DE3854485T2

DE3854485T2 - Projektionsfernsehvorrichtung.

Info

Publication number: DE3854485T2
Application number: DE3854485T
Authority: DE
Inventors: Velde Ties Siebolt Te
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2008-06-08
Also published as: ATE128308T1; CN1030304A; EP0294898A3; EP0294898B1; EP0294898A2; JPS645174A; DE3854485D1; CN1017834B; KR890000918A; NL8801165A

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsfernsehvorrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle, deren Licht auf eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Schicht flüssigkristallinen Materials zwischen einer ersten transparenten Trägerplatte und einer zweiten Trägerplatte landet, wobei die erste Trägerplatte wenigstens eine transparent erste Steuerelektrode und die zweite Trägerplatte mit einer Anzahl reflektierender Bildelektroden zum Definieren von Zeilen und Spalten von Bildelementen versehen wird, die einzeln gesteuert werden können.
Es besteht die Möglichkeit, als Beispiel ein Fernsehbild mit einer Matrix von Bildelementen wiederzugeben, die einzeln steuerbar sind und normalerweise eine derartige Bildwiedergabeanordnung bilden.
Zum Erhalten größerer Bildformate ist im Artikal "LCD Full-colour Projector" von Morozumi et al, SIDE 86, S. 375, ein Projektionssystem beschrieben, in dem Unterbild aus drei LCD über ein Projektionssystem auf einem Schirm abgebildet werden. Die LCD sind vom (verdrillten nematischen) transparenten Typ, und die Bildelektroden werden mittels TFT-Transistoren gesteuert.
Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, daß eine derartige Aufstellung zu unverlässig hohen Lichtverlusten führt, und insbesondere ist eine derartige Wiedergabeanordnung beim sog. Hochauflösungsfernsehen praktisch unbenutzbar.
Die TFT-Transistoren oder andere Schaltelemente belegen einen Teil der Oberfläche der Bildelemente und blocken stellenweise den Durchgang des Lichtbündels ab. In einem typischen Ausführungsbeispiel belegt der Oberflächenbereich eines Bildelements beispielsweise 60 x 80 (um)² und der der Schaltelemente 30 x 40 (um)², was ein Transmissionsfaktor von höchstens 50% ergibt, ebenfalls infolge der Verbindungsspuren. Außerdem wird durch innere Reflexionen der Transmissionsfaktor weiter herabgesetzt, und in der Praxis beträgt er weniger als 40%. Diese Schaltelemente bestehen normalerweise aus amorphem Silizium, dessen elektrisches Verhalten stark vom einfallenden Licht abhängig ist.
Anwendungen einer derartigen Flüssigkristallanordnung beim sog. Hochauflosungsprojektionsfernsehen (HD-MAC) vergrößert erheblich die Anzahl der in einer derartigen Anordnung abzubildenden Bildelemente.
Unter Verwendung eines in dem Projektionsbetrieb abzubildenden Flüssigkristallbildwiedergabeanordnung soll sie im allgemeinen nicht viel größer sein als das heutige Diapositivformat (25 x 36 mm²) durch Begrenzungen, die dem Projektionssystem auferlegt werden. Unter Verwendung der Zeilenanzahl (etwa 1250) und der Spaltenanzahl (etwa 1000) für Hochauflösungsfernsehen ergibt dies eine Abmessung von etwa 30 x 30 (um)² der Bildelemente. Sogar mit einer bedeutenden Verringerung des Oberflächenbereichs der Schaltelemente steigt der Transmissionsfaktor dabei in unzulässigem Ausmaß an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildwiedergabeanordnung zu schaffen, in der es im wesentlichen kein Lichtverlust gibt, und die schnell genug ist, um sich schnell ändernde Bilder wiederzugeben, insbesondere wenn die Bildfrequenz in künftigen Fernsehsystemen erhöht wird.
Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, daß diese Lichtverluste sich auf einfache Weise verringern lassen. Ihr liegt ebenfalls die Erkenntnis zugrunde, daß insbesondere bei sich schnell änderenden Bildern oder möglicherweise bei höheren künftigen Bildfrequenzen, schnellere Flüssigkristalleffekte verwendet werden müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Projektionsfernsehgerät dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf flüssigkristallinem Material zwischen einem ersten und einem zweiten optischen Zustand derart schaltbar ist, daß für ein Lichtbündel mit einer zentralen Wellenlänge λ&sub0; auf ein Bildelement der wirkliche Unterschied in der optischen Weglänge zwischen seiner gewöhnlichen und außergewöhnlichen Komponente in einem der beiden optischen Zustände sich im wesentlichen um 1/2 λ&sub0; von diesem Unterschied im anderen der zwei anderen Zustände unterscheidet, daß die zweite Trägerplatte mit einem Halbleiterkörper mit einer Anzahl von Schaltelementen versehen ist und daß diese Schaltelemente von den Bildelektroden abgedeckt werden.
In EP-A-0 034 409 ist ein Flüssigkristallbildwiedergabesystem auf der Basis der reflexiven dynamischen Streuung beschrieben. Diese Patentschrift gibt keine Auskunft weder gibt sie Anregungen bezüglich der Bedeckung von Schaltelementen in einem Halbleiterkörper, der sich auf der zweiten Trägerplatte befindet. Es wird darin überhaupt keine Elemente beschrieben. In US-A-4 574 281 ist die Verwendung reflektierender Bildelektroden in einer elektrooptischen Anordnung beschrieben, die mit einem Laser erzeugtes kohärentes Licht erfordert. Diese Patentschrift bezieht sich nicht auf eine LC-Wiedergabe und insbesondere nicht auf eine Projektionsfernsehvorrichtung.
Die Schicht aus flüssigkristallinem Material ist zwischen beiden optischen Zuständen in weniger als 10 ms und insbesondere in weniger als 5 ms schaltbar.
Die Schaltelemente haben nunmehr keinen nachteiligen Einfluß auf den wirksamen Oberflächenbereich der (reflektierenden) Bildelemente. Deswegen eignet sich eine derartige Anordnung ausgezeichnet für Projektionsfernsehen im Reflexionsbetrieb.
Der Flüssigkristall wird vorzugsweise derart gesteuert, daß er als 1/2 λ- Platte bei vollständiger Löschung arbeitet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsfernsehgeräts ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigkristallinem Material zwischen zwei Zuständen über elektrische Spannungen an den Bildelektroden schaltbar ist, und daß in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung die Wiedergabeanordnung einen Bereich ständig abfallender oder ansteigender Reflexionswerte ziwschen einem ersten Zustand, in dem die Moleküle des flüssigkristallinen Materials eine erste Orientationsrichtung haben, und einem zweiten Zustand durchquert, in dem die Moleküle des flüssigkristallinen Materials eine zweite Orientationsrichtung haben, die im wesentlichen senkrecht auf die erste Orientationsrichtung steht, wobei der wirksame Unterschied in der optischen Weglänge im wesentlichen 1/2 λ&sub0; für ein einfallendes Lichtbündel mit einer zentralen Wellenlänge λ&sub0; ist.
Ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel für Projektionsfarbfernsehen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung drei Lichtquellen enthält, die Bündel mit zentralen Wellenlängen λ&sub1; , λ&sub2; und λ&sub3; emittieren, wobei jedes Bündel auf eine Bildwiedergabeanordnung landet, wonach die reflektierten und modulierten Bündel zu einem Bild in einer Projektionsebene kombiniert werden.
Wie bereits erwähnt, stellt das Projektionssystem Anforderungen an die größte Abmessung des abzubildenden Teiles der Bildwiedergabeanordnung. Sie ist vorzugsweise nicht größer als (6 x 6) cm², während das heutige Diapositivformat (24 x 36 mm²) hervorragend geeignet ist.
Die Anzahl der abzubildenden Bildelemente ist von der benutzten Hochauflösungsfernsehnorm abhängig und kann beispielsweise 200.000 betragen, aber sie kann auch auf 1200.000 oder darüber erhöht werden.
Für den Flüssigkristalleffekt kann beispielsweise ein planarer anisotropischer Effekt nach der Beschreibung in der Anmeldung EP-A-0 294 899 verwendet werden, die gleichzeitig eingereicht wurde, aber auf andere Weise können ferroelektrische Flüssigkristalle hervorragend geeignet sein.
Die ferroelektrischen Werkstoffe sind insbesondere sehr schnell mit Schaltzeiten von weniger als 60 us., während die Anwendung positiver Anisotropie bei Verwendung sehr dünner Flüssigkristallschichten die Schaltzeiten zu mehreren Millisekunden reduziert.
Die Homogenität in der Dicke der für diese Effekte gewünschten Schicht aus flüssigkristallinem Material kann beispielsweise mit dem Verfahren erhalten werden, wie es in der vorveröffentlichten Patentanmeldung EP-A-0 294 900 beschrieben ist, oder mit Hilfe einer Trägerplate mit Distanzstücken, die durch Abätzen aus einer homogenen Schicht erhalten sind, während die zwei Trägerplatten durch Andruckmittel beisammen gehalten werden.
Zum Erhöhen der Reflexionsleistung wird die zweite Trägerplatte vorzugsweise mit einer zusätzlichen Reflexionsschicht (dielektrischer Spiegel) zum Abdecken der Bildelektroden und (möglicherweise) zwischenliegender Teile des Halbleitermaterials vorgesehen. Das zwischenliegende Halbleitermaterial wird dabei gegen einfallendes Licht abgeschirmt.
Ein Halbleitersubstrat mit Steuerschaltungen wird vorzugsweise für die zweite Trägerplatte gewählt. Dies wird mit weiteren Einzelheiten in der Anmeldung Nr. EP-A-0 294 899 beschrieben, die gleichzeitig eingereicht wurde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 2 schematisch eine Abwandlung dieser Vorrichtung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Projektionsvorrichtung mit einer Flüssigkristallanordnung 1 verwirklicht, beispielsweise mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall oder einem Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie nach der Beschreibung in der Anmeldung Nr. EP-A-0 294 899, die gleichzeitig eingereicht wurde.
Eine (schematisch dargestellte) Lampe 40 emittiert ein Lichtbündel, das nach dem Durchgang durch die Kollimatorlinsen 41 und 42 einen Spiegel 43 erreicht und dabei unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Senkrechte 48 in der Richtung der Flüssigkristallanordnung 1 reflektiert wird.
Das Licht erreicht die Reflexionselektroden der Halbleiteranordnung über eine Plankonvexlinse 44, und diese Elektroden bestimmen den Zustand des Flüssigkristalls (reflektierend oder nichtreflektierend) unter dem Einfluß von Steuerelektronik. Der reflektierte Teil enthält beispielsweise 1000 x 1200 Bildelemente und enthält einen Oberflächenbereich von etwa (24 x 36) mm². Die Information kann beispielsweise ein Fernsehsignal sein, das schematisch mit Hilfe des Antennensymbols 41 angegeben ist.
Nach der Reflexion tritt das Bündel aus der Vorrichtung 1 unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Senkrechte 48 und erreicht die Bildebene 46 durch die Plankonvexlinse 44 und eine zweite Linse 45. Diese Ebene kann beispielsweise mit einem Projektionsschirm zusammenfallen. Der Polarisator und der Analysator liegen beispielsweise zwischen dem spiegel 43 und der Plankonvexlinse 44 bzw. zwischen den Linsen 44 und 45.
Für Farbwiedergabe ist in Fig. 1 der Zusatz für eine von drei zusammenfallenden Farben, beispielsweise blau, grün und rot dargestellt. Die Quelle emittiert dabei vorzugsweise ein Spektrum mit einer zentralen Wellenlänge λi (i = 1, 2, 3), während λi/4Δn vorzugsweise für die Dicke d gewählt wird.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, in der Licht aus der Lampe 40 durch die Kondensorlinsen 41 und 42 einen Lichtverteiler 49 erreicht, der polarisiertes Licht durchläßt. Dieses polarisierte Licht erreicht die Vorrichtungen 1R, 1B, 1G über dichroitische Spiegel 51 und 52, und diese Vorrichtungen werden derart gesteuert, daß die roten, blauen und grünen Unterbilder erzeugt werden. Der Spiegel 51 reflektiert beispielsweise blaues Licht, das die Vorrichtung 1B erreicht und läßt rotes und grünes Licht durch. Der Spiegel 52 reflektiert grünes Licht, das die Vorrichtung 1G erreicht und läßt rotes Licht durch, das bei der Vorrichtung 1R ankommt. Abhängig von den angelegten Spannungen an die Elektroden in den Vorrichtung 1R, 1G, 1B wird dieses Licht nicht reflektiert, ganz reflektiert oder zum Teil reflektiert, während die Polarisationsrichtung sich ändern kann. Wenn die Polarisation sich nicht ändert, wird das reflektierte Licht zur Quelle 40 über die Spiegel 51 und 52 und den Lichtverteiler 49 zurückgeworfen. Bei Doppelbrechung in einer oder mehreren der Vorrichtungen 1 enthält das reflektierte Licht Komponenten, deren Polarisationsrichtung senkrecht auf die des ursprünglichen Bündels steht. Dieses reflektierte Licht wird im Lichtverteiler 49 in der Richtung der Linse 45 reflektiert, so daß ein Bild auf einem Schirm 46 erhalten wird. Die optischen Abstände zwischen den Vorrichtungen 1R, 1G, 1B und der Linse 45 werden gleichwertig gewählt.

Claims

1. Projektionsfernsehgerät mit wenigstens einer Lichtquelle, deren Licht auf eine Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnung mit einer Schicht aus flüssigkristallinem Material zwischen einer ersten transparenten Trägerplatte und einer zweiten Trägerplatte fallt, wobei die erste Trägerplatte wenigstens eine transparente erste Steuerelektrode enthält und die zweite Trägerplatte mit einer Anzahl reflektierender Bildelektroden zum Definieren von Zeilen und Spalten von Bildelementen versehen ist, die einzeln steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf flüssigkristallinem Material zwischen einem ersten und einem zweiten optischen Zustand derart schaltbar ist, daß für ein Lichtbündel mit einer zentralen Wellenlänge λ&sub0; auf ein Bildelement der wirkliche Unterschied in der optischen Weglänge zwischen seiner gewöhnlichen und außergewöhnlichen Komponente in einem der beiden optischen Zustände sich im wesentlichen um 1/2 λ&sub0; vom Unterschied im anderen der zwei optischen Zustände unterscheidet, daß die zweite Trägerplatte mit einem Halbleiterkörper versehen ist, der eine Anzahl von Schaltelementen enthält, und daß die Schaltelemente von diesen Bildelektroden bedeckt werden.

2. Projektionsfernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigkristallinem Material zwischen beiden optischen Zuständen in weniger als 10 ms. und insbesondere in weniger als 5 ms. schaltbar ist.

3. Projektionsfernsehgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es drei Lichtquellen enthält, die Lichtbündel emittieren, die auf eine Bildwiedergabeanordnung bei zentralen Wellenlängen λ&sub0;¹m λ&sub0;² bzw. λ&sub0;³ wenigstens im Betrieb erreichen, wobei die reflektierten und modulierten Bündel zu einem einzigen Bild in einer Projektionsebene kombiniert werden.

4. Projektionsfernsehgerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigkristallinem Material zwischen zwei Zuständen über elektrische Spannungen an den Bildelektroden schaltbar ist, und daß in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung die Bildwiedergabeanordnung einen Bereich ständig abfallender oder ansteigender Reflexionswerte zwischen einem ersten Zustand, in dem die Moleküle des flüssigkristallinen Materials eine erste Orientationsrichtung haben, und einem zweiten Zustand durchquert, in dem die Moleküle des flüssigkristallinen Materials eine zweite Orientationsrichtung haben, die im wesentlichen senkrecht auf der ersten Orientationsrichtung steht, und der wirksame Unterschied in der optischen Weglänge im wesentlichen 1/2 λ&sub0; für ein einfallendes Lichtbündel mit einer zentralen Wellenlänge λ&sub0; ist.

5. Projektionsfernsehgerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus flüssigkristallinem Material ein ferroelektrisches flüssigkristallines Material enthält, das in weniger als 60 ms. zwischen den zwei verschiedenen optischen Zuständen schaltbar ist.