Licht wird derjenige Teil, der durch denjenigen Teil der Flüssigkristallschicht geht, in dem das Bild dargestellt ist, d. h. durch den die Ausrichtung ändernden Teil des Flüssigkristalls, durch den elektro-optischen Effekt des Flüssigkristalls in der Polarisationsrichtung geändert, so daß er durch den polarisierenden Strahlteiler 8 hindurchlaufen kann. Das Transmissionslicht wird durch eine Linse 9 vergrößert und auf den Schirm 10 abgestrahlt. Infolgedessen wird das auf dein Flüssigkristall-Lichtventil 5 dargestellte Bild auf den Schirm 10 projiziert.
- Fig. 4 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern des Ansteuerverfahrens für die Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 und Fig. 5 ist eine vergrößerte Schrägansicht, die einen Teil der Struktur des Flüssigkristall-Blendenarrays 3 zeigt. Im Flüssigkristall-Blendenarray 3 sind mehrere streifenförmige, transparente Elektroden 43a, 43b auf den einander gegenüberstehenden Flächen eines Paars transparenter Substrate 42a, 42b parallel mit gegenseitigen Intervallen an jeweils einander entsprechenden Positionen ausgebildet. Das Flüssigkristall-Blendenarray 4 ist auf ähnliche Weise aufgebaut, und diese Flüssigkristall-Blendenarrays 3 und 4 werden so angeordnet, daß die streifenförmigen Elektroden einander rechtwinklig schneiden.
- Die Bildinformation von der Bildeingabeeinrichtung 11 wird über eine Schnittstelle 12 an eine Steuereinheit 13 gegeben. Die Steuereinheit 13 speichert die Bildinformation in einem Anzeigepuffer 14 ab und steuert abhängig von dieser Bildinformation die Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 statisch über Treiberschaltungen 15, 16 an. Z.B. wird zwischen einen Satz Elektroden 43a, 43b des Flüssigkristall-Blendenarrays 3 eine Spannung angelegt, um Licht von der Lichtquelle 2 durchzulassen, und zwischen die Elektroden 43a und 43b des Flüssigkristall-Blendenarrays 4 wird die Spannung angelegt, die dazu erforderlich ist, daß das Licht, das zum Darstellen der Bildinformation erforderlich ist, in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 eintreten kann. Durch Wiederholen dieses Vorgangs kann das der Bildinformation entsprechende Licht zeilensequentiell in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 eingegeben werden.
- Fig. 6 ist ein Querschnitt durch das Flüssigkristall-Blendenarray 3. Auf den einander gegenüberstehenden Flächen der transparenten, aus Glas, Acryl oder dergleichen bestehenden Substrate 42a, 42b sind Elektroden 43a, 43b aus transparenten, leitenden Filmen aus Indiumoxid-Zinnoxid (ITO) streifenförmig ausgebildet, und darauf sind Ausrichtungsfilme 44a, 44b ausgebildet.
- Als Ausrichtungsfilme 44a, 44b können anorganische Filme wie solche aus Siliziumoxid (SiO) und Siliziumdioxid (SiO&sub2;) oder aus Polyimid, Polyvinylalkohol, Acryl oder andere organische Filme verwendet werden. Die Ausrichtungsfilme 44a, 44b werden durch Reiben mit einer Molekülausrichtung versehen. Derartige transparente Substrate 42a, 42b werden mit einem Abstandshalter 45 mit einem Abstand von 2 Mikrometer miteinander verklebt.
- Zwischen die Substrate wird eine Flüssigkristallschicht 46 eingespritzt und diese wird abgedichtet, wobei es sich um einen Flüssigkristall handelt, der die Phase SmC* zeigt (C-Schicht eines smektischen Flüssigkristalls, der ein chirales Material enthält), wofür CS-1014 von Chisso Corporation ein Repräsentant ist. Danach wird der Flüssigkristall in der Zelle einmal in eine isotrope Flüssigkeit überführt und dann wird er allmählich auf die Phase SmC* abgekühlt. Polarisatoren 41a, 41b sind auf denjenigen Flächen der transparenten Substrate 42a, 42b angeordnet, die von der Flüssigkristallschicht 46 abgewandt sind. Im Ergebnis ist ein optisches Flüssigkristall-Blendenarray 3 erstellt, das einen Flüssigkristall der Phase SmC* mit ferro-dielektrischer Eigenschaft verwendet.
- Die Struktur des Flüssigkristall-Blendenarrays 4 ist dieselbe wie diejenige des Flüssigkristall-Blendenarrays 3.
- Fig. 7 ist ein Querschnitt durch das Flüssigkristall-Lichtventil 5. Transparente, leitende Filme aus Indiumoxid-Zinnoxid (ITO) sind als transparente Elektroden 22a, 22b auf dem Glassubstrat 21a, 21b ausgebildet. Hydriertes, amorphes Silizium (a-Si:H) ist als Photoleiterschicht 25 auf der transparenten Elektrode 22b ausgebildet. Das hydrierte, amorphe Silizium wird aus Silangas und Wasserstoffgas hergestellt und durch ein Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht. Darauf wird durch ein Sputter-Verfahren ein Mehrschichtfilm aus Silizium/Siliziumoxid als dielektrischer Spiegel 24 aufgebracht, der eine lichtreflektierende Schicht ist.
- Nach dem Ausbilden von Polyimidfilmen durch Schleuderbeschichten als Ausrichtfilme 23a, 23b wird die Molekülausrichtung durch Reiben behandelt und die Glassubstrate 21a, 21b werden durch einen Abstandshalter 27 miteinander verklebt. Eine Flüssigkristallschicht 26, nämlich ein nematischer Misch-Flüssigkristall, der ein chirales Material enthält, wird eingespritzt und abgedichtet. So wird das Flüssigkristall-Lichtventil 5 hergestellt. Als Betriebsmodus des Flüssigkristall-Lichtventils 5 wird der Hybridfeldeffekt verwendet.
- An die transparenten Elektroden 22a, 22b des Flüssigkristall-Lichtventils 5 mit dieser Struktur wird eine Spannung von der Wechselspannungsquelle 28 angelegt. Wenn der Schreiblichtstrahl L1 von der Seite des Glassubstrats 21b her eintritt, ändert sich die Impedanz der Photoleiterschicht 25 abhängig von der Menge einfallenden Lichts. Infolgedessen ändert sich die an die Flüssigkristallschicht 26 angelegte Spannung und es ändert sich der Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls, wodurch ein Bild in der Flüssigkristallschicht 26 entsteht. Daher wird das von der Seite des Glassubstrats 22a hier eintretende Licht durch den dielektrischen Spiegel 24 reflektiert und nur das Licht, das durch die Flüssigkristallschicht 26 mit geändertem Ausrichtungszustand läuft, ändert seine Polarisationsrichtung, so daß es durch den polarisierenden Strahlteiler 8 laufen kann, wie oben ausgeführt.
- Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann daher unter Verwendung der Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 die Größe der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 verringert werden. Außerdem kann unter Verwendung der Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4, einem Flüssigkristall der Phase SmC*, der ferro-dielektrische Eigenschaften zeigt, das Ansprechverhalten der Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 verbessert werden. Daher kann dann, wenn das einzuschreibende Bild ein sich bewegendes Bild ist, eine Lichtmenge ausgegeben werden, die dazu ausreicht, das Bild in das Flüssigkristall-Lichtventil 5 einzuschreiben. Außerdem ist die Steuerung einfach, da die Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 statisch angesteuert werden. Daher kann die Anzahl von Elektroden 43a, 43b erhöht werden und durch das Flüssigkristall-Lichtventil 5 kann ein Bild hoher Auflösung dargestellt werden.
- Indessen kann als Flüssigkristall für die Flüssigkristall- Blendenarrays 3, 4 ein nematischer Misch-Flüssigkristall mit einem Doppelbrechungsindex von nahezu 0,13 verwendet werden. Ferner können durch zwei Frequenzen angesteuerte LCDs, π-Zellen und andere mit hoher Geschwindigkeit ansprechende nematische LCDs verwendet werden.
- Als Photoleiterschicht 25, wie sie im Flüssigkristall-Lichtventil 5 verwendet wird, können auch Cadmium-Sulfide (Cds), hydriertes, amorphes Silizium (a-Si:H), hydriertes, amorphes Siliziumcarbid (a-SiC:H) und andere verwendet werden.
- Übrigens kann die Photoleiterschicht 25 auch mit Schottky- Struktur ausgebildet sein. In diesem Fall wird, wenn in der Photoleiterschicht 25 hydriertes, amorphes Silizium verwendet wird, statt der transparenten Elektrode 22b eine halbtransparente Elektrode aus z. B. Palladium (Pd), Platin (Pt) oder Molybdän (No) ausgebildet. Die halbtransparente Elektrode wird mit einer Dicke von ungefähr 50 Å ausgebildet, z. B. durch ein Abscheideverfahren aus dem Vakuum. Wenn in der Photoleiterschicht 25 kristallines Silizium verwendet wird, wird Gold (Au), Palladium (Pd) oder Platin (Pt) in der halbtransparenten Elektrode verwendet. Wenn in der Photoleiterschicht 25 kristallines Galliumarsenid verwendet wird, wird Gold (Au) oder Platin (Pt) in der halbtransparenten Elektrode verwendet.
- Als Betriebsmodus des Flüssigkristall-Lichtventils 5 und der Flüssigkristall-Blendenarrays 3, 4 können, wenn ein smektischer Flüssigkristall verwendet wird, der Doppelbrechungsmodus, der Gast-Wirt-Modus oder der Lichtstreumodus verwendet werden. Wenn ein nematischer Flüssigkristall verwendet wird, kann der verdrillt nematische Modus, der Modus mit durch ein elektrisches Feld hervorgerufener Doppelbrechung, der dynamische Streumodus oder der Hybridfeldeffekt-Modus verwendet werden.
- Die Erfindung kann durch andere spezielle Formen realisiert werden, ohne von deren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
Claims (4)
1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit:
- einer bildhaltenden Flüssigkristallzelle (5) mit:
- einem Vorderseitensubstrat (21a) und einem
Rückseitensubstrat (21b) mit einer Flüssigkristallschicht (26) zwischen
diesen Substraten,
- Elektroden (22a, 22b) auf jedem der zwei Substrate der
Zelle in jeweils einander entsprechenden Abschnitten,
- einer Photoleiterschicht (25) auf den Elektroden (22b)
auf dem Rückseitensubstrat (21b) und
- einem Spiegel (24) auf der Photoleiterschicht;
- einer Lichtquelle (2); und
- einer als Blende wirkenden
Flüssigkristallzelle-Einrichtung (17) mit überkreuzenden Elektroden, die durch eine
Blendenansteuereinrichtung zum wahlweisen Durchlassen von
durch Licht gebildeten Bildern von der Lichtquelle zur
Rückseite der bildhaltenden Flüssigkristallzelle angesteuert
werden;
dadurch gekennzeichnet, daß die als Blende wirkende
Flüssigkristallzelle-Einrichtung (17) zwei Flüssigkristallzellen
(3, 4) aufweist, die hintereinander in Richtung des
Lichtpfads von der Lichtquelle zur bildhaltenden Flüssigkristall-
Zelle angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die
Flüssigkristallzellen (3, 4) innerhalb der als Blende wirkenden
Flüssigkristallzelle-Einrichtung (17) streifenförmige Elektroden
(43a, 43b) auf jedem der zwei Substrate der Zelle aufweisen,
welche streifenförmigen Elektroden mit gegenseitigen
Abständen an jeweils einander entsprechenden Positionen parallel
zueinander verlaufen.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit:
- einer zweiten Lichtquelle (6) zum Abstrahlen von Licht zum
Lesen des durch die bildhaltende Flüssigkristallzelle
gespeicherten Bildes;
- einem Schirm (10) zum Darstellen dieses Bildes; und
- einer optischen Einrichtung (7, 8, 9) zum Richten von
Licht von der zweiten Lichtquelle zur Vorderseite der
bildhaltenden Flüssigkristallzelle und zum Ausgeben des am
Spiegel (24) der bildhaltenden Flüssigkristallzelle
reflektierten Lichts zum Schirm.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die optische
Einrichtung (7, 8, 9) eine polarisierende optische Einrichtung
(8) aufweist, mit einer vorgegebenen
Polarisationscharakteristik zum Reflektieren von Licht, das von der zweiten
Lichtquelle (6) her einfällt, und zum Durchlassen des von
der bildhaltenden Flüssigkristallzelle (5) einfallenden
Lichts, das eine zweite vorgegebene
Polarisationscharakteristik aufweist.
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