DE2819538A1

DE2819538A1 - Bildwiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE2819538A1
Application number: DE19782819538
Authority: DE
Inventors: Serge Le Berre; Michel Hareng
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2389955B1; JPS6217726A; JPS53138360A; DE2819538C2; CA1129127A; FR2389955A1; GB1590615A; JPS5917802B2; US4202010A

Description

	Patentanwälte	Dipl -Ing.	Hai	1978
Dtpl.-lng	Dipl.-Chem.	G. Leiser
E. Prinz	Dr. G. Hauser
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60	3.

THOMSON -CSF

173} Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unaer Ze lohen: !E 3097 Bildwiedergabevorriohtung

Die Erfindung bezieht sich, auf Bildwiedergabevorriohtungen, mit denen ein Einzelbild oder eine Bildfolge siohtbar gemacht werden kann, die in Form eines elektrischen Signals vorliegen, das gemeinhin Videosignal genannt wird.

Eine derartige Bildvriedergabevorriohtung kann in einem fernsehsystem verwendet werden, insbesondere zur Projektion von Fernsehbildern auf einen großen Bildschirm.

Zur Wiedergabe von Bildern ist es bekannt, eine Katodenstrahlröhre zu verwenden, jedooh wird es als nachteilig angesehen, daß eine solche Röhre zur Erzielung eines im wesentlichen ebenen Bildes übermäßig große Abmessungen haben muß.

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Es sind daher bereits zahlreiche Vorrichtungen vorgesohlagen worden, die zum Ersatz der Katodenstrahlröhren bestimmt sind, doch waren die Ergehnisse bisher stets enttäuschend. Manchmal ist die Struktur kompliziert und die Helligkeit gering, wie bei den Piasma-Bildschirmen, wie sie von Yoshifumi Amano in der Zeitschrift "IEEE transactions on electron devices", Vol. ED-22, Nr. 1, Januar 1975, beschrieben sind. Manohmal ist die Ansprechgesohwindigkeit gering, so daß die Verwendung bei einem fernsehsystem nicht möglich ist, wie bei den zahlreichen PlussigkriStallvorrichtungen, mit denen bis heute experimentiert wird.

In der SR-PS 2 275 087 ist eine Bildwiedergabevorriehtung beschrieben, bei der ein thermo-elektrisoher Effekt in einer Flüssigkristallschicht angewendet wird, wobei das Einschreiben des Bildes durch eine Abtastung der Schicht mit Hilfe eines Infrarotbündels erfolgt, das von einem Laser erzeugt wird und durch elektro-optische oder akusto* optische Ablenkglieder abgelenkt wird.

Diese Lichtquelle und die Ablenkglieder sind sowohl umfangreich als auch teuer. Der Naohteil, der sich am stärksten bemerkbar maoht, besteht jedooh darin, daß die angewendete Ablenkung ausreichend langsam sein muß, damit eine punktweise örtliche Änderung der Phase der Flüssigkristallschicht unter der Wirkung der vom Infrarotbündel zugeführten Wärme möglich ist. Eine solche thermische Ersoheinung ist zu langsam, als daß sie die Anwendung der Vorrichtung in einem Fernsehsystem ermöglichen würde.

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Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Geschwindigkeit des Einschreibens des Bildes in eine Sohioht aus einen Material, das einen solohen thermo-elektrisohen Effekt aufweist; dies geschieht durch Anwendung von Einrichtungen, nit denen das Bild zeilenweise eingeschrieben werden kann, so daß nan die ganze Sauer einer Zeile für das gleichzeitige Einsohreiben aller Punkte der Zeile zur Verfügung hat.

Weitere Merkmale und Torteile der Erfindung ergeben sioh aus der folgenden Beschreibung von Ausführungebeispielen der Erfindung anhand der Zeiohnung. In der Zeiohnung zeigen:

fig. 1 eine zum Teil abgebrochene Ansicht einer Anzeigezelle nach der Erfindung,

Fig. 2 eine sohematisohe Oberansicht einer Bildwiedergabevorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 das Schaltbild der in der Vorrichtung von Fig. 2 enthaltenen Abtastschaltung,

Fig. 4- das Schaltbild der in der Vorrichtung von Fig. 2 enthaltenen Steuerschaltung,

Fig. 5 die sohenatisohe Sarstellung einer Projektionseinrichtung, welohe die Verwendung der Vorrichtung von Fig. 2 ermöglicht,

Fig. 6 eine Teilsohnittansicht einer abgeänderten Aueführungsform der Bildwiedergäbevorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 7 eine schematische Sarstellung einer anderen Projektionseinrichtung.

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In Fig. 1 ist eine sehr einfache Anzeigesselle dargestellt, die der Klarheit wegen auf zwei Zeilen und zwei Spalten beschränkt ist, mit denen ein Bild wiedergegeben werden kann, das aus vier im Quadrat angeordneten funkten besteht.

Eine dünne Flüssigkristallschicht 101 ist zwischen eine Silioiumoxidsohioht (SiO₂) 102, die durch Oxidation eines Silioiumsubstrats 103 erhalten worden ist, und ein zweites Substrat 104 aus Saphir eingeschlossen. Sie wird durch nioht dargestellte Abstandsstüoke in ihrer Lage gehalten.

Zeilenleiter 105 und 106, beispielsweise aus Aluminium, sind auf die Silioiumoxidschicht so aufgebracht, daß sie in Eontakt mit dem Flüssigkristall stehen. Sie dienen als Heizwiderstände, wenn sie über Anschlüsse L₁ und L₂ gespeist werden, die gegenüber einem gemeinsamen Masseanschluß M auf ein elektrisches Potential gebracht werden, wodurch die Temperatur des Flüssigkristalls örtlich über die ganze Länge des angeschlossenen Zeilenleiters erhöht werden kann.

Der auf diese Weise erwärmte Flüssigkristall ist vorzugsweise von solcher Art, daß er eine smektisohe Phase A und eine nematische Phase aufweist. Es wurden gute Ergebnisse mit den Verbindungen der Familie der Biphenyloyanide erzielt, die allein oder in Mischung angewendet wurden, und insbesondere mit Ootyl-Biphenyloyanid, das üblicherweise COB genannt wird, und das die folgende Strukturformel hat:

809845/10OS _PKafMM.

COB hat einen Übergang von der smektisohen Phase in die nematische Phase bei 32,5° O und einen Übergang von der nematisohen Phase in die isotrope Phase bei 40,5° C.

Wenn die Anzeigezelle thermostatisch einige Grad unter den smektisoh-nematisohen Übergang gehalten wird, kann duroh die Temperaturerhöhung infolge der Erwärmung duroh den Zeilenleiter der Flüssigkristall entlang den Zeilenleiter in sehr kurzer Zeit in die isotrope Phase gebracht werden.

Wenn man die an den verwendeten Zeilenleiter angelegte Spannung unterbricht, wird die Wärme im wesentlichen über das Substrat 103 abgeführt, das ein guter Wärmeleiter ist. Die Si0₂-Sohioht 102, die ihrerseits ein schlechter Wärmeleiter ist, begrenzt dagegen die Ge-BOhwindigkeit dieser Wärmeabfuhr. Wenn man erreiohen will, daß die Ansprechzeit des Systems kurz ist, muß daher die Sohioht 102 dünn sein, damit eine schnelle Abkühlung erfolgt. Man ist jedooh in dieser Hinsicht Einschränkungen unterworfen, da die Wärmeabfuhr auch während des Heizvorgangs auftritt, was eine Erhöhung der Heizleistung erforderlich maoht, wodurch die Gefahr verursacht wird, daß die Heizleiter schmelzen.

Es wurden gute Ergebnisse in einer Zelle erzielt, die einen komplizierteren Aufbau als diejenige von fig. 1 hatte, und 600 Zeilen und 800 Spalten enthielt, wobei Aluminiueleiter von 1 um Dioke bei 15 um Breite und 2 cm Länge verwendet wurden, die in Abständen von 5 Mm voneinander lagen und auf eine Si0₂-Sohioht von 3 Mm Sioke aufgebracht waren. Diese Zeilenleiter hatten einen Widerstand von etwa 50 Ω und ermöglichten beim Anlegen einer

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Speisespannung von 25 V die Erzielung des Übergangs einer COB-Sohieht von 15 Mm Sicke aus der nematische in die isotrope Phase in weniger als 60 us. Sie Rückkehr in den smektischen Zustand erfolgte gleichfalls in weniger als 60/us.

Wenn sioh der flüssigkristall in einer so kurzen Zeit abkühlt, nimmt er eine sogenannte Brennkegelstruktur an, die ihm ein streuendes Aussehen erteilt, im Gegensatz zu dem vollkommen lichtdurchlässigen Zustand der flüssigen Phase und der normalen homeοtropen Phase. Wenn dann während dieser Abkühlung ein elektrisches feld - das einer Spannung entspricht - senkreoht zu der flüssigkristallschicht angelegt wird, erhält nan je nach dem Wert der feldstärke eine mehr oder weniger streuende Struktur. So iet bei dieser Zelle der flüssigkristall für eine Spannung von 10 Y vollkommen streuend, während er für eine Spannung von 20 Y vollkommen lichtdurchlässig ist, wobei sioh der Prozentsatz der liohtdurohlässigkeit im wesentlichen linear mit der Spannung ändert.

Ein soloher Effekt, der ein Einsohreiben, in ein Material unter der Wirkung des elektrischen feldes beim Abkühlen ermöglicht, wird thermo-optisoh genannt. Er ist nicht spezifisch für flüssigkristalle, insbesondere nach Art von COB, und entsteht insbesondere auch bei Lithiumniobat, das mit Eisen dotiert ist, in welchem das Einschreiben sioh in einer Änderung des Brechungsindex äußert. Man könnte in gleicher Weise auch von einem streuenden flüssigkristall ausgehen und ihn naoh dem Erwärmen in einen mehr oder weniger stark streuenden Zustand bringen.

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Liohtdurohläeeige Leiter 107 und 108 - beispielsweise aus Zinnoiiä SnO₂ - sind auf die in Berührung nit der Flüssigkristallschicht 101 stehende Fläche des Substrats 104 senkrecht zu den Zeilenleitern 105 und 106 aufgebraoht. Bei den beschriebenen Beispiel haben diese Spaltenleiter die gleiohe Breite und den gleiohen Abstand wie die Zeilenleiter, davit elesentare Anzeigepunkte erhalten werden, die im wesentlichen in Quadrat auf den Kreuzungspunkten der Zeilenleiter und Spaltenleiter liegen. Sie SnO₂-Sohioht hat eine geringe Dioke, dauit eine gute Liohtdurohlässigkeit erhalten wird, doch ist der Wert der Dioke nioht kritisoh, da der abgegebene Stroa praktisoh Hull ist.

Venn ein Gleich- oder Veohsel-Fotential an einen Spaltenleiter oder an beide Spaltenleiter angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld zwischen diesen oder jedes Spaltenleiter und den Zeilenleitern, von denen ein Ende an Masse liegt. Dieses Feld hat nur bei eines nioht Bit eines Heizstrom gespeisten Zeilenleiter tiberall den gleiohen Wert, da in andern fall das Potential des Zeilenleiters τοη der mit den Anschluß L₁ bzw. L₂ verbundenen Seite zu der ait Masse verbundenen Seite abnisst. Dies ist jedooh ohne Bedeutung, da die Erscheinung des Einsohreibens nur bei der Abkühlung stattfindet, also dann, wenn der Zeilenleiter nioht ait eines Heizstros gespeist wird.

Man kann also in die Flüssigkristallschicht 101 an den Kreuzungspunkten der Zeilenleiter 105» 106 sit den Spaltenleitern 107, 108 vier Funkte einschreiben, deren Streuversögen vos Wert Hull bis zu eines Maxisalwert kontinuierlich gesteuert werden kann.

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Es ist zu bemerken, daß das Einsohreiben notwendigerweise zeilenweise erfolgt, denn wenn ein Zeilenleiter den Kristall erwärmt, löscht er die vorhergehende Einschreibung sowohl an der Kreuzungsstelle mit dem einen Spaltenleiter als auch an der Kreuzungsstelle mit dem anderen Spaltenleiter, so daß es erforderlich ist, die entsprechenden Funkte an diesen beiden Kreuzungsstellen wieder einzuschreiben. Wenn umgekehrt die beiden Zeilenleiter gleichzeitig heizen würden, würde der gleiohe Spaltenleiter die gleiche Information gleichzeitig an den Kreuzungspunkten mit den beiden Zeilenleitern einschreiben.

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle ist im wesentlichen von experimenteller Art. Sie hat die Realisierung der schematisoh in Pig. 2 dargestellten Wiedergabevorrichtung ermöglicht, die 600 Zeilenleiter LA₁ bis IAg₀₀ auf einem ersten Substrat 203 aus Silicium und 800 Spaltenleiter CA₁ bis CAg₀₀ auf einem zweiten Substrat 204 aus Saphir aufweist. Diese Substrats begrenzen zusammen mit dem Abstandsstück 201 eine Flüssigkristallschicht. Die Werte von 600 Zeilen und 800 Spalten sind so gewählt worden, daß unter Berücksichtigung der im Zeilenrücklauf und im Teilbildrücklauf verlorenen Zeit eine Wiedergabe eines Fernsehprogramms mit den europäischen Normen von 625 Zeilen und 25 Bildern pro Sekunde möglich ist. Diese Normen entsprechen also einer Zeilendauer von 64 Ms, die mit den zuvor angegebenen Zahlenwerten vereinbar ist, gemäß denen die Heiz- Und Abkühlungszeiten pro Zeile weniger als 60 us betragen.

Ein Fernsehvideosignal wird über einen Anschluß YS an eine Abtastschaltung 205 angelegt. Diese Schaltung ermöglicht die Abtastung des Videosignals und die Speicherung

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der dadurch erhaltenen Attastwerte unter der Steuerung duroh ein Taktsignal, das über den Anschluß HC ankommt, und eines Zeilensynchronisiersignals, das über den Anschluß HL angelegt wird. Auf diese Weise verfügt man alle 64 Ma jeweils für eine Dauer von 64yus an den 800 Anschlüssen C₁ bis C₈₀₀ über 800 Abtastwerte des Videosignals, die im Verlauf der Dauer einer Abtastzeile so abgenommen worden sind, daß der Beginn der Zeile am Anschluß C₁ und das Ende der Zeile am Ansohluß Cqqq liegt. Diese Anschlüsse sind mit den vom Substrat 204 getragenen Spaltenleitern CA verbunden.

Die Schaltung 205 ist direkt auf dem Substrat 204 duroh Integration nach dem unter der Bezeichnung SOS bekannten Verfahren gebildet. Im Verlauf dieser Integration bildet man durch Aufdampfen sowohl die Anschlüsse C₁ bis C₈₀₀ als auch die Spaltenleiter CA₁ bis CA₈₀₀. Dadurch wird das Problem der Herstellung der Zwisohenverbindungen gelöst, das bekanntlich bei allen Vorrichtungen mit Matrixzugriff ein Hauptproblem darstellt. Wenn nämlich einmal die Fertigungsmasken ausgebildet sind, kann die Gesamtheit der Verbindungen in einem einzigen einfachen und billigen Arbeitsgang hergestellt werden, der in Fertigungsprozeß einer integrierten Sohaltung enthalten ist. Die Abmessungen der Schaltung sind kein Hinderungsgrund im Hinbliok auf den Wert der Vorrichtungen (beispielsweise eine Katodenstrahlröhre), die duroh die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt werden können.

Zum Einsohreiben der abgetasteten und gespeicherten Zeilen erwärmt man einen Zeilenleiter, beispielsweise den Zeilenleiter LAj, während der Zeit, in der das entsprechende

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Videosignal an der Sohaltung 205 ankommt; anschließend wird die Erwärmung des Zeilenleiters abgeschaltet, und man legt die abgetasteten Spannungen während der Zeit, in der das der Zeile IAj₊-] entsprechende Videosignal an der Sohaltung 205 ankommt, an die Spaltenleiter CA an. Während der gleichen Zeit wird die Zeile IA-J₊₁ erwärmt, damit sie für das Einsohreiben vorbereitet wird; der gleiche Vorgang wiederholt sioh in der angegebenen Weise für ein Bild ohne Zeilensprung.

Um diese Sequenz der aufeinanderfolgenden Erwärmung der Zeilen zu erhalten, werden die Zeilenleiter mit Hilfe der Steuerschaltung 206 gespeist, die ihrerseits auf dem Substrat 203 vorzugsweise durch Integration gebildet ist. In einem Verfahrensechritt dieser Integration bildet man die Anschlüsse L₁ bis LgQO ^{unä α}*^θ Zeilenleiter IA₁ bis LAgQQ, die einfach eine Verlängerung der Anschlüsse darstellen, da sie aus dem gleiohen Material, beispielsweise aus Aluminium, gebildet werden können.

Zusätzliche Erfahrungen haben gezeigt, daß man eine Heizgeschwindigkeit der Zeilen erhalten kann, die einer Heizzeit von weniger als 10 yus entspricht, indem man die an die Zeilenleiter angelegte Leistung erhöht, und eine Abkühlgesohwindigkeit, die einer Abkühlzeit von weniger als 50 its entspricht, indem man die Dicke der SiOg-Sohioht verringert. Man kann dann den vollständigen Einsohreibzyklus während der Dauer einer Zeile durchführen.

Die Steuerschaltung 206 empfängt am Ansohluß HL Taktsignale im Rhythmus der Folge der Zeilen im Videosignal, an Anschluß Hf Taktsignale im Rhythmus der Folge der Teilbilder

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und am Anschluß VT eine StromverBorgungsspannung für die Heizung der Zeilenleiter LA. Die übrigen Stromversorgungsanschlüsse für die Schaltungen 205 und 206 sowie die gemeisame Masse an rechten Ende der Zeilenleiter sind nicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abtastschaltung 205.

Die Taktsignale HC kommen an einen Zähler 301 an. Un eine Horizontalauflösung zu erzielen, die in wesentlichen gleich der Vertikalauflösung ist, ist für diese Signale ein Takt gewählt worden, der gleich den 880-faohen des Taktes der Zeilensynohronisiersignale ist, wobei nan davon ausgeht, daß der duroh die Synchronisation verlorene Bruchteil der Abtastzeile 10 # beträgt. Der Zähler 301 läuft somit im Rhythmus der Signale HC um, und um seine Synchronisation zu gewährleisten, wird er duroh das am Ansohluß HL ankommende Zeilensynchronisiersignal systematisch auf Null zurückgestellt. Wenn nan als Beispiel annimmt, daß der verlorene Teil des Videosignale zur Hälfte vor und zur Hälfte naoh dem Zeilensynohronisierimpuls liegt, ist zu erkennen, daß die 800 aus den Videosignal zu entnehmenden Abtastwerte zwisohen den Zählerständen 40 und 839 des Zählers liegen. Jeder dieser Zählerstände wird decodiert und ergibt ein digitales Signal, das der Reihe naoh an den 800 Anschlüssen SC *₀ bis SCgxQ erscheint.

Diese Anschlüsse sind jeweils mit einen von 800 Monentanwertspeiohern EA₁ bis EA₈₀₀ verbunden, die dauernd das Videosignal VS empfangen. Während also der Zähler 301

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vom Zählerstand 40 zum Zählerstand 839 weitergeht, tasten die Momentanwertspeicher EA unter der Steuerung duroh den Zähler das Videosignal der Reihe naoh ab, und sie speichern die auf diese Weise entnommenen Abtastwerte·

Die Ausgänge der Momentanwertspeieher EA sind jeweils mit den Eingängen von 800 weiteren Homentanwertspeiohern EB₁ bis EBg₀Q verbunden, die an ihrem Abtaststeuereingang gleichzeitig das Zeilensynchronisiersignal vom Anschluß HL parallel empfangen. Auf diese Weise werden beim erneuten Anlaufen des Zählers 301 die in den Momentanwert speie hern EA enthaltenen Abtastwerte in die Momentanwert speicher EB übertragen, die sie während der Dauer der folgenden Zeile speichern, während die Momentanwertspeioher EA dann wieder verfügbar sind. Die Ausgänge der Momentanwertspeieher EB bilden direkt die Anschlüsse C₁ bis C800» ^an denen man also während der Dauer einer Zeile die während der vorhergehenden Zeile abgenommenen Abtastwerte des Videosignals zur Verfügung hat.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung für den Pail, daß das eingeschriebene Bild im Zeilensprungverfahren aus zwei !Eeilbildern von jeweils 312,5 Zeilen besteht.

Die Zeilensynohronisiersignale werden vom Anschluß HL an einen Zähler 401 angelegt; dieser Zähler empfängt auch die Teilbildsynchronisiersignale vom Ansohluß HX, wodurch er am Beginn des Teilbilds auf Null zurückgestellt werden kann. Der Zähler 401 läuft somit im Rhythmus der Signale HL um. Wenn als Beispiel angenommen wird, daß 12,5 Zeilen

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duroh die Teilbildsynohronisation verloren geben, von denen fünf ganze Zellen am Beginn des Teilbilds und sieben ganze Zeilen am Ende des Teilbilds liegen, während die für den Zeilensprung erforderliche Halbzeile am Ende des ungeraden Teilbilds und am Beginn des geraden Teilbilds liegt, ist zu erkennen, daß die 300 einzuschreibenden Zeilen eines Teilbilds den Zählerständen 5 bis 304- des Zählers entsprechen. Jeder dieser Zählerstände wird decodiert und ergibt ein digitales Signal, das der Reihe naoh an den 300 Anschlüssen SLn bis SL™, erscheint.

Jeder dieser Anschlüsse führt zu einem Paar von Und-Schaltungen in einer Gruppe von Und-Sohaltungen ET₁ bis ETg₀Q. Der Ausgang jeder dieser Umsohaltungen ist mit der Basis eines npn-Translstors verbunden. Die Kollektoren dieser Transistoren sind parallel an den Anschluß YT (Heizleistungs-Stromversorgung für die Heizung der Zeilenleiter) angeschlossen, und die Emitter sind jeweils mit einem der Anschlüsse L₁ bis Lg₀₀ verbunden.

Zur Auswahl der geraden und ungeraden Teilbilder wird das Teilbildsynchronisiersignal vom Anschluß HT an eine Kippschaltung 402 angelegt, die im Takt dieser Signale ihren Zustand ändert; der eine Ausgang dieser Kippschaltung ist parallel mit den Eingängen aller Und-Sohaltungen mit geradzahligem Index verbunden und der andere Ausgang parallel mit den Eingängen aller Und-Schaltungen mit ungeradzahligem Index. Somit öffnet der Zähler nacheinander die 300 Und-Sohaltungen mit ungeradzahligem Index, die ihrerseits die 300 entsprechenden Transistoren entsperren, damit der Reihe nach die 300 ungeradzahligen Zeilenleiter geheizt werden, und dann öffnet der gleiohe Zähler nacheinander die 300 Und-Sohaltungen mit geradzahligem Index, um nacheinander die 300 geradzahligen

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Zeilenleiter zu heizen. Damit der Zeilensprung richtig erfolgt, wird die Kippschaltung 402 am Beginn der ungeradzahligen Teilbilder zwangsweise in den Zustand gebracht, in welchem die ungeradzahligen Und-Schaltungen geöffnet werden. Zu diesem Zweck werden die Zeilensynchronisierimpulse und die Teilbildsynchronisierimpulse von den Anschlüssen HL und HT an eine Und-Schaltung 403 angelegt, die sich nur dann öffnet, wenn diese Impulse synchron sind, was nur am Beginn eines ungeradzahligen Teilbilds der Pail ist. Der Ausgang der Und-Schaltung ist mit einem Erzwingungseingang der Kippschaltung 402 verbunden.

Eine derartige Bildwiedergabevorrichtung ist nicht selbstleuchtend und nur mit einer äußeren Beleuchtung verwendbar. Bei dem dargestellten Beispiel wirkt diese äußere Beleuchtung durch Reflexion an der die Zeilenleiter bildenden Metallschicht, wobei diese Reflexion je naoh dem Zustand des Flussigkristails mehr oder weniger diffus ist. Wenn die Zeilenleiter kein ausreichendes Reflexionsvermögen hätten, beispielsweise infolge der Verwendung eines anderen Materials, würde man einen auf die Zeilenleiter aufgebrachten dielektrischen Spiegel verwenden.

Wenn man ein anderes Material als einen Flüssigkristall verwendet, beispielsweise das zuvor erwähnte lithiumniobat, sind die durch das Einsohreiben bewirkten Änderungen der optisohen Eigenschaften nicht immer direkt sichtbar, so daß dann Maßnahmen getroffen werden müssen, um sie in Erscheinung treten zu lassen. Bei einer Änderung des Brechungsindex durch Doppelbrechung (im Fall von Lithiumniobat) kann man beispielsweise die Vorrichtung

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durch einen zirkulären Polarisator betrachten. Die Abmessungen sind wegen der Anwendung einer thermischen Erscheinung klein, aber sie erlauben eine direkte Betrachtung aus kurzer Entfernung. Eine interessante Anwendung besteht darin, die Vorrichtung in einen Helm einzubauen, wie er insbesondere von einem Flugzeugpiloten verwendbar ist.

Um ein Bild von größeren Abmessungen zu erhalten, kann man eine Projektionseinrichtung anwenden. Diese Einriohtung muß an die angewendete Diffusionsersoheinung angepaßt sein, damit ein ausreichender Kontrast erzielt wird. So kann man eine Schlieren-Optik verwenden, wie bei der unter der Bezeichnung Eidophor bekannten Vorrichtung. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, ein Objektiv mit kleiner numerischer öffnung zu verwenden, das gewissermaßen umgekehrt wie die Schlieren-Optik arbeitet, nämlich die gestreuten Strahlen möglichst weitgehend eliminiert und nur die direkt reflektierten Strahlen durchgehen läßt.

Eine derartige Projektionseinrichtung ist sohematisoh in Fig. 5 dargestellt. Eine Lichtquelle 501 beleuchtet mit einem konvergierenden Bündel über einen Kondensor eine Bildwiedergabezelle 503 der zuvor beschriebenen Art unter einem verhältnismäßig kleinen Winkel θ in bezug auf die Normale Z auf die Zelle. Das von der Zelle zurückgeworfene Lioht ist, je naoh dem eingeschriebenen Bild, in zwei Teile aufgeteilt, von denen der eine Teil ein direkt reflektiertes Bündel ist, das unter den gleichen Winkel θ symmetrisch in bezug auf das einfallende Bündel reflektiert wird, während der andere Teil Streulicht ist, das in den reohten Halbraum zurüokgestreut

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wird. Ein Projektionsobjektiv 504, dessen Öffnung gerade ausreicht, um das reflektierte Bündel aufzufangen, erzeugt auf einen Projektionsschirm 505 ein vergrößertes Bild der Zelle 503. Die jeweiligen Neigungen und lagen der Zelle 503, des Objektivs 504 und des Projektionsschirm 505 sind so gewählt, daß das Bild nicht verzerrt wird; dies geschieht nach einem Verfahren, wie es üblicherweise bei der kinematographischen Projektion angewendet wird, wo der Projektor selten in der Achse des Projektionsschirm liegt. !Das Objektiv, das eine kleine Öffnung hat, hat eine großa Schärfentiefe und weist wenig Abbildungsfehler auf, was seine Positionierung in bezug auf die Zelle und den Projektionsschirm erleichtert.

Es ist zu bemerken, daß, im Gegensatz zu beispielsweise den Katodenstrahlröhren, das Bild dauernd eingeschrieben ist, mit Ausnahme der Zeile, die während der Zeit beschrieben wird, in der sie erwärmt wird. Man erhält dadurch einen guten Kontrast und einen Speichereffekt, der in dem Fall anwendbar ist, daß man beispielsweise ein Bild unter Abschaltung des eintreffenden Videosignals als Stehbild wiedergeben will.

Bei einer Flüssigkristallzelle neigt die smektische Phase dazu, auf die Dauer geringfügig streuend zu werden, wenn man nicht Maßnahmen trifft, die eine spontane Rückkehr des Flüssigkristalls in eine geordnete homogene und demzufolge vollkommen durchsichtige Phase zu ermöglichen. Um dieser Erscheinung abzuhelfen, kann man beispielsweise die Oberflächen der Substrate mit einer dünnen Schicht eines grenzflächenaktiven Stoffs (Surfactant) bedecken, das an den Flüssigkristall angepaßt

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ist und eine langsame und spontane Reorientierung des Flussigkristails erlaubt. Für jeden Flüssigkristall ist wenigstens ein geeigneter Surfactant bekannt; das unter der Bezeichnung Silan bekannte Produkt wird sehr weitgehend angewendet und eignet sieh insbesondere für den Fall, daß als Flüssigkristall das zuvor erwähnte COB verwendet wird. In diesem Fall verliert nan unter dem Effekt der spontanen Reorientierung die Speicherwirkung, denn das eingeschriebene Bild löscht sich nach einer Dauer von einigen zehn Millisekunden. Man verliert also einen Teil des Kontrastes bei der Verwendung in einem Fernsehsystem, weil von einem Teilbild zum nächsten das Bild teilweise gelöscht wird, aber der durch die Unterdrückung des zuvor erwähnten Störeffekts erhaltene Gewinn ist größer als der Verlust, so daß die Bilanz positiv ist.

In einem solchen Fall ist die Verwendung einer Schlieren-Optik vorteilhafter, denn die spontane Löschung des Bildes ergibt bei einer Optik der in Fig. 5 dargestellten Art eine Aufhellung, die unangenehmer ist als die Verdunkelung, die durch die Sohlieren-Optik verursacht wird.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer Projektionseinrichtung dargestellt, bei der eine solche Sohlieren-Optik angewendet wird. Eine Lichtquelle 701 beleuchtet über einen Kondensor 702 und einen halbdurchlässigen Spiegel 706 eine Bildwiedergabezelle 703 mit einem konvergierenden einfallenden Bündel, das koaxial zu der Normalen Z auf die Zelle liegt. Das zurückgeworfene Licht ist in zwei Teile aufgeteilt, nämlioh ein direkt reflektiertes Bündel F, das spiegelnd in sich selbst reflektiert

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wird und seinerseits koaxial zur Achse Z liegt, und in einen Streulichtanteil D. Ein Projektionsobjektiv 704 von großer Öffnung empfängt den Streulichtanteil D - wenigstens teilweise - und erzeugt auf einem Projektionsschirm 705 ein vergrößertes Bild der Zelle 703.

Ein Schirm 707, der vorzugsweise vor dem Objektiv 704 nahe beim Fokussierungspunkt des Bündels F liegt, absorbiert dieses Bündel, so daß das auf dem Projektionsschirm erzeugte Bild ausschließlich durch den Streulichtanteil D erzeugt wird.

Pig. 6 zeigt im Schnitt einen Teil einer anderen Ausführungsform einer Bildwiedergabevorrichtung nach der Erfindung. Eine Flüssigkristallschicht 601 ist zwischen ein durchsichtiges Substrat 604 - beispielsweise aus Glas und ein Siliciumsubstrat 603 eingefügt. Das Substrat 603 trägt eine Isolierschicht 602 aus Siliciumoxid SiOg» die durch Oxidation erhalten worden ist, und auf der die heizenden Zeilenleiter 605 aufgebracht sind, die im Querschnitt sichtbar sind. Die Zeilenleiter sind in eine Siliciumoxidschicht 609 eingebettet, die beispielsweise durch Katodenzerstäubung erhalten worden ist. Auf die Schicht 609 sind die Spaltenleiter 608 aufgebracht, von denen in der Zeichnung nur ein einziger im Längsschnitt sichtbar ist. Dadurch ist es möglich, die Steuerschaltung für die Spaltenleiter in das Substrat 603 zu integrieren und somit gewöhnliches Glas für das Substrat 604 zu verwenden. Die Abtastspannungen des Videosignals werden zwischen den Spaltenleitern und einer durchsichtigen Masse-Gegenelektrode 610 angelegt, die beispielsweise aus SnO₂ besteht und auf die Innenfläche des Substrats aufgebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf

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die Spaltenleiter 608 ein dielektrischer Spiegel aufgebracht, der aus Streifen 611 besteht, die parallel zu den Zeilenleitern 605 verlaufen. Diese Streifen reflektieren jeweils eine der drei Grundfarben für eine additive Farbmischung, beispielsweise die Farben Rot, Grün, Blau; jeder dieser Streifen ist einem Zeilenleiter zugeordnet, und sie sind in regelmäßiger Permutation angeordnet. Diese Vorrichtung ermöglicht somit die Wiedergabe eines Farbbildes, doch kann die zu diesem Zweck angewendete Maßnahme auch auf die Vorrichtung von Fig. 1 angewendet werden. Diese Maßnahme kann auch in anderen Formen realisiert werden; beispielsweise können die Streifen 611 parallel zu den Spaltenleitern 608 verlaufen, oder sie können einfach durch Filterung wirken und auf das Substrat 604 aufgebracht sein. Man kann auch andere Farbmischungen anwenden, beispielsweise Zweifarbenmischungen, die an besondere Systeme angepaßt sind.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, in der Vorrichtung von Fig. 2 ein Substrat 204 aus gewöhnlichem Glas zu verwenden und die Steuerschaltung 205 mit Dünnschichttransistoren des !Typs TFT zu realisieren.

Damit die Vorrichtungen richtig arbeiten, ist es angebracht, die Flüssigkristallschicht - und damit praktisch die ganze Zelle - thermostatisch auf eine Temperatur zu regeln, die geringfügig (1 oder 2° C) unter der Temperatur des Übergangs von der smektisohen Phase in die nematische Phase liegt.

Eine gute Maßnahme hierzu besteht darin, auf die Oberfläche des durehsiohtigen Substrats eine durchsichtige

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Elektrode aufsubringen und durch diese Elektrode einen elektrisohen Strom fließen zu lassen, dessen Wert in Abhängigkeit von der Temperatur des Substrats geregelt wird, wobei die Temperatur beispielsweise mit einem in das Substrat eingebetteten Thermistor gemessen wird.

Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen können naoh der bei der Fertigung integrierter Schaltungen angewendeten Technik realisiert werden. Bei ihrer Verwendung erfordern sie nur eine Speisung mit Spannungen und Signalen üblicher Art und eine Beleuchtung durch eine Lichtquelle, die gegebenenfalls das ITmgebungslicht sein kann, oder die Einbringung iu eine einfache Projektionseinrichtung.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich zur Verwendung bei jeder Wiedergabe von bewegten oder unbewegten Bildern, die nach einer Norm abgetastet werden, die an das wiederzugebende Bild angepaßt ist und keineswegs auf die offiziellen Fernsehnormen beschränkt zu sein braucht, die in der vorstehenden Beschreibung angegeben worden sind.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl,-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

3. Mai 1978

THOMSON - CSP

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen; T 3097

Patentansprüche

Vorrichtung zur Wiedergabe von Bildern, die in Form von wenigstens einem aus Zeilen bestehenden Raster abgetastet und durch ein Videosignal dargestellt werden, mit einer Schicht aus einem Material, das durch einen thermo-elektrischen Effekt besohreibbar ist, gekennzeichnet duroh Einrichtungen zum Erwärmen der Schicht entlang den aufzuzeichnenden Zeilen wenigstens bis zu ihrer Lösohtemperatur, wobei jede Zeile als Ganzes kurzzeitig nach der vorhergehenden Zeile und vor der folgenden Zeile erwärmt wird, und duroh Einrichtungen, mit denen an die Schicht während ihrer Abkühlung gleichzeitig entlang allen Zeilen ein elektrisches Feld angelegt werden kann, das eine Abtastung des Bruohteils des Videosignals darstellt, welcher der aufzuzeichnenden Zeile entspricht, wobei der Wert des Feldes so groß ist, daß er das thermo-elektrisohe Einschreiben ermöglicht.

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lei/Gl

ORIGINAL INSPECTED

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht ein Flüssigkristall ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall vor der Erwärmung eine smektisohe Phase aufweist und bei der Lösohtemperatur in die isomorphe Phase übergeht, und daß das bei der Abkühlung angelegte elektrische Feld bei der Rückkehr in die smektische Phase je nach seinem Wert einen mehr oder weniger ausgeprägten nichtstreuenden Zustand ermöglicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall zwischen der smektischen Phase und der isomorphen Phase eine nematische Phase aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall zu der Familie der Biphenyloyanide gehört.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Sohicht zwischen zwei Substraten eingeschlossen ist, welche die Heizeinriohtungen und die Einrichtungen zum Anlegen des elektrischen Feldes tragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen elektrische Widerstände in Form von auf eines der Substrate aufgebrachten Heizleitern aufweisen.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Anlegen des elektrischen Feldes Elektroden in Form von Spaltenleitern aufweisen, die senkrecht zu den Heizleitern verlaufen und auf das andere Substrat aufgebracht sind, wobei die Gesamtheit der Heizleiter als Gegenelektrode dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Anlegen des elektrischen Feldes Elektroden in Form von Spaltenleitern enthalten, die senkreoht zu den Heizleitern verlaufen und auf das gleiche Substrat wie diese aufgebracht sind, sowie eine auf das andere Substrat aufgebrachte lichtdurchlässige Gegenelektrode, und daß eine Isolierschicht die Heizleiter von den Elektroden isoliert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen eine Stromversorgungs-Steuersohaltung aufweisen, die unter der Steuerung duroh äußere Synchronisiersignale eine elektrische Heizspannung der Reihe nach an jeden Heizleiter anlegt, und daß das Stromversorgungsorgan in Form einer integrierten Schaltung in dem die Heizleiter tragenden Substrat ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die Heizleiter tragende Substrat aus Silicium besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Anlegen des elektrischen Feldes eine Einsohreibsohaltung enthalten, die unter der

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Steuerung durch, äußere Synchronisiersignale das Videosignal abtastet, die der Abtastung einer Zeile entsprechenden Signale speichert und zwisohen jede der Elektroden und die gemeinsame Gegenelektrode eine elektrische Einsohreibspannung anlegt, welche den dieser Spalte entsprechenden gespeicherten Abtastwert darstellt, und daß die Einsohreibsohaltung in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, die in dem die Elektroden tragenden Substrat angeordnet ist.

13. Vorrichtung naoh den Ansprüchen 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektroden tragende Substrat aus Saphir besteht.

14. Vorrichtung naoh den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektroden tragende Substrat aus einem lichtdurchlässigen amorphen Material besteht.

15. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Auswahl der Farbe eines von der Vorrichtung reflektierten äußeren Lichtes ermöglichen, und daß diese Einrichtungen aufeinanderfolgende Gruppen von jeweils drei Heizleitern abgrenzen, die jeweils einer anderen Farbe entsprechen und die Wiedergabe eines Farbbildes durch eine additive Farbmischung ermöglichen.

16. Vorrichtung naoh einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Auswahl der Farbe eines von der Vorrichtung reflektierten äußeren Liohtes ermöglichen, und

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daß diese Einrichtungen aufeinanderfolgende Gruppen von jeweils drei Elektroden begrenzen, die jeweils einer anderen Farbe entsprechen und die Wiedergabe eines Farbbildes duroh additive Farbmischung ermöglichen.

17'· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet duroh Einrichtungen, die eine spontane Rückkehr des Flüssigkristalls in eine geordnete homogene Phase ermöglichen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die in Eontakt mit der Flüssigkristallschicht stehenden Flächen keine Behandlung aufweisen, die eine spontane Rüokkehr des Flüssigkristalls in eine geordnete homogene Phase ermöglicht, so daß das eingeschriebene Bild bis zum Einsohreiben eines weiteren Bildes gespeichert bleibt.

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