DE68927634T2

DE68927634T2 - Reflektive elektrooptische flüssigkristallvorrichtung und projektionsanzeigevorrichtung unter verwendung derselben

Info

Publication number: DE68927634T2
Application number: DE68927634T
Authority: DE
Inventors: Chiharu Ito; Tomio Sonehara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2009-07-15
Also published as: US5105289A; WO1990000756A1; DE68927634D1; EP0377757B1; EP0377757A1; EP0377757A4

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektro-optische Vorrichtung des Reflexionstyps und ein diese verwendendes Projektionsanzeigegerät. Die elektro-optische Vorrichtung enthält eine verdrillte Flüssigkristallschicht und verwendet einen durch ein elektrisches Feld gesteuerten Doppelbrechungseffekt eines Flüssigkristalls

STAND DER TECHNIK

Es gab zwei Arten bekannter elektro-optischer Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps, die beide einen verdrillten Flüssigkristall verwenden. Eine Art setzt ein optisch uniaxiales elektrooptisches Medium als eine λ/4-Phasenplatte ein. Die andere Art ist in USP Nr.4,019,807 und in der JP-A-56-43681 beschrieben, wobei der Flüssigkristall mit einem Verdrillungswinkel von 45º zur Molekularachse schräg einfallendes linear polarisiertes Licht empfängt und es als elliptisch polarisiertes Licht überträgt, und zwar ohne irgendeine Brechung, wenn kein elektrisches Feld anliegt, oder, bei Anliegen eines elektrischen Feldes, einer Doppelbrechung unterzieht.
Bei den bekannten elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps gab es jedoch Probleme insofern, als die Toleranz für die Dicke einer Flüssigkristallschicht gering war und die Anzeigegleichmäßigkeit vermindert wurde. Ferner nimmt, da die Ausgabe elliptisch polarisiertes Licht ist, ein Lichtverlust zu.
Das Dokument US-A-3,972,587 offenbart eine elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps, umfassend ein erstes und ein zweites Substrat, die einander gegenüberliegen, von denen wenigstens das erste Substrat transparent ist, eine verdrillte nematische Flüssigkristallschicht, die zwischen den Substraten eingeschlossen ist und einen endlichen Verdrillungswinkel von 45º aufweist, und eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie Licht, welches auf das erste Substrat auftrifft, reflektiert, nachdem es das erste Substrat und die Flüssigkristallschicht durchlaufen hat, wobei die Flüssigkristallschicht als eine Viertel-Wellenlängen- Platte wirkt derart, daß, wenn linear polarisiertes Eingangslicht auf das erste Substrat mit einer Polarisationsrichtung von 45º in bezug auf den Direktor der Flüssigkristallschicht an der Grenzfläche zu dem ersten Substrat auftrifft, das linear polarisierte Eingangslicht an der reflektierenden Fläche zu zirkular polarisiertem Licht wird und das an der reflektierenden Fläche. reflektierte zirkular polarisierte Licht, nach erneutem Durchlauf durch die Flüssigkristallschicht, als linear polarisiertes Ausgangslicht von dem ersten Substrat emittiert wird. Wenn keine Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt wird (Aus-Zustand) sind die Polarisation des Eingangslichts und diejenige des Ausgangslichts parallel zueinander, während sie orthogonal zueinander sind, wenn eine Spannung angelegt (Ein-Zustand).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektro-optische Vorrichtung des Reflexionstyps zu schaffen, die einen geringeren Lichtmengenverlust und große Herstellungstoleranzen ermöglicht, indem der Verdrillungswinkel, ein Produkt aus der Schichtdicke und der Doppelbrechung (nachfolgend als Δnd bezeichnet) und ein Einfallwinkel von polarisiertem Licht optimiert werden.
Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps zu schaffen, bei der die Abhängigkeit der optischen Eigen io schaft in bezug auf ein elektrisches Feld scharf ist und der Flüssigkristall ausreichend auf eine kleine Änderung der Effektivspannung reagiert, wodurch eine so genannte Multiplexansteuerung ermöglicht wird.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektro-optische Flüssigkristall vorrichtung des Reflexionstyps zu schaffen, die eine große effektive Bildelementfläche im Vergleich mit einer bekannten elektro-optischen Aktivelement-Flüssig kristallvorrichtung mit aktiven Elementen, beispielweise Dünnfilmtransistoren (nachfolgend als TFTs bezeichnet) und Metall-Isolator-Metall-Elementen (nachfolgend als MIMs bezeichnet) aufweist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Projektionsanzeigegerät zu schaffen, in welchem die optische Anordnung einfach ausgebildet ist, das Lichtnutzungsverhältnis groß ist und das Farbwiedergabevermögen hervorragend ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgaben werden mit einer elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps gelöst, wie sie im Anspruch 1 beansprucht wird, bzw. einem Projektionsfarbanzeigegerät, wie es im Anspruch 11 beansprucht wird.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung den Δnd-Wert größer als den einer bekannten Vorrichtung machen kann, wird im Hinblick auf die Dicke einer Flüssigkristallschicht ein großer Spielraum für die Herstellung erzielt. Da zusätzlich das übertragene Licht linear polarisiertes Licht ist, ist der Lichtmengenverlust im Vergleich mit dem von elliptisch polarisiertem Licht, welches von einem bekannten TN mit einem Verdrillungswinkel von 45º übertragen wird, gering.
Da außerdem ein Reflexionsanzeigemodus verwendet wird, können aktive Elemente unter den Bildelementen angeordnet werden, wodurch ein höheres Aperturverhältnis (ein Verhältnis der effektiven Bildelementfläche zur Bildelementfläche) erreicht wird, ohne daß eine Fläche für Bildelement-Adressiermittel (aktive Elemente) eingenommen wird. Dies führt zu einem verringerten Lichtmengenverlust.
Ferner kann ein lichtundurchlässiges Substrat (beispielsweise Si Substrate) verwendet werden, was die Integration peripherer Schaltungen einschließlich funktionaler Schaltungen, Treiberschaltungen und ähnliches erlaubt. Dies ermöglicht die Realisierung eines funktionalen Raumlichtmodulationselements zusätzlich zu einer verbesserten Produktivität und Zuverlässigkeit. Da außerdem die elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung optisch in einem optimalen Zustand angeordnet ist, kann das Projektionsanzeigegerät mit verbessertem Kontrast und verbesserter Helligkeit realisiert werden.
Außerdem kann bei der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung ein Spitzenreflexionsverhältnis leicht dadurch eingestellt werden, daß zur wellenlänge eines Lichts übergegangen wird, welches mittels eines dichroitischen Prismas monochrom gemacht wird und dann zur Beleuchtung der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird. Somit kann die Farbart und -sättigung eines angezeigten Bildes verbessert werden, und ein Bild mit einer Farbe nahe der natürlichen Farbe wurde erzielt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) und 1(b) sind Querschnittsansichten einer elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausrichtung eines Flüssigkristalls zeigt.
Fig. 3 ist eine Kennlinie des Reflexionsvermögens (bei 550 nm) in bezug auf die angelegte Spannung für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung,
Fig. 4 zeigt Verdrillungen von einfallendem Licht bei 63º.
Fig. 5(a) 5(b) und 5(c) sind graphische Darstellungen, die ein Reflexionsvermögen bei Δnd und AUS-Zustand zeigen.
Fig. (6a) und 6(b) sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen Δnd und dem Reflexionsvermögen mit der Richtung einfallenden polarisierten Lichts als Parameter zeigen.
Fig. 7 ist ein Strukturdiagramm, das eine elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps zeigt, die einen PBS als Polarisator verwendet.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht einer durch TFT-Elemente adressierten elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer mit Licht beschriebenen elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps.
Fig. 10 ist eine strukturelle Ansicht einer elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps, die periphere Schaltungen enthält.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht einer elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps, die MIM-Elemente verwendet.
Fig. 12(a), 12(b), 12(c), 12(d) und 12(e) sind Ablaufdiagramme zur Herstellung.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht einer elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps in einer XY-Matrixform.
Fig. 14 ist ein Strukturdiagramm eines Projektionsanzeigegeräts.
Fig. 15 ist ein Strukturdiagramm eines elektro-optischen Geräts des Reflexionstyps, welches eine von einer Kathodenstrahlröhre adressierte elektro-optische Vorrichtung des Reflexionstyps verwendet.
Fig. 16 ist ein Diagramm für eine elektro-optische Flüssig kristallvorrichtung des Reflexionstyps, das den Zusammenhang zwischen Δnd und der Wellenlänge λ zeigt, wo das Reflexionsvermögen einen Spitzenwert aufweist.

BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

BEISPIEL 1

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine elektro-optische Vorrichtung des Reflexionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem Aufbau ist ein TN-[verdrillt nematischer]- Flüssigkristall 104 zwischen einem transparenten Substrat 101 und einem gegenüberliegenden Substrat 103, welches mit einem reflektierenden Film 102 beschichtet ist, eingeschlossen. Das transparente Substrat darf keine optische Anisotropie aufweisen. Bei diesem Beispiel wird ein Glassubstrat verwendet. Die Zahl 105 ist eine transparente Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flüssigkristallschicht. Die andere Elektrode ist aus einem Metallfilm gebildet und wirkt als der reflektierende Film 102. Eine reflexionsvermindernde Beschichtung 106 ist über der Oberfläche der transparenten leitenden Elektrode und der Lichteingangsfläche (Einfallfläche) / Ausgangsfläche (Übertragsfläche) ausgebildet, um die Reflexion unnötigen Lichts zu unterdrücken. Die Zahl 107 ist ein Abstandshalter zum Stützen der Substrate. Fig. 1(b) ist eine Querschnittsansicht, die einen über der Außenseite des gegenüberliegenden Substrats 103 ausgebildeten reflektierenden Film 102 zeigt. Bei diesem Aufbau kann jegliches Material, das eine optische Reflexion ergibt, als ein reflektierender Film verwendet werden. In Fig. 1(b) entsprechen die anderen Bezugszahlen denen in Fig. 1(a).
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen zeigt. Fig. 2 zeigt, daß der Verdrillungswinkel 201 einer nematischen Flüssigkristallschicht 63º beträgt; das Produkt aus der Doppelbrechung des Flüssigkristalls und der Dicke der Flüssigkristallschicht ist 0,2 (in µm, nachfolgend als Δnd bezeichnet). Das einfallende Licht wird mittels Polarisatoren, die nahe beieinander angeordnet sind, zu linear polarisiertem Licht polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird in einem Maß justiert, das eine Schwingungsebene 204 des elektrischen Feldes parallel zum Direktor 203 der Flüssigkristallmoleküle 201 an der Eingangsseite liegt. Das heißt, wenn die angelegte Spannung null ist, sind die Moleküle an der Grenzfläche des Substrats parallel ausgerichtet, so daß eine Ausrichtung von 63º zwischen dem oberen und dem unteren Substrat erzielt wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Dieser Ausrichtungsprozeß kann durch Reiben und schräge Dampfabscheidung oder ähnliches erfolgen.
In ähnlicher Weise wird, falls ein Verdrillungswinkel 193º beträgt und Δnd = 0,58, linear polarisiertes einfallendes Licht zu zirkular polarisiertem Licht und, nach Reflexion, ist seine Polarisation in bezug auf das einfallende Licht an der Eingangsseite um 90º gedreht.
Fig. 3 ist eine Kennlinie des Reflexionsvermögens (bei 550 nm) in bezug auf angelegte Spannungen für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung. Die ausgezogene Linie zeigt den Fall mit 63º Verdrillung, und die gestrichelte Linie den Fall mit einer Verdrillung von 193º. Wir wollen zunächst einen Fall erläutern, wo die Spannung null ist. Wenn linear polarisiertes 402 angelegt wird, wird die Ortskurve des elliptisch polarisierten Lichts gedreht, wie in Fig. 4 gezeigt. An der Reflexionsfläche, ist die Orts kurve nahezu zirkular polarisiertes Licht 401, und die Phase wird nach Drehung um 180º zurück reflektiert. Erneut wandert das Licht in die Flüssigkristallschicht und verläßt diese als linear polarisiertes Licht 403. Folglich ist seine Polarisation an der Ausgangsseite um 90º gedreht. Aus diesem Grund wird das Licht von dem Polarisator blockiert, so daß das Reflexionsvermögen verringert wird (in einem AUS-Zustand). Als nächstes wollen wir einen Fall erläutern, wo eine Spannung angelegt wird. Moleküle eines Flüssigkristalls werden infolge der Anisotropie der dielektrischen Konstanten in der Richtung eines elektrischen Feldes neu ausgerichtet. Dies beseitigt die Doppelbrechung, so daß das einfallende Licht und das linear polarisierte Licht zurück reflektiert wird und ohne Änderung austritt. Folglich tritt keinerlei Abnahme des Reflexionsvermögens auf (in einem EIN-Zustand).
Solch eine Änderung des polarisierten Lichts tritt in einem begrenzten Zustand auf. Die Erfindung ist das Ergebnis einer sorgfältigen Studie dieses Zustands. Die Flüssigkristallschicht muß zwei optische Eigenschaften aufweisen. Eine besteht darin, daß linear polarisiertes Licht nach einfachem Durchlauf zu zirkular polarisiertem Licht wird. Die andere besteht darin, daß das zirkular polarisierte Licht reflektiert wird und dann seine Polarisation bei seinem Rücklauf um 90º gedreht wird. Fig. 4 zeigt, daß einfallendes Licht bei 63º verdrillt.
Die Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) sind graphische Darstellungen, die jeweils das Reflexionsvermögen im AUS-Zustand über Δnd zeigen. Der Parameter ist ein Verdrillungswinkel der Flüssigkristall schicht. Die Polarisation von einfallendem Licht fällt mit den Direktoren der Flüssigkristallmoleküle an der Einfallfläche zusammen.
Das Reflexionsvermögen in einem "EIN-Zustand" ist eine Konstante, die von der Durchlässigkeit eines Polarisators bestimmt wird. Dies erhellt, daß, wenn der Verdrillungswinkel annähernd 60º beträgt und Δnd = 0,2, das Reflexionsvermögen nahezu null wird. Eine genaue Untersuchung zeigt, daß der optimale Verdrillungswinkel 63º beträgt. Weiterhin ist eine andere Bedingung, daß der Verdrillungswinkel 190º beträgt und Δnd 0,6 ist. In einer genaueren Untersuchung ergibt sich ein optimaler Zustand bei einer Wellenlänge von 550 nm, wenn der Verdrillungswinkel 193º ist und Δnd = 0,58.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Ortskurve des elliptisch polarisierten Lichts an der Reflexionsfläche zirkular polarisiertes Licht, und ist linear polarisiertes Licht, das in bezug auf das an der Lichtausgangsfläche um 90º gedreht ist. Im Vergleich mit der Verwendung einer 1/4 λ-Platte tritt das polarisierte Licht in diesem Modus mit derselben Richtung wie der Direktor eines Flüssigkristallmoleküls ein. Dieser Modus ist dadurch gekennzeichnet, daß das Licht schwer einer Doppelbrechung zu unterziehen ist, ein großes Δnd bei derselben Phasenänderung vorzusehen ist und eine kleine periodische Δnd-Abhängigkeit besteht. Dies führt zu einer relativ großen Dicke einer Flüssigkristallschicht und einem großen Spielraum bei der Herstellung. Diese Erscheinung scheint eine elektrisch gesteuerte Doppelbrechung in einer Verdrillungsstruktur (nachfolgend als TN-ECB abgekürzt) zu sein.
Außerdem funktioniert der Δnd-Effekt in einer Weise ähnlich dem Fall, daß linear polarisiertes Licht vertikal zum Direktor des Flüssigkristalls eintritt. Der Grund dafür ist, daß Δnd keine Polarität aufweist.
Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen den Zusammenhang zwischen Δnd und dem Reflexionsvermögen als ein Parameter von Winkeln zwischen dem Polarisator und dem Direktor des Flüssigkristalls Demgemäß gibt es einen Zustand, wo das Reflexionsvermögen null ist, wenn die Richtung des polarisierten Lichts + 30º beträgt. In diesem Fall ist die Ortskurve des elliptisch polarisierten Lichts an der Reflexionsfläche ein zirkular polarisiertes Licht, wie in Fig. 4 gezeigt.
Man wird andere Zustände finden, wenn man verschiedene Parameter nimmt. In diesem Fall ist das minimale Δnd einzustellen, um geringe Schwankungen des Reflexionsvermögens infolge der Wellenlänge zu steuern. Bei einem extrem kleinen Δnd ist, da die Dicke des Flüssigkristalls zu klein wird, eine geeignete Auswahl erforderlich. Da eine Vorrichtung des Reflexionstyps, die einen doppelten optischen Abstand besitzt, eine geringe zulässige Schwankung der Dicke eines Flüssigkristalls aufweist, gibt es ein Problem bei der Herstellung, wodurch ein großes Δnd erforderlich ist. Dies bedeutet, daß der Spielraum bei der Herstellung der Elemente erweitert wird. Betrachtet man die oben beschriebenen Zustände von Δnd = 0,2, dann wird d 2,5 µm bei einem Flüssigkristall mit einem typischen kleinen Δn (= 0,08). Im Gegensatz dazu ist die minimale Dicke des Flüssigkristalls bei der oben erwähnten bekannten Vorrichtung mit 45º Verdrillung geringer als 2 pm, womit die Gleichförmigkeit und die Herstellungsausbeute des Elementes verschlechtert werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann ein Frontelektroden-Vorrichtungstyp, der keinerlei Bildelemente aufweist, als elektrisch gesteuerte Antiblendspiegel für Automobile und Lichtverschlüsse verwendet werden. Insbesondere bei einer Anwendung auf einen elektrisch gesteuerten Antiblendspiegel, zeigt sich ein hohes Reflexionsvermögen in einem transparenten Zustand im Vergleich mit dem bekannten Vorrichtungstyp mit dichroitischem Pigment und der TN-Vorrichtung mit beidseitig montierten Polarisationsplatten.
Der geringe Verlust an Lichtmenge schafft in vorteilhafter Weise Farbbilder, indem ein Farbfilter selbst bei schwacher Beleuchtung verwendet wird, zum Beispiel im Fall einer nicht vorhandenen Hintergrundbeleuchtung. Dies resultiert daraus, daß die Anzeige hell leuchtet, da die untere Polarisationslichtplatte und die Diffusions-Reflexionsplatte nicht benötigt werden in dem herkömmlichen TN-Reflexionsflüssigkristallelement (in einem Transmissionsmodus im Prinzip).
Wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt, erhält man bei einem großen Verdrillungswinkel von 193º eine steile optische Antwort auf die Spannung. In diesem Fall liegt das Verhältnis SAT/VTH eines elektrischen Feldes VTH bei 90º Reflexionsvermögen und eines elektrischen Feldes SAT bei 10% Reflexionsvermögen auf einem Wert von 1,08. Selbst wenn somit ein an die Flüssigkristallschicht angelegtes elektrisches Feld eine kleine Schwankung des Effektivwerts aufweist, reagiert der Flüssigkristall ausreichend und ermöglicht eine Anzeige mit hohem Kontrast. Dies zeigt, daß eine Multiplexansteuerung mit einer XY-Matrix sowie herkömmlichen Flüssigkristallelementen ausgeführt werden kann.
Mit der Wellenlänge eines gedrehten Lichts werden sich die für die vorliegende Ausführungs form beschriebenen Zustände verschieben. Das Verhältnis ist annähernd λ (nm)/550 und ist grob proportional λ. Bei einem Verdrillungswinkel von 193º beträgt der optimale Wert in bezug auf eine Wellenlänge von 550 nm beispielsweise 0,58. Wenn jedoch Δnd = 0,45 bis 0,75 ist oder 0,95 λ ≤ ( Δnd ≤ 1,15 λ (λ in µm), dann kann bezüglich einer beliebigen Wellenlänge eines Strahls sichtbaren Lichts das Reflexionsvermöger auf seinen Spitzenwert eingestellt werden. Damit Schwankungen des Leistungsvermögens bei 550 nm zu einem Aus-Reflexionsvermögen von weniger als 10% gemacht werden, beträgt ferner Δnd 0,52 bis 0,64, und der Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle beträgt 175º bis 210º. Es gibt die gleichen Bedingungen für einen Verdrillungswinkel von 60º. Δnd reicht von 0,14 bis 0,25, oder 0,33 λ ≤ Δnd ≤ 0,4 λ. Der Verdrillungswinkel ist bei einem Aus-Reflexionsvermögen von weniger als 10% 53º bis 78º.

BEISPIEL 2

Fig. 7 ist ein strukturelles Diagramm einer elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps, die als Polarisator einen polarisierenden Strahlschalter (nachfolgend als PBS bezeichnet) verwendet.
Der PBS 701 polarisiert linear Quellenlicht 702, um mit ihm eine Flüssigkristalltafel 703 zu beleuchten. Bei dem Aufbau der Flüssigkristalltafel ist der Lichtdurchlaufprozeß derselbe wie bei der Ausführungsform 1. Der PBS ist ein Mittel zur Feststellung von durchlaufendem Licht und gibt linear polarisiertes Licht aus, das in bezug auf das einfallende Licht einen Versetzungswinkel von 90º aufweist. Aus diesem Grund wird das reflektierte Ausgangslicht blockiert, wenn kein elektrisches Feld angelegt wird, und die Kennlinie des Reflexionsvermögens über der angelegten Spannung ist symmetrisch zur Ordinate in Fig. 3 bei der Ausführungsform von Fig. 1. Das durchlaufende Licht 704 wird mittels eines optischen Projektionssystems 705 projiziert.

BEISPIEL 3

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine elektro-optische Vorrichtung des Reflexionstyps zeigt, die mittels einer Aktivmatrix adressiert wird. Fig. 8 zeigt ein Beispiel, bei dem MOS-Transistoren bei jedem Bildelement angeordnet sind. Die Zahl 802 ist eine Bildelementelektrode, 803 eine Flüssigkristallschicht, 805 eine transparente Elektrode, die durch Abscheidung auf dem gegenüberliegenden transparenten Substrat 806 ausgebildet ist, und 807 eine Polarisationsplatte. Die hier verwendete Vorrichtung ist beschrieben auf Seite 164 in NIKKEI ELECTRONICS (1981) ausgegeben am 16. Februar. Tabelle 1 zeigt die detaillierte Spezifikation. TABELLE 1
Bei Verwendung des Reflexionsanzeigemodus, wie in Fig. 8 dargestellt, können die Metallisierung (Verdrahtung) und die aktiven Elemente unter den Bildelementen angeordnet werden. Diese Anordnung vergrößert das Aperturverhältnis (Öffnungsverhältnis) eines Bildelements (oder tatsächlichen Bildelements) zur Bildelementfläche ungeachtet der Existenz der Metallisierung und der aktiven Elemente, wodurch eine Verringerung der Öffnungsfläche infolge einer erhöhten Anzahl von Bildelementen verhindert wird.
Darüberhinaus können zusätzlich zu Bildelementen und aktiven Elementen periphere Treiberschaltungen wie Schieberegister und ähnliches zur Verteilung der Bildelementinformation auf demselben Si-Substrat vorgesehen werden.
Fig. 10 ist ein strukturelles Diagramm. Auf der X-Seite sind ein 320-Stufen-Schieberegister 1001 und ein Abtast-H alter 1002 ausgebildet, und auf der Y-Seite ist ein 220 Stufen-Schieberegister 1003 um die Anzeigefläche 1004 herum ausgebildet. Sie sind durch einen CMOS- Herstellungsprozeß ausgebildet.
Beim Aufbau des transparenten Typs gibt es eine Beschränkung infolge der Breite der Verdrahtung, wenn das Aperturverhältnis erhöht wird. Da gemäß der vorliegenden Erfindung eine Metallverdrahtung geringen Widerstands unter den Bildelementelektroden angeordnet werden kann, und zwar ohne irgendeine Beschränkung auf eine Schaltungsauslegungsregel, kann ein Abfall der Übertragungsbandbreite infolge des Verdrahtungswiderstandes verhindert werden.
Auch ist es so, daß im Vergleich mit anderen Flüssigkristallanzeigemodi die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen niedrigeren Lichtmengenverlust als eine Vorrichtung des Gast/Wirt- Typs aufweist. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erfordert keinerlei Polarisator und Diffusions-Reflexionsplatte an der unteren Seite eines bekannten TN-Reflexions-Flüssigkristall elements. Aus diesem Grund wird unter Verwendung von Farbfiltern ein helles Farbbild bei schwachem Licht erzielt.
Die dünne Flüssigkristallschicht ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Haltekapazität der Flüssigkristallschicht zu erhöhen.
Ferner hat die Vorrichtung des Reflexionstyps einen Vorteil, der darin besteht, daß eine Wärmesenke und ein Temperaturcontroller an der gegenüberliegenden Oberfläche montiert werden können, da die Lichteingangsfläche als die Lichtausgangsfläche dient.
Eine steile Schwellenwertcharakteristik gegenüber einem elektrischen Feld wird durch Änderung der Verdrillungszustände erreicht, so daß eine Anzeige mit einem hohen Kontrast möglich wird, ohne das Schaltverhältnis des Transistors groß zu machen. Bei der Ausführungsform werden MOS-Transistoren auf einem Si-Substrat verwendet. Anstelle der MOS-Transistoren können jedoch TFT-Transistoren eingesetzt werden.

BEISPIEL 4

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps, die mit Hilfe von Licht beschrieben wird. Eine fotoleitfähige Schicht 901 ändert ihren Widerstand aufgrund von Licht, um das elektrische Feld über der Flüssigkristallschicht 902 zu steuern. 903 ist ein Reflexionsspiegel in einem dielektrischen Spiegelaufbau. Die Zahl 904 ist eine transparente Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Feldes. Solch eine Vorrichtung ist in JP-A-56- 43681 und dem Papier J. Opt. Soc. Am., Band 70, Nr.3,287 (1980) offenbart. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet jedoch zwei Zustände: einer ist ein Δnd von 0,2 und ein Verdrillungswinkel von 60º und der andere ein Δnd von 0,53 und ein Verdrillungswinkel von 180º. Dies erlaubt ein hohes Reflexionsvermögen in einer optimalen Anordnung eines PBS.
Tabelle 2 zeigt eine detaillierte Konstitution. In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird als eine fotoleitfähige Schicht ein eigenleitendes amorphes Silizium mit einer geringen Menge Bor verwendet. Es kann jedoch ein PIN-Aufbau verwendet werden. Auch ist CdS, Se, OPC, monokristallines Silizium, BSO oder ähnliches ein gutes Material für die fotoleitfähige Schicht.
Variieren der Verdrillungszustände macht die Schwellenwertcharakteristik steil und ermöglicht eine Anzeige mit hohem Kontrast, selbst wenn das Schaltverhältnis des Fotoleiters gering ist. TABELLE 2

BEISPIEL 5

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht einer elektro-optischen Vorrichtung des Reflexionstyps, die MIM-Elemente verwendet. Eine Flüssig kristallschicht 1104 ist zwischen dem MIM-Substrat 1102 und dem gegenüberliegenden Substrat 1103 eingeschlossen. An dem MIM-Substrat 1102 ist eine reflektierende Bildelementelektrode 1101 montiert. Die Zahl 1105 ist eine transparente Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flüssigkristallschicht. Die Elektrode 1105 ist in der Form eines Streifens entsprechend der Bildelementgröße. Das MIM-Substrat umfaßt eine Signalübertragungsverdrahtung 1107 in Linienform über einem Substrat 1106, ein MIM-Element 1108 aus einem dünnen Isolator, der auf einem Teil der Verdrahtung 1107 ausgebildet ist, und eine Bildelementelektrode 1101, die elektrisch mit dem MIM-Element verbunden ist.
Die Bildelementelektrode kann auch als der andere metallische Dünnfilm des MIM-Elements und als reflektierender Film eines elektro-optischen Elements dienen. Die Zahl 1110 ist eine Antireflexionsbeschichtung, und 1111 ist ein Polarisationselement.
Tabelle 3 zeigt eine konkretere Konfiguration. TABELLE 3
Bei Verwendung solch eines Reflexionsanzeigemodus können die Verdrahtung und die MIM- Elemente unter den Bildelementelektroden angeordnet werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Dieser Aufbau kann das Aperturverhältnis (Öffnungsverhältnis) einer tatsächlichen Bildelementelektrode zu einer Bildelementfläche ungeachtet der Existenz der Verdrahtung und der aktiven Elemente vergrößern, womit eine Abnahme im Aperturverhältnis infolge einer Zunahme der Bildelementanzahl verhindert wird.
Bei der Vorrichtung des transparenten Typs ist die Verdrahtungsbreite auf eine Zunahme eines Aperturverhältnisses begrenzt. Bei dieser Erfindung wird jedoch der Übertragungsbereich nicht aufgrund des Verdrahtungswiderstands verschlechtert, weil eine dicke Metallverdrahtung unter der Bildelektrode angeordnet werden kann.
Außerdem verwendet das Substrat, auf dem die Elemente montiert sind, nicht Drei-Anschluß- Elemente, wie TFTs, die zwei oder mehr sich kreuzende Verdrahtungen erfordern, sondern verwendet nur eine sich nicht kreuzende Verdrahtung, wodurch ein Fehler infolge eines Kurzschlusses zwischen sich kreuzenden Verdrahtungen nicht auftreten kann.
Die dünne Dicke einer Flüssigkristallschicht erhöht in vorteilhafter Weise die Haltekapazität der Flüssigkristallschicht. Ein eigenleitender Halbleiter, der einen größeren Bandabstand als der eines herkömmlichen Halbleiters wie etwa Si aufweist, wird verwendet, um eine deutlich gute Lichttoleranz zu erzielen. Der Aufbau des Reflexionstyps kann einen Halbleiterteil des Elements vollständig gegenüber einfallendem Licht abschirmen, um weiter die Lichttoleranz zu verbessern. Ferner bietet die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weniger Lichtmengenverlust im Vergleich zu der Vorrichtung des Gast/Wirt-Typs. Die Vorrichtung dieser Erfindung weist auch den Vorteil auf, daß ein helles Farbbild unter schwacher Beleuchtung erreicht wird, wobei Farbfilter verwendet werden, weil irgendein Polarisator und Diffuser, die unter das Substrat gesetzt werden und für ein bekanntes TN-Flüssigkristallelement des Reflexionstyps verwendet werden, (die prinzipiell einen transparenten Modus verwenden) nicht verwendet werden.
Eine steile Schwellenwertcharakteristik gegenüber einem elektrischen Feld wird durch Variieren des Verdrillungszustands erreicht, so daß eine Anzeige mit einem hohen Kontrast geboten wird, ohne daß das Schaltverhältnis eines MIM-Elements groß gemacht wird.
Wie in Fig. 11 gezeigt, wird eine Anzeigevorrichtung des Reflexionstyps durch einen besonderen Herstellungsprozeß ausgebildet und weist einen gegenüber einem herkömmlichen Element des MIM-Typs anderen Aufbau auf. Als nächstes wird dieser Herstellungsprozeß erläutert. Die Fig. 12(a), 12(b), 12(c), 12(d) und 12(e) sind Diagramme, die Herstellungsschritte zeigen.
a.) Ein Dünnfilm 1201 aus Ta oder ein Metall für ein MIM-Element, wird auf dem Substrat 1202 abschieden (siehe Fig. 12(a)).
b.) Der Ta-Dünnfilm wird zu einem Streifenmuster foto-geätzt (siehe Fig. 12(b)).
c.) Ein Schichtisolator 1203 wird aufgeschichtet (siehe Fig. 12 (c)). Bei diesem Beispiel wird ein lichtempfindliches Polyimid durch Schleuderbeschichtung aufgebracht, statt dessen kann aber ein anorganischer Isolator verwendet werden.
d.) ein MIM-Elementbildungsbereich wird mittels eines Fotoätzprozesses freigelegt, um selektiv anodisiert zu werden. Hier wird in einem Naßprozeß ein Ta&sub2;O&sub5; 1204 von etwa 500 Å gebildet (siehe Fig. 12(d)).
e.) CR 205 oder ein anderes Metall für das MIM-Element, wird aus der Dampfphase abgeschieden, und dann wird eine Bildelementelektrode durch Fotoätzen geformt (siehe Fig. 12(e)).
Bei dieser Ausführungsform wird zur Vereinfachung des Prozesses Cr, ein Metall für ein MIM- Element, für eine Bildelementelektrode benutzt. Im Fall einer Notwendigkeit eines höheren Reflexionsvermögens, kann ein Film aus Al, Ag oder ähnlichem wirksam für die Bildelementelektroden verwendet werden.
Bei der Musterung für die Signalübertragungsleitung, wird die Regel zur Vereinfachung des Prozesses erleichtert.

BEISPIEL 6

Fig. 13 zeigt eine einfache FI(issigkristalltafel des X-Y-Matrixtyps, die die elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Zahl 1301 ist ein transparentes Substrat wie Glas oder ähnliches, 1302 ist eine transparente Elektrode wie ITO, 1303 ist eine Al-Elektrode auf dem gegenüberliegenden Substrat 1304. Wie die elektrooptische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps, die in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Oberflächen der transparenten 1302 und der Al-Elektrode 1304 zur Ausrichtung behandelt, und ein nematischer Flüssigkristall wird mit Hilfe eines Abstandshalters zwischen ihnen gehalten. Der Zustand hinsichtlich der Dicke der Flüssigkristallschicht und des Verdrillungswinkels der Flüssigkristallmoleküle ist derselbe wie der des 139º TN, der beim Beispiel 1 beschrieben wurde. Wie eine transparente Flüssigkristalltafel des einfachen Matrixtyps, erbringen die Flüssigkristallmoleküle mit einem kleinen Verdrillungswinkel einen niedrigen Kontrast, wenn eine Anzahl von Bildelementen in einem Ansteuerbetrieb mit hohem Schaltverhältnis betrieben wird. Gemäß der elektro-optischen Flüssig kristallvorrichtung des Reflexionstyps, die in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, wird jedoch ein guter Kontrast geboten, und zwar wegen ihrer steilen Schwellenwerteigenschaften im Hinblick auf ein elektrisches Feld.

BEISPIEL 7

Fig. 14 ist ein Strukturdiagramm, das ein Projektionsanzeigegerät zeigt, welches mehrere elektro-optische Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps 1401, 1402 und 1403 können ausgebildet sein wie jene, die in den Ausführungsformen 1, 2, 3, 5 oder 6 gezeigt sind. Hier wird eine elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps eingesetzt, die Transistoren als aktive Ansteuerelemente verwendet, wie bei der Ausführungsform 3 beschrieben.
Die Zahl 1410 ist eine Signalquelle zur Ansteuerung einer elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps. Nachdem ein Bildvideosignal demoduliert und dann in ein R-Signal, ein B-Signal und ein G-Signal separiert wurde, wird jedes der Signale einer entsprechenden der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps zur Anzeige eines monochromen Bildes zugeführt. Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, wird, während an die Flüssigkristallschicht angelegtes Licht an dem Reflexionsfilm zurück reflektiert wird, dieses während des Durchlaufs durch den Flüssigkristall zur Ausbildung einer Bildabbildung einer Verzögerung unterzogen. Auf diese Weise wird auf dem entsprechenden der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen 1401, 1402 und 1403 des Reflexionstyps eine Bildabbildung entsprechend dem R-, G- und B-Signal einer anzuzeigenden Bildabbildung ausgebildet. Die Zahl 1413 ist eine Ausleselichtquelle zur Sichtbarmachung der obigen Bildabbildungsinformation und ist beispielsweise eine Xenonlampe, Halogenlampe, Halogen-Metalldampflampe oder ähnliches. Die Ausleselichtquelle mit einem Reflektor bietet einen hohen Lichtnutzungsgrad. Ein Infrarotfilter kann zusätzlich verwendet werden, um Wärme zu isolieren, die in den elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps oder anderen optischen Komponenten absorbiert wird. Ein Ultraviolettsperrfilter kann zusätzlich eingesetzt werden, um eine Verschlechterung des Flüssigkristalls in einer elektro-optischen Flüssig kristallvorrichtung des Reflexionstyps zu vermeiden. Das Ausleselicht, das von der Ausleselichtquelle 1413 erzeugt wird, wird mit einem polarisierenden Strahlspalter 1414 in P- und S-polarisiertes Licht aufgeteilt. Fig. 14 zeigt, daß eine S- polarisierte Lichtkomponente, die von dem polarisierenden Strahlspalter reflektiert wird, zur Anzeige benutzt wird. Bei der Anzeige der P-polarisierten Lichtkomponente kann die oben erwähnte Auslesequelle in der Position durch eine später beschriebene Projektionslinse ersetzt werden. Dieser Ersatz gilt auch für das folgende Gerät. Der polarisierende Strahlspalter 1414 sollte über den gesamten Bereich sichtbaren Lichts gute Polarisationseigenschaften aufweisen und ausreichend eine Weiße des von einer Lichtquelle erzeugten Lichts beibehalten. Ein den polarisierenden Strahlspalter 1414 durchsetzendes Licht tritt in das dichroitische Prisma 1415 ein, das als ein dichroitisches Element dient, und wird in drei Farben RGB aufgeteilt. Das monochromatische Licht wird auf eine elektro-optische Flüssig kristallvorrichtung des Reflexionstyps gestrahlt. Das dichroitische Prisma 1415 umfaßt vier rechtwinklige Prismenblöcke, die zusammengesetzt sind. Auf die Kontaktfläche jedes Blocks ist ein dielektrischer Multifilm geschichtet und dient als zwei Arten von sich rechtwinklig kreuzenden Wellenlängentrennflächen. Der dielektrische Multifilm, der auf einer Kontaktfläche ausgebildet ist, ist so ausgelegt, daß er Licht einer Wellenlänge entsprechend Rot (R) in weißem Licht reflektiert und die übrigen Wellenlängen dieses Lichts durchläßt. Der dielektrische Multifilm, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet ist, ist so ausgelegt, daß er Licht einer Wellenlänge entsprechend Blau (B) in dem weißen Licht reflektiert und die übrigen Wellenlängen dieses Lichts durchläßt. Somit wird das Licht, das den polarisierenden Strahlspalter 1414 durchsetzt, nach Maßgabe der Wellenlängen von dem dichroitischen Prisma 1415 aufgetrennt, und das reflektierte rote Licht (R) und blaue Licht (B) sowie das durchgelassene grüne Licht (G) beleuchten gesondert die elektro-optischen Vorrichtungen. Wie zuvor beschrieben, ist das Bildabbildungslicht, das die Bildabbildungen entsprechenden den Farben RGB formt, mit den elektro-optischen Vorrichtungen 1401, 1402 und 1403 speziell moduliert und tritt in das dichroitische Prisma ein. Das Licht, das die Bildabbildungsinformation von Grün (G) enthält, durchläuft das dichroitische Prisma ohne Änderung, und das Licht, das die Bildabbildungsinformation von Rot (R) und Blau (B) enthält wird von dem dichroitischen Multifilm an dem dichroitischen Prisma reflektiert. Dann wird das RGB-Licht zusammengesetzt und erneut auf den polarisierenden Strahlspalter gestrahlt. Von dem auf den polarisierenden Strahlspalter auftreffenden zusammengesetzten Licht passiert lediglich eine Lichtkomponente mit einer bezogen auf das Einfallicht, das an die elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung angelegt wird, um 90º gedrehten Polarisation, um mit der Projektionslinse 1416 eine Abbildung auf den Schirm 1417 zu projizieren.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel einer Anordnung eines sehr kompakten optischen Projekttionsgeräts. Anstelle der dichroitischen Prismen können für die RGB-Trennung und -Zusammensetzung dichroitische Spiegel in paralleler oder vertikaler Position benutzt werden. In diesem Fall können die elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps einen guten Vorteil bieten, um ein einzigartiges Projektionsanzeigegerät zu realisieren.
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, kann, da sowohl der Polarisator als auch der Analysator als ein Polarisationselement verwendet werden können, eine Polarisationsplatte anstelle des PBS von Fig. 4 angeordnet werden, und das optische System kann ferner dadurch vereinfacht werden, daß Mittel zur Auftrennung in ein Lichtquellenlicht und ein durchgelassenes Licht (zum Beispiel Schlieren-Stoppmittel) zusätzlich vorgesehen werden.
Bei der für die vorliegende Ausführungsform für die Projektionsanzeigevorrichtung verwendeten elektro-optischen Vorrichtung wird die TN-Schicht unter den Voraussetzungen eines Verdrillungswinkels von 60º und Δnd = 0,2 sowie eines Verdrillungswinkels von 193º und Δnd = 0,58 verwendet. Im Hinblick auf die Wellenlänge eines mittels eines dichroitischen Prismas monochrom gemachten Lichts wird das Δnd jeder der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps optimiert. Ferner zeigte eine detaillierte Studie über die Bedingungen des 1930 TN deutlich den Zusammenhang zwischen einer Wellenlänge mit einem Spitzenreflexionsvermögen und Δnd, wie in Fig. 16 gezeigt.
In einer reflektierenden elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung mit Flüssigkristallmolekülen, deren Verdrillungswinkel auf 193º gesetzt ist, zeigt Fig. 16 das Reflexionsvermögen für den Fall, daß kein elektrisches Feld angelegt wird, und zwar gemessen mit einem polarisierenden Strahlspalter. In Fig. 16 ist die ausgezogene Linie die Aufzeichnung einer Wellenlänge in bezug auf Δnd, wobei die Wellenlänge im Fall keines elektrischen Feldes zu einem Spitzenreflexionsvermögen führt. Die Mittenwellenlänge λ, die mit dem dichroitischen Prisma, das in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, separiert wird, ist bei der reflektierenden elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung 1401 für Rot 630 nm. In der Vorrichtung 1402 für Grün ist λ 550 nm. In der Vorrichtung 1403 für Blau ist λ 480 nm. Wenn demnach 0,95 λ ≤ Δnd ≤ 1,15 λ ist, kann der Einfluß auf eine Farbintensität einer erzeugten Bildabbildung vernachlässigt werden. Wenn Δnd = 0,65 in der Vorrichtung 1401, Δnd 0,58 in der Vorrichtung 1402 und Δnd = 0,50 in der Vorrichtung 1403 sind, bietet jede der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen das höchste Reflexionsvermögen für die Wellenlänge des zugeführten Lichts und kann hinsichtlich Farbreproduzierbarkeit verbesserte Bildabbildungen anzeigen.
Die gestrichelte Linie in Fig. 16 zeigt den Zusammenhang zwischen Δnd und einer Wellenlänge mit einem Spitzenreflexionsvermögen in einer bekannten reflektierenden elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung, die Flüssigkristallmoleküle mit einem Verdrillungswinkel von 45º verwendet. Im Vergleich mit der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps mit den durch die ausgezogene Linie dargestellten Eigenschaften, weist die obige Vorrichtung eine Spitzenwellenlänge für das Reflexionsvermögen auf, die in bezug auf Δnd-Schwankungen empfindlich ist, und besitzt eine Spalttoleranz für eine Flüssigkristallschicht zur Optimierung der elektrooptischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps nach Maßgabe der Trenneigenschaften des dichroitischen Prismas, wodurch die Farbintensität einer angezeigten Bildabbildung verschlechtert wird. Bei der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung ist dagegen die Schwankung der Spitzenwellenlänge für das Reflexionsvermögen in bezug auf Δnd-Schwankungen moderat, so daß die Optimierung leicht ist.

BEISPIEL 8

Fig. 15 ist strukturelles Diagramm, das ein Projektionsanzeigegerät zeigt, welches eine Mehrzahl von elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps verwendet, die mittels eines Fotoleiters adressiert werden.
Die reflektierenden elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen 1501, 1502 und 1503 des Lichtaufzeichnungstyps enthalten eine Flüssigkristallschicht und eine fotoleitfähige Schicht und bilden optisch eine Bildabbildung. Sie sind in der Ausführungsform 4, Fig. 9 bzw. Tabelle 2 gezeigt.
Die Bezugszahlen 1504, 1505 und 1506 sind aufrichtende gleich vergrößernde optische Projektionssysteme, von denen jedes optisch eine elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps mit den Schirmen von Kathodenstrahlröhren 1507, 1508 und 1509 als Bildabbildungsspeisemitteln koppeln. Bei einem konkreten Beispiel wird eine Stablinsenanordnung, von denen mehrere Stablinsen des Brechzahlverteilungstyps in einer Ebene angeordnet sind, benutzt. Anstelle der Stablinsenanordnung können Kopplungsmittel unter Verwendung eines aufrichtenden gleich vergrößernden optischen Projektionssystems verwendet werden, das eine Mehrzahl von Mikrolinsenanordnungen umfaßt. Die Linsenanordnung wird von einer Mehrzahl horizontal angeordneter Mikrolinsen gebildet, von denen jede Brechzahlverteilungseigenschaften aufweist. Auch kann eine Faser mit einer Mehrzahl von Löchern kleinen Durchmessers mit einer horizontal angeordneten Fasermikroplatte gekoppelt werden. Die Zahlen 1510, 1511 und 1512 sind Stromversorgungen zum Betrieb jeweiliger elektro-optischer Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps 1501, 1502 und 1503. Die Kathodenstrahlröhren 1507, 1508 und 1509 zeigen gesondert Bildabbildungen auf der Basis von RGB-Bildabbildungssignalen von einer (nicht gezeigten) Videosignalquelle an. Die Bildabbildung wird von der oben erwähnten Stablinsenanordnung zu den jeweiligen elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps geführt, um auf eine fotoleitfähige Schicht projiziert zu werden. Nachdem verschiedene Videosignale, die verschiedenen Kathodenstrahlröhren geliefert werden, ein gemeinsames Videosignal zur Trennung in RGB-Signale, farb-demodulieren, wird jede Farbe einer jeweiligen Kathodenstrahlröhre geliefert, und eine monochrome Bildabbildung einer Komponente jedes der RGB- Signale wird an jeder der Kathodenstrahlröhren angezeigt. Ein auf die fotoleitfähige Schicht auftreffendes Licht variiert deren Impedanz, so daß sich das Impedanzverhältnis zwischen der fotoleitfähigen Schicht und der Flüssigkristallschicht ändert. Als Folge davon wird in einem dunklen Zustand nahezu die gesamte Spannung an die fotoleitfähige Schicht angelegt. In dem beleuchteten Zustand wird die Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt, und der Flüssigkristall ändert seine Ausrichtung. Während, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, das durch die Flüssigkristallschicht gestrahlte Licht von einem dielektrischen Multischichtspiegel zurück reflektiert und abgestrahlt wird, unterliegt es einer Verzögerung zur Bildung einer Bildabbildung. Auf diese Weise zeigen die elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps 1501, 1502 und 1503 jeweils Bildabbildungsinformation entsprechend den RGB Signalen einer anzuzeigenden Bildabbildung an. Das optische Projektionssystem, das das gleiche wie das in der Ausführungsform 7 ist, umfaßt eine Ausleselichtquelle 1513 zur Sichtbarmachung der oben erwähnten Bildabbildungsinformation, einen polarisierenden Strahlspalter 1514, ein dichroitisches Prisma 1515 als ein dichroitisches Element, eine Projektionslmse 1516 und einen Schirm 1517.
Bei dem elektro-optischen System, das die Projektionsanzeigevorrichtung verwendet, die in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, wird die TN-Schicht unter den bei der Ausführungsform 7 beschriebenen Bedingungen verwendet.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine Kathodenstrahlröhre als Mittel zum Schreiben einer Bildabbildung auf die elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps. Ein mit einem Videosignal modulierter Laserstrahl kann edoch zum Schreiben in eine fotoleitfähige Schicht durch Abtasten in zwei Dimensionen durch einen Polygonabtaster, einen akusto-optischen Modulator, einen Galvanoabtaster oder ähnliches verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist zusätzlich zu den vorliegenden Ausführungsformen anwendbar auf eine große Vielfalt von Fotosteuergeräten des Reflexionstyps.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Im Vergleich mit einer bekannten Vorrichtung erlaubt die oben beschriebene vorliegende Erfindung einen großen Δnd-Wert und eine große Toleranz bei der Dicke einer Flüssigkristallschicht bei der Herstellung. Ferner ermöglicht die Verwendung von nahezu linear polarisiertem Licht wirksam einen niedrigen Lichtmengenverlust. Da ferner Signalübertragungsleitungen und aktive Elemente unter den Bildelementelektroden angeordnet werden können, nimmt das Aperturverhältnis nicht aufgrund der Bildelementansteuermittel (wie TFTs) ab, wodurch der Lichtmengenverlust wirksam verringert wird.
Der reflektierende Anzeigemodus ermöglicht die Verwendung eines lichtundurchlässigen Siliziumsubstrats und kann wirksam eine periphere Schaltung wie etwa eine Treiberschaltung integrieren. Dies führt zu einer einfachen Montage, niedrigen Kosten und einer verbesserten Zuverlässigkeit. Da Signalübertragungsleitungen und aktive Elemente unter den Bildelementelektroden angeordnet werden können, werden außerdem der Lichtwiderstand und die thermische Leitung wirksam verbessert.
Da Signalübertragungsleitungen und aktive Elemente unter den Bildelementelektroden angeordnet werden können, kann ferner die Minimumdimensionsregel bei der Herstellung relativiert werden, um wirkungsvoll einen vereinfachten Herstellungsprozeß einzusetzen.
Die Änderung des Verdrillungszustands erlaubt eine Steuerung der Schwellenwertcharakteristiken in bezug auf das elektrische Feld. Der scharfe Übergang des Schwellenwerts ermöglicht eine sichere Antwort auf kleine Änderungen des Effektivspannungswerts, eine Ansteuerung einer Flüssigkristalltafel des einfachen Matrixtyps mit hohem Schaltverhältnis und eine kontrastreiche Anzeige einer Flüssigkristalltafel des Aktivelementtyps mit einem kleinen Schaltverhältnis eines Transistors oder eines MIM-Elements. Im Gegensatz dazu ermöglicht ein gemäßigter Schwellenwert die Halbtonanzeige und erleichtert die Handhabung eines Tonsignals wie etwa eines Videosignals.
Der niedrige Lichtmengenverlust bietet einen Vorteil dadurch, daß eine Farbbildabbildung unter schwacher Beleuchtung erzielt wird, zum Beispiel in einer Atmosphäre ohne Rücklicht, indem ein Farbfilter verwendet wird. Dies rührt davon her, daß keine Notwendigkeit irgendeiner Polansationsplatte oder Diffusionsplatte besteht, die in einem bekannten reflektierenden TN-Flüssigkristallelement benutzt wird, was zu einer hellen Anzeige führt.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spitzenreflexionsvermögen der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung leicht durch Wenden der Wellenlänge von monochromen Licht mit einem dichroitischen Element eingestellt werden kann, wird eine Farbintensität einer Anzeigebildabbildung verbessert, und die erhaltene Bildabbildung kommt der natürlichen Farbe nahe. Außerdem verbessert eine Optimierung beim Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle den Kontrast, den Nutzungsgrad von Lichtfluß von Lichtquellenlicht und die Bildabbildungsqualität.
Darüberhinaus verbessert die Verwendung eines großen Öffnungsverhältnisses den Lichtflußnutzungsgrad. Der verbesserte Lichtflußnutzungsgrad kann die Lichtmenge einer Lichtquelle verringern und vermindert einen Temperaturanstieg einer elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung aufgrund einfallenden Lichts. Dieses erhöht darüberhinaus wirksam die Zuverlässigkeit und die Betriebslebensdauer der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen und der Projektionsanzeigesysteme. Die Verwendung der elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps ermöglicht es, daß die Räume für Beleuchtungssystem und Projektionssystem mehrfach genutzt werden, und kann ein kompaktes optisches System realisieren.

Claims

1. Elektro-optische Flüssig kristallvorrichtung des Reflexionstyps, umfassend:

ein erstes und ein zweites Substrat (101, 103), die einander gegenüberliegen und von denen wenigstens das erste Substrat (101) transparent ist,

eine verdrillte nematische Flüssigkristallschicht (104), die zwischen den Substraten eingeschlossen ist und einen endlichen Verdrillungswinkel aufweist,

Mittel, die so angeordnet sind, daß sie dem ersten Substrat (101) linear polarisiertes Eingangslicht zuführen, dessen Polarisationsrichtung entweder im wesentlichen parallel oder im wesentlichen senkrecht zu dem Direktor der Flüssigkristallschicht an der Grenzfläche des ersten Substrats (101) ist,

eine reflektierende Oberfläche (102), die so angeordnet ist, daß sie das Eingangslicht, nachdem es wenigstens das erste Substrat und die Flüssigkristallschicht (104) durchlaufen hat, reflektiert, und

Mittel (105; 102), die so angeordnet sind, daß sie die Flüssigkristallschicht (104) elek trisch zur Annahme entweder eines Aus-Zustands oder eines Ein-Zustands steuern,

wobei der Wert des Verdrillungswinkels und der Wert Δnd der Flüssigkristallschicht (104) so gewählt sind, daß in dem Aus-Zustand für eine ausgewählte Wellenlänge das linear polarisierte Eingangslicht, nachdem es die Flüssigkristallschicht durchlaufen hat, an der reflektierenden Oberfläche zu im wesentlichen zirkular polarisiertem Licht gewandelt wird und das zirkular polarisierte Licht nach Reflexion an der reflektierenden Oberfläche und erneutem Durchlauf durch die Flüssigkristallschicht als linear polarisiertes Ausgangslicht emittiert wird, dessen Polarisationsrichtung orthogonal zu der des Eingangslichts ist,

wobei d die Dicke der Flüssigkristallschicht (104) und Δn die Anisotropie seiner Brechzahlen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Flüssig kristallschicht einen Verdrillungswinkel von ungefähr 63º aufweist und 0,33 λ ≤ Δnd ≤ 0,4 λ ist oder einen Verdrillungswinkel von ungefähr von 193º aufweist und 0,95 λ ( Δnd ≤ 1,15 λ ist, wobei λ der Wert der ausgewählten Wellenlänge in µm ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der aktive Elemente zur Steuerung eines an die Flüssigkristallschicht anzulegenden elektrischen Feldes auf dem zweiten Substrat (103) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das zweite Substrat (103) ein lichtundurchlässiges Halbleitersubstrat ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der eine Treiberschaltung zur Verteilung von Bildelementinformation auf dem zweiten Substrat (103) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der reflektierende Bildelementelektroden auf dem zweiten Substrat (103) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der das zweite Substrat (103) aktive Elemente, Signalübertragungsleitungen, einen Zwischenschichtisolator, der auf den Signalübertragungsleitungen ausgebildet ist, und reflektierende Bildelementelektroden, die auf dem Isolator ausgebildet sind, aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Elektrode jedes aktiven Elements eine reflektierende Bildelementelektrode ist.

9. Elektro-optische Flüssigkristallvorrichtung des Reflexionstyps nach Anspruch 3, bei der die aktiven Elemente MIM-Elemente sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der

eine erste transparente Elektrodenschicht (904) auf der der Fiiissigkristallschicht (902) zugewandten Seite des ersten Substrats vorgesehen ist,

das zweite Substrat transparent ist, und

ein dielektrischer Spiegel (903), eine fotoleitfähige Schicht (901) und eine zweite transparente Elektrodenschicht (904) in dieser Reihenfolge zwischen der Flüssigkristallschicht (902) und dem zweiten Substrat vorgesehen sind.

11. Projektionsfarbanzeigegerät umfassend mehrere der elektro-optischen Vorrichtungen, die in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht sind.

12. Gerät nach Anspruch 11, bei dem drei der elektro-optischen Vorrichtungen vorgesehen sind, wobei das Gerät ferner umfaßt:

ein dichroitisches Element (1415) zur Auftrennung von einfallendem Ausleselicht in drei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen entsprechend Rot, Grün bzw. Blau, jeder Lichtstrahl zum Zuführen als Einfallicht zu einer anderen der drei elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps, und zum Zusammenführen der drei Lichtstrahlen, die von den drei elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen des Reflexionstyps reflektiert und bildmäßig moduliert wurden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das dichroitische Element (1415) zwei Arten sich senkrecht schneidender Wellenlängenselektionsoberflächen aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die elektro-optischen Flüssig kristallvorrichtungen von Anspruch 10 verwendet werden und das Gerät ferner ein optisches Abbildungssystem (1504, 1505, 1506) mit aufrechter gleicher Vergrößerung zur Projektion jeweiliger Bilder von Bildliefermitteln (1507, 1508, 1509) auf die fotoleitfähige Schicht jeder der mehreren elektro-optischen Flüssigkristallvorrichtungen aufweist.