DE3515225A1

DE3515225A1 - Bilderzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3515225A1
Application number: DE19853515225
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki Kanagawa Inoue; Atsushi Kanagawa Mizutome; Akio Kanagawa Yoshida; Satoshi Kawasaki Kanagawa Yoshihara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB8510508D0; US4581619A; GB2159315B; JPS60227235A; GB2159315A; DE3515225C2

Description

Canon Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Bilderzeugungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung, die mittels Dünnfilmtransistoren angesteuert wird und die selbst bei einer gesteigerten Anzahl von Verschlußöffnungen und bei einer gesteigerten Anzahl von Zeitmultiplex-Teilzeiten einen scharfen Kontrast gewährleistet.

Es wurden verschiedenerlei Versuche unternommen, eine Flüssigkristall-Verschlußanordnung mit einer Anordnung aus einer Vielzahl von mit einem Flüssigkristall gebildeten Verschlußöffnungen bei einem Kopf eines elektrofotografischen Druckers oder dergleichen zu verwenden. Wenn eine Flüssigkristall-Verschlußanordnung bei einem elektrofotografischen Druck- bzw. Schreibkopf eingesetzt wird, wird eine Vielzahl kleinster öffnungen in einer Zeile oder in mehreren Zeilen angeordnet und es werden von einer Belichtungslichtquelle abgegebene Lichtstrahlen auf die Rückseite der Flüssigkristall-Verschlußanordnung projiziert. Durch das Ein- oder Ausschalten einer an das

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Flüssigkristall angelegten Spannung wird ein jeweiliger Verschluß für den Lichtdurchlaß geöffnet oder für das Sperren des Lichts geschlossen, wobei die durch die Ver-Schlüsse durchgelassenen außerordentlich kleinen Lichtpunkte zum Formen eines Bilds oder eines Musters zusammengesetzt werden.

Bei den herkömmlichen Flüssigkristall-Verschlußanordnungen sind eine Anzahl η von Abtastelektroden und eine Anzahl m von Signalelektroden in Form einer Matrix angeordnet, wobei eine große Anzahl von Bildelementen durch Flüssigkristalle gebildet ist, die kapazitive Lastelemente darstellen. Zur Ansteuerung einer solchen Flüssig-

jr kristall-Verschlußanordnung werden an die jeweiligen Abtastelektroden selektiv, aufeinanderfolgend und periodisch Adressensignale angelegt, während an die Signalelektroden parallel unter Synchronisierung mit den Adressensignalen selektiv vorbestimmte Informationssignale

2Q angelegt werden. Sobald bei einem solchen Zeitaufteilungs- bzw. Zeitmultiplex-Ansteuerungssystem die Anzahl von Teilzeiten nähert sich ein Verhältnis eines Einschaltsignals Vq»j zu einem Ausschaltsignal Vppp, das in der nachstehenden Gleichung dargestellt ist, in welcher 1/N ein Einschaltzeit- bzw. Tastverhältnis ist, 1/a ein Vorspannungsverhältnis ist und V_Q eine angelegte Spannung ist, dem Wert "1", so daß der Öffnungs/Schließ-Wirkungsgrad eines ein Bildelement bildenden Flüssigkristallelements herabgesetzt ist.

ν /v - (Vo/a)[a²+N-10/N)^1/2
^0N "

/v
^{0N 0FF} " (V₀Za) C(a-2)2_+N-_1/N]V2

__ Infolgedessen kann insbesondere im Falle einer Flüssig-

kristall-Verschlußanordnung kein optisches bzw. Lichtsig-

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nal mit ausreichendem Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. Störabstand erzielt werden. Dies führte zu dem Nachteil, daß bei der Verwendung einer solchen herkömmliehen Flüssigkristall-Verschlußanordnung als Bildbelichtungseinheit (Schreibkopf) eines elektrofotografischen Druckers keine Bilder hoher Qualität erzielt werden konnten.

^q Bei einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung, bei der die vorstehend beschriebenen Verschlüsse in einem Feld aus einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, werden diese Verschlüsse aufeinanderfolgend nach einem Zeitmultiplex-Ansteuerungsschema angesteuert; wenn aber die Anzahl der Multiplex-Teilzeiten gesteigert wird, wird der Kontrast an einem jeden Verschluß herabgesetzt, so daß nur Bilder geringer Qualität erzielbar sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit einer Steigerung der Anzahl der Teilzeiten die an eine

_nn Flüssigkristallschicht angelegte effektive Spannung abfällt.

Im Hinblick darauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung zu schaffen, welche mittels Dünnfilmtransistoren angesteuert wird und bei der ein scharfer Kontrast auch dann gewährleistet ist, wenn die Anzahl von Verschlußöffnungen vergrößert wird und die Anzahl von Teilzeiten gesteigert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für eine jede Verschlußöffnung ein Dünnfilmtransistor und ein zusätzlicher Ladungsspeicherkondensator vorgesehen werden, so daß die an eine Flüssigkristallschicht ange-

_o_ legte effektive Spannung auf einem hohen Pegel gehalten 35

werden kann.

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Mit der Erfindung wird eine Bilderzeugungsvorrichtung geschaffen, die eine Belichtungslichtquelle, einen Schreibkopf, der mit einer Mikroverschlußanordnung ausgestattet ist, welche in dem Weg des Belichtungslichts aus der Belichtungslichtquelle angeordnet ist und eine Vielzahl von Mikroverschlüssen für das jeweilige Steuern des Durchlassen oder Sperrens von Licht enthält, und einen Bildträger aufweist, der zur Bestrahlung mit durch den Schreibkopf durchgelassenen Lichtsignalen angeordnet ist. Dabei werden die Mikroverschlüsse der Mikroverschlußanordnung in der Form einer Matrix aus einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet, wobei jeder der Mikroverschlüsse eine mit einem Anschluß eines

,g Dünnfilmtransistors verbundene erste Elektrode, eine als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode und ein zwischen die erste und die zweite Elektrode eingefügtes Flüssigkristall enthält und ferner die erste Elektrode mit einem Leiterfilm versehen ist, der der ersten Elektrode über einen zwischenliegenden Isolierfilm gegenübergesetzt ist, wodurch die erste Elektrode, der zwischenliegende Isolierfilm und der Leiterfilm zusammen einen Ladungsspeicherkondensator bilden.

oc Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Ansteuerungsschaltung
und veranschaulicht die Zusammenhänge zwischen
Dünnfilmtransistoren und Verschlußöffnungen einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung.

Fig. 2A bis 2E sind Zeitdiagramme von Signalen zur Ansteuerung einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung, wobei die Figuren 2A bis 2C die Kurvenfor-

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men von jeweils an das Gate und die Source eines Dünnfilmtransistors sowie an eine Gegenelektrode angelegten Eingangssignalen zeigen, die Fig. 2D die Kurvenform einer an einer Verschlußöffnung

Wq anliegenden effektiven Spannung zeigt und die Fig. 2E einen Hellwert und einen Dunkelwert eines Verschlusses zeigt.

^q Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht und eine Äquivalenzschaltung einer einzelnen Verschlußöffnung einer mit Ladungsspeicherkondensatoren ausgestatteten Flüssigkristall-Verschlußanordnung der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung gemäß

,c einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der Kapazität eines Ladungsspeicherkondensators und einem Spannungsabfall AVw_ß1.

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Kapazität eines Ladungsspeicherkondensators und einem Spannungsabfall AVw₀-.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzten Flüssigkristall-Verschlußanordnung.

__. Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Bilderzeuo U

gungsgeräts mit der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung .

Bisher wurden kurz die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung beschrieben. Zur 35

Verdeutlichung des Konzepts der Erfindung werden nächste-

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hend die Grundzüge der Untersuchungen und Analysen der bei den herkömmlichen Bilderzeugungsvorrichtungen anzutreffenden Probleme erläutert, wobei insbesondere der Einfluß eines Ladungsspeicherkondensators auf die Eigenschaften eines Flüssigkristallelements ausführlich beschrieben wird.

Die Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Ansteuerungsschaltung und zeigt die relative Anordnung einer Vielzahl von Dünnfilmtransistoren und einer Vielzahl von Verschlußöffnungen in einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung. In Fig. 1 sind mit Tq, T.., ... Dünnfilmtransistoren bezeichnet, deren Gate-Elektroden jeweils mit Gatesignal-Eingangsan-Schlüssen G_Q bis G₃ verbunden sind. Die Source-Elektroden von vier Dünnfilmtransistoren, die eine Gruppe bilden, sind jeweils mit Datensignal-Eingangsanschlüssen S_Q, S₁ usw. verbunden. Die Fig. 1 zeigt ein 4-fach-Zeitmultiplexsystem bzw. ein Zeitmultiplexsystem mit vier Teilzeiten für das serielle Verarbeiten von vier Sätzen von unterschiedlichen Signalen, wobei aber für die erfindungsgemäße Bilderzeugungsvorrichtung keine Einschränkung auf dieses System besteht. Die Drain-Elektroden sind jeweils mit Segmentelektroden von Verschlußöffnungen bzw. Ver-Schlüssen W„, W₁, W- usw. verbunden und geben Daten für das Ein- oder Ausschalten bzw. öffnen oder Schließen der Verschlüsse ab.

Das in Fig. 1 gezeigte System wird beispielsweise gemäß den in ι

trieben.

den in den Fig. 2A bis 2E gezeigten Zeitdiagrammen be-3U

Fig. 2A zeigt die Kurvenformen von an die Gatesignal-Eingangsanschlüsse G₀ bis G₃ angelegten Spannungen. Wenn

ein jeweiliges Potential auf eine Spannung Vgh ansteigt, 35

wird der entsprechende Dünnfilmtransistor durchgeschal-

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tet, so daß der Kanal zwischen dem Drain und der Source leitend wird. Wenn andererseits das Potential auf eine Spannung Vgl abfällt, wird der entsprechende Dünnfilmtransistor gesperrt und damit in den nichtleitenden Zustand gesteuert.

Die Fig. 2B zeigt die Kurvenform einer an den Datensignal-Eingangsanschluß Sq angelegten Spannung, während die ^q Fig. 2C die Kurvenform einer an eine Gegenelektrode angelegten Spannung zeigt, welche bei diesem Ausführungsbeispiel auf Massepegel gehalten wird.

Es wird nun die Verschlußöffnung bzw. der Verschluß W„ betrachtet. Während eines Zeitraums t_Q liegt die Gate-Elektrode des den Verschluß W_Q steuernden Dünnfilmtransistor Tq an dem Potential Vgh, so daß während der Zeit tp der Dünnfilmtransistor T₀ im Leitzustand ist. Während dieser Zeit liegt an dem mit der Source-Elektrode 2Q des Dünnfilmtransistors T„ verbundenen Datensignal-Eingangsanschluß das Potential Vs an, so daß an dem Flüssigkristall des Verschlusses W- eine Spannung Vd anliegt (die ungefähr oder genau der Spannung bzw. dem Potential Vs entspricht). Während eines Zeitraums t.. liegt die Gate-Elektrode des Dünnfilmtransistors T₀ an dem Potential Vgl, so daß der Dünnfilmtransistor T₀ in den nichtleitenden bzw. Sperrzustand gesteuert wird. Infolgedessen wird im Idealfall das unmittelbar zuvor an das Flüssigkristall des Verschlusses W_Q angelegte Potential aufrechterhalten.

In der Praxis treten jedoch gemäß Fig. 2D Spannungsabfälle AVw₀₁ und AVWq2 auf. Der Spannungsabfall AVw₀.. wird durch eine Kapazität Cgd verursacht, die durch die

Überlappung zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-35

Elektrode des Dünnfilmtransistors entsteht.

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Die Fig. 2E zeigt in zeitlicher Aufeinanderfolge den Lichtdurchlaßzustand und den Lichtsperrzustand bei dem Anliegen der Spannung mit der in Fig. 2D gezeigten Kurvenform an dem Flüssigkristall des Verschlusses W~. Im einzelnen hat während der Zeitdauer vom Zeitraum t₀ bis zu einem Zeitraum t, die Durchlässigkeit des Verschlusses W₀ einen Dunkelwert Tr^d, während in einem Zeitraum von t_Q1 bis t,- die Durchlässigkeit des Verschlusses Wq einen Hellwert Tr_nI hat.

Der Spannungsabfall ^Vw₀₁ ergibt sich aus folgender Gleichung:

AVw₀₁ = JCgd/(Cgd + Ccell)) χ £Vg (1)

wobei AVg der Bereich der Änderung der Gatespannung ist und Ccell die Kapazität der Flüssigkristallschicht ist und sich aus folgender Gleichung ergibt:

1/Ccell = 1/Ci₁ + 1/C_LC + 1/Ci₂ (2)

Der Spannungsabfall AVw_Q2 wird durch das Entladen der Flüssigkristallschicht verursacht, das mit einer Zeitkonstante gemäß folgender Gleichung abläuft:

^CLC^/Ci)

wobei Roff der Widerstand des gesperrten Dünnfilmtransistors ist, R.p der Widerstand der Flüssigkristallschicht ist und Ci eine aus Kapazitäten Ci₁ und Ci₂ kombinierte Kapazität ist. Die an dem Flüssigkristall anliegende effektive Spannung entspricht der Fläche, die durch die in Fig. 2D gezeigte Spannungskurvenform und den Wert Vw __ =0 definiert ist. Daraus folgt daher, daß bei dem Auftreten der Spannungsabfälle ώ-Vw und AVw₀₂ die effektive

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Spannung abfällt. Bei der Flüssigkristall-Verschlußanordnung wird durch das Errichten eines elektrischen Felds an der Flüssigkristallschicht der Verschluß geschlossen, wobei der Dunkelwert zu der an der Flüssigkristallschicht anliegenden effektiven Spannung proportional ist. Daher wird durch das vorstehend beschriebene Absinken der effektiven Spannung der Dunkelwert verschlechtert, so daß sich folglich ein schlechter Kontrast ergibt. Im Hin-IQ blick darauf müssen die das Absinken der an dem Flüssigkristall anliegenden effektiven Spannung verursachenden Spannungsabfälle AVw₀₁ und Δ Vw₀₂ so gering wie möglich gehalten werden.

•Lg Aus den Gleichungen (1), (3) und (4) ist ersichtlich, daß für das Verringern der Spannungsabfälle AVw₀₁ und AVw₀-die Werte Ccell und Roff vergrößert werden müssen.

Im Falle der Flüssigkristall-Platte ist es ersichtlich, 2Q daß der gemäß Gleichung (2) definierte Werte Ccell in der Gleichung (1) erhöht werden muß, um die Spannungsabfälle AVWq. und AVWq2 zu verringern und dadurch die an dem Flüssigkristall anliegende effektive Spannung zu erhöhen. Da der Wert Ccell hauptsächlich durch die Kapazität Cj~ der Flüssigkristallschicht bestimmt ist, kann das Anheben der effektiven Spannung zum Teil durch das Vergrößern des Werts Cjp erreicht werden, der auch in der Gleichung (3) enthalten ist. Der Wert Cj _r ist jedoch unvermeidbar von verschiedenerlei Eigenschaften des verwendeten Flüssigkristalls abhängig (Ansteuerungsbedingungen, Betriebstemperaturbereich usw.). Darüberhinaus liegt die den Wert Cjp bestimmende maximale Dielektrizitätskonstante £, ι von Flüssigkristall in der Größenordnung von 30, so daß daher der Steigerung des Wertes Grenzen gesetzt sind. Infolgedessen kann bei der Verwendung von Dünnfilmtransistoren ob

zur Ansteuerung und bei der Steigerung der Multiplex-

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Zeitauftei Lung eine ausreichend hohe effektive Spannung allein mittels der Kapazität C_LC des Flüssigkristalls nicht erreicht werden.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen wird bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung ein Ladungsspeicherkondensator an die Segmentelektrode angeschlossen, die mit der Drain-Elektrode des Dünnfilmtransistors verbunden ist, mit dem eine Spannung an das Flüssigkristall angelegt wird; auf diese Weise wird insgesamt die Kapazität an der Flüssigkristallschicht vergrößert. Daher kann selbst bei einer Steigerung der Anzahl der Teilzeiten das Abfallen der an dem Flüssigkristall anliegenden

,g effektiven Spannung verhindert werden.

Die Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines einzelnen Verschlußbereichs einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung und zeigt „_n zugleich eine Äquivalenzschaltung des Verschlußbereichs. Der eine Verschlußbereich der Flüssigkristall-Verschlußanordnung enthält eine Verschlußöffnung und einen der Verschlußöffnung benachbarten Dünnfilmtransistor. Der Verschlußbereich weist zwei lichtdurchlässige Grundplatte ten 1a und 1b sowie einen Dünnfilmtransistor mit einer Halbleiterschicht 2 (beispielsweise aus amorphem Silicium oder Tellur), einer Source-Elektrode 3, einer Drain-Elektrode 4, einer Gate-Elektrode 5 und einer Gate-Isolierschicht bzw. einem Gate-Isolierfilm 6 auf, wobei an

der Grundplatte 1a eine Schutzschicht 7 ausgebildet ist. 30

Ferner ist an der Grundplatte 1a des Verschlusses eine mit der Drain-Elektrode 4 des Dünnfilmtransistors verbundene lichtdurchlässige Segmentelektrode 18 gebildet, die von der Schutzschicht 7 überdeckt wird. Darüberhinaus

ist an der Grundplatte 1a ein Ausrichtungsfilm 9a ge-35

bildet, der durchgehend die Dünnfilmtransistoren und die

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durchsichtigen Elektroden der jeweiligen Verschlüsse überdeckt. Andererseits sind an der gegenübergesetzten Grundplatte 1b eine gleichförmige lichtdurchlässige Elektrode 8, die als Gegenelektrode dient, ein Lichtabschirmfilm 10, der gleichfalls als Gegenelektrode dient und beispielsweise aus einer Aluminium-Chrom-Beschichtung besteht, und ein gleichförmiger Ausrichtungsfilm 9b in der genannten Aufeinanderfolge ausgebildet. Zwischen die IQ Ausrichtungsfilme 9a und 9b ist ein Flüssigkristall 20 vom P-Typ eingefügt (nämlich ein nematisches Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie).

Bei der praktisch eingesetzten Flüssigkristall-Verschlußjg anordnung werden gemäß Fig. 3 oberhalb der Grundplatte 1b bzw. unterhalb der Grundplatte 1a zwei Polarisatoren 21 bzw. 22 unter Nikolscher Überkreuzung (mit im wesentlichen zueinander senkrechten Polarisationsebenen) angeordnet, während die Ausrichtungsfilme 9a und 9b hinsichtlich 2Q der horizontalen Richtung so angeordnet werden, daß ihre Orientierungs- bzw. Ausrichtungsrichtungen jeweils in bezug auf die Polarisationsachsen des oberen bzw. unteren Polarisators einen Winkel von 45° bilden. Daher wird bei dem Errichten eines elektrischen Felds an der Schicht aus oc dem Flüssigkristall 20 der Verschluß geschlossen, während bei dem Wegfallen des elektrischen Felds der Verschluß geöffnet wird.

An der Grundplatte 1a des Verschlusses sind ein licht-„₀ durchlässiger Leiterfilm 11, der aus Indiumzinnoxid (ITO) besteht und als andere bzw. 2.Elektrode des vorstehend genannten Ladungsspeicherkondensators dient, eine dielektrische bzw. Isolierschicht 6a, die eine Verlängerung des Gate-Isolierfilms 6 darstellt, und die durchsichtige

_O1_ Segmentelektrode 18 aus Indiumzinnoxid oder dergleichen

angebracht, welche mit der Drain-Elektrode 4 des Dünn-

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filmtransistors verbunden ist. Der lichtdurchlässige Leiterfilm 11, die Isolierschicht 6a und die lichtdurchlässige Segmentelektrode 18 bilden zusammen den Speicherkondensator bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung. Die Segmentelektrode 18 ist ferner mit dem Schutzfilm 7 und dem Ausrichtungsfilm 9a abgedeckt, welche sich von dem Dünnfilmtransistor-Bereich weg erstrecken.

Als nächstes wird die Betriebsweise des Flüssigkristall-Verschlusses mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau beschrieben.

2g Wenn zur Ansteuerung der vorstehend beschriebenen Flüssigkristall-Verschlußanordnung gemäß den Fig. 2A bis 2E Dünnfilmtransistoren eingesetzt werden, treten Spannungsabfälle auf. Die Spannungsabfälle entsprechen den Gleichungen (1) und (3). Zum Verringern der Spannungsabfälle

2Q in der Weise, daß die an dem Flüssigkristall anliegende effektive Spannung erhöht wird, muß der Wert Ccell erhöht werden, wenn die Flüssigkristall-Platte in Betracht gezogen wird. Bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung ist der Ladungsspeicherkondensator Ce vorgesehen, so daß sich der Wert Ccell folgendermaßen ergibt:

Ccell = 1/CCi₁+1/C_LC+1/Ci₂) + Ce.

Die Kapazität Ccell eines einzelnen Verschlusses (mit der - Fläche 50 χ 200 μπι) wird auf die nachstehend genannte Weise unter folgenden Bedingungen ermittelt: der Gate-Isolierfilm 6 und der Schutzfilm 7 bestehen aus mit Wasserstoffatomen dotiertem Siliciumnitrid SiN:H (mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 6,6), wobei _oc ihre Dicken ieweils 300 nm und 200 nm sind; der Ausrichtungsfilm 9a besteht aus einer organischen Verbindung

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(mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3) in einer Dicke von 100 nm; das verwendete Flüssigkristall hat eine Dielektrizitätskonstante £,, von ungefähr 30, was einen gegenwärtig maximal erreichbaren Wert darstellt; die Flüssigkristallschicht hat eine Dicke von 10 μπι. Damit werden folgende Werte erzielt: Ci_1n=O,81 pF (für den Ausrichtungsfilm 9a und den Schutzfilm 7), ^i₂₀ = 2,66 pF (für den Ausrichtungsfilm 9b) und C_Lcn = 0,26 IQ pF (für die Flüssigkristallschicht). Daraus ergibt sich ein Wert Ccell (b) von 0,19 pF.

Andererseits ergibt sich im Falle des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutztes Verschlusses gemäß Fig. 3 (bei dem unter dem Verschluß der Kondensator Ce mit der gleichen Größe wie der Verschluß ausgebildet ist) eine Kapazität Ccell (a) je Flächeneinheit des einzelnen Verschlusses aus folgenden Werten: Ci₁=I₁Sg pF, Ci₂=2,66 pF, C_LC=0,26 pF und Ce =1,95 pF. Daraus ergibt sich: Ccell

(a) = 2,15 pF.

Es ist daher ersichtlich, daß die Kapazität Ccell (a) um mehr als eine Größenordnung größer als die Kapazität Ccell (b) bei dem herkömmlichen Verschluß ist. Infolge-2g dessen ergeben sich für die an dem Flüssigkristall anliegende Spannung die folgenden Spannungsabfälle AVw_Q1 und

Falls die Überlappung zwischen dem Gate und dem Drain des

Dünnfilmtransistors 1 μπι groß ist, wird die Kapazität Cgd in Gleichung (1) zu 3,29 χ 10" pF. Daher wird bei einem Gatespannungs-Änderungsbereich ZlVg = 50 V (mit Vgh = 40 V _a und Vgl = -10 V) der Spannungsabfall AVw₀₁ (ohne den Ladungsspeicherkondensator Ce) zu 7 ,38 V, während dann,

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wenn unter dem Verschluß der Ladungsspeicherkondensator Ce mit der gleichen Größe wie der Verschluß gebildet wird, der Spannungsabfall AVw_Q.. (mit dem Kondensator Ce) zu 0,75 V wird. Damit wird dieser Spannungsabfall AVw₀₁ in starkem Ausmaß verringert. Die Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Kapazität des Ladungsspeicherkondensators Ce und dem Spannungsabfall z\Vw_ni.

Es sei angenommen, daß in der Gleichung (3) die Größen

12 Ii

von Roff und R,~ jeweils 10 Ohm bzw. 10 Ohm sind und

daß ein Bild mit einer Bildelementedichte von 16 Punkten/ 2g mm mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/s erzeugt wird. Damit werden die Punkte in einer einzelnen Zeile in 1,25 ms erzeugt. Im Falle des in Fig. 2 gezeigten 4-fach- bzw. Vierkanal-Zeitmultiplexsystems betragen folglich die Zeiten tp, t.. und so weiter jeweils 1/4 von 1,25 ms, 2Q nämlich 0,3125 ms. Infolgedessen tritt der Spannungsabfall AVw₀₂ nach 3/4 von 1,25 ms, nämlich nach 0,9375 ms auf. Die Fig. 5 zeigt die Zusammenhänge zwischen der Kapazität des Ladungsspeicherkondensators Ce und dem Spannungsabfall AVw^₂ nach 0,9375 ms.

In der Fig. 3 ist der Ladungsspeicherkondensator mit der gleichen Größe wie der Verschluß so dargestellt, daß er unter der eine Verschlußöffnung bzw. einen Verschluß bildenden Elektrode ausgebildet ist; es ist jedoch ersichtlieh, daß der als Gegenelektrode des Kondensators wirkende Leiterfilm über der ganzen Fläche der Grundplatte gebildet sein kann.

Die Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht einer bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung benutzten

Flüssigkristall-Verschlußanordnung gemäß einem zweiten

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Ausführungsbeispiel. Bei dieser Flüssigkristall-Verschlußanordnung ist außerhalb eines Flüssigkristallelements 602 auf der gleichen Grundplatte 603 wie dieses ein Dünnfilmtransistor-Bereich bzw. ein Dünnfilmtransistor 601 ausgebildet. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Dünnfilmtransistor 601 außerhalb eines beispielsweise aus Epoxy-Klebstoff bestehenden Dichtungsmittels 607 angeordnet wird, welches dichtend zwischen der Grundplatte 603 ^q des Flüssigkristallelements 602 und einer mit einer gemeinsamen Gegenelektrode 604 versehenen gegenübergesetzten Grundplatte 605 ein Flüssigkristall 606 einschließt. Alternativ ist es möglich, statt der Ausbildung des Dünnfilmtransistors an der Grundplatte 603 den Dünnfilm-2g transistor 601 an einer externen Schaltungsplatte wie einer (nicht gezeigten) Integrationsschaltungsplatte auszubilden. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden ein lichtdurchlässiger Leiterfilm 610, ein sich von einem Gate-Isolierfilm weg erstreckender dielek-2Q trischer bzw. Isolierfilm 611 und eine mit einer Drain-Elektrode 608 verbundene lichtdurchlässige Segmentelektrode 609 des Verschlusses zusammen einen Ladungsspeicherkondensator. Der Dünnfilmtransistor 601 kann gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Zeitdiagramm angesteuert werden, «κ Im einzelnen wird an eine mit einer Gateleitung verbundene Gate-Elektrode 612 ein Gate-Einschaltimpuls derart angelegt, daß der Dünnfilmtransistor 601 durchgeschaltet wird, wobei synchron mit diesem Gate-Einschaltsignal an eine mit einer Source-Leitung verbundene Source-Elektrode O₀ 613 ein Dateneingangssignal angelegt wird, so daß von der Drain-Elektrode 608 ein Ausgangssignal abgegeben wird. Wenn ein Halbleiterfilm 614 des Dünnfilmtransistors 601 aus einem fotoleitfähigen Material wie amorphem Silicium besteht, können sehr häufig Fehlfunktionen auftreten. Daher ist es vorteilhaft, wenn über einem Isolierfilm 615 ein Lichtabschirmfilm 616 aus Aluminium und/oder Chrom

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gebildet wird. In der Fig. 6 sind mit 617 und 618 Ausrichtungssteuerfilme aus Polyimid oder dergleichen bezeichnet, während mit 619 und 620 Polarisatoren bezeichnet sind, die unter Nikolscher Oberkreuzung angeordnet sind. ·

Die Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines fotoelektrischen Druckers, der die Flüssigkristall-Verschlußan-

IQ Ordnung der vorstehend beschriebenen Art enthält. Während der Drehung einer fotoempfindlichen Trommel 701 in der Richtung eines Pfeils 702 wird die Zylinderfläche der Trommel 701, die als Bildträger dient, mittels eines Laders 703 gleichförmig geladen; eine Flüssigkristall-

l§ Verschlußanordnung 704 wird so betrieben, daß von einer hinter der Verschlußanordnung 704 angeordneten Lichtquelle 705 abgegebene Lichtstrahlen selektiv durchgelassen oder gesperrt werden, wodurch optische bzw. Lichtsignale erzeugt werden. Die auf diese Weise erzeugten Lichtsigna-

2Q Ie werden auf der geladenen Zylinderfläche der fotoempfindlichen Trommel 701 fokussiert, wodurch ein Ladungsbild erzeugt wird.

Das auf diese Weise erzeugte Ladungsbild wird mittels 2g eines aus einer Entwicklungsvorrichtung 706 zugeführten Toners entwickelt, wonach das dermaßen erzeugte Tonerbild mittels eines Obertragungsladers 708 auf Kopierpapier (Übertragungs- bzw. Bildempfangspapier) P übertragen wird. Das nunmehr das übertragene Tonerbild tragende _g0 Kopierpapier P wird mittels eines Ablösebands 709 von der fotoempfindlichen Trommel 701 gelöst, wonach das Tonerbild an dem Kopierpapier P mittels einer Fixiervorrichtung 710 fixiert wird. Der nach der vorstehend beschriebenen Übertragung des Tonerbilds auf das Kopierpapier P c an der Zylinderfläche der fotoempfindlichen Trommel 701 verbliebene Toner wird mittels einer Reinigungsvorrich-

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tung 711 entfernt. Danach wird mittels einer Vor-Belichtungsvorrichtung 712 die Zylinderfläche der fotoempfindlichen Trommel 701 entladen, so daß ein nächstes Kopierdruckzyklus begonnen werden kann. Die in Fig. 7 gezeigte Flüssigkri'stall-Verschlußanordnung 704 ist gemäß Fig. 3 oder 6 gestaltet. Die von der Lichtquelle 705 abgegebenen, von der Flüssigkristall-Verschlußanordnung 704 an den Flüssigkristallzellen durchgelassenen Lichtstrahlen werden mittels einer Linsenanordnung 713 wie einer sog. Selfoc-Linse an der Zylinderfläche der fotoempfindlichen Trommel 701 fokussiert. In diesem Fall wird eine Flüssigkristall-Treiberschaltung 714 entsprechend digitalen Signalen angesteuert bzw. geschaltet, die aus einem (nicht gezeigten) Vorlagenleser abgegeben werden und die Bildinformationen enthalten, gemäß denen die Flüssigkristall-Verschlußanordnung ein- oder ausgeschaltet wird, wodurch an der Zylinderfläche der fotoempfindlichen Trommel 701 die das Muster der Bildinformationen darstellenden Lichtsignale fokussiert werden. Es ist anzumerken, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 705 zugleich auch zum Erwärmen der Flüssigkristall-Verschlußanordnung 704 dient, wobei eine an einen Temperaturfühler 720 angeschlossene Flüssigkristall-Tempera-2g tur-Regelschaltung 716 ein Kühlgebläse 717 derart betreibt, daß eine überhitzung der Flüssigkristallzelle vermieden wird und die Zelle auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. In der Fig. 7 ist mit 718 ein Reflektor bezeichnet, während mit 719 ein Befestigungsteil _g0 für das Befestigen der Linsenanordnung 713 an der Flüssigkristall-Verschlußanordnung bezeichnet ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungsvorrichtung zum Ansteuern einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung Dünnfilmtransistoren eingesetzt, wobei an einer an die Drain-Elektrode

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eines Dünnfilmtransistors angeschlossenen lichtdurchlässigen, eine Verschlußöffnung bildenden Elektrode ein Ladungsspeicherkondensator ausgebildet ist, so daß eine jeweils an dem Flüssigkristall anliegende Spannung wirkungsvoll auf einem hohem Pegel gehalten werden kann. Damit ergibt die Erfindung eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Flüssigkristall-Verschlußanordnung, die im Zeitmultiplex mit einer hohen Zeitaufteilung angesteuert IQ werden kann, ohne daß der Kontrast zwischen geöffnetem und geschlossenem Verschluß herabgesetzt ist.

Eine Bilderzeugungsvorrichtung weist eine Belichtungslichtquelle, einen Bildträger und einen dazwischengesetz- ten Schreibkopf auf. Der Schreibkopf hat eine Mikroverschlußanordnung, die eine Vielzahl von Mikroverschlüssen enthält, welche in der Form einer Matrix aus einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind. Jeder Mikroverschluß weist eine an einen Anschluß

2Q eines Dünnfilmtransistors angeschlossene erste Elektrode, eine eine gemeinsame Elektrode bildende zweite Elektrode und ein zwischen die Elektroden eingefügtes Flüssigkristall auf. Der ersten Elektrode ist ferner über einen Isolierfilm ein Leiterfilm gegenübergesetzt, wodurch ein Ladungsspeicherkondensator gebildet wird. Mittels des Ladungsspeicherkondensators wird eine an dem Flüssigkristall anliegende effektive Spannung auf einem hohen Pegel gehalten, wodurch auch dann, wenn der Schreibkopf gemäß einem Zeitmultiplexschema mit hoher Zeitaufteilung ange-

_₀ steuert wird, an den Bildträger Lichtsignale mit gutem Kontrast abgegeben werden.

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Claims

TeDTKE - BüHLING - KlNNE -.©fiflP^J"!" * : _™. ^ r%A O Dipl.-Ing. KTiedtke m ftLLMANN - CIRAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe F. O 0 C Dipl.-Ing. B. Pellmann OLL^ Dipl.-Ing. KGrams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 - 537377 cable: Germaniapatent München 26. AprU 1985 DE 4780 Patentansprüche

1. Bilderzeugungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Belichtungslichtquelle (705), einen Schreibkopf (704, 713) mit einer Mikroverschlußanordnung (704), die in dem Weg des Belichtungslichts aus der Belichtungslichtquelle angeordnet ist und eine Vielzahl von Mikroverschlüssen für das jeweilige Steuern des Durchlassens oder Sperrens von Licht enthält, und einen Bildträger (701), der für die Bestrahlung mit durch den Schreibkopf durchgelassenen Lichtsignalen angeordnet ist, wobei die Mikroverschlüsse der Mikroverschlußanordnung in Form einer Matrix aus einer Vielzahl von Zeilen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, -jeder der Mikroverschlüsse eine erste Elektrode (18; 609), die mit einem Anschluß eines Dünnfilmtransistors (2 bis 5; 601) verbunden ist, eine zweite Elektrode (8; 604), die als gemeinsame Elektrode dient, und ein zwischen die erste und die zweite Elektrode eingefügtes Flüssigkristall (20; 606) aufweist und der ersten Elektrode über einen zwischenliegenden Isolierfilm (6a; 611) ein Leiterfilm (11; 610) gegenübergesetzt ist, so daß die erste Elektrode, der zwischenliegende Isolierfilm und der Leiterfilm zusammen einen Ladungsspeicherkondensator (Ce) bilden.

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2. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Gegenelektrode des Ladungsspeicherkondensators (Ce) ausgebildete Leiterfilm (11; 610) an einer Grundplatte (1a; 603) angeordnet ist, über der die erste Elektrode (18; 609) angeordnet ist.

3. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Gegenelektrode des

-^q Ladungsspeicherkondensators (Ce) ausgebildete Leiterfilm (11; 610) ohne Überlappung mit einer Gate-Elektrode (5; 612) gebildet ist.

4. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterfilm (11; 610) an jeder ersten Elektrode (18; 609) gebildet ist, die als andere Elektrode des Ladungsspeicherkondensators (Ce) dient.

5. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (18; 609) mit dem Drain-Anschluß (4; 608) des Dünnfilmtransistors (2 bis 5; 601) verbunden ist.

nc 6. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilmtransistor (601) außerhalb einer Flüssigkristallzelle (602) gebildet ist, die die Mikroverschlüsse enthält.

7. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprü-3U

ehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Source-Anschluß (3; 613) des Dünnfilmtransistors (2 bis 5; 601) mit einem Datensignal-Eingangsanschluß (S₀, S₁) verbunden ist, welcher seinerseits mit den Source-Anschlüssen

__ einer Vielzahl von Dünnfilmtransistoren verbunden ist.
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8, Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gate-Anschlüsse (5; 612) der Vielzahl von Dünnfilmtransistoren (2 bis 5; 601) Gatesignal aufeinanderfolgend angelegt werden.

9. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilmtransistor (2 bis 5; 601) als Halbleiter (2; 614) amor-

IQ phes Silicium enthält.

10. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante &,, des Flüssigkristalls (20; 606) 30

^g oder weniger ist.

11. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall (20; 606) \. ein nematisches Flüssigkristall ist. „

12. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Vor-Ladevorrichtung (703), mittels der der Bildträger (701) im voraus geladen wird, so daß mit den Lichtsignalen aus dem Schreibkopf (704, 713) der geladene Bildträger belichtet wird, um an diesem ein Ladungsbild zu erzeugen, und durch eine Entwicklungsvorrichtung (706) zum Entwickeln des Ladungsbilds.

_or. 13. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungsvorrichtung (706) eine Vorrichtung zum Entwickeln des Ladungsbilds mit Toner zu einem Tonerbild ist.

14. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 13, ge-

kennzeichnet durch eine Übertragungsvorrichtung (708) zum

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Übertragen des Tonerbilds auf ein Aufzeichnungsmaterial

CP).

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15. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (701) eine drehbare fotoempfindliche Trommel ist.