DE69231597T2

DE69231597T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69231597T2
Application number: DE69231597T
Authority: DE
Inventors: Kyohei Fukuda; Minoru Hoshino; Yoshiro Mikami; Yuji Mori; Yoshiharu Nagae; Hideo Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2012-03-18
Also published as: EP0504813A3; CN1036874C; US5875006A; US5404175A; EP0504813A2; EP0808071B1; KR100246248B1; CN1064952A; EP0504813B1; EP0808071A1; US5614962A; DE69224540T2; DE69224540D1; DE69231597D1; KR920018507A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtung und ein Flüssigkeitskristallanzeigepanel der reflektierenden Art.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Früher wurde eine Projektionsanzeigevorrichtung zur Projektion eines Bildes von geringer Größe und zur optischen Vergrößerung verwendet, um ein großes Bild, das in der Diagonale mehr als 40 Inches lang ist, zu erhalten. Kleine Flüssigkeitskristallpanels werden oft als Lichtventile verwendet, um ein kleines Originalbild zu bilden, das optisch vergrößert wird. Hierfür wird von einer Lichtquelle einfallendes Licht durch die Flüssigkeitskristallpanels intensitätsmoduliert. Das so erhaltene intensitätsmodulierte Licht wird auf einen Schirm projiziert und optisch durch Projektionslinsen vergrößert, um eine große Bildanzeige zu erhalten.
Der Stand der Technik bei solchen Projektionsanzeigevorrichtungen die Flüssigkeitskristallpanels verwenden wird in "International Symposium Digest SID, S. 227- 230 (1990)" beschrieben. Bezug nehmend auf Fig. 25 wird der Stand der Technik nachfolgend erläutert.
In Fig. 25 beinhaltet die Vorrichtung drei transmissionsartige Flüssigkeitskristallpanels 1100, 1101 und 1102 von geringer Größe mit jeweiligen Kondensorlinsen 1112, 1113 und 1114, die jeweils in Übereinstimmung mit den Bildsignalen mit den Farben rot, blau und grün gesteuert werden, eine Lichtquelle 1103, eine Metall- Halid-Lampe, ein Reflexionsspiegel 1104, vier dichroitische Filter 1105, 1106, 1108 und 1109, Spiegel 1107 und 1110 und eine Projektionslinse 1111. Das optische System ist bis auf einen Schirm 1120 von einem Gehäuse 1115 bedeckt.
Andererseits ist als ein anderer Stand der Technik eine Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtung bekannt, die in der Druckschrift JP-A-1-195782 beschrieben wird. In diesem Stand der Technik wurde eine Kathodenstrahlröhre als Lichtquelle anstatt einer Entladungsröhre wie einer Metall-Halid-Lampe verwendet. In diesem Stand der Technik wurde der Lebensdauer der Lichtquelle und der Beibehaltung eines benötigten Lichtwertes keine Aufmerksamkeit geschenkt und eine Verkleinerung und Instandhaltung der Vorrichtung stellten, wie unten erklärt wird, ein Problem dar.
Zuerst wird in diesem Stand der Technik eine Lichtquelle wie eine Metall-Halid- Lampe etc. verwendet. Da weißes Licht emittiert wird, ist es deshalb notwendig, weißes Licht in verschiedene Farbkomponenten durch dichroitische Filter zu zerlegen und die Farbkomponenten für die Anzeige zusammenzuführen, obwohl es möglich ist, Licht mit einer großen Helligkeit zu erzeugen. Es ergaben sich deshalb Probleme durch die Vergrößerung und Kompliziertheit des optischen Systems, so daß eine Justierung des optischen Systems schwierig ist und Mechanismen und Teile für die Justierung der optischen Achsen benötigt werden, wodurch das Gewicht vergrößert wird. Auch ist die Lebensdauer einer Metall-Halid-Lampe kurz und beträgt ungefähr 2000 Stunden. Angenommen, daß sie beispielsweise 6 Stunden pro Tag verwendet wird, erlischt die Lebensdauer der Lampe in ungefähr einem Jahr. Aus diesem Grunde ist es nötig, sie während der Verwendungszeit des optischen Systems auszutauschen und die Austauschfrequenz beträgt einmal pro Jahr. Metall-Halid-Lampen sind weiterhin teuer und darüber hinaus sind spezielle Techniken für die Handhabung und die Auswechslung notwendig. Deshalb entstand das Problem der schwierigen Handhabung oder des freien Austausches für den Benutzer.
Darüber hinaus wies die Vorrichtung nach dem Stand der Technik das Problem auf, daß eine Vergrößerung und eine Verkomplizierung des optischen Systems mit Positionsjustiermechanismen und der Vorrichtung unausweichlich sind, da es immer notwendig ist, verschiedene Flüssigkristallpanels für die drei Grundfarben zu verwenden, um ein helles Bild zu erhalten.
Zusätzlich muß in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Braun'schen Röhre das Problem gelöst werden, ein langsames Ansprechen der konventionellen Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu kompensieren. Weiterhin wurde eine Braun'sche Röhre verwendet, die normalerweise in Fernsehempfängern verwendet wird, was die Schwierigkeit ergab, ein helles Bild zu erhalten, da eine ausreichende Lichtmenge durch Verwendung einer Braun'schen Röhre als Lichtquelle nicht erhalten werden kann.
In diesem Stand der Technik wird weiterhin nur ein Flüssigkristallanzeigepanel verwendet. Da in der Projektionsanzeigevorrichtung für die Reproduktion eines Farbbildes eine Flüssigkristallanzeige von geringer Größe zur Lichtmodulation verwendet wird, ist die Fläche eines Pixels besonders klein. Dadurch wird das Öffnungsverhältnis vermindert, was den Wirkungsgrad der Lichtnutzung vermindert. Deshalb ergab sich die Schwierigkeit ein helles Bild zu erhalten.
Es wird dort eine Flüssigkristallprojektionsanzeigevorrichtung beschrieben, die drei TN-(Twisted Nematic-)artige Flüssigkristallpanels als Bildquelle verwendet, um ein Farbbild durch die Projektion auf einen Schirm zu erhalten, was genauer in "International Symposium Digest of SID, S. 375-378 (1986)" beschrieben wird.
Darüber hinaus wurde kürzlich eine Anzeigevorrichtung beschrieben, die polymerdispergierte Flüssigkristalle verwendet, in der Flüssigkristalle in einem durchlässigen Harz verteilt sind und durch das der Zustand des Flüssigkristalls zwischen einem Streuzustand und einem durchlässigen Zustand als Antwort auf eine von außen angelegte Spannung wechselt, im Gegensatz zu den vorher beschriebenen TN- artigen Flüssigkristallen in der Literatur "International Symposium Digest of SID, 5. 227-230 (1990)". In diesem Artikel werden weiterhin Dünnfilmtransistoren unter Verwendung von polykristallinem Siliziumdünnfilm hergestellt.
Weiterhin kann JP-A-2-12291 als Literatur angegeben werden, in der eine Projektionsanzeigevorrichtung beschrieben wird. Bei dieser Literaturstelle liegt die Lichtquelle von der Hauptachse abweichend und die Projektionslinse liegt an einer zur Lichtquelle in bezug auf die Hauptachse symmetrischen Position.
In dem oben zitierten Stand der Technik, in dem der TN-artige Flüssigkristall von Dünnfilmtransistoren gesteuert wird, liegt ein Problem darin, daß die effektive Fläche einer Pixelelektrode für die Anzeige vermindert und die effektive Fläche unvermeidlich auf ungefähr 10 bis 30% der Gesamtfläche reduziert wird, da die Dünnfilmtransistoren selbst und Teile der Verdrahtung und Elektroden für die Zeilen und Spalten nicht lichtdurchlässig sind. Aufgrund der Lichtabsorption der Polarisationsplatte, die für einen TN-artigen Flüssigkristall unausweichlich ist, wird die Lichtintensität durch die Polarisationsplatte auf unter die Hälfte reduziert. Daraus ergab sich das Problem, daß unvermeidlich eine Lichtquelle mit hohem elektrischen Energieverbrauch verwendet wird, um die Helligkeit auf dem Bildschirm zu erhöhen, da der Lichtdurchlaßgrad der Flüssigkristallpanels sehr gering ist.
Auch bei der Verwendung von polymerdispergierten Flüssigkristallen ist die Fläche, die durch die Dünnfilmtransistoren und die Anteile der Verdrahtung und Elektroden besetzt ist, noch groß und der Lichtdurchlaßgrad der Flüssigkristallpanels ist noch ungenügend, obwohl es möglich ist, den Lichtverlust durch die Polarisationsplatte zu beheben.
Ferner ist es mit einer konventionellen Projektionsanzeigevorrichtung nicht nur nicht möglich, die Größe genügend zu verringern, sondern ein Amateur kann die Lampe auch nicht wechseln, wenn die als Lichtquelle dienende Lampe beschädigt ist, da die Lichtquelle und die Projektionslinsen symmetrisch in bezug zur Hauptachse liegen. In letzterem Fall sollte er oder sie die Anzeigevorrichtung zum Hersteller senden, um die beschädigte Lampe auswechseln zu lassen. Dies liegt daran, daß die Auflösung stark vermindert wird, wenn eine Abweichung der optischen Achse in der Größenordnung von einigen Mikrometern durch den Austausch der Lichtquelle bedingt ist.
In US-A-4 239 346 wird eine Flüssigkristallanzeige beschrieben, die ein Flüssigkristallmaterial enthält, das zwischen einer Halbleiterrückplatte und einer Glasplatte mit einer transparenten Elektrode darauf sandwichartig angeordnet ist. Auf der Rückplatte ist eine Matrix von FET-Schaltern gebildet, wobei jeder elektrisch in eine darüberliegende reflektierende Elektrode eingreift. Jeder FET bildet den Schaltteil einer Schaltungszelle.
In EP-A-0 294 899 wird eine Flüssigkristallanzeige der reflektierten Art beschrieben, die ein Halbleitersubstrat, ein Flüssigkristallmaterial und eine erste Trägerplatte mit einer transparenten Elektrode besitzt. Das Flüssigkristallmaterial ist zwischen der ersten Trägerplatte und dem Halbleiterkörper vorhanden. Eine Matrix von Bildelementen mit reflektierenden Bildelektroden ist auf dem Halbleiterkörper angeordnet. Diese Bildelektroden können durch Schaltelemente, die in dem Halbleiterkörper realisiert sind, elektrisch angesteuert werden.
In US-A-4 745 485 wird ein Bildanzeigegerät beschrieben, das zwei Anzeigebereiche besitzt, die in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte eines Schirms einer Flüssigkristallanzeige aufgeteilt sind. Bilddatenelemente werden aus Rahmenspeichern ausgelesen und auf der oberen Anzeigefläche und der unteren Anzeigefläche angezeigt. Die Rahmenspeicher und weitere Schaltelemente befinden sich außerhalb der Anzeigeflächen.
In WO-A-91 02372 wird ein wafer-basiertes reflektierendes Licht-codierendes System mit einer aktiven Matrix beschrieben, das auf einem herkömmlichen Wafer gebildet wird. Eine Lichtquelle strahlt auf die wafer-basierte aktive Matrix, die Information auf einen reflektierten Lichtstrahl überträgt oder codiert. Die waferbasierte aktive Matrix enthält eine spiegelnde reflektierende Rückfläche und darauf geformt ein LC oder ähnlich charakteristisches Material, das elektronisch verändert wird, um die Information auf den reflektierten Lichtstrahl zu übertragen oder zu codieren. Es wird ein einfaches Beispiel für ein Bit und eine Halteschaltung und ein Wortauswahlschieberegister zum Ansteuern der Matrixtransistoren erwähnt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebene Situation gemacht und es ist ihr Ziel, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung von geringer Größe zu schaffen und eine hohe Präzision zu realisieren.
Die Erfindung erreicht die obige Aufgabe, wie in Anspruch 1 dargelegt wird. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen ausführlich dargelegt.
Erfindungsgemäß kann der Wirkungsgrad der Lichtnutzung der Flüssigkristallpanels durch die Verwendung von lichtstreuartigen Flüssigkristallpanels, die keine polarisierende Schicht benötigt, nahezu verdoppelt werden und darüber hinaus kann die effektive Anzeigefläche durch die Verwendung eines reflexionsartigen Flüssigkristallpanels vergrößert werden. So ist es möglich eine helle projektionsartige Anzeigevorrichtung mit geringem Energieverbrauch zu realisieren. Weiter kann die Größe des optischen Systems durch die Verwendung eines reflexionsartigen optischen Projektionssystems vermindert werden. So können periphere Ansteuerschaltungen und verschiedene Arten von Kontrollschaltungen in das Flüssigkristallpanel integriert werden, in der aktive Elemente wie Transistoren auf einem monokristallinen Siliziumwafer gebildet werden. Aus diesem Grund sind eine Erhöhung der Zuverlässigkeit aufgrund der abnehmenden Anzahl von angeschlossenen Anschlüssen, eine Vereinfachung im Zusammenbau und eine Verkleinerung möglich. Die Vorrichtung ist weiterhin so konstruiert, daß die Lichtintensität und der Lichtbetrag durch die Detektion eines Licht fokussierenden Punktes innerhalb der Anzeigevorrichtung leicht gemessen werden können und daß, die durch Wechseln der Lampe, Vibration etc. abweichende optische Achse leicht wieder angepaßt werden kann. So kann auch ein Amateur ein Auswechseln der Lampe und weiteres ausführen, was zu einer Verbesserung der Brauchbarkeit der Vorrichtung führt.
Darüber hinaus werden erfindungsgemäß eine Vielzahl von monochromatischen Kathodenstrahlröhren, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche mit größter Intensität aufweisen, wie rot (R), grün (G) und blau (B), was die drei Grundfarben des Lichtes sind, als Lichtquelle verwendet und so ergibt sich eine länger als 10 000 Stunden dauernde Lebensdauer. So ist es möglich eine projektionsartige Farbanzeigevorrichtung zu schaffen, die keine Probleme in der Instandhaltung der Lichtquelle hat und eine hohe Verwendbarkeit liefert. Nicht einmal am Ende der Lebensdauer hat eine Kathodenstrahlröhre eine Fehlzündung, wie es bei einer Lampe der Fall ist. So ist es erfindungsgemäß möglich, auf einfache Weise eine projektionsartige Farbanzeigevorrichtung zu schaffen, deren Lebensdauer merklich länger ist. Weiterhin kann die Kathodenstrahlröhre Licht von verschiedener RGB Farbe einzeln mit einem hohen Wirkungsgrad durch die geeignete Auswahl von fluoreszierendem Material emittieren. So ist es erfindungsgemäß möglich, auf einfache Weise eine Anzeigevorrichtung zu erhalten, die herausragende Farbreproduktionscharakteristiken hat.
Allgemein ist es im Falle der Verwendung einer Kathodenstrahlröhre zur Bilddarstellung für eine verbesserte Helligkeit auf dem Schirm notwendig, die Stromstärke des Elektronenstrahls zu erhöhen. Jedoch wird der Durchmesser des Elektronenstrahls erhöht, wenn die Stromstärke erhöht wird, was zu einer verringerten Auflösung des projizierten Bildes führt. So besteht bei einer üblichen Kathodenstrahlröhre zwischen der Helligkeit auf dem Schirm und der Auflösung ein Kompromiß. So wird in dem Fall, in dem die Kathodenstrahlröhre als Lichtquelle für eine projektionsartige Anzeigevorrichtung verwendet wird, die Auflösung durch das Flüssigkristallpanel bestimmt, auch wenn der Durchmesser des Elektronenstrahl vergrößert wird. Dies führt nicht zu einer Verringerung der Auflösung. Folglich ist es erfindungsgemäß möglich, die Stromstärke des Elektronenstrahls ausreichend zu vergröBern und so auf einfache Weise eine projektionsartige Anzeigevorrichtung mit hoher Helligkeit und hoher Auflösung zu realisieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems einer projektionsartigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Schaltplan, der ein Element, d. h. ein Pixel, in einem Flüssigkristallpanel zeigt, das in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung verwendet wird;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion des Flüssigkristallpanels;
Fig. 4A zeigt ein Blockdiagramm eines in Fig. 2 gezeigten, in ein Flüssigkristallpanel integrierten Schaltkreises;
Fig. 4B zeigt eine Darstellung, die Details der in Fig. 4A gezeigten Konstruktion des Schaltkreises zeigt;
Fig. 4C ist eine Darstellung, die Details des in Fig. 4B gezeigten Schaltkreises 72 zeigt;
Fig. 4D zeigt Zeitdiagramme für die Erklärung des Wirkens des Flüssigkristallpanels;
Fig. 5A und 5B sind Darstellungen, die die Wirkungsweise des in Fig. 2 gezeigten Flüssigkristallpanels erklären;
Fig. 6A und 6B sind Darstellungen, die die Wirkungsweise eines anderen erfindungsgemäßen Flüssigkristallpanels erklären;
Fig. 7A und 7B sind Darstellungen, die die Wirkungsweise eines weiteren erfindungsgemäßen Flüssigkristallpanels erklären;
Fig. 8A zeigt eine Darstellung, die ein abgeändertes Beispiel der gleichwertigen Schaltung von Fig. 2 zeigt;
Fig. 8B zeigt eine Darstellung, die ein anderes geändertes Beispiel der Fig. 2 entsprechenden Schaltung zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein verändertes Beispiel des in Fig. 4A gezeigten integrierten Schaltkreises zeigt;
Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch ein verändertes Beispiel eines in Fig. 3 gezeigten Flüssigkristallpanels;
Fig. 11A und 11B zeigen schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem ein Flüssigkristallpanel auf dem in Fig. 1 gezeigten dichroitischen Prisma angebracht ist;
Fig. 12 zeigt eine Darstellung eines optischen Systems einer projektionsartigen Anzeigevorrichtung, in der ein Halbspiegel anstatt des Reflexionsspiegels in der in Fig. 1 gezeigten Anzeigevorrichtung verwendet wird;
Fig. 13A zeigt eine Darstellung, die die Ausführung eines erfindungsgemäßen zweiten veränderten Beispiels zeigt;
Fig. 13B zeigt eine Darstellung, die eine Methode darstellt, in der ein Flüssigkristallpanel in dem in Fig. 13A gezeigten geänderten Beispiel in ein Panel mit ungeraden Abtastzeilen und ein Panel mit geraden Abtastzeilen aufgeteilt wird;
Fig. 13C und 13D zeigen Darstellungen, die Schaltungsmuster entsprechend den Pixeln in den Panels für ungerade und gerade Abtastzeilen zeigen;
Fig. 14 zeigt eine Darstellung, die die Bauweise einer projektionsartigen Anzeigevorrichtung zeigt, die eine erfindungsgemäße Lampenjustierfunktion hat;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das eine erfindungsgemäße projektionsartige Anzeigevorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 16A und 16B sind Darstellungen, die die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen streuartigen Flüssigkristallpanels in dem zweiten Ausführungsbeispiel erklärt;
Fig. 17A und 17B zeigen Darstellungen, die die Bauweise und Charakteristiken eines Interferenzfilms in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklären;
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das das Steuerungssystem aus Fig. 15 zeigt;
Fig. 19A bis 19D sind Darstellungen, die die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erklären;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das ein verändertes Beispiel einer erfindungsgemäßen projektionsartigen Anzeigevorrichtung zeigt;
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das das Steuersystem in dem veränderten Beispiel zeigt;
Fig. 22A bis 22D sind Darstellungen, die die Arbeitsweise des Flüssigkristallpanels, der Kathodenstrahlröhre (R), der Kathodenstrahlröhre (G) und der Kathodenstrahlröhre (B) in dem veränderten Beispiel erklärt;
Fig. 23A bis 23E sind Zeitdiagramme zur Erklärung von Fig. 22A bis 22D;
Fig. 24 zeigt eine Darstellung, die ein verändertes Beispiel für die Bauweise der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 25 zeigt eine Darstellung, die die Bauweise eines Beispiels für den Stand der Technik für projektionsartige Anzeigevorrichtungen zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße projektionsartige Anzeigevorrichtung in bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein optisches System der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit einer Linse 13 für die Fokussierung von weißem Licht, das von einer Lichtquelle 11 auf einen Reflexionsspiegel 12 emittiert wird, eine Linse 16, die das weiße Licht, das von dem Reflexionsspiegel 12 reflektiert wird, in paralleles Licht umwandelt und das parallele Licht auf reflexionsartige Flüssigkristallpanels 15-R, 15-G und 15- B, die den drei Grundfarben entsprechen, durch ein trennendes/zusammenführendes optisches System 14 strahlt, und eine Linse 17, die von den Flüssigkristallpanels 15- R, 15-G und 15-B reflektiertes Licht, das wiederum durch das optische System 14 und die Linsen 16 hindurchtritt, auf einen Schirm projiziert. Die drei Flüssigkristallpanels werden durch eine Ansteuerschaltung 18 als Antwort auf die Bildsignale Vs(R), Vs(G) und Vs(B) angesteuert, die jeweils durch das Aufteilen des Farbbildsignals Vs in die drei Grundfarbenkomponentensignale erhalten werden.
Eine Metall-Halid-Lampe mit einem Reflexionsspiegel 11a wird als Lichtquelle 11 verwendet und ein dichroitischer Reflexionsspiegel 11a wird verwendet, um nur sichtbares Licht zu reflektieren, so daß das für die Anzeige nicht benötigte Infrarotlicht nicht direkt auf die Flüssigkristallpanels gelenkt wird. Die Linse 13 hat die Aufgabe, Licht auf den Reflexionsspiegel 12 zu fokussieren und ist so angeordnet, daß der Abstand von dem Brennpunkt der Linse zu dem Licht fokussierenden Teil des Reflexionsspiegels 12 ungefähr der Brennweite entspricht. Da der Licht fokussierende Teil des Reflexionsspiegels 12 in einem Punkt liegt, der von der optischen Mittelachse der Linsen 16 und 17 abweicht, liegt der Licht fokussierende Teil des Lichts nach der Reflexion durch die Flüssigkristallpanels 15-R, 15-G und 15-B in einem Punkt, der von dem Reflexionsspiegel 12 abweicht. Deshalb gibt es keinen Verlust in dem durch den Reflexionsspiegel 12 reflektierten Licht. Der Reflexionsspiegel 12 liegt in einem Winkel von 45º in bezug auf die Hauptlinie oder optische Achse der Linse 16. Auf den Spiegel 12 einfallendes Licht weist einen Reflexionswinkel von mehr als 45º auf und der Einfallswinkel liegt vorzugsweise zwischen 45 und 55º. Die Linse 16 liegt in einem Abstand von ungefähr ihrer Brennweite von dem Licht fokussierenden Punkt des Reflexionsspiegels 12 entfernt, so daß auf die Linse 16 einfallendes Licht in paralleles Licht umgewandelt wird, das in das folgende optische System 14 ausgestrahlt wird. Das optische System 14 besteht aus einem dichroitischen Prisma, das die rote Komponente des weißen einfallenden Lichts in der Figur nach rechts und die blaue Komponente nach links ablenkt und die grüne Komponente nach unten durchläßt.
Die Flüssigkristallpanels 15-R, 15-G und 15-B reflektieren indem sie Licht streuende Flüssigkristalle verwenden und sie werden durch die verschiedenen Grundfarbenkomponentensignale angesteuert, die durch Trennung des Bildsignals erhalten werden. Wenn ein transparenter Teil auf jedem Panel auf dem Schirm hell erscheint, erscheint der Licht streuende Teil auf dem Schirm dunkel. In dem entsprechenden Schaltkreis jedes Pixels in jedem der Flüssigkristallpanels 15-R, 15-G und 15-B ist das Gate eines Transistors, wie in Fig. 2 gezeigt, an eine Zeilenelektrode 47, das Drain an eine Spaltenelektrode 46 und die Source an eine Pixelelektrode angeschlossen. Weiterhin liegt in Fig. 2 ein Speicherkondensator 52 parallel zu einem Pixelkondensator 50 des Flüssigkristalls, der an eine durchlässige Pixelelektrode 51, die allen Pixeln gemeinsam ist, angeschlossen ist. Das andere Ende des Speicherkondensators 52 ist an eine Elektrode 53 angeschlossen, die nur dafür verwendet wird, die Speicherkondensatoren für alle Pixel auf dem gleichen Potential zu halten. Dieser Speicherkondensator 52 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß der Ansteuerstrom des Flüssigkristalls infolge seines eigenen Kriechstroms abgesenkt wird und ist deshalb unnötig, wenn der Flüssigkristall einen genügend hohen Widerstand aufweist.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Flüssigkristallpanels. Ein lichtstreuartiges Flüssigkristall 61 befindet sich zwischen zwei Substraten 60 und 62. Das untere Substrat 60 ist ein Einkristallwafer aus Silizium. Auf dem Wafer werden die Transistoren 63 gebildet. Die Sourceelektrode eines jeden Transistors ist an eine Pixelelektrode 64 angeschlossen. Diese Pixelelektrode besteht aus Metall, wie Aluminium etc., das als Lichtreflexionsschicht dient. Das dem Substrat 60 gegenüberliegende Substrat 62 besteht aus durchlässigem Material wie Glas, Polycarbonat, Acrylatharz oder ähnlichem, auf dessen innerer Oberfläche sich eine transparente Elektrode 65 befindet. Reflexion durch die transparente Elektrode 65 wird durch die Steuerung der Dicke, oder ähnlichem, der Elektrode 65 verhindert. Um eine Verschlechterung der Bildqualität aufgrund von Reflexionen auf der Oberfläche zu vermeiden, ist eine reflexionshemmende Schicht 66 aus mehreren Schichten einer dielektrischen Substanz auf der äußeren Oberfläche des Substrats 62 oder eine Siliziumgelschicht angebracht mit im wesentlichen gleichem Brechungsindex zwischen dem dichroitischen Prisma 14 und sich selbst.
Fig. 4A zeigt eine Darstellung, die den Aufbau des in den Wafer integrierten Schaltkreises zeigt, in dem Schaltkreise 71, 72 und 73 liegen, die den Anzeigeabschnitt 70 steuern, der in einer Matrix angeordnete Pixel enthält. Das Bezugszeichen 71 beschreibt eine abtastseitige Ansteuerschaltung, die zeitlich nacheinander einen steuernden Spannungspuls an eine Gruppe von Reihenelektroden gibt, die jeweils an die Gates der Transistoren angeschlossen sind; das Bezugszeichen 72 beschreibt eine signalseitige Ansteuerschaltung, die zeitlich aufeinanderfolgend einer Gruppe von Spaltenelektroden ein Bildsignal liefert und Bezugszeichen 73 beschreibt eine Kontrollschaltung für die Kontrolle der beiden Ansteuerschaltungen 71 und 72.
Nachfolgend wird der genaue Aufbau eines Flüssigkristallichtventils mit den Schaltkreisen 71, 72 und 73 und seine Wirkungsweise erklärt.
Fig. 4B zeigt den Schaltungsaufbau des Lichtventils. Das Lichtventil enthält einen Flüssigkristallanzeigeabschnitt 70, eine horizontale Abtastschaltung 72-1, eine Abtastschaltung 72-2, eine vertikale Abtastschaltung 71-1 und eine UND-Schaltungsgruppe 71-2. Jedes der Pixel des Flüssigkristallanzeigeabschnitts 70 enthält einen Transistor 70a, einen Speicherkondensator 70b und den Flüssigkristallkondensator 70c. Die Pixel sind in einer Matrixform mit m Zeilen und n Spalten angeordnet, um den Flüssigkristallanzeigeabschnitt zu bilden. Die horizontalen und vertikalen Abtastschaltungen 71-1 und 72-1, die Abtastschaltung 72-2 und die UND-Schaltungsgruppe 71-2 steuern nacheinander den Anzeigeabschnitt 70 in Einheiten von Pixeln an. Diese Ansteuerschaltungen sind auf dem den Anzeigeabschnitt 70 bildenden monokristallinen Silizium angeordnet.
Die Schaltung 72-1 erhält als Eingabe ein Startsignal STA und ein Taktsignal CLK von einer Schaltung 73 und gibt die Abtastsignale PH1 bis PHn aus. Eine Umschaltschaltung wie die Abtastschaltung 72-2 liefert in Synchronisation mit den Abtastsignalen PH1 bis PHn abwechseln die Videosignale VI1 und VI2 als Drainsignale Vd1 bis Vdn an die Drains der Transistoren im Anzeigeabschnitt 70. Die Schaltung 71-1 erhält als Eingangssignale das Startsignal FST und ein Taktsignal CKV und gibt die vertikalen Abtastsignale PV1 bis PVm aus. Um den Abtastzeitpunkt für die Spalten oder Gatezeilen zu steuern, gibt die UND-Schaltungsgruppe 71-2 Gatesignale VG1 bis VGm in Übereinstimmung mit einem Kontrollsignal CNT und den Signalen PV1 bis PVm aus.
Nachfolgend werden in bezug auf Fig. 4C die horizontalen und vertikalen Abtastschaltungen genauer beschrieben. Jeder dieser Schaltungen beinhaltet Typ D Flipflops FF&sub1; bis FFp, Invertierer INV1 bis INVp und Pegelkonvertierschaltungen LS1 bis LSp. P entspricht n für die horizontale Abtastschaltung und m für die vertikale Abtastschaltung. Die Flipflops sind in Reihe geschaltet, um ein Schieberegister zu bilden. Eine Niederspannung O-VDD (+5 V) wird an die Flipflops FF und die Invertierer INV angelegt und eine hohe Spannung VSS (-15 V) - VDD (+5 V) wird an die Pegelkonvertierschaltung LS angelegt.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Flüssigkristallichtventils in bezug auf die in Fig. 4D gezeigten Zeitdiagramme erklärt. Das Startsignal STA für die horizontale Abtastschaltung hat eine Periode von einer horizontalen Abtastzeit. Die Abtastsignale PH 1 bis PHn werden durch das Erfassen des Startsignals STA während der steigenden Flanke des Taktsignals CLK und durch nachfolgendes Verschieben des erfaßten Signals in dem Schieberegister unter Verwendung des Taktsignals CLK erzeugt.
Das Startsignal FST für die vertikale Abtastschaltung erfolgt periodisch in Abständen eines Zeitrahmens. Die vertikalen Abtastsignale PV1 bis PVm werden durch das Erfassen des Startsignals FST während der steigenden Flanke des Taktsignals CKV und durch nachfolgendes Verschieben des erfaßten Signals in dem Schieberegister synchron mit dem Signal CKV erzeugt, ähnlich wie bei der horizontalen Abtastschaltung.
Die Videosignale VI1 und VI2 weisen eine mittlere Spannung auf, die einem Referenzpotential des Flüssigkristallpixels 70b entspricht, wobei ihre Polaritäten umgekehrt zueinander sind und bei jeder horizontalen Abtastung umgedreht werden. Die Videosignale werden mit dem Takt der Abtastsignale von der horizontalen Abtastschaltung abgetastet und eine elektrische Ladung, die dem abgetasteten Signal entspricht, wird im Speicherkondensator 70c gespeichert.
In der vorliegenden Erfindung wird polymerdispergiertes Flüssigkristall als Licht streuendes Flüssigkristall verwendet und die Betriebscharakteristik davon wird in bezug auf die Fig. 5A und 5B erklärt. Die polymerdispergierte Flüssigkristallschicht beinhaltet eine Flüssigkristallschicht, die so aufgebaut ist, daß nematisches Flüssigkristall 82 in einer umschlossenen Form in einem durchlässigen organischen Material 81, beispielsweise Polyvinylalkohol, enthalten ist. Wenn keine Spannung an einer Flüssigkristallschicht anliegt, liegen nematische Flüssigkristallmoleküle parallel zur Wand der Kapsel, wie in Fig. 5A gezeigt. Da die Flüssigkristallmoleküle eine Bauweise mit ungefähr elliptischen Querschnitt haben, weisen die Flüssigkristallmoleküle jeweils eine kleine oder kurze Achse der Ellipse auf, die in bezug auf das einfallende Licht mit einer hohen Wahrscheinlichkeit in vertikaler Richtung von der Oberseite zur Unterseite der Figur liegen. Wenn jedoch andererseits durch eine Ansteuerspannungsquelle 83 an sie eine Spannung angelegt wird, fällt das einfallende Licht, wie in Fig. 5B gezeigt, auf die Flüssigkristallmoleküle in Richtung der Hauptachse und geht so hindurch, da die Flüssigkristallmoleküle so liegen, daß ihre Haupt- oder Längsachse in Richtung eines aufgrund der angelegten Spannung existierenden elektrischen Feldes liegen. So wird das in einen polymerdispergierten Flüssigkristall, der so ausgewählt wurde, daß der Brechungsindex des organischen Materials 81 und der der Flüssigkristallmoleküle nur in der Hauptachsrichtung ungefähr gleich sind, wenn keine Spannung angelegt wird, einfallende Licht gestreut, da der Brechungsindex des organischen Materials und des Flüssigkristalls sich auf der Oberfläche der Kapseln unterscheiden. Im Gegensatz dazu tritt keine Streuung des einfallenden Lichts auf und die Flüssigkristallschicht ist durchlässig, wenn eine Spannung angelegt wird, da die Brechungsindizes des organischen Materials und des Flüssigkristalls ungefähr gleich sind.
In einer Flüssigkristallpanel mit diesem Aufbau, die solche polymerdispergierte Flüssigkristalle wie in Fig. 4A gezeigt verwendet, wird ein Teil der Flüssigkristallschicht durch ein elektrisches Feld von geeigneter Stärke, das von Transistoren betrieben wird, für Pixel durchlässig. Einfallendes Licht, das auf die Flüssigkristallpanel von oben einfällt, passiert die Flüssigkristallschicht und wird fast gänzlich (in der Praxis ungefähr 80 bis 90%) durch die Reflexionsschicht reflektiert, die als Pixelelektrode dient. Als Ergebnis erscheint ein Teil des Bildes, das diesen Pixeln entspricht, auf dem Bildschirm hell. Im Gegensatz dazu wird das einfallende Licht stark innerhalb der Flüssigkristallschicht gestreut, wenn kein elektrisches Feld an den Pixeln anliegt, so daß kein gestreutes Licht den Schirm erreicht, was zu einer dunklen Anzeige eines Teils des Bildes, das diesen Pixeln entspricht, führt. Da der Streuungsgrad schrittweise mit wachsender Spannung und dem damit verbundenen elektrischen Feld variiert, können Anzeigen von Zwischentönen durch eine Spannungsmodulation erreicht werden.
In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform kann die für einen TN-artigen Flüssigkristall benötigte Polarisationsplatte durch die Verwendung von Licht streuendem Flüssigkristall vermieden werden und die Helligkeit kann, verglichen mit dem Fall des TN-artigen Flüssigkristalls, verdoppelt werden. Durch die Verwendung von reflexionsartigen Flüssigkristallpanels können die Pixelelektroden auf den Transistoren und Verdrahtungselektroden angeordnet werden, was zu einer Vergrößerung des Wirkungsgrades der Lichtnutzung führt. Folglich ist es möglich, eine helle Anzeige mit einer Lampe mit geringem elektrischen Energieverbrauch zu realisieren, verglichen mit einer konventionellen projektionsartigen Anzeigevorrichtung.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung des reflexionsartigen optischen Projektionssystems das optische Farbtrennungssystem und das optische Farbkombiniersystem gemeinsam verwendet werden, was eine Verkleinerung ermöglicht.
Weiterhin kann dadurch, daß die periphere Ansteuerschaltung auf der monokristallinen Siliziumwafer integriert ist, die Anzahl der Anschlußpunkte nach außen erheblich reduziert werden und es können deutliche Effekte in der Verbesserung der Zuverlässigkeit und Vereinfachung des Zusammenbaus erzielt werden, was eine Verkleinerung der Vorrichtung zur Folge hat.
Bezug nehmend auf die Fig. 6A und 6B wird eine erste geänderte Ausführung des Flüssigkristallpanels erläutert. In dieser geänderten Ausführung ist der Licht streuende Flüssigkristall ähnlich zu dem der ersten Ausführung darin, daß der nematische Flüssigkristall 92 von organischem Material 91 umschlossen wird. Jedoch ist das nematische Flüssigkristall nicht eingekapselt (in einer ungefähr runden Form), sondern in Lücken des organischen Materials eingefüllt, wie in Fig. 6A gezeigt. Obwohl das optische Verhalten des Flüssigkristalls in Anwesenheit oder Abwesenheit des elektrischen Feldes identisch ist zu dem in der ersten Ausfihrungsart beschriebenen, kann die Ansteuerspannung geringer sein als für den eingekapselten polymerdispergierten Flüssigkristall, da, wie aus den Fig. 6A und 6B ersichtlich, große Anteile des Flüssigkristalls in Richtung des elektrischen Feldes an beide Elektroden angeschlossen ist.
Bezug nehmend auf die Fig. 7A und 7B wird eine zweite geänderte Ausführungsform des Flüssigkristallpanels erläutert. Ein Flüssigkristallmaterial in der smektischen A-Phase wird als Licht streuendes Flüssigkristall verwendet. Wenn keine elektrische Spannung daran angelegt wird, nimmt der in der smektischen A-Phase liegende Flüssigkristall einen Richtungszustand ein, in dem Licht gestreut wird, fokalkonische Struktur genannt. Wenn andererseits ein elektrisches Feld anliegt, weist der Flüssigkristall eine homeotropische Struktur 102 auf, in der die Hauptachsen der Moleküle des Flüssigkristalls geordnet in Richtung des elektrischen Feldes liegen und so der Flüssigkristall in einem durchlässigen Zustand ist. Auf diese Weise kann die gleiche Anzeige wie die oben beschriebene erreicht werden. In diesem geänderten Beispiel umschließt nur Flüssigkristallmaterial die Elektroden und das Panel kann auf eine Art hergestellt werden, die der für eine konventionelle Vorrichtung mit TN-artigem Flüssigkristall entspricht.
Bezug nehmend auf die Fig. 8A wird eine dritte geänderte Ausführung des Flüssigkristallpanels erläutert. In dieser geänderten Ausführung ist ein Umschaltschaltkreis 111 für die Auswahl und die Ausgabe einer der zwei Eingaben für jedes Pixel vorgesehen und besteht für jedes Pixel aus einer Vielzahl von Transistoren. Dieser Umschaltschaltkreis 111 liest Anzeigeinformationen aus, die von der Spaltenelektrode 113 als Antwort auf ein Spannungspulssignal von der Reihenelektrode 112 eingegeben werden und wählt eine der Anzeigenspannungen V(an) oder V(aus) aus, um ein Pixel 114 des Flüssigkristalls anzusteuern. Wenn der Schaltkreis derart aufgebaut ist, daß er die einmal ausgelesene Anzeigeinformation hält bevor der nachfolgende Spannungspuls folgt, gibt es keinen Zeitpunkt, an dem der Schaltkreis, von dem Flüssigkristallpanel aus gesehen, in einem offenen Zustand ist, da V(an) oder V(aus) immer an das Pixel 114 der Flüssigkristallpanel angelegt wird, was der ursprünglichen Ausführung zu eigen ist, und die Impedanzsteuerung für die Flüssigkristallpanels kann erleichtert werden. Weiterhin kann der Speicherkondensator überflüssig werden. Obwohl in der vorliegenden geänderten Ausführung nur eine Anzeige mit zwei Werten möglich ist, da ein Umschaltschaltkreis mit zwei Eingängen und einem Ausgang verwendet wird, ist es offensichtlich, daß eine Erweiterung zur vielwertigen Anzeige durch eine höhere Anzahl von Eingängen des Umschaltschaltkreises und durch eine Vergrößerung der Anzeigeinformation und der Anzahl der Anzeigespannungen in Übereinstimmung mit der Erhöhung der Eingänge möglich ist.
Nachfolgend wird in bezug auf Fig. 8B eine vierte geänderte Ausführung der Flüssigkristallpanel erläutert. In dieser geänderten Ausführung weist jedes Pixel eine Abtast- und Halteschaltung S/H und einen analogen Verstärker Amp auf. Die Schaltung S/H liest analoge Bildinformationen von der Spaltenelektrode 122 als Antwort auf einen Spannungsimpuls von der Reihenelektrode 121 aus, um diese zu halten. Der analoge Verstärker Amp hat die Aufgabe diese analoge Bildinformation auf eine vorbestimmte Höhe zu verstärken, um ein Flüssigkristallpixel anzutreiben. Das Flüssigkristallpixel 123 wird immer durch eine Spannungsquelle mit geringem Widerstand gesteuert, ähnlich zu der dritten geänderten Ausführung, so daß es möglich ist, die Impedanzsteuerung für das Flüssigkristallpanel zu erleichtern und den Speicherkondensator 124 unnötig zu machen.
Bezug nehmend auf Fig. 9 wird nachfolgend eine fünfte geänderte Ausführung des Flüssigkristallpanels erläutert. In dieser geänderten Ausführung sind nicht nur der Anzeigeansteuerabschnitt 131 und die periphere Schaltung 132, sondern auch eine Kontrollschaltung 134, die einen Rahmenspeicher 133 für das Speichern von Anzeigeinformationen für einen Schirm beinhaltet, und eine Steuerung für den Rahmenspeicher auf der monokristallinen Siliziumscheibe integriert. Durch eine solche Bauart wird eine externe Vorrichtung, beispielsweise ein Personal Computer, nur benötigt, um eine Anzeigeinformation in den Rahmenspeicher 133 zu schreiben und nicht für die Erzeugung von Steuersignalen und zur Hochgeschwindigkeitsübertragung von Anzeigeinformationen in einer zeitlichen Abfolge.
Die Fig. 11A und 11B zeigen ein Beispiel, wie in der vorliegenden Ausführungsform das Flüssigkristallpanel zusammengesetzt wird. In dem Beispiel werden vorher externe Verdrahtungsanschlüsse auf dem dichroitischen Prisma 141 angeordnet, das als optisches Farbtrennungs-Zusammenführungssystem dient, wobei eine elektrische Verbindung mit dem monokristallinen Siliziumwafer 142 über Lötanschlüsse oder eine Silberpaste oder ähnlichem erfolgt, die durch Dispersion von leitenden Teilchen in einem Material, das eine klebende Eigenschaft aufweist, erhalten wird, wie in Fig. 11B beispielsweise auf der Basis der Chip-auf-Glas-Methode zu sehen ist. Eine Flüssigkristallschicht 143 liegt zwischen dem Prisma 141 und der Scheibe 142 und eine gegenüberliegende Elektrode 144 ist entweder auf dem Flüssigkristall oder auf dem durchlässigen Glas angeordnet und eine Verbindung von dem Prisma 141 zu der externen Schaltung ist durch Lötanschlüsse mittels eines biegsamen Flachkabels 145 ausgeführt. Durch die Verwendung eines solchen Aufbaus kann das Verpacken des Flüssigkristallpanels vereinfacht und eine Verkleinerung der Vorrichtung ermöglicht werden.
Bezug nehmend auf Fig. 10 wird nachfolgend eine sechste geänderte Ausführung des Flüssigkristallpanels erläutert. In dieser geänderten Ausführung weist ein Glassubstrat 151 des Flüssigkristallpanels auf der einfallenden Lichtseite mit der optischen Achse einen schiefen Winkel auf. So werden Lichtkomponenten, die von der Oberfläche des Glassubstrats 151 reflektiert werden und die normalerweise die Anzeigequalität verringern würden, von der optischen Achse abgelenkt, so daß sie den Schirm nicht erreichen. Aus diesem Grund kann eine Verschlechterung der Anzeigequalität verhindert werden. Licht, das die Flüssigkristallschicht 152 im durchsichtigen Zustand passiert und von der Oberfläche des monokristallinen Siliziumwafers reflektiert wird, breitet sich entlang der vorbestimmten optischen Achse aus, so daß der Anzeigebetrieb nicht behindert wird.
Bezug nehmend auf Fig. 12 wird ein erstes geändertes Beispiel der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. In diesem geänderten Beispiel wird ein Halbspiegel 161 anstatt des Reflexionsspiegels verwendet und weißes Licht, das von der Lichtquelle 162 emittiert wird, wird durch eine Linse 163 in ungefähr paralleles Licht umgewandelt. Ungefähr 50% dieses parallelen Lichts wird durch den Halbspiegel 161 in der Figur nach links reflektiert und fällt auf ein dichroitisches Prisma 164, das als optisches Farbtrennungs-/Vereinigungssystem dient. Die Wirkungsweisen des dichroitischen Prismas und der Flüssigkristallpanels 165-R, 165-G und 165-B entsprechen den in der ersten Ausführungsform beschriebenen. Durch die Flüssigkristallpanels reflektierte Lichtkomponenten werden zusammengeführt und fallen wieder auf den Halbspiegel 161. Ungefähr 50% des auf den Halbspiegel 161 einfallenden Lichts wird mit einer Projektionslinse 166 auf einen Schirm projiziert. Obwohl das vorliegende optische System einen optischen Verlust aufweist, kann das optische System vereinfacht werden, was einen bemerkenswerten Effekt auf die Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung des Preises hat.
Nachfolgend wird ein zweites verändertes Beispiel der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. Im allgemeinen wird die Flachheit der Paneloberfläche verschlechtert, wenn sich Transistoren etc. auf der Siliziumscheibe befinden. Aus diesem Grund wird Licht sogar auf der Oberfläche der Elektrode gestreut wenn die Pixelelektrode aus Aluminium mit einem hohen Reflexionsgrad besteht und daher wird der effektive Lichtanteil, der durch die Projektionslinse auf den Schirm projiziert wird, vermindert. In der vorliegenden geänderten Beispiel sind die Abtastzeilen des Schirms in ungerade Abtastzeilen und gerade Abtastzeilen getrennt und es werden dafür eigene Flüssigkristallpanels verwendet, um einer Verminderung des Wirkungsgrades der Lichtnutzung aufgrund der Ungleichheit der Oberfläche der Pixelelektrode vorzubeugen, wie es oben beschrieben ist.
Bezug nehmend auf Fig. 13B wird ein Teilungszustand für die Abtastzeilen des Schirms erläutert. Die Fig. 13C und 13D zeigen Darstellungen für den Aufbau der Pixel auf den Platten für ungerade und gerade Abtastzeilen, die jeweils durch Teilung erhalten werden. Der Schirm 171 ist so aufgebaut, daß eine Anzahl von Pixel 172 in einer zweidimensionalen Matrixform angelegt ist. Der Schirm 171 weist Abtastzeilen von Zeile Nr. 1 bis 2N auf. Hier werden die Abtastzeilen in zwei Gruppen für ungerade und gerade Abtastzeilen aufgeteilt. Das bedeutet, daß das Panel für ungerade Abtastzeilen nur durch Pixel mit einer ungeraden Abtastzeilennummer unter den Pixeln die den Schirm 171 bilden aufgebaut ist. In Fig. 13B sind die Abtastzeilennummern auf dem Panel für ungerade Abtastzeilen 1, 3, 5, ---, 2 N- 1. Im Gegensatz hierzu ist das Panel für gerade Abtastzeilen nur aus Pixeln mit geraden Abtastzeilennummern aufgebaut. In Fig. 13B sind die Abtastzeilennummern für gerade Abtastzeilen 2, 4, ---, 2N. Jedes Pixel auf den Flüssigkristallpanels, das durch die Teilung erhalten wurde, besetzt eine Fläche, die zweimal so groß ist wie vor der Teilung. Auf jedem der Panels für ungerade und gerade Abtastzeilen sind Schaltungselemente wie Transistoren etc. auf dem Teil gebildet, auf dem ein Pixel durch die Trennung entfernt worden ist.
Die Positionsverhältnisse zwischen den Pixeln und den Transistoren werden in bezug auf die Fig. 13C und 13D erläutert. In Fig. 13C ist ein Transistoranteil 175 im Schnittpunkt einer Abtastzeilenelektrodenverdrahtung 173 und einer Signalelektrodenverdrahtung 174 ausgebildet. Eine Pixelelektrode 176 aus einem stark reflektierenden Material wie Aluminium oder ähnlichem ist so angeordnet, um eine Form des Transistoranteils 175 und Teile der Form der Abtastzeilenelektrode 173 und der Signalelektrode 174 zu bedecken (in den Figuren ist diese Situation klar ersichtlich gezeigt, so daß die Positionsverhältnisse des Transistoranteils 175 etc. klar zu sehen sind). In dem Panel für ungerade Abtastzeilen entspricht ein flacher Anteil 177 der Pixelelektrode einem Pixel auf jedem der ungeraden Abtastzeilen des Schirms vor der Teilung (obere Hälfte der Figur) und der Transistoranteil 175 oder ähnliches ist teilweise so angeordnet, daß er den Pixeln auf jeder der geraden Abtastzeilen vor der Teilung entspricht. In Fig. 13D ist ein Transistoranteil 180 im Schnittpunkt einer Abtastzeilenelektrodenverdrahtung 178 und einer Signalelektrodenverdrahtung 179 ausgebildet. Der Transistoranteil 180 und ein flacher Anteil 182 für jedes Pixel in den geraden Abtastzeilen werden in bezug auf die ungeraden Abtastzeilen umgekehrt angebracht.
Wie oben beschrieben kann der flache Anteil in den jeweiligen Pixelelektrodenanteilen erhalten werden, indem die Abtastzeilen des Schirms in ungerade und gerade Abtastzeilen aufgeteilt werden und ihre Fläche ungefähr der eines jeden Pixels auf dem Schirm vor der Teilung entspricht. So kann Licht auf befriedigende Weise reflektiert werden und so ist es möglich, einen Flüssigkristallprojektor zu realisieren, der einen hohen Wirkungsgrad der Lichtnutzung aufweist.
Bezug nehmend auf Fig. 13A wird eine Anzeigevorrichtung für die Projektion eines Farbbildes auf den Schirm beschrieben, die zwei Panels für ungerade und gerade Abtastzeilen verwendet. Der grundsätzliche Aufbau dieser Anzeigevorrichtung entspricht dem Aufbau der Anzeigevorrichtung in Fig. 12. So werden die gleichen Bestandteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erklärung wird unterlassen.
In dieser Anzeigevorrichtung sind zusätzlich zu der in Fig. 12 gezeigten Anzeigevorrichtung Flüssigkristallpanels 165-B', 165-G' und 165-R' und ein dichroitisches Prisma 164' auf der Transmissionsseite des Halbspiegels 161 angeordnet. Die Anordnung der Flüssigkristallpanels 165-B', 165-G' und 165-R' und des dichroitischen Prismas 164' entspricht der der in Fig. 12 gezeigten Anzeigevorrichtung. Jedoch werden in dem Bild, das von dem Flüssigkristallpanel 165-B' erhalten wird, im Vergleich zu dem von dem Flüssigkristallpanel 165-B erhaltenen, die linken und rechten Seiten umgedreht. Dies wird erreicht, indem das Flüssigkristallpanel 165-B' horizontal von der rechten Seite zur linken Seite abgetastet wird, wenn das Flüssigkristallpanel 165-B horizontal von links nach recht abgetastet wird.
Ungefähr die Hälfte des von der Lichtquelle 162 emittierten Lichts wird durch den Halbspiegel 161 reflektiert und fällt auf das dichroitische Prisma 164, während die verbleibende Hälfte den Halbspiegel 161 passiert und auf das dichroitische Prisma 164' fällt. Ein Bild der ungeraden Abtastzeilen und ein Bild der geraden Abtastzeilen werden jeweils von den dichroitischen Prismen aufgrund des auf die Prismen 164 und 164' einfallenden Lichts ausgegeben. Das Bild der ungeraden Abtastzeilen passiert den Halbspiegel 161, während das Bild der geraden Abtastzeilen von dem Halbspiegel 161 reflektiert wird. So wird auf der Seite der Projektionslinse 166 nach dem Halbspiegel 161 für alle Abtastzeilen ein Bild erzeugt.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist es möglich das Licht mit einem höheren Wirkungsgrad von beispielsweise 50% unter Verwendung dieser Anzeigevorrichtung zu verwenden, im Gegensatz zu der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung, in der nur 50% · 50% = 25% des von der Lichtquelle 162 emittierten Lichts verwendet wird.
Obwohl in diesem Beispiel ein Halbspiegel verwendet wird, ist es ebenso möglich statt dessen einen Strahlteiler zu verwenden. Da dies einfach von einem Fachmann ausgeführt werden kann, wird auf eine Erklärung verzichtet. Weiterhin ist es möglich zwei Anzeigevorrichtungen, wie in Fig. 12 gezeigt, jeweils für das Bild der ungeraden Abtastzeilen und das Bild der geraden Abtastzeilen anzuordnen und diese Bilder auf einem Schirm für ein Farbbild zu verbinden.
Bezug nehmend auf Fig. 14 wird nachfolgend ein zweites geändertes Beispiel der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. Fig. 14 zeigt eine projektionsartige Flüssigkristallanzeigevorrichtung in die ein Abschnitt zur Realisierung einer Justierungsfunktion für die Lampenposition eingebaut ist. In dieser Figur werden die Bestandteile, die identisch mit denen von Fig. 1 sind, durch gleiche Bezugszeichen gezeigt.
In dem vorliegenden Beispiel wird die Justierung der Lampenposition automatisch beim Austausch der als Lichtquelle dienenden Lampe 11 ausgeführt.
Da die Lampe 11 das Auswechselteil mit der kürzesten Lebensdauer des vorliegenden optischen Systems ist, ist ihr Austausch unausweichlich. Da dieser Austausch normalerweise von komplizierter Positionsjustierarbeit begleitet ist, war es notwendig, daß dies durch einen Fachmann ausgeführt wurde. Die vorliegende veränderte Ausführung ist jedoch mit einem feinen Positionsjustiermechanismus 1702 für die Feinjustierung der Lampenposition, einer Ansteuerschaltung 1703 zur Ansteuerung des Mechanismus 1702, einem Lichtdetektionsabschnitt 1704, einem Bewegungsmechanismus für den Lichtdetektionsabschnitt 1705 und einer Ansteuerschaltung für den Lichtdetektionsabschnitt 1706 ausgestattet.
Nachfolgend wird seine Wirkung erklärt. Im vorliegenden optischen System liegt ein Licht fokussierender Punkt an einem Punkt P des optischen Systems. Es ist ausreichend bei der Auswechslung die Position der Lampe so zu justieren, daß der Lichtfokussierpunkt genau auf diesem Punkt P liegt. Aus diesem Grund ist das System so aufgebaut, daß der Lichtdetektionsabschnitt 1704 am Punkt P positioniert werden kann. Folglich wird der Bewegungsmechanismus, der den Lichtdetektionsabschnitt 1704, der sich normalerweise an einer Position befindet, wo der Abschnitt 1704 den optischen Weg nicht behindert, beim Austausch der Lampe zu Punkt P bewegt und die Ansteuerungsschaltung 1706 wird dazu angesteuert. Der Abschnitt 1704 enthält ein Lichtdetektionselement, das kleiner ist als der Fleck des Lichtfokus am Punkt P. Wenn der Lichtanteil, der von diesem Lichtdetektionselement detektiert wird, am höchsten ist, bedeutet dies, daß das Licht gerade an diesem Punkt P fokussiert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Lichtdetektionsausgabe an die Ansteuerschaltung 1703 zum Ansteuern des Justiermechanismus 1702 gesendet, um die Position der Lampe fein zu justieren.
Nachdem es normalerweise schwierig ist, den größten Lichtbetrag zu unterscheiden, ist es ebenso möglich im voraus den Bereich der optimalen Lichtmenge zu speichern, der von der verwendeten Lampe 11 abhängt, und die Justierung zu beenden, wenn die detektierte Lichtmenge in dem Bereich der oben beschriebenen Lichtmenge liegt. Weiterhin ist es möglich, die Ausgabe des Photodetektors und den Bereich der optimalen Lichtmenge anzuzeigen und den Justiermechanismus so zu konstruieren, daß er manuell angetrieben werden kann, so daß sogar ein Amateur die Feinjustierung auf dem Bildschirm ausführen kann. So wird der Lichtdetektionsabschnitt 1704 nach der automatischen oder manuellen Justierung der Lampe an seine ursprüngliche Position zurückgestellt, wo der Abschnitt 1704 den optischen Weg nicht behindert, so daß das System seine Funktion als Anzeigevorrichtung ausführen kann. Wenn das optische System bestimmt ist, kann es manuell bewegt werden, da eine Verschiebung des Photodetektors unzweideutig bestimmt ist. Der vorliegende Photodetektor kann ebenso für die Justierung der optischen Achse etc. verwendet werden. Der Justiermechanismus 1702, der ein-, zwei- oder dreidimensional bewegt werden kann, kann verwendet werden. Obwohl in der vorliegenden geänderten Ausführung eine reflexionsartige Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben wurde, ist es selbstverständlich auch in einer transmissionsartigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung so. Wenn der Licht fokussierende Punkt innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist, kann der erfindungsgemäße Photodetektor für die Positionierung der Lampe ebenso verwendet werden, so daß eine Auswechslung der Lampe oder eine Wiederanpassung einer falsch eingestellten optischen Achse einfach ausgeführt werden kann. Obwohl in der oben beschriebenen geänderten Ausführung die Lichtmenge, die durch den Photodetektor detektiert wird, vorausgesetzt wird, kann ebenso die Lichtintensität oder ähnliches gemessen werden. Da ein Lampenaustausch gemäß der geänderten oben beschriebenen Ausführung leicht ausgeführt werden kann, ist sie für die Verwendung an einem Platz geeignet, wo es keinen Spezialisten gibt, sowie für eine Verwendung Zuhause.
Nachfolgend wird in bezug auf die angefügten Zeichnungen eine erfindungsgemäße projektionsartige Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Fig. 15 zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die projektionsartige Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestehend aus drei Flüssigkristallichtventilen 201, 204, 207, drei Kathodenstrahlröhren 202, 205, 208, die als ebene Lichtquellen dienen, ein dichroitisches Prisma 210, eine Projektionslinse 211 und ein Steuersystem 213. Es enthält weiterhin einen Schirm 212 als eine angefügte Einrichtung.
Die Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207 für rot, grün und blau werden gemäß der Bildsignale für rote, grüne und blaue Bilder, die von dem Steuersystem 213 geliefert werden, gesteuert, um intensitätsmoduliertes rotes Licht 203, grünes Licht 206 und blaues Licht 209 zu erzeugen, das von den fluoreszierenden Oberflächen der Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 für rot, grün und blau emittiert wird, die ausreichend nahe an den Flüssigkristallichtventilen 201, 204 und 207 angeordnet sind, um rote, grüne und blaue Bilder zu erzeugen.
Das intensitätsmodulierte rote Licht 203 und das blaue Licht 209 werden von Interferenzfilmen 210a und 210b des dichroitischen Prismas 210 reflektiert und fallen auf eine Projektionslinse 211. Das intensitätsmodulierte grüne Licht 206 tritt durch das dichroitische Prisma 210 hindurch und fällt auf die Projektionslinse 211. Als Ergebnis wird dreifarbiges Licht aus rotem Licht 203, grünem Licht 206 und blauem Licht 209 kombiniert oder synthetisiert und auf den Schirm 212 durch die Projektionslinse 211 projiziert, so daß ein Farbbild auf dem Schirm 212 angezeigt wird.
Die Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207 und die Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 sind ausreichend nahe zueinander angeordnet. Damit jedoch auch Licht, das von den verschiedenen Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 emittiert wird, mit einem höheren Wirkungsgrad auf die Projektionslinse 211 fällt, wird der Interferenzfilm 301 für rot an der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 202 für rot angebracht, der Interferenzfilm 302 für grün wird an der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 205 für grün angebracht und der Interferenzfilm 303 für blau wird an der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 208 für blau angebracht. Folglich ist der Wirkungsgrad der Lichtnutzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hoch und es ist einfach möglich ein ausreichend helles Farbbild zu reproduzieren.
In der vorliegenden Ausführungsform werden streuartige Flüssigkristallichtventile, die Dünnfilmtransistoren (TFT) enthalten, als Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207 zur Modulation der verschiedenen Farben verwendet. Deshalb wird der Aufbau und die Wirkungsweise von streuartigen Flüssigkristallichtventilen in bezug auf die Fig. 16A und 16B erläutert.
Wie in Fig. 16A gezeigt, ist ein streuartiges Flüssigkristallichtventil derart aufgebaut, daß eine Flüssigkristallschicht 223, die eine Anzahl von Flüssigkristallkörnern 223a enthält, zwischen einem transparenten Substrat 220a mit einer transparenten Elektrode 221a und einem transparenten Substrat 220b mit einer ähnlichen gegenüberliegenden transparenten Elektrode 221b eingeschoben ist, und eine Signalquelle 224 und ein Schalter 225 verbinden diese transparenten Elektroden 221a und 221b. Da die vielen Flüssigkristallkörner 223a zufällig orientiert sind, wenn der Schalter 225 ausgeschaltet ist, so daß kein elektrisches Feld in der Flüssigkristallschicht 223 erzeugt wird, wird Licht das zu diesem Zeitpunkt auf die Flüssigkristallschicht 223 fällt gestreut, wie in der Figur gezeigt, und deshalb behält das Flüssigkristallventil seinen undurchsichtigen Zustand. Im Gegensatz dazu sind alle Flüssigkristallmoleküle in allen Flüssigkristallkörnern innerhalb der Flüssigkristallschicht 223 in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet, wenn der Schalter 225 angeschaltet ist und das elektrische Feld in der Flüssigkristallschicht 223 zwischen den transparenten Elektroden durch die Signalquelle erzeugt wird und wenn die dem elektrischen Feld entsprechende Spannung eine bestimmte Spannung V1 überschreitet. Auf diese Weise tritt einfallendes Licht hindurch und deshalb wird das Flüssigkristalllichtventil transparent. Das heißt dieses streuartige Flüssigkristallichtventil wird zwischen dem undurchsichtigen Zustand und dem transparenten Zustand abhängig von der An- oder Abwesenheit der Signalspannung umgeschaltet und führt deshalb eine Lichtventilfunktion aus.
Weiterhin kann der Grad der Streuung gesteuert werden, wenn die angelegte Spannung auf Werte kleiner als V1 eingestellt wird. Als Ergebnis kann das Lichtventil auch Zwischentöne durch die Verwendung eines Spannungssignals darstellen, das durch das Bildsignal als Signalquelle 224 moduliert wird, und deshalb als Bildreproduktionsvorrichtung wirken.
Da dieses streuartige Flüssigkristallichtventil keine Polarisierungsplatte benötigt, hat es einen hohen Wirkungsgrad der Lichtnutzung. Weiterhin wird in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ein Interferenzfilm 301 für rot auf der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 202 für rot angebracht oder laminiert; ein Interferenzfilm 302 für grün auf der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 205 für grün angebracht; und ein Interferenzfilm 303 für blau auf der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhre 208 für blau angebracht. Dies führt zu einem Kollimatorlinseneffekt in dem Frontglas der Kathodenstrahlröhren. Deshalb wird kein erzeugtes Licht nutzlos gestreut, was deutlich den Wirkungsgrad erhöht.
In bezug auf die Fig. 17A und 17B wird nun die Wirkungsweise des Interferenzfilms erläutert, der auf den Röhrenoberflächen der Kathodenstrahlröhren angebracht ist. Wie in Fig. 17A gezeigt, ist eine fluoreszierende Fläche 231 auf der Innenseite der Frontplatte (Licht emittierende Platte) 230 der Kathodenstrahlröhre angeordnet und der Interferenzfilm 232 ist auf der gegenüber der fluoreszierenden Fläche 231 liegenden Oberfläche angebracht. Wenn die fluoreszierende Fläche 231 mit einem Elektronenstrahl 233 bestrahlt wird, emittiert die fluoreszierende Fläche 231 Fluoreszenz mit bestimmten Wellenlängen. Im Fall einer Kathodenstrahlröhre für rot wird hauptsächlich Licht in einem roten Wellenlängenbereich emittiert und im Fall einer Kathodenstrahlröhre für grün wird hauptsächlich Licht in einem grünen Wellenlängenbereich emittiert. In dem Fall einer Kathodenstrahlröhre für blau wird hauptsächlich Licht in einem blauen Wellenlängenbereich emittiert. Dieses Licht wird von jeder der fluoreszierenden Flächen 231 in einem weiten Winkelbereich emittiert. Der Interferenzfilm 232 besteht aus einem mehrlagigen Verdampfungsfilm einer dielektrischen Substanz mit einem Brechungsindex, der unterschiedlich ist zu dem des Glasmaterials aus dem die Frontplatte 230 besteht, und seine Übertragungscharakteristik für Licht mit einer bestimmten Wellenlänge kann eine Abhängigkeit vom Einfallswinkel aufweisen. Beispielsweise kann das Lichtventil so aufgebaut sein, daß rechtwinklig zu der fluoreszierenden Fläche 231 emittiertes Licht 234 fast ohne Verlust durch den Interferenzfilm 232 durchgelassen wird, aber Licht 235, das aus einer bestimmten Richtung mit einem Winkel θ zu der rechtwinklig zur Oberfläche liegenden Richtung der fluoreszierenden Fläche 231 emittiert wird, von dem Interferenzfilm 232 reflektiert wird.
Fig. 17B zeigt das Verhältnis zwischen dem Winkel θ und der von dem Interferenzfilm 232 durchgelassenen Lichtmenge. Licht, das in einem weiten Winkelbereich emittiert wird, wird von dem Interferenzfilm 232 in Licht transformiert, das sich nur in einem engen Winkelbereich ausbreitet. Infolgedessen fällt Licht auf jedes der Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207. Deshalb ist es möglich, den Verlust auf das Minimum zu unterdrücken und ein Farbbild mit hoher Leuchtkraft zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine befriedigend lange Lebensdauer durch die Verwendung von Kathodenstrahlröhren als Lichtquellen zu erreichen. Außerdem wird das optische System zur Trennung des Lichts der Quelle in verschiedene Farben unnötig, da verschiedene Kathodenstrahlröhren unabhängig voneinander für verschiedene Farben verwendet werden, und so kann eine Verkleinerung des optischen Systems erreicht werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann weiterhin eine extrem einfache Farbjustierung erfolgen, da die Emissionsintensitäten für die verschiedenen Farben unabhängig voneinander durch die Steuerung des Stroms der Elektronenstrahlen der Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 gesteuert werden.
Überdies können, obwohl streuartige Flüssigkristallichtventile in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, auch verdreht-nematische (twisted-nematictype) Flüssigkristallichtventile oder superverdreht-nematische (supertwistednematic-type) Flüssigkristallichtventile verwendet werden. Das gezeigte Positionsverhältnis zwischen den verschiedenen Farben ist nur ein Beispiel und kann willkürlich verändert werden. Selbstverständlich ist es möglich, Licht durch eine Kombination von dichroitischen Spiegeln anstatt von dichroitischen Prismen zu kombinieren.
In bezug auf Fig. 18 wird im weiteren der Schaltungsaufbau des Steuersystems 213 erläutert.
Zuerst wird ein Bildsignal 314, das mittels einer ausgestrahlten elektromagnetischen Welle empfangen oder von einem Videogerät, einer Videodisc oder einer anderen beliebigen Signalquelle zugeführt wird, der Farbdemodulationsschaltung 315 zugeführt, um dort in unterschiedliche Farbsignale für rot, grün und blau, die den drei Primärfarben entsprechen, umgewandelt zu werden. Die durch diese Umwandlung erhaltenen Farbsignale werden in den Rahmenspeicher 317, 318 und 319 für jeden Rahmen in der Form von digitalen Daten gespeichert. Das Bildsignal 314 wird auch der Sync-Signal-Separationsschaltung 316 zugeführt, die eine Referenz-Sync- Signalkomponente für die einzelnen Signale davon abtrennt, und ein Sync-Signal wird von einer Sync-Signal-Wiedergabeschaltung 320 erzeugt.
Rote Bildsignaldaten werden, gesteuert durch die Wiedergabeschaltung 320, aus einem Rahmenspeicher 317 der Signalschaltung 323 zur Steuerung des Flüssigkristallichtventils 201 für rot zugeführt. Das Lichtventil 201 wird dazu von der Signalschaltung 323 und einer Abtastschaltung 324 gesteuert, um ein rotes Bild wiederzugeben. Das durch die Wiedergabeschaltung 320 erzeugte Sync-Signal wird durch eine Synchronisationssteuerschaltung 321 in horizontale und vertikale Abtastsignale umgewandelt und zusätzlich über eine Strahlsteuerschaltung 322 an eine Kathodenstrahlröhre (CRT) 202 für rot geliefert, die in der Nähe des Lichtventils 201 angeordnet ist, um die Lichtemission in einer gerasterten Form synchron mit der Wiedergabe des roten Bildes von dem Flüssigkristallichtventil 201 als eine Lichtquelle für die rote Fläche zu steuern. Auf gleiche Weise werden die Flüssigkristallichtventile 204 und 207 für grün und blau von den Signalschaltungen 327 und 325 sowie den Abtastschaltungen 328 und 326 gesteuert, um ein grünes und ein blaues Bild wiederzugeben und gleichzeitig wird die Lichtemission der Kathodenstrahiröhren (CRT) 205 und 208 für grün und blau synchron mit der Wiedergabe des grünen Bildes und des blauen Bildes von den Flüssigkristallichtventilen 204 und 207 für grün und blau gesteuert.
Deshalb geben die drei Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207 die unterschiedlichen Farbbilder, die den drei Primärfarben entsprechen, unabhängig voneinander wieder und die drei Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208, die Licht verschiedener Farben emittieren, die den drei Primärfarben entsprechen, werden synchron von dem Steuersystem 213 gesteuert, um ein Farbbild auf dem Schirm 212 wiederzugeben.
Die Lichtemission durch jede der Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 in der vorliegenden Ausführungsform wird durch die Abtastung der fluoreszierenden Fläche in Form einer gerasterten Abtastung mit einem Elektronenstrahl beeinflußt. Deshalb emittiert ein Licht emittierender Punkt auf der Kathodenstrahlröhre, der einem Pixel der Flüssigkristallichtventile 201, 204 und 207 entspricht, Licht nur einmal während eines Rahmens. Auf der anderen Seite wird ein Flüssigkristallichtventil mit TFTs durch das zeilenweise Abtastverfahren abgetastet und Pixelinformation wird gehalten, bis sie zur Aktualisierung ausgewählt wird. Deshalb stellt in einer Bildwiedergabevorrichtung mit gewöhnlichen Kathodenstrahlröhren ein Licht emittierender Teil der fluoreszierenden Fläche Bildinformationen selbst dar. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Ausführungsform die Kathodenstrahlröhren nur als Lichtquellen verwendet. Eine Erhöhung der Gesamthelligkeit wird durch eine Erhöhung der Stromstärke des Elektronenstrahls zur Vergrößerung der Licht emittierenden Fläche für jede Abtastung realisiert und dieses wird in bezug auf die Fig. 19A bis 19D mittels des Licht emittierenden Zustands der Kathodenstrahlröhre erklärt.
Fig. 19A zeigt vergrößert einen Teil eines Pixels des Flüssigkristallichtventils. Der Elektronenstrahl der hierzu korrespondierenden Elektronenstrahlröhre streicht von links nach rechts und abwärts in der Reihenfolge a, b und c darüber. Der Pixelabstand P ist beispielsweise ungefähr 64 um für ein Flüssigkristallichtventil mit einer Größe von 2 in. gemessen in der Diagonalen. Die Stromintensität des Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre wird erhöht, so daß der Durchmesser des Elektronenstrahls ungefähr 120 um beträgt, was zweimal so groß wie der Pixelabstand ist. Auf diese Weise wird der Licht emittierende Anteil der fluoreszierenden Fläche der Kathodenstrahlröhre vergrößert, wenn der Durchmesser des Elektronenstrahls im Verhältnis zu der Größe eines Pixels in dem entsprechenden Flüssigkristallichtventil vergrößert wird, so daß Pixel einer Vielzahl von Zeilen gleichzeitig zu jedem Zeitpunkt bestrahlt werden.
Wird nun ein Pixel, in Fig. 19A schraffiert, berücksichtigt, gibt es nur ein Abtastsignal, das dieses Pixel für jeden Rahmen auswählt, wie in Fig. 19B gezeigt. Die spezifische Durchlässigkeit für dieses Pixel wird gehalten, bis anschließend ein neues Signal daran angelegt wird, wie in Fig. 19C gezeigt. Andererseits wird die Kathodenstrahlröhre nach unten in der Reihenfolge a, b und c abgetastet und der Licht emittierende Teil wird in dieser Richtung bewegt. Als Ergebnis passiert der Licht emittierende Teil dreimal nacheinander das schraffierte Pixel, so daß die Menge von übertragenem Licht um einen Faktor von ungefähr 2 erhöht wird, im Verhältnis zu der Menge, die erhalten wird, wenn getrennt in die Richtung a, b und c abgetastet wird. Deshalb wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform einfach ein extrem helles Anzeigebild erhalten und es ist möglich, die projektionsartige Farbanzeigevorrichtung mit einer kleinen Größe, einer großen Helligkeit und einer langen Lebensdauer zu realisieren.
Ein solches Flüssigkristallichtventil mit der TFT-Ansteuermethode wird wegen der gegenwärtigen geringen Ausbeute zu relativ hohen Kosten hergestellt. Deshalb wird im folgenden ein modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform erläutert, bei dem die Anzahl der verwendeten Flüssigkristallichtventile reduziert ist, so daß eine Steigerung der Kosten verhindert wird und eine weitere Verkleinerung möglich wird.
Fig. 20 zeigt die Bauweise des vorliegenden modifizierten Beispiels. Das bereits beschriebene Flüssigkristallichtventil der zweiten Ausführungsform wird vor keiner der Kathodenstrahlröhren angeordnet, sondern ein einziges Flüssigkristallichtventil wird zwischen dem dichroitischen Prisma 210 und der Projektionslinse 211 angeordnet. Die zu der zweiten Ausführungsform identischen Bestandteile werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Erklärung wird verzichtet.
Rotes Licht 203 und blaues Licht 209, erzeugt von den Kathodenstrahlröhren 202 für rot und 208 für blau, werden von Reflexionsfilmen für rot und blau 210a und 210b reflektiert und grünes Licht 206, erzeugt von der Kathodenstrahlröhre 205 für grün, tritt durch das dichroitische Prisma 210 hindurch. Licht von dem Prisma 210 fällt auf die Projektionslinse 211, nachdem es von dem Flüssigkristallichtventil 401 intensitätsmoduliert wurde. Licht der drei Primärfarben, emittiert von den drei Kathodenstrahlröhren 201, 205 und 208, wird von dem einzigen Flüssigkristallichtventil 401 intensitätsmoduliert, so daß ein Farbbild auf dem Schirm durch die Projektionslinse 211 angezeigt wird.
In dem vorliegenden veränderten Beispiel befindet sich das dichroitische Prisma 210 zwischen den verschiedenen Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 und dem Flüssigkristallichtventil 401. Es ist deshalb wichtig, daß das von den verschiedenen Kathodenstrahlröhren erzeugte Licht mit einem hohen Wirkungsgrad auf die Projektionslinse fällt. In dem vorliegenden veränderten Beispiel ist ein Interferenzfilm auf der Röhrenoberfläche einer jeden Kathodenstrahlröhre angebracht oder laminiert, so daß von den Kathodenstrahlröhren emittiertes Licht mit einem hohen Wirkungsgrad auf die Projektionslinse fällt, wie in bezug auf Fig. 3 erläutert.
In dem vorliegenden veränderten Beispiel werden die drei Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 sowie das Flüssigkristallichtventil 401 von einem Steuersystem 213' gesteuert. Dieses Steuersystem 213' wird in bezug auf Fig. 21 erläutert.
Ein Bildsignal 314, das aus einer ausgestrahlten elektromagnetischen Welle empfangen wurde oder von einem Videogerät, einer Videodisc oder einer anderen beliebigen Signalquelle zugeführt wird, wird zuerst einer Farbdemodulationsschaltung 315 zugeführt, um dort in unterschiedliche Farbsignale für rot, grün und blau, welches die drei Primärfarben sind, konvertiert zu werden. Die durch diese Konvertierung erhaltenen Farbsignale werden in den Rahmenspeicher 317, 318 und 319 für jeden Rahmen in der Form von digitalen Daten gespeichert. Weiter wird das Bildsignal 314 einer Separationsschaltung 316 zugeführt, die eine Referenz-Sync-Signalkomponente für die einzelnen Signale davon abtrennt, und ein Sync-Signal wird von einer Wiedergabeschaltung 357 wiedergegeben.
Die Frequenz des von der Wiedergabeschaltung 357 erzeugten Sync-Signals wird so festgelegt, daß sie dreimal so hoch wie die des Sync-Signals des Bildsignals 314 ist.
Vom ersten bis zum dritten Rahmen werden rote, grüne und blaue Bildsignaldaten der Signalschaltung 360 zur Steuerung des Flüssigkristallichtventils 401 aus den Rahmenspeichern 317, 318 und 319 zugeführt, gesteuert von der Wiedergabeschaltung 357. Das Flüssigkristallichtventil 401 wird von der Signalschaltung 360 und der Abtastschaltung 361 gesteuert, um rote, grüne und blaue Bilder wiederzugeben.
Weiterhin wird zur gleichen Zeit das von der Wiedergabeschaltung 357 erzeugte Sync-Signal von der Synchronisationssteuerschaltung 358 in horizontale und vertikale Abtastsignale umgewandelt und an die Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208 geliefert, um diese Kathodenstrahlröhren synchron mit der Wiedergabe eines roten, eines grünen und eines blauen Bildes auf dem Flüssigkristallichtventil 401 zu steuern.
In bezug auf die Fig. 22A bis 22D werden nun Zustände erläutert, bei denen das einzige Flüssigkristallichtventil 401, das verschiedene Farbbilder entsprechend den drei Primärfarben wiedergibt, und die drei Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208, die Licht mit verschiedenen Farben emittieren, die ähnlich den drei Primärfarben entsprechen, aufgrund der Steuerung durch dieses Steuerungssystem 213' synchron zueinander gesteuert werden.
Fig. 22A bis 22D zeigen das wiedergegebene Bild auf dem Flüssigkristallichtventil 401, den fluoreszierenden Zustand der Kathodenstrahlröhre 202 für rot, den fluoreszierenden Zustand der Kathodenstrahlröhre 205 für grün und den fluoreszierenden Zustand der Kathodenstrahlröhre 208 für blau, angeordnet in einer zeitlichen Abfolge, abwärts gerichtet wie durch bis gezeigt. Nach kehrt der Ablauf zurück zu . Deshalb wird in dem vorliegenden veränderten Beispiel Farbe durch ein sogenanntes "rahmensequentielles Verfahren" wiedergegeben, bei dem die Bilder der verschiedenen Farben rot, grün und blau während einer Rahmendauer zeitlich sequentiell angezeigt werden.
Zuerst werden Teile eines roten Bildes der Reihe nach auf dem Flüssigkristallichtventil 401 wiedergegeben, beginnend mit der obersten Zeile. Rotes Licht wird der Reihe nach emittiert, beginnend mit der obersten Zeile der Kathodenstrahlröhre 202 für rot, synchron mit dem Zustand der Wiedergabe des Bildes auf dem Flüssigkristallichtventil 401 zur Anzeige des roten Bildes. Zu dieser Zeit emittieren die Zeilen der Kathodenstrahlröhren für grün und blau, 205 und 208, kein Licht, die den Zeilen entsprechen, die Licht auf der Kathodenstrahlröhre für rot 202 emittieren.
Auf dem Flüssigkristallichtventil 401 wird die Wiedergabe des roten Bildes in Richtung der unteren Zeilen fortgesetzt und schließlich ist das rote Bild auf der gesamten Oberfläche wiedergegeben.
Dann beginnt auf den oberen Zeilen des Flüssigkristallichtventils 401 die Wiedergabe des grünen Bildes und grünes Licht wird der Reihe nach von den Zeilen auf der Kathodenstrahlröhre 205 für grün emittiert, beginnend mit der obersten Zeile, synchron mit dem Zustand der Wiedergabe des grünen Bildes auf dem Flüssigkristallichtventil 401.
Anschließend emittiert die Kathodenstrahlröhre für grün Licht auf die gesamte Oberfläche, so daß das grüne Bild auf der gesamten Oberfläche des Flüssigkristalllichtventils 401 wiedergegeben wird.
Nun beginnt auf den oberen Zeilen des Flüssigkristallichtventils 401 die Wiedergabe des blauen Bildes und blaues Licht wird der Reihe nach von den Zeilen auf der Kathodenstrahlröhre 208 für blau emittiert, beginnend mit der obersten Zeile, synchron mit dem Zustand der Wiedergabe des blauen Lichts auf dem Flüssigkristalllichtventil 401.
Dementsprechend wird das blaue Bild auf der gesamten Oberfläche des Flüssigkristallichtventils 401 wiedergegeben und so wird das Bild eines Rahmens durch die rahmensequentielle Wiedergabe von RGB angezeigt. Im nachfolgenden Zustand kehrt das Verfahren zu zurück.
Folglich werden gemäß des vorliegenden veränderten Beispiels das einzige Flüssigkristallichtventil 401, das die Bilder aus verschiedenen Farben, die den drei Primärfarben entsprechen, durch das rahmensequentielle Verfahren wiedergibt oder erzeugt, und die drei Kathodenstrahlröhren 202, 205 und 208, die verschiedene Farben entsprechend den drei Primärfarben emittieren, synchron zueinander gesteuert, so daß das Farbbild auf den Schirm 212 projiziert wird und ein vergrößertes Bild wiedergegeben wird.
In bezug auf die Fig. 23A bis 23E wird nun das Verhältnis zwischen Veränderungen in der spezifischen Durchlässigkeit eines jeden Pixels des Flüssigkristallpanels und dem Licht emittierenden Zustand der Kathodenstrahlröhre in dem vorliegenden veränderten Beispiel erläutert.
Fig. 23A zeigt eine Rahmendauer eines üblichen Bildsignals. Eine Rahmendauer des an das Flüssigkristallichtventil 401 angelegten Signals ist 1/90 s, was gleich einem Drittel einer Rahmendauer (1/30 s) eines üblichen Bildsignals (z. B. Videosignal) ist.
Für den ersten Rahmen wird das Bildsignal eines roten Bildes an das Flüssigkristallichtventil 401 angelegt. Anschließend wird ein grünes Bildsignal und dann ein blaues Bildsignal daran angelegt. Die spezifische Durchlässigkeit von bestimmten Pixeln in dem Flüssigkristallichtventil 401 variiert in Abhängigkeit von dem daran angelegten Bildsignal. Beispielsweise hat die spezifische Durchlässigkeit für den ersten Rahmen einen Wert, der dem roten Bild aus dem roten Bildsignal entspricht, für den zweiten Rahmen einen Wert, der dem grünen Bild aus dem grünen Bildsignal entspricht, und einen Wert, der dem blauen Bild aus dem blauen Bildsignal entspricht, wie in Fig. 23B gezeigt. Weiterhin hat die spezifische Durchlässigkeit für den nachfolgenden Rahmen einen Wert, der wieder dem roten Bild des nachfolgenden Bildes entspricht, obwohl dies nicht in der Figur gezeigt wird.
Andererseits wird für den ersten Rahmen die Kathodenstrahlröhre 202 für rot mit dem Elektronenstrahl synchron mit dem an das Flüssigkristallichtventil 401 gelieferten roten Bildsignal abgetastet, um Licht zu emittieren, wie in Fig. 23C gezeigt. Dementsprechend wird für den zweiten Rahmen die Kathodenstrahlröhre 205 für grün mit dem Elektronenstrahl synchron mit dem an das Flüssigkristallichtventil 401 angelegten grünen Bildsignal abgetastet, um Licht zu emittieren, wie in Fig. 23D gezeigt. Auf die gleiche Weise wird für den dritten Rahmen die Kathodenstrahlröhre 208 für blau mit dem Elektronenstrahl synchron mit dem an das Flüssigkristallichtventil 401 angelegten blauen Bildsignal abgetastet, um Licht zu emittieren, wie in Fig. 23E gezeigt. Deshalb ist gemäß des vorliegenden abgeänderten Beispiels ein Flüssigkristallichtventil ausreichend und es ist möglich, eine projektionsartige Farbanzeigevorrichtung mit einer kleineren Größe und geringeren Kosten zu realisieren.
Obwohl in der obigen Erklärung die Interferenzfilme 301, 302 und 303 auf den Röhrenoberflächen der verschiedenen Kathodenstrahlröhren angeordnet sind, um Licht, das von den fluoreszierenden Flächen der Kathodenstrahlröhre emittiert wird, mit einem hohen Wirkungsgrad auf das Flüssigkristallichtventil einfallen zu lassen, wird ein weiteres modifiziertes Beispiel, das diesen Lichtverlust vermeidet, in bezug auf Fig. 24 erläutert. Fig. 24 zeigt einen Schnitt durch den Aufbau der Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhren, wobei eine Linsenoberfläche 512 auf der gegenüber der fluoreszierenden Fläche 231 liegenden Röhrenoberfläche der Kathodenstrahlröhren gebildet wird. Durch die Bestrahlung der fluoreszierenden Fläche 231 durch den Elektronenstrahl 233 wird emittiertiertes Licht 434 aufgrund der Linsenoberfläche 512 nicht gestreut, wie in der Figur gezeigt. Deshalb kann das Licht mit einem hohen Wirkungsgrad das Flüssigkristallichtventil erreichen und wird wirksam genutzt. Diese Linsenoberfläche 512 bildet eine sogenannte lentikulare Linse, in der eine Vielzahl von kleinen Linsen in einer matrixartigen Form angeordnet sind und der Brennpunkt jeder dieser Linsen so angeordnet ist, daß er mit der vorher beschriebenen fluoreszierenden Fläche 231 übereinstimmt. Diese Linsenoberfläche 512 kann entweder durch die Verarbeitung der Röhrenoberfläche 230 in eine Linsenform oder durch Herstellung einer getrennten regelmäßigen Anordnung von Linsen in Plattenform, die auf die Röhrenoberfläche 230 geklebt oder dort befestigt wird, gebildet werden. Gemäß dieses veränderten Beispiels können die Verarbeitungskosten gering sein und es ist möglich eine billigere projektionsartige Anzeigevorrichtung zu erhalten.

Claims

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit

zwei Substraten,

einer Flüssigkristallschicht, die zwischen den beiden Substraten angeordnet ist, wobei eines der beiden Substrate ein transparentes Substrat ist, das eine transparente Gegenelektrode aufweist, die, zusammen mit einer Vielzahl von Pixelelektroden, zum selektiven Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht dient,

dadurch gekennzeichnet, daß

das andere der beiden Substrate ein monokristallines Halbleitersubstrat ist mit

(a) einem Anzeigebereich (131), der die Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixelelektroden und eine Vielzahl von Transistoren enthält, wobei jeder der Transistoren an eine zugehörige Pixelelektrode angeschlossen ist,

(b) einem peripheren Schaltungsbereich (132) zum Ansteuern des Anzeigebereichs, mit einer Abtastansteuerschaltung und einer Signalansteuerschaltung,

(c) einem Rahmenspeicher (133), der die Anzeigeinformation, die an die Signalansteuerschaltung geliefert wird, speichert und

(d) einer Steuereinheit (134), die den Rahmenspeicher (133) steuert.

2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Anzeigefläche eine Vielzahl von Zeilenelektroden und eine Vielzahl von Spaltenelektroden enhält, wobei jede der Zeilenelektroden an ein entsprechendes Gate der Vielzahl der Transistoren angeschlossen und jede der Spaltenelektroden an eine entsprechende Hauptelektrode der Vielzahl der Transistoren angeschlossen ist.

3. Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Abtastansteuerschaltung in einer zeitlichen Reihenfolge einen Spannungsimpuls an die Zeilenelektroden anlegt und die Signalansteuerschaltung in einer zeitlichen Reihenfolge ein Bildsignal an die Spaltenelektroden anlegt.

4. Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorrichtung reflektierend ausgebildet ist und einfallendes Licht selektiv als Antwort auf angelegte elektrische Signale in Einheiten von Pixeln reflektiert, und wobei jeder der Transistoren seinen Leitfähigkeitszustand als Antwort auf ein entsprechendes elektrisches Signal ändert, und wobei die zugehörigen Pixelelektroden selektiv einfallendes Licht abhängig von einer Änderung des Leitfähigkeitszustands der Transistoren reflektieren.