DE69216942T2

DE69216942T2 - Flüssigkristall-Lichtventil zur Erzeugung von Bildern mit hohem Kontrast

Info

Publication number: DE69216942T2
Application number: DE69216942T
Authority: DE
Inventors: Akitsugu Hatano; Yoshihiro Izumi; Tsuyoshi Okazaki; Hidehiko Yamashita
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2012-08-08
Also published as: EP0527609A1; US5307186A; EP0527609B1; CA2075390C; DE69216942D1; CA2075390A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristall-Lichtventil, das für eine Projektionsanzeigevorrichtung, ein Element zur räumlichen Lichtmodulation und ein Betriebselement für kohärentes Licht verwendet wird.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Den Erfindern betreffend die vorliegende Erfindung ist es bekannt, dass ein Adressiersystem zum Erzeugen eines Bilds auf einem Flüssigkristallventil abhängig von einem für ein Bild vorliegenden Signal (als Bildsignal bezeichnet) ein elektrisches Adressiersystem, ein Laserkopf-Adressiersystem oder ein Lichtadressiersystem ist.
Was das elektrische Adressiersystem betrifft, ist ein Flüssigkristall Lichtventil gemäß einem Einfachmultiplex-Ansteuerungssystem so ausgebildet, dass es über eine Vielzahl von Abrasterelektroden und Signalelektroden verfügt, die auf Matrixweise angeordnet sind. Dieses Flüssigkristall-Lichtventil ist so ausgebildet, dass es selektiv eine elektrische Spannung an beliebige der Pixel anlegt, die durch Abrasterelektroden X1, X2, ..., Xn sowie Signalelektroden Y1, Y2, ..., Ym gebildet werden, die in X- bzw. Y- Richtung angeordnet sind, und es ein Abrastersignal und ein Datensignal über elektrische Leitungen überträgt.
Hinsichtlich des Lichtadressiersystems ist ein Flüssigkristall-Lichtventil so ausgebildet, dass eine Flüssigkristallschicht und eine fotoleitende Schicht zwischen zwei mit transparenten Elektroden versehene Glassubstrate eingefügt sind, um den Flüssigkristall direkt über den Effekt eingestrahlten Lichts zu adressieren.
Typische Beispiele für lichtadressierte Flüssigkristall-Lichtventile sind von J. Grinberg, A. Jacobson, W. Bleha, L. Miller, L. Frass, D. Boswell und G. Myer "A New Real-time Noncoherent To Coherent Write Image Converter" und "The Hybrid Field Effect Liquid Crystal Light Valve", Optical Engineering Volume 14, 217 (1975) offenbart.
Bei diesen Beispielen ist ein Flüssigkristall-Ventil vom Lichtadressiertyp so ausgebildet, dass es ein Paar Glassubstrate, zwei transparente Elektroden, eine fotoleitende Schicht, einen dielektrischen Spiegel, zwei Ausrichtungsfilme, ein Abdichtungselement, eine Flüssigkristallschicht und eine Wechselspannungsguelle aufweist. Die Wechselspannungsquelle dient dazu, eine Spannung zwischen die transparenten Elektroden zu legen. Wenn ein Adressierungs(Schreib)Strahl in Form von Licht auf ein Glassubstrat trifft, verringert sich die Impedanz der fotoleitenden Schicht im vom Licht getroffenen Bereich (heller Zustand), so dass von der Wechselspannungsquelle eine Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt wird. Andererseits bleibt im anderen Bereich, in dem kein Licht auftrifft (dunkler Zustand) die Impedanz der fotoleitenden Schicht konstant, so dass keine Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt werden kann.
Der Unterschied zwischen dem hellen Zustand und dem dunklen Zustand führt zur Erzeugung von Bilddaten abhängig vom Adressierlicht. Die Bilddaten können durch einen Leselichtstrahl ausgelesen werden.
Diese Typ von Flüssigkristall-Lichtventil kann auf eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, ein Betriebselement für kohärentes Licht usw. angewandt werden.
Als anderes Beispiel wurde ein adressierbares Flüssigkristall-Lichtventil mit einer Kombination aus dem elektrisch adressierbaren System und dem Lichtadressiersystem vorgeschlagen. Wie es in der japanischen Offenlegung Nr. 2-134617 offenbart ist, kann ein Datensignal im elektrischen Adressiersystem unter Verwendung eines Lichtsignals übertragen werden.
Das oben beschriebene Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem elektrisch adressierten System vom Einfachmultiplex-Ansteuertyp ist so ausgebildet, dass es Teilspannung an die Pixel, mit Ausnahme der Anzeigepixel anlegt. Dieses bekannte Lichtventil hat demgemäß den Nachteil, dass der Anzeigekontrast verringert ist. Die Zeit, gemäß der ein zum Steuern des Anzeigezustands verwendetes Datensignal an die Anzeigepixel gegeben wird, ist eine durch ein Tastverhältnis bestimmte konstante Zeit. Hinsichtlich der restlichen Zeit wird ein Datensignal, das nichts mit der Steuerung des Anzeigezustands zu tun hat, an die Anzeigepixel angelegt. Demgemäß reagiert der Flüssigkristall in nachteiliger Weise auf ein Datensignal, das zu einer Nichtauswahlzeit geliefert wird. Um diese Nachteile zu überwinden, wird im allgemeinen bei einem Einfachmultiplex-Ansteuersystem mit Matrixelektroden ein Verfahren verwendet, das als Spannungsmittelungsverfahren bezeichnet wird.
Jedoch wird die Toleranz der Betriebsspannung beim Spannungsmittelungsverfahren niedriger, wenn die Anzahl n der Abrasterelektroden zunimmt. Wenn das verwendete Flüssigkristallmaterial konstante elektrooptische Eigenschaften aufweist, ist die Anzahl n von Abrasterelektroden zum Aufrechterhalten einer praxisgerechten Anzeigequalität festgelegt. Demgemäß macht es die Verwendung des Spannungsmittelungsverfahren in nachteiliger Weise unmöglich, eine höhere Auflösung oder einen größeren Schirm zu schaffen, als es der Anordnung mit den erhaltenen Abrasterelektroden entspricht.
Ferner verursacht der Drahtwiderstand und die Kapazität beim bekannten Flüssigkristallventil mit elektrischer Adressierung eine Verzögerung des Signalverlaufs, was dazu führt, dass es nicht möglich ist, eine große Vorrichtung oder eine solche mit hoher Dichte zu realisieren.
Andererseits benötigt das bekannte Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem Lichtadressiersystem eine CRT oder eine Lichtadressierquelle wie eine Flüssigkristalltafel. Dies führt zum Nachteil, dass die Größe der gesamten Vorrichtung nicht verringert werden kann.
Beim Adressiersystem mit Kombination aus dem bekannten elektrischen Adressiersystem und dem bekannten Adressiersystem mit Lichtstrahlung (siehe japanische Patentoffenlegung Nr. 2-134617, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht), wird der Signalverlauf eines Datensignals in eine Änderung der Lichtintensität umgesetzt und in die fotoleitende Schicht eingeschrieben. Demgemäß ist es in nadhteiliger Weise erforderlich, für eine empfindlichere fotoleitende Schicht zu sorgen, um winzige Änderungen der Lichtintensität bereitzustellen. Außerdem muss die fotoleitende Schicht eine ziemlich gleichmäßige Empfindlichkeitsverteilung aufweisen, um ein Bild gleichmäßig auf einem Schirm anzuzeigen.
Gemäß der Erfindung ist ein Flüssigkristall-Lichtventil zum Erzeugen eines Bilds auf Datensignale hin geschaffen, mit: einem ersten Substrat mit einer ersten transparenten Elektrodeneinrichtung auf ihm; einem zweiten Substrat mit einer zweiten transparenten Elektrodeneinrichtung auf ihm; einer Flüssigkristallschicht zwischen dem ersten und zweiten Substrat; einer fotoleitenden Schicht, die so ausgebildet ist, dass sich ihre Impedanz auf auf sie auftreffendes Licht hin ändert, und die zwischen der Flüssigkristallschicht und dem ersten Substrat angeordnet ist; einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, die auf derselben Seite des ersten Substrats wie die Flüssigkristall schicht angeordnet sind und die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite transparente Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden aufweist, die sich entlang einer die erste Richtung schneidenden Richtung erstrecken; dass eine Zuführeinrichtung für ein optisches Abrastersignal mit den Lichtwellenleitern verbunden ist, um im Gebrauch Licht in die fotoleitende Schicht zu emittieren; und dass eine Datensignal-Liefereinrichtung mit den zweiten Elektroden verbunden ist, um im Gebrauch Datensignale an die zweiten Elektroden anzulegen.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von Lichtwellenleitern auf dem ersten Substrat ausgebildet und die erste transparente Elektrodeneinrichtung ist streifenförmig gemustert.
Vorzugsweise umfasst die erste transparente Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden, die sich parallel zu den Lichtwellenleitern erstrecken.
Vorzugsweise besteht jeder der Lichtwellenleiter aus einem hochmolekularen Lichtwellenleiter und die fotoleitende Schicht liegt zwischen dem ersten Substrat und der Vielzahl von Lichtwellenleitern.
Vorzugsweise besteht jeder der Lichtwellenleiter aus einem elektrolumineszenten Element einschließlich einer Leuchtstoffschicht sowie zwei Isolierschichten, die die Leuchtstoffschicht und eine Rückseitenelektrode einbetten.
Vorzugsweise umfasst das Lichtventil ferner ein drittes Substrat, das auf dem ersten Substrat an der Seite entgegengesetzt in Bezug auf die erste transparente Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, wobei die Lichtwellenleiter in zwei Gruppen unterteilt sind, die auf dem ersten bzw. dritten Substrat ausgebildet sind.
Vorzugsweise besteht das erste Substrat aus einer Faserplatte.
Vorzugsweise bestehen die Lichtwellenleiter mindestens einer Gruppe aus Elektrolumineszenzelementen.
Vorzugsweise umfasst die optische Abrastersignal-Liefereinrichtung ein Array lichtemittierender Dioden, das an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist, um das Abrasterlichtsignal in die Lichtwellenleiter einzuführen.
Vorzugsweise enthält die optische Abrastersignal-Liefereinrichtung einen Halbleiterlaser, der an einem Ende der Lichtwellenleiter angeordnet ist, um das Abrasterlichtsignal in die Lichtwellenleiter einzuleiten.
Vorzugsweise enthalten die Wellenleiter ein Elektrolumineszenzelement und die optische Abrastersignal-Liefereinrichtung enthält ein Treiberarray zum Ansteuern des Elektrolumineszenzelements.
Vorzugsweise liegt die erste Elektrode parallel zu Streifen der Vielzahl von Lichtwellenleitern und ist um eine halbe Schrittweite gegen diese verschoben.
Vorzugsweise sind die Lichtwellenleiter auf dem ersten Substrat und die Lichtwellenleiter auf dem dritten Substrat jeweils mit einer Schrittweite angeordnet, die das Doppelte der Breite eines Lichtwellenleiters ist, und die Lichtwellenleiter auf dem ersten Substrat und die Lichtwellenleiter auf dem dritten Substrat sind um eine halbe Schrittweite in Bezug aufeinander verschoben.
Vorzugsweise sind die Brechungsindizes des ersten Substrats, des dritten Substrats und der Lichtwellenieiter einander gleich und der Brechungsindex des ersten Substrats stimmt mit dem Brechungsindex der Lichtwellenleiter des dritten Substrats überein oder ist gleich groß.
Im Betrieb ändert sich, wenn ein Lichtstrahl vom ersten Substrat her auf die fotoleitende Schicht gebracht wird, die Impedanz der fotoleitenden Schicht so, dass die geeigneten Abrasterleitungen ausgewählt werden. Die Impedanz der fotoleitenden Schicht im ausgewählten Bereich, auf den Licht vom Lichtwellenleiter aufgebracht wird, ist kleiner als die Impedanz des Flüssigkristalls Dies ermöglicht es, beinahe das ganze Datensignal an die Flüssigkristallschicht anzulegen, das auf die transparente Elektrode gegeben wird, die auf dem ersten Substrat vorhanden ist. Andererseits ist im nicht ausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht, in dem kein Licht vom Wellenleiter aufgebracht wird, die Impedanz der fotoleitenden Schicht größer als die der Flüssigkristallschicht. Demgemäß kann ein Datensignal ohne Bezug zur Steuerung des Anzeigezustands nicht an die Flüssigkristallschicht angelegt werden.
Da das Abrastersignal abhängig vom vom Lichtwellenleiter gelieferten Licht übertragen wird, wie oben angegeben, legt dieses Flüssigkristall-Lichtventil kein Datensignal an einen Flüssigkristall an, der konstant dem nichtausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht entspricht, abweichend vom Fall beim bekannten Lichtventil gemäß dem Einfachmultiplex-Ansteuersystem zum übertragen des Abrastersignals durch elektrische Drähte. Demgemäß wird das Vorspannungsverhältnis betreffend die vom ausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung zur Spannung, wie sie vom nichtausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegt wird, größer. Das Flüssigkristall-Lichtventil kann demgemäß ein Bild mit höherem Kontrast erzeugen.
Die gesamte Vorrichtung ist hinsichtlich ihrer Größe verringert, da nur die Lichtquelle, d.h. das Flüssigkristall-Lichtventil erforderlich ist.
Ferner wird das Abrastersignal (impulsförmiger Signalverlauf) in einen Ein- /Auszustand des Lichts umgesetzt, bevor es in die fotoleitende Schicht eingeschrieben wird. Demgemäß benötigt die fotoleitende Schicht nur eine Impedanz, die über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Die fotoleitende Schicht muss kein hohes Funktionsvermögen aufweisen, abweichend von der Technik, bei der ein Datensignal in variable Lichtintensität umgesetzt wird, wenn ein Einschreiben desselben in die fotoleitende Schicht erfolgt. Dies ist beim Herstellen der Vorrichtung von Vorteil.
Gemäß der Erfindung wird das Abrastersignal durch das von einem Elektrolumineszenzelement, das als Lichtsignalquelle für die Abrasterung dient, gelieferte Licht übertragen. Demgemäß wird beim erfindungsgemäßen Lichtventil das Datensignal nicht an einen Flüssigkristallbereich angelegt, der dem nichtausgewählten Teil der fotoleitende Schicht entspricht, abweichend vom Fall beim bekannten Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem Einfachmatrix- Ansteuersystem, das aus Matrixelektroden zum Übertragen des Abrastersignais über elektrische Leitungen besteht. Dies bedeutet, dass das Vorspannungsverhältnis der vom ausgewählten Teil der fotoleitende Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung zur vom nichtausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung größer gemacht ist. Dies führt dazu, dass das erfindungsgemäße Lichtventil ein Bild mit höherem Kontrast erzeugt.
Die Lichtwellenleiter werden auf den zwei Substraten im ersten Substrat ausgebildet. Dies führt zu einer Beseitigung eines Spalts zwischen benachbarten Abrasterleitungen und erhöht die Anzahl derselben, wodurch sich die Auflösung und die numerische Apertur verbessern.
Von den zwei im ersten Substrat enthaltenen Substraten besteht das auf der Seite der Flüssigkristallschicht ausgebildete Substrat aus einer Faserplatte, um ein durch das Auslecken von Licht hervorgerufenes Übersprechen zu verhindern.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung deutlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Ansteuereinheit im in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventil zeigt;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Anschluss eines in Fig. 2 dargestellten LED-Arrays zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsbildanzeigevorrichtung zeigt, bei der das in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristall-Lichtventil angewandt ist;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Substrat zeigt, bei dem ein Lichtwellenleiter und eine LED-Einheit in einem Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten sind;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Licht ventil gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie A-A in Fig. 8;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die eine Ansteuereinheit im in den Fig. 8 und 9 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventil zeigt;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht, die eine Ansteuereinheit im in Fig. 11 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventil zeigt;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Anschluss eines in Fig. 12 dargestellten LED-Arrays im Detail zeigt;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die ein zweidimensionales Lichtbetätigungselement zeigt, bei dem ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSBEISPIELE

Nun wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die das Flüssigkristall-Lichtventil schematisch zeigt.
Wie dargestellt, bezeichnet 10 ein Flüssigkristall-Lichtventil, das so ausgebildet ist, dass es einen Lichtwellenleiter 11, Glassubstrate 12a und 12b, eine transparente Elektrode 13, eine Mantelschicht 14, eien Metallfilm 15, eine fotoleitende Schicht 16, einen dielektrischen Spiegel 17, eine Datenübertragungselektrode 19, Ausrichtungsfilme 20a und 2db sowie eine Flüssigkristallschicht 21 aufweist.
Der Lichtwellenleiter 11 ist in Form von Streifen (dünnen Leitungen) mittels einer auf Wärme oder einem elektrischen Feld beruhenden Ionenaustauschtechnik auf dem Glassubstrat 12a ausgebildet. Entlang des Lichtwellenleiters 11 wird ein abrasterndes Lichtsignal übertragen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird, um selbst Licht mit schlechter Richtwirkung, wie z.B. von einer Lichtemissionsdiode geliefert, als Wellenleiter 11 ein Mehrmoden-Lichtwellenleiter durch Austausch von Thallium (Tl) Ionen erzeugt. Statt dessen können Silber (Ag) Ionen verwendet werden.
Die transparente Elektrode 13 wird aus mit Zinn dotiertem Indiumoxid (ITO: Indiumzinnoxid) hergestellt. Die transparente Elektrode 13 wird auf dem Lichtwellenleiter 11 und dem Glassubstrat 12a durch eine Sputtertechnik hergestellt, wobei die Mantelschicht 14 dazwischenliegt. Die transparente Elektrode 13 kann streifenförmig auf solche Weise gemustert werden, dass Überlappung mit dem Lichtwellenleiter 11 vorliegt.
Die Mantelschicht 14 wird zwischen der transparenten Elektrode 13 und sowohl dem Glassubstrat 12a als auch dem Lichtwellenleiter 11 mittels einer Sputtertechnik aufge dampft. Dies erfolgt, da die transparente Elektrode 13 einen größeren Brechungsindex als der Lichtwellenleiter 11 aufweist. Das Material der Mantelschicht 14 ist Siliziumoxid (SiO&sub2;), das ein Dielektrikum mit niedrigem Brechungsindex ist. Der SiO&sub2;-Film muss eine solche Dicke aufweisen, dass eine zweckdienliche Menge an Licht aus dem als Lichtquelle dienenden Lichtwellenleiter 11 auslecken kann. Die bevorzugte Dicke liegt im Bereich von 500 Å bis 5.000 Å. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des SiO&sub2; 3.000 Å.
An der Rückseite des Glassubstrats 12a, d.h. auf der Seite entgegengesetzt zur Seite, an der die Lichtwellenleiter 11 ausgebildet sind, ist ein Metallfilm 15 abgeschieden, um das Licht auszublenden, wie es von irgendeinem Ort mit Ausnahme desjenigen der Lichtwellenleiter 11 zugeführt wird.
Das Material des Metallfilms 15 ist z.B. Aluminium (Al) oder Molybdän (Mo). Statt dessen kann anstelle des Metallfilms 15 ein Lichtabschirmungsfilm verwendet werden, in dem ein Pigment dispergiert ist, wie er häufig als Farbfilter bei einer Flüssigkristalltafel verwendet wird.
Auf der transparenten Elektrode 13 ist die fotoleitende Schicht 16 ausgebildet, um Licht vom Lichtwellenleiter 11 zu empfangen. Die fotoleitende Schicht 16 wird mittels einer Plasma-CVD(chemische Dampfniederschlagung)- Technik aus amorphem, hydriertem Silizium (a-Si:H) hergestellt.
Anstelle des Materials a-Si:H kann die fotoleitende Schicht 16 so hergestellt werden, dass sie die Eigenschaft aufweist, dass sich ihre Impedanz abhängig von der Menge eingestrahlten Lichts ändert. Ein anderes Material der Schicht 16 kann Wismutsiliziumoxid (Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;), Cadmiumsulfid (CdS), amorphes, hydriertes Siliziumcarbid (a-SiC:H), amorphes, hydriertes Siliziumoxid (a-SiO:H) oder amorphes, hydriertes Siliziumnitrid (a-SiN:H) sein.
Als Technik zum Unterdrücken von Dunkelströmen in der fotoleitenden Schicht 16 ist es möglich, eine Sperrelektrodenstruktur unter Verwendung selektiver Durchlässigkeit für Ladungsträger auszubilden. Wenn z.B. die fotoleitende Schicht aus a-Si besteht, werden eine dünne, mit Phosphor (P) dotierte n- Schicht und eine dünne, mit Bor (B) dotierte p-Schicht, die beide aus a-Si bestehen, so kombiniert, dass der Aufbau einer pin-Diode oder einer pinip- Diode mit gemeinsamer Rückseite der Dioden vorliegt. Alternativ kann die Sperrelektrodenstruktur unter Verwendung eines Schottkyübergangs oder eines Heteroübergangs mit einem Material mit der Charakteristik einer breiten Bandlücke hergestellt werden. Auf einer Fläche oder beiden Flächen der fotoleitenden Schicht 16 kann, falls erforderlich, ein ziemlich dünner Film (50 Å bis 300 Å aus SiO&sub2; oder ein Siliziumnitrid(SiNx)-Film, abgeschieden werden.
Auf der fotoleitenden Schicht 16 wird der dielektrische Spiegel 17 mittels einer Elektrodenstrahl-Aufdampftechnik hergestellt. Der dielektrische Spiegel 17 besteht aus einem mehrschichtigen Film aus einer Schicht aus Titanoxid (TiO&sub2;) und einer anderen Schicht aus Siliziumoxid (SiO&sub2;), die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind.
Um zu verhindern, dass Leselicht 18 durch den dielektrischen Spiegel in die fotoleitende Schicht 16 ausleckt, kann zwischen dem dielektrischen Spiegel 17 und der fotoleitenden Schicht 16 eine Lichtabschirmungsschicht ausgebildet sein. Es ist möglich, als Lichtabschirmungschicht einen organischen Film, in dem Kohlenstoff dispergiert ist, Cadmiumtellurid (CdTe) oder Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), worauf stromlos Ag plattiert ist, als Lichtabschirmungsschicht zu verwenden.
Auf dem dem Glassubstrat 12a gegenüberstehenden Glassubstrat 12b ist eine Datenübertragungselektrode 19 abgeschieden, die aus ITO besteht, das durch eine Sputtertechnik aufgedampft und streifenförmig gemustert wurde.
Auf dem dielektrischen Spiegel 17 und der Datenübertragungselektrode 19 sind Ausrichtungsfilme 20a bzw. 20b durch Schleuderbeschichten eines Polyimidfilms und durch Sintern des aufgetragenen Films ausgebildet. Molekülausrichtung wird mittels der Ausrichtungsfilme 20a und 20b durch eine Reibetechnik erzielt.
Dann werden die Glassubstrate 12a und 12b mittels eines Abstandshalters (Abstandshaltern) (nicht dargestellt) so miteinander verklebt, dass die Datenübertragungselektrode 19 rechtwinklig zum Abrasterungs-Lichtwellenleiter 11 liegt. In den durch die Ausrichtungsfilme 20a und 20b und den (die) Abstandshalter gebildeten Raum wird ein Flüssigkristall eingespritzt, um die Flüssigkristallschicht 21 zu bilden. Der verwendete Flüssigkristall sollte so ausgewählt sein, dass seine Impedanz größer als diejenige desjenigen Teils der fotoleitenden Schicht 16 ist, der als Abrasterlinie ausgewählt ist, jedoch kleiner als diejenige des anderen Teils der fotoleitenden Schicht 16, der nicht als Abrasterlinie ausgewählt ist.
Beim wie oben angegeben ausgebildeten Flüssigkristall-Lichtventil verfügt die Flüssigkristallschicht 21 über eine weit größere Impedanz als der Teil der fotoleitenden Schicht 16, der durch Einstrahlen von Licht als Abrasterlinie ausgewählt ist, so dass der größte Teil des zwischen die Elektroden gelegten Datensignals an die Flüssigkristallschicht 21 angelegt wird. Die Flüssigkristallschicht 21 verfügt über kleinere Impedanz als der andere Teil der fotoleitenden Schicht 16, in dem kein Licht auftrifft, so dass kein Datensignal an die Flüssigkristallschicht 21 angelegt werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird daher ein Abrastersignal mittels des Lichts vom Lichtwellenleiter übertragen. Das Datensignal kann nicht konstant an einen nichtausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht angelegt werden, abweichend vom Fall beim bekannten Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem Einfachmultiplex-Ansteuersystem mit Matrixelektroden zum Übertragen des Abrastersignals über elektrische Drähte.
Im Ergebnis ist das Vorspannungsverhältnis aus der vom ausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung zur vom nichtausgewählten Teil der fotoleitenden Schicht an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung größer gemacht. Demgemäß ermöglicht es das Lichtventil dieses Ausführungsbeispiels, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzeugen, und es trägt zur Realisierung einer großen Vorrichtung oder einer solchen mit hoher Dichte bei, da der Widerstand oder die Kapazität von Leitungen keinerlei Verzögerung eines Signalverlaufs hervorrufen.
Ferner arbeitet das Lichtventil dieses Ausführungsbeispiels so, dass es die Toleranz der bei einem Spannungsmittelungsverfahren verwendeten Betriebsspannung erhöht, wobei diese Spannung durch die normale Anzahl von Abrasterleitungen definiert ist. Dies führt dazu, dass das Lichtventil höhere Auflösung oder einen größeren Schirm ermöglicht.
Außerdem kann eine Graustufung durch Modifizieren des Signalverlaufs des Datensignals wiedergegeben werden.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Lichtwellenleiter 11 auf demselben Niveau wie dem der Oberfläche des Glassubstrats 12a ausgebildet. Statt dessen kann der Lichtwellenleiter vollständig innerhalb des Glassubstrats ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Treibereinheit für das in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristall-Lichtventil 10. Zum Vereinfachen der Beschreibung ist keine Signal- oder Zeitsteuersignal-Erzeugungseinheit dargestellt.
Wie dargestellt, ist die Treibereinheit für das Lichtventil 10 so aufgebaut, dass sie ein LED(Lichtemissionsdiode)-Array 25 für ein Abrastersignal und eine Ansteuerschaltung 26 zum Ansteuern der transparenten Elektroden 19 aufweist. Anstelle des LED-Arrays 25 kann ein Halbleiterlaser (LD) verwendet werden.
Das LED-Array 25 wird so mit dem Flüssigkristall-Lichtventil 10 verbunden, dass ein Lichtimpuissignal vom LED-Array 25 zum Lichtventil 10 geführt werden kann.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Anschluss des in Fig. 2 dargestellten LED-Arrays 25 im Detail zeigt.
Wie dargestellt, wird vom LED-Array 25 emittiertes Licht über ein optisches Linsenarray zum Lichtwellenleiter des Lichtventils 10 geführt. Als alternative Verbindung kann, ohne das optische Linsenarray 27 zu verwenden, das Ende des Lichtwellenleiters direkt mit der Leuchtfläche des LED-Arrays 25 verbunden sein.
28 bezeichnet einen Reflexionsspiegel, der dazu dient, Licht zu reflektieren, das am Ende des Lichtwellenleiters ausleckt, damit das Licht wirkungsvoll zur fotoleitenden Schicht geführt wird. Der Reflexionsspiegel besteht aus Al oder Ag und entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Metallfilm 15.
Fig. 4 ist eine Ansicht, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsanzeigevorrichtung zeigt, bei der das in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristall-Lichtventil 10 angewandt ist.
Wie dargestellt, ist die Projektionsanzeigevorrichtung so aufgebaut, dass sie das Flüssigkristall-Lichtventil 10, eine Lampe 31, eine Linse 32, einen polarisierenden Strahlteiler 33, eine Linse 34 und einen Schirm 35 aufweist. Die Lampe 31 liefert Licht durch die Linse 32 und den polarisierenden Strahlteiler 33 in das Flüssigkristall-Lichtventil 10, in dem ein Bild erzeugt wird. Wenn Licht durch denjenigen Teil der Flüssigkristallschicht hindurchstrahlt, in dem die Molekülausrichtung geändert ist, wird die Polarisation des Lichts durch einen elektrooptischen Effekt geändert. Demgemäß kann das am Lichtventil 10 reflektierte Licht durch den polarisierenden Strahlteiler 33 hindurch laufen. Das reflektierte Licht wird durch die Linse 34 so aufgeweitet, dass das auf dem Lichtventil 10 erzeugte Bild auf den Schirm 35 projiziert werden kann.
Das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß diesem Ausführungsbeispiel benötigt daher keine adressierende Lichtquelle in Form einer CRT oder eines Flüssigkristalldisplays, abweichend vom bekannten Flüssigkristall-Lichtventil mit optischem Adressiersystem, das eine derartige Lichtquelle benötigt. Demgemäß trägt das Flüssigkristall-Lichtventil dieses Ausführungsbeispiels stark dazu bei, die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verringern.
Der Betriebsmodus des bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Flüssigkristalls ist ein hybrider Feldeffektmodus eines nematischen Flüssigkristalls. Als anderer Betriebsmodus kann ein verdrillt-nematischer Modus, ein superverdrillt-nematischer Modus oder ein elektrisch gesteuerter Doppelbrechungsmodus verwendet werden.
Außerdem kann ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall oder ein smektischer Flüssigkristall mit Elektroklineffekt verwendet werden. Ferner kann ein Phasenänderungsmodus, ein Modus mit dynamischer Streuung oder ein Gast-Wirts-Modus beim nematischen Flüs sigkristall oder ein Gast-Wirts-Modus bei einem Flüssigkristallverbundfilm oder einem smektischen Flüssigkristall dazu führen, dass der polarisierende Strahlteiler 33 weggelassen werden kann.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie dargestellt, ist das Flüssigkristall-Lichtventil 40 so ausgebildet, dass es einen Lichtwellenleiter 41, Glasplatten 42a und 42b, eine transparente Elektrode 43, eine Mantelschicht 44, einen Metallfilm 45, eine fotoleitende Schicht 46, einen dielektrischen Spiegel 47, eine Datenübertragungselektrode 49, Ausrichtungsfilme 50a und 50b sowie eine Flüssigkristallschicht 51 aufweist.
Der Lichtwellenleiter 41 wird mittels einer Ionenaustauschtechnik in Form von Streifen (dünnen Linien) auf dem Glassubstrat 42a hergestellt. Entlang dem Lichtwellenleiter 41 läuft ein Abrasterlichtsignal. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Mehrmodenwellenleiter verwendet, der durch eine Austauschtechnik für Tl-Ionen hergestellt wurde, so dass er sogar Licht mit schlechter Richtwirkung, wie von einer LED emittiertes Licht, führen kann. Statt dessen können Ag-Ionen verwendet werden.
Die transparente Elektroden 43 wird aus mit Zinn dotiertem Indiumoxid (ITO) hergestellt. Die transparente Elektrode 43 wird durch eine Sputtertechnik auf den Lichtwellenleitern 41 und dem Glassubstrat 42a, durch die dazwischenliegende Mantelschicht 44, ausgebildet.
Die die transparente Elektrode 43 bildenden ITO-Muster liegen parallel zu den Streifen des Lichtwellenleiters 41 und sind um 1/2 der Schrittweite gegen diese verschoben. Der andere Teil der transparenten Elektrode 43, der nicht aus ITO besteht, wird aus einem isolierenden Material 52 wie SiO&sub2; hergestellt, um Kurzschlüsse zu den transparenten Elektroden 43 zu vermeiden. Demgemäß überlappen der Lichtwellenleiter 41 und das isolierende Material 52 einander, wobei die Mantelschicht 44 dazwischenliegt.
Die Mantelschicht 44 wird zwischen der transparenten Elektrode und dem Glassubstrat 42a sowie den im Substrat 42a ausgebildeten Lichtwellenleitern 41 mittels einer Sputtertechnik aufgedampft. Diese Mantelschicht 44 ist vorhanden, da die transparente Elektrode 43 einen größeren Brechungsindex als der Lichtwellenleiter 41 aufweist.
Die Mantelschicht 44 wird aus SiO&sub2; hergestellt, das ein Dielektrikum mit niedriger Brechung ist. Der SiO&sub2;-Film muss eine solche Dicke aufweisen, dass er es ermöglicht, das Licht geeignet aus dem als Lichtquelle dienenden Lichtwellenleiter 41 ausleckt. Die bevorzugte Dicke liegt im Bereich von 500 Å bis 5.000 Å. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke des SiO&sub2; 3.000 Å.
An der Rückseite des Glassubstrats 42a, d.h. an der Seite entgegengesetzt zur Seite, auf der die Lichtwellenleiter 41 ausgebildet sind, wird ein Metallfilm 45 zum Ausblenden des Lichts, das von irgendeiner Stelle mit Ausnahme der Lichtwellenleiter 41 herrührt, abgeschieden.
Das Material des Metallfilms 45 kann Ag, Al oder Mo sein. Alternativ kann anstelle des Metallfilms 45 ein Lichtabschirmungsfilm vom Typ mit dispergiertem Pigment verwendet werden, wie er häufig für ein Farbfilter einer Flüssigkristalltafel verwendet wird.
Auf der transparenten Elektrode 43 wird die fotoleitende Schicht 46 so abgeschieden, dass sie Licht vom Lichtwellenleiter 41 empfängt. Die fotoleitende Schicht 46 wird mittels einer Plasma-CVD-Technik aus amorphem, hydriertem Silizium (a-Si:H) hergestellt.
Anstelle des Materials a-Si:H kann die fotoleitende Schicht 46 so ausgebildet sein, dass sie die Eigenschaft aufweist, dass sich ihre Impedanz abhängig von der Menge eingestrahlten Lichts ändert. Als anderes Material kann die Schicht 46 aus Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;, CdS, a-SiC:H, a-SiD:H oder a-SiN:H bestehen.
Als Technik zum Unterdrücken von Dunkelströmen in der fotoleitenden Schicht 46 ist es möglich, eine Sperrelektrodenstruktur unter Verwendung selektiver Transparenz für Ladungsträger zu erzeugen. Wenn z.B. die fotoleitende Schicht 46 aus a-Si:H besteht, werden eine dünne, mit Phosphor (P) dotierte n-Schicht und eine dünne, mit Bor (8) dotierte p-Schicht, die beide aus a- Si bestehen, so kombiniert, dass eine pin-Diodenstruktur oder eine pinip- Diodenstruktur mit Rücken an Rücken liegenden Dioden vorliegt. Alternativ kann die Sperrelektrodenstruktur unter Verwendung eines Schottkyübergangs oder eines Heteroübergangs mit einem Material mit einer Charakteristik mit breiter Bandlücke hergestellt werden. Auf einer Fläche oder beiden Flächen der fotoleitenden Schicht 46 kann ein ziemlich dünner Film (50 Å bis 300 Å) aus SiO&sub2; oder ein SiNx-Film abgeschieden werden, falls erforderlich.
Auf der fotoleitenden Schicht 46 wird mittels einer EB-Aufdampftechnik der dielektrische Spiegel 47 hergestellt. Dieser dielektrische Spiegel 47 besteht aus mehrschichtigen Filmen aus einer Schicht aus TiO&sub2; und einer anderen Schicht aus SiO&sub2;, die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind,
Um zu verhindern, dass Leselicht 48 durch den dielektrischen Spiegel 47 aus der fotoleitenden Schicht 46 ausleckt, kann eine Lichtabschirmungsschicht zwischen dem dielektrischen Spiegel 47 und der fotoleitenden Schicht 46 hergestellt werden. Es ist möglich, als Lichtabschirmungsschicht einen organischen Film, in dem Kohlenstoff dispergiert ist, Cadmiumtellurid (CdTe) oder Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), worauf Ag stromlos plattiert ist, zu verwenden. Auf dem dem Glassubstrat 42a gegenüberstehenden Glassubstrat 42b wird eine Datenübertragungselektrode 49 abgeschieden, die aus aus auf das Substrat 42b aufgedampftem ITO besteht und durch eine Sputtertechnik streifenförmig gemustert wird.
Auf dem dielektrischen Spiegel 47 und der Datenübertragungselektrode 49 werden Ausrichtungsfilme 50a und 50b jeweils durch Schleuderbeschichten eines Polyimidfilms und durch Sintern des aufgetragenen Films hergestellt. Molekülausrichtung erfolgt mittels der Ausrichtungsfilme 50a und 50b durch eine Reibetechnik.
Die Glassubstrate 42a und 42b werden über einen (oder mehrere) Abstandshalter (nicht dargestellt) so verklebt, dass die Datenübertragungselektrode 49 rechtwinklig zu den Abrasterungslichtwellenleitern 41 liegt. In den durch die Ausrichtungsfilme 50a und 50b und den (die) Abstandshalter gebildeten Raum wird ein Flüssigkristall injiziert, um die Flüssigkristallschicht 51 zu bilden. Der verwendete Flüssigkristall sollte so ausgewählt sein, dass seine Impedanz größer als die desjenigen Teils der fotoleitenden Schicht 46 ist, der als Abrasterlinie ausgewählt ist, jedoch kleiner als diejenige eines anderen Teils der fotoleitenden Schicht 46, der nicht als Abrasterlinie ausgewählt ist.
Im wie oben beschrieben ausgebildeten Flüssigkristall-Lichtventil verfügt die Flüssigkristallschicht 51 über weit größere Impedanz als derjenige Teil der fotoleitenden Schicht 46, der durch eingestrahltes Licht als Abrasterlinie ausgewählt ist, so dass der größte Teil des zwischen die Elektroden gelegten Datensignals an die Flüssigkristallschicht 51 angelegt wird. Die Flüssigkristallschicht 51 verfügt über kleinere Impedanz als der andere Teil der fotoleitenden Schicht 46, in dem kein Licht auftrifft, so dass kein Datensignal an die Flüssigkristallschicht 51 angelegt wird.
Das Flüssigkristall-Lichtventil 40 ist so ausgebildet, dass eine fotoleitende Schicht 46, die durch eingestrahltes Licht als Abrasterlinie ausgewählt wurde, in Kontakt mit zwei transparenten Abrasterelektroden 43 tritt, und synchrones Abrastern wird so ausgeführt, dass ein Datensignal nur an eine transparente Abrasterelektrode 43 auf solche Weise angelegt wird, dass eine Abrasterzeile zweigeteilt ist. Das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß diesem Ausführungsbeispiel sorgt für ein Bild mit hohem Kontrast und mit einer Auflösung, die doppelt so groß ist wie die beim Lichtventil gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Lichtwellenleiter 41 auf demselben Niveau wie es einer Fläche des Glassubstrats 42a entspricht, ausgebildet. Statt dessen kann der Lichtwellenleiter vollständig innerhalb des Glassubstrats ausgebildet sein.
Das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verfügt über dieselbe Treibereinheit wie das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des Anschlusses eines LED-Arrays ist beim zweiten Ausführungsbeispiel derselbe wie der des beim ersten Ausführungsbeispiel vorhandenen. Der Aufbau einer Projektionsanzeigeeinheit mit bei dieser angewandtem Flüssigkristall-Lichtventil 40 sowie der Betriebsmodus des Flüssigkristalls sind dieselben wie beim in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Wie oben beschrieben, verfügt das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel über eine Treibereinheit, die das in Fig. 2 dargestellte, als abrasternde Lichtquelle dienende LED-Array 25 enthält. Bei dieser Anordnung ist es jedoch erforderlich, das Ende des Lichtwellenleiters ziemlich genau in Bezug auf das LED-Array zu positionieren. Um diese mühselige Arbeit zu erleichtern, ist das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die LED-Einheit mit einem LED-Array auf demselben Substrat wie der Lichtwellenleiter benachbart zu diesem liegen kann.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Substrat zeigt, auf dem der Lichtwellenleiter und die LED-Einheit beim Flüssigkristall-Lichtventil dieses Ausführungsbeispiels ausgebildet sind.
Wie dargestellt, sind die LED-Einheit 62 und der Lichtwellenleiter 63 auf einem aus einkristallinem Silizium bestehenden Substrat 61 so ausgebildet, dass die Komponenten 62 und 63 benachbart zueinander liegen. Die LED-Einheit 62 besteht aus a-SixC1-x:H und verfügt über pin-Aufbau. Dieses Material ermöglicht es, die LED-Einheit 62 bei relativ niedriger Temperatur herzustellen und für eine sich ergebende LED-Einheit mit hoher Leuchtkraft zu sorgen. Außerdem kann, wenn eine aus GaP bestehende Pufferschicht vorhanden ist und das verwendete Substrat kein Silizium enthält, eine LED verwendet werden, die aus einem Material im System AlxGa1-xAs besteht.
In diesem Fall ergibt eine in der LED-Einheit 62 enthaltene LED einen größeren Leuchtwellenlängenbereich, der durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses X im System AlxGa1-xAs variiert werden kann. Demgemäß kann die Leuchtwellenlänge der LED abhängig von der Empfindlichkeit der fotoleitenden Schicht variiert werden, was zum Verbessern des Funktionsvermögens derselben von Vorteil ist.
Ein Lichtwellenleiter 63 ist so ausgebildet, dass er eine aus SiO&sub2;-GeO&sub2; bestehende Kernschicht 65 und eine aus SiO&sub2; bestehende Mantelschicht 66 aufweist. Der aus einem Material im SiO&sub2;-System bestehende Lichtwellenleiter 63 wird mittels einer CVD-Technik auf Grundlage der Oxidation von SiC&sub1;&sub4;-Gas und GeC&sub1;&sub4;-Gas hergestellt. Als andere Maßnahme kann eine Flammenabscheidungstechnik verwendet werden. Bei dieser Technik kann für die Kernschicht SiO&sub2;-TiD&sub2; verwendet werden, wobei anstelle von GeC&sub1;&sub4;-Gas TiC&sub1;&sub4;-Gas verwendet wird.
An der Ober- und der Unterseite sind LED-Elektroden 64a bzw. 64b vorhanden. Wenn eine aus a-SixC1-x bestehende LED verwendet wird, kann für die beiden Elektroden 64a und 64b eine transparente Elektrode oder eine Metallelektrode verwendet werden. Wenn eine aus AlxGa1-xAs bestehende LED verwendet wird, kann für die Elektrode ein Substrat 61 aus einkristallinem Silizium verwendet werden.
Wie dargestellt, werden die LED-Einheit 62 und der Lichtwellenleiter 63 auf solche Weise auf demselben Substrat 61 hergestellt, dass diese Komponenten 62 und 63 benachbart zueinander liegen können. Demgemäß wird das von der LED-Einheit 62 emittierte Licht in den Lichtwellenleiter 63 geführt, der benachbart zur Seite der LED-Einheit 62 liegt.
D.h., dass beim Lichtventil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel anstelle der Glassubstrate 12a und 42a mit darauf ausgebildeten Lichtwellenleitern 11 und 41 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ein Substrat vorhanden ist, auf dem die LED-Einheit 42 und der Lichtwellenleiter 63 so ausgebildet sind, wie es oben angegeben ist. Der restliche Aufbau des Lichtventils gemaß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen derselbe wie der des Lichtventils gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ermöglicht es das Flüssigkristall-Lichtventil, ähnlich wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzeugen und die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verringern.
Das Positionieren der LED-Einheit 62 in Bezug auf den Wellenleiter 63 wird durch eine Fotolithografietechnik realisiert. Dies ermöglicht einfache und genaue Positionierung.
Beim dritten Ausführungsbeispiel dient das Substrat 61 als Schicht zum Ausblenden sichtbaren Lichts. Demgemäß ist, abweichend vom ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, die die Metalifilme 15 und 45 benötigen, kein Metallfilm erforderlich.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie dargestellt, ist dieses Flüssigkristall-Lichtventil 80 so ausgebildet, dass es einen Lichtwellenleiter 81, ein Paar Glassubstrate 82a und 82b, eine transparente Elektrode 83, eine Mantelschicht 84, einen Metallfilm 85, eine fotoleitende Schicht 86, einen dielektrischen Spiegel 87, eine Datenübertragungselektrode 89, Ausrichtungsfilme 90a und 90b sowie eine Flüssigkristallschicht 91 aufweist.
Der Lichtwellenleiter 81 ist ein hochmolekularer Wellenleiter aus fotopolymerisiertem Polycarbonat Z. Die gestreiften Muster des Lichtwellenleiters 81 können mittels einer Fotolithografietechnik hergestellt werden. Als anderes Material für den hochmolekularen Wellenleiter kann Polyurethan, Epoxid, fotoempfindlicher Kunststoff oder Fotoresist verwendet werden.
Zwischen dem Lichtwellenleiter 81 und dem dielektrischen Spiegel 87 ist die Mantelschicht 84 vorhanden, um zu verhindern, dass Licht vom Lichtwellenleiter 81 in den dielektrischen Spiegel 87 ausleckt.
Die Mantelschicht 84 wird dadurch hergestellt, dass ein Harz mit kleinerem Brechungsindex als dem des Lichtwellenleiters 81 aufgetragen wird.
Die Glassubstrate 82a und 82b, die transparente Elektrode 83, der Metallfilm 85, die fotoleitende Schicht 86, der dielektrische Spiegel 87, die Datenübertragungselektrode 89, die Ausrichtungsfilme 90a und 90b der Flüssigkristallschicht 91 weisen dieselbe Zusammensetzung und dasselbe Material wie diejenigen auf, die beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel vorhanden sind.
Wie beim Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel ermöglicht es das Lichtventil gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzeugen und die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verringern.
Bei den vorstehend angegebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein hochwärmebeständiger, durch Ionenaustausch hergestellter Glaswellenleiter als Lichtwellenleiter 11 und 41 verwendet, da es erforderlich ist, die Bearbeitungstemperatur der fotoleitenden Schichten 16 und 46 zu berücksichtigen (ungefähr 300 ºC, wenn a-SiC:H als Material verwendet wird). Die fotoleitenden Schichten 16 und 46 werden auf den Lichtwellenleitern 11 und 41 abgeschieden. Beim Lichtventil des vierten Ausführungsbeispiels liegt dagegen die fotoleitende Schicht 46 näher am Glassubstrat 82a als der Lichtwellenleiter 81. Demgemäß kann nach dem Herstellen der fotoleitenden Schicht 86 sogar ein Lichtwellenleiter 81 mit geringerer Wärmebeständigkeit, wie ein hochmolekularer Wellenleiter hergestellt werden. Dies bedeutet, dass als Lichtwellenleiter 81 ein hochmolekularer Wellenleiter mit geringer Wärmebeständigkeit verwendet werden kann.
Bei den Flüssigkristall-Lichtventilen gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel ist ein Paar Polarisatorplatten zu den beiden Seiten des Lichtventils in Form gekreuzter Nicols angeordnet. Wenn das Flüssigkristall-Lichtventil einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit Speicherfunktion verwendet, kann das Lichtventil für ein zweidimensionales Funktions element verwendet werden.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle eines Lichtwellenleiters, der als Lichtsignalquelle zum Abrastern dient, ein EL(Elektrolumineszenz)-Element verwendet.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die das Lichtventil geschnitten entlang der in Fig. 8 dargestellten Linie A-A zeigt.
Fig. 8 zeigt einen Aufbau, bei dem die leuchtende Schicht aus einem Dünnfilm besteht und das EL-Element durch eine Wechselspannungsquelle betrieben wird.
Wie es in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, ist das Flüssigkristall-Lichtventil 100 so ausgebildet, dass es ein Paar Glassubstrate 101 und 113, eine Rückseitenelektrode 102, eine untere Isolierschicht 103, eine Leuchtschicht 104, eine obere Isolierschicht 105, eine transparente Elektrode 106, eine fotoleitende Schicht 107, eine Lichtabschirmungsschicht 108, einen dielektrischen Spiegel 109, Ausrichtungsfilme 119a und 119b, eine Flüssigkristalischicht 111, eine Datenübertragungselektrode 112, ein Abdichtungselement 114 und einen Metallfilm 115 aufweist.
Nun wird die Beschreibung auf das Herstellverfahren für das Flüssigkristall-Lichtventil 100 gerichtet.
Das Flüssigkristall-Lichtventil 100 dieses Ausführungsbeispiels wird so hergestellt, dass es eine Stapelstruktur aufweist, bei der die Leuchtschicht zwischen die Isolierschichten gelegt ist, damit das vom EL-Element emittierte Licht stabile Ausgangsleistung zeigen kann.
Zunächst wird die Rückseitenelektrode 102 mittels einer EB-Aufdampftechnik auf dem Glassubstrat 101 hergestellt. Das Material ist Aluminium. Dann wird die Rückseitenelektrode 102 einem Ätzprozess zum Mustern der Elektrode 102 in Form von Streifen unterworfen. Anstelle von Aluminium kann Ti (Titan) oder Mo verwendet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Rückseitenelektrode 102 streifenförmig hergestellt. Die Form der Rückseitenelektrode 102 kann so geändert werden, dass die Leuchtelemente an verschiedenen Orten angeordnet sind.
Dann werden zwischen der Rückseitenelektrode 102 und der transparenten Elektrode 106 Isolierschichten angebracht, um ein stabiles, hohes elektrisches Feld an die Leuchtschicht 104 anzulegen. Tatsächlich sind diese Schichten die auf der Rückseitenelektrode 102 ausgebildete untere Isolierschicht 103 und die auf der transparenten Elektrode 106 ausgebildete obere Isolierschicht 105.
Die untere Isolierschicht 103 wird so hergestellt, dass sie eine Laminatstruktur aufweist, die aus Schichten aus Al&sub2;O&sub3; und Sinx besteht. Der Al&sub2;O&sub3;- Film wird unter Verwendung eines Al&sub2;O&sub3;-Targets in einer Ar(Argon)-Gas-Atmosphäre hergestellt. Der SiNx-Film wird unter Verwendung eines Si-Targets in einer Atmosphäre aus einem Mischgas aus Ar und N&sub2; (Stickstoff) hergestellt. Um diese Filme herzustellen, wird eine HF(Hochfrequenz)-Sputtertechnik verwendet.
Danach wird auf die untere Isolierschicht 103 die Leuchtschicht 104 auflaminiert. Die Leuchtschicht 104 wird als Dünnfilmschicht oder Pulverschicht hergestellt, bei der ein Fluoreszenzmaterial in einem Dielektrikum dispergiert ist.
Nun wird eine Dünnfilm-Leuchtschicht beschrieben.
Die Dünnfilm-Leuchtschicht wird aus ZnS:Mn hergestellt, das dadurch erzeugt wird, dass 0,5 Gew.-% Mn (Mangan) als Hauptleuchtstoffmaterial zu ZnS (Zinksulfid) als Wirtsmaterial hinzugefügt wird. Die Substrattemperatur wird im Bereich von 300 ºC bis 500 ºC eingestellt und es wird eine EB-Aufdampftechnik verwendet. Die sich ergebende Leuchtwellenlänge beträgt 585 nm, was gelb entspricht.
Unter Berücksichtigen der Abhängigkeit der danach hergestellten fotoleitenden Schicht 107 von der Lichtwellenlänge der Leuchtschicht sind die Materialien, die für die Leuchtschicht verwendet werden, die folgenden: für rote Bereiche ist es CaS:Eu, das durch Hinzufügen von Eu (Europium) als Lumineszenzzentrumsmaterial zu CaS (Calciumsulfid) als Wirtsmaterial hergestellt wurde; für grüne Bereiche ist es ZnS:Tb, F, das durch Hinzufügen von Th (Terbium) und F (Fluor) als Ladungskompensationsmaterial zu ZnS erhalten wurde; für blaue Bereiche ist es SrS:Ce, K, das durch Hinzufügen von Ce (Cer) und K (Kalium) zu SrS (Strontiumsulfid) erhalten wurde.
Um die Leuchtschicht herzustellen, ist es möglich, eine CVD-Technik, eine HF-Sputtertechnik oder eine ALE(Atomschichtepitaxie)-Technik zu verwenden.
Um Wasserdampf zu beseitigen, der eine Beeinträchtigung der Leuchtschicht hervorruft, ist es erforderich, eine Wärmebehandlung der Leuchtschicht im Vakuum und im Bereich von 400 ºC bis 600 ºC auszuführen.
Nachfolgend wird die Beschreibung auf eine Pulverleuchtschicht gerichtet.
Eine Pulverleuchtschicht wird aus ZnS:Cu, Cl hergestellt, das durch Hinzufügen von Cu (Kupfer) und Cl (Chlor) als Hauptleuchtstoffmaterialien zu ZnS als Trägermaterial erzeugt wurde. Fluoreszenzmaterial wie ZnS:Cu, Cl, dessen Korngröße im Bereich von 5 µm bis 20 µm liegt, wird im Dielektrikum dispergiert, um eine Leuchtschicht mit einer Dicke von 50 µm bis 100 µm herzustellen.
Im Fall einer Pulverleuchtschicht beträgt die Intensität des an dieselbe angelegten Felds ungefähr 1 x 10&sup4; V/cm bis 3 x 10&sup4; V/cm. Da es unwahrscheinlich ist, dass ein elektrischer Durchschlag in der Leuchtschicht auftritt, kann eine Leuchtschicht 104 in Form einer Pulverleuchtschicht zwischen die transparente Elektrode 106 und die Rückseitenelektrode 102 eingefügt werden. D.h., dass die untere Isolierschicht 103 und die obere Isolierschicht 105 nicht notwendigerweise hergestellt werden müssen.
Die durch die Leuchtschicht erzielte Leuchtfarbe ist blaugrün, wenn ZnS:Cu, Cl als Hauptleuchtstoffmaterial verwendet wird, es ist grün, wenn ZnS:Cu, Al verwendet wird, oder sie ist gelb, wenn ZnS:Cu, Mn, Cl verwendet wird. Wie bei der Dünnfilm-Leuchtschicht ist es möglich, das Material abhängig von der Wellenlänge auszuwählen, bei der die fotoleitende Schicht 107 empfindlich ist.
Dann wird die obere Isolierschicht 105 auf der Dünnfilmschicht oder der Pulverleuchtschicht hergestellt, die durch den obigen Prozess hergestellt wurde.
Die obere Isolierschicht 105 wird so hergestellt, dass sie eine Laminatstruktur aus SiOx- und SiNx-Filmen aufweist. Der SiOx-Film wird in einem Mischgas aus Ar und O&sub2; (Sauerstoff) hergestellt, und der SiNx-Film wird in einem Mischgas aus Ar und N&sub2; hergestellt. Um diese Filme herzustellen, wird eine HF-Sputtertechnik verwendet.
Als Material für die obere Isolierschicht 105 kann anstelle von SiOx und SiNx auch BaTa&sub2;O&sub6; (Bariumtantaloxid), SrTiO&sub3; (Strontiumtitanoxid) oder Ta&sub2;O&sub5; (Tantaloxid) verwendet werden.
Danach wird die transparente Elektrode 106 mittels einer HF-Sputtertechnik auf im wesentlichen der gesamten Fläche des Substrats hergestellt, das aus dem Glassubstrat 101, der Rückseitenelektrode 102, der oberen Isolierschicht 103, der Leuchtschicht 104 und der oberen Isolierschicht 105 besteht. Die transparente Elektrode 106 besteht aus ITO.
Der vorstehend beschriebene Aufbau hat den Vorteil, dass das Lichtventil völlig unabhängig von der aus der Leuchtschicht 104 bestehenden Abrasterlicht-Signalquelle angesteuert werden kann.
Die aus dem EL-Element bestehende Leuchtschicht 104 kann mittels eines bipolaren Impulses angesteuert werden. Um einen Impuls mit einzelner Folarität zu verwenden, muss eine Strombegrenzungsschicht zwischen der Leuchtschicht 104 und der Rückseitenelektrode 102 vorhanden sein. Die Strombegrenzungsschicht ist ein dicker Film, der durch Dispergieren von MnO&sub2; (Mangandioxid) in einem Bindeharz hergestellt wird. Die Dicke der Schicht beträgt 1 µm bis 10 µm.
Danach wird ei Film aus a-Si:H durch eine Plasma-CVD-Technik auf der transparenten Elektrode 107 hergestellt. Dieser Film dient dazu, Licht von der als Abrasterlicht-Signalquelle dienenden Leuchtschicht 104 zu empfangen.
Als fotoleitende Schicht 107, deren Impedanz sich abhängig vom eingestrahlten Licht ändert, ist es möglich, Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;, CdS, a-SiC:H, a-SiD:H oder a- SiN:H zu verwenden.
Danach wird der dielektrische Spiegel 109 mittels einer EB-Aufdampftechnik auf der fotoleitenden Schicht 107 hergestellt, wobei die Lichtabschirmungsschicht 108 dazwischenliegt. Die dielektrische Schicht 109 ist ein mehrschichtiger Film, der aus einem abwechselnden Laminat eines TiO&sub2;-Films und eines SiO&sub2;-Films besteht.
Um zu verhindern, dass ein Leselichtstrahl 116 durch den dielektrischen Spiegel 109 zur fotoleitenden Schicht 107 ausleckt, ist die Lichtabschirmungsschicht 108 zwischen dem dielektrischen Spiegel 109 und der fotoleitenden Schicht 107 ausgebildet.
Die Lichtabschirmungsschicht 108 kann ein organischer Dünnfilm, in dem Kohlenstoff dispergiert ist, CdTe, oder Al&sub2;O&sub3;, auf das Ag stromlos plattiert ist, sein.
Auf der Rückseite des Glassubstrats 101, d.h. auf der Fläche, die von der Fläche abgewandt ist, auf der das EL-Element ausgebildet ist, ist ein Metallfilm 115 vorhanden, um Licht auszublenden, das von Quellen außer dem EL-Element eingestrahlt wird. Der Metallfum 115 wird aus Ag, Al oder Mo hergestellt. Anstelle des Metallfilms 115 kann ein Lichtabschirmungsfilm mit dispergiertem Pigment verwende werden, wie er als Farbfilter bei Flüssigkristalltafeln verwendet wird.
Auf dem dem Glassubstrat 101 gegenüberstehenden Glassubstrat 113 wird die Datenübertragungselektrode 112 hergestellt. Um die Elektrode 112 herzustellen, wird das Material ITO mittels einer Sputtertechnik aufgedampft und dann streifenförmig gemustert.
Auf den dielektrischen Spiegel 109 und die Datenübertragungselektrode 112 wird ein Polyimidfilm durch Schleuderbeschichtung aufgebracht und gesintert, um die Ausrichtungsfilme 110a und 119b zu erzeugen. Molekülausrichtung erfolgt an der Oberfläche der Ausrichtungsfilme 110a und 119b mittels einer Reibetechnik.
Dann werden die Glassubstrate 101 und 113 mittels eines (oder mehrerer) Abstandshalter (nicht dargestellt), so verklebt, dass die Datenübertragungselektrode 112 die als Abrasterlicht-Signalquelle dienende Leuchtschicht 104 rechtwinklig überkreuzt. Dann wird in den Raum zwischen den Glassubstraten ein Flüssigkristall eingespritzt und durch ein Abdichtelement 114 abgedichtet, um die Flüssigkristallschicht 111 auszubilden.
Der Flüssigkristall der Schicht 111 hat weit größere Impedanz als der als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 107, jedoch kleinere Impedanz als der nicht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 107. Daher wird beinahe das gesamte zwischen die Elektroden gelegte Datensignal an die Flüssigkristallschicht 111 angelegt. Im anderen Fall wird kein Datensignal an die Flüssigkristallschicht 111 angelegt.
Fig. 10 ist eine Ansicht, die schematisch eine Treibereinheit im Flüssigkristall-Lichtventil 100 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist keine Signal- und Zeitsteuersignal- Erzeugungseinheit dargestellt.
Wie dargestellt, bildet die Treibereinheit des Flüssigkristall-Lichtventils 100 ein Treiberarray 121 zum Ansteuern eines EL-Elements mit einem Abrastersignal, und eine Ansteuerschaltung 122 zum Ansteuern der Datenübertragungselektrode 112 im Lichtventil 100.
Der Aufbau einer Projektionsanzeigevorrichtung unter Verwendung des Flüssigkristall-Lichtventils 100 und der Betriebsmodus der Flüssigkristallschicht sind dieselben wie die bei der in Fig. 4 dargestellten Projektionsanzeigevorrichtung.
Beim fünften Ausführungsbeispiel ermöglicht es daher das Lichtventil, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzielen und die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verkleinern, ähnlich wie beim Lichtventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Darüber hinaus muss das Leuchtelementarray, wie ein LED-Array, nicht mit dem Lichtventil verbunden werden, so dass keine hochqualifizierte Technik, wie ein Positioniervorgang, erforderlich ist.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie dargestellt, ist das Flüssigkristall-Lichtventil 200 so ausgebildet, dass es Lichtwellenleiter 201 und 202, ein erstes 203, ein zweites Substrat 204, eine Mantelschicht 205, eine transparente Elektrode 206, ein Kopplungsharz 207, einen Metallfilm 208, eine fotoleitende Schicht 209, eine Lichtabschirmungsschicht 210, einen dielektrischen Spiegel 211, ein Glassubstrat 212, eine Datenübertragungselektrode 213, Ausrichtungsfilme 214a und 214b sowie eine Flüssigkristallschicht 215 aufweist.
Es ist möglich, als abrasterndes Lichtsignal das Lecklicht zu verwenden, das aus den Lichtwellenleitern 201 und 202 ausleckt.
Zunächst wird das Herstellverfahren für die Lichtwellenleiter 201 und 202 beschrieben.
Um den Lichtwellenleiter 201 herzustellen, werden auf dem ersten Substrat 203 durch eine Nassätztechnik Gräben ausgebildet. Genauer gesagt, wird ein Resist auf die beiden Flächen des ersten Substrats 203 aufgetragen und vorgesintert. Dann werden die sich ergebenden Filme belichtet, entwickelt und mit dem Träger gesintert. Auf einer Fläche wird zum Herstellen der Gräben eine Maske ausgebildet. Danach wird unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoffsäure ein Ätzprozess ausgeführt, und dann wird der Resist an den beiden Seiten abgehoben. Die sich ergebende Fläche verfügt auf einer Seite über streifenförmige Gräben.
Es ist möglich, anstelle der Nassätztechnik eine Trockenätztechnik wie eine Sputterätztechnik unter Verwendung von Ar-Gas sowie eine Ar-Ionenstrahl- Ätztechnik sowie mechanisches Abschleifen zum Herstellen der Gräben zu verwenden.
Der Lichtwellenleiter 201 verwendet als Material ein hochmolekulares Material, das leicht durch eine Fotolithografietechnik oder durch diesen bearbeitbar ist. Genauer gesagt, ist ein hoch wärmebeständiges Polyimid am besten geeignet, da es erforderlich ist, die Substrattemperatur bis auf 300 ºC zu erhöhen, wenn die fotoleitende Schicht 209 durch eine Plasma-CVD- Technik hergestellt ist.
Das in einem Lösungsmittel gelöste Polyimid wird durch eine Schleuderbeschichtungseinrichtung auf die mit Gräben ausgebildete Oberfläche des ersten Substrats 203 aufgetragen. Dann wird die sich ergebende Oberfläche einer Wärmebehandlung unterworfen. Ein Resist wird auf die wärmebehandelte Fläche aufgetragen. Die mit Resist versehene Fläche wird vorgesintert, belichtet, entwickelt und mit dem Träger zusammen gesintert, um eine Maske auf solche Weise herzustellen, dass die auf dem ersten Substrat 203 ausgebildeten Gräben bedeckt sind. Dann wird das aufgetragene Polyimid geätzt und der Resist wird von der Oberfläche abgehoben. Die endgültige Wärmebehandlung erfolgt an der sich ergebenden Fläche, um den Lichtwellenleiter 201 fertigzustellen.
Als Technik zum Ätzen des Polyimids wird ein Nassätzverfahren unter Verwendung eines Ätzmittels aus dem Hydrazin- und Hydratsystem ausgeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das verwendete Polyimid unempfindlich. Jedoch ermöglicht es die Verwendung empfindlichen Polyimids, die Schritte des Herstellprozesses für den Lichtwellenleiter zu verringern.
Polyimid verfügt über einen größeren Brechungsindex als das aus einer Faserplatte (später beschrieben) bestehende erste Substrat 203, so dass seitens des Substrats keine Mantelschicht erforderlich ist,
Auf dem Lichtwellenleiter 201 wird andererseits die aus ITO bestehende transparente Elektrode 206 hergestellt. Da die transparente Elektrode 206 einen größeren Brechungsindex als der Lichtwellenleiter 201 aufweist, ist es erforderlich, die Mantelschicht 205 bereitzustellen. Diese Mantelschicht 205 wird aus SiO&sub2;, d.h. einem dielektrischen Material mit kleinem Brechungsindex durch eine Sputtertechnik hergestellt.
Als anderes Verfahren zum Herstellen der Mantelschicht 205 wird zu deren Herstellung ein Polyimid mit kleinerem Brechungsindex als dem des zum Herstellen des Lichtwellenleiters 201 verwendeten genutzt. In diesem Fall ist es erforderlich, die Mantelschicht 205 so herzustellen, dass eine mäßige Menge an Licht aus dem Lichtwellenleiter 201 auslecken kann. Die geeignete Dicke der Mantelschicht liegt im Bereich von 50 Å bis 5.000 Å. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Mantelschicht 205 ungefähr 3.000 Å.
Wenn der Lichtwellenleiter 202 auf dem zweiten Substrat 204 hergestellt wird, ist es erforderlich, die Brechungsindizes des ersten Substrats 203, des zweiten Substrats 204, des Lichtwellenleiters 202 und des Kopplungsharzes 207 so anzupassen, dass sie einander gleich sind. D.h., dass das erste Substrat 203, damit aus dem Lichtwellenleiter 202 ausgelecktes Licht durch dieses hindurchläuft, denselben Brechungsindex wie der Lichtwellenleiter 202 oder einen größeren aufweisen muss. Ferner muss das zweite Substrat 204 einen kleineren Brechungsindex als der Lichtwellenleiter 202 aufweisen.
Um diesen Bedingungen zu genügen, ist es erforderlich, eine Faserplatte mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,53 für das erste Substrat 203, Quarz mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,457 für das zweite Substrat 204 sowie Polyimid mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,53 für den Lichtwellenleiter 202 auszuwählen. Das Kopplungsharz 207 sollte so ausgewählt werden, dass es einen Brechungsindex von ungefähr 1,48 aufweist, da es in Kontakt mit der Mantelschicht des Lichtwellenleiters 202 gelangt. In diesem Fall kann für den Lichtwellenleiter 201 ein Polyimid mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,61 verwendet werden.
Der Lichtwellenleiter 201 verfügt über dieselbe Breite wie der Lichtwellenleiter 202. Die Schrittweite zwischen benachbarten Lichtwellenleitern 201 ist doppelt so groß wie die Breite des Lichtwellenleiters 201. Ähnlich wie beim Lichtleiter 201 ist die Schrittweite zwischen benachbarten Lichtwellenleitern 202 doppelt so groß wie die Breite des Lichtwellenleiters 202. Der Lichtwellenleiter 201 verläuft in solcher Weise parallel zum Lichtwellenleiter 202, dass die Lichtwellenleiter 201 gegen die entsprechenden Lichtwellenleiter 202 jeweils um 1/2 der Schrittweite verschoben sind.
Um die Gräben im zweiten Substrat 204 aus Quarz herzustellen, ist es sehr wirkungsvoll, ein reaktives Ionenätz(RIE) Verfahren zu verwenden. Anstelle von CF&sub4; kann als Reaktionsgas ein Mischgas aus CF&sub4; und H&sub2;, ein Mischgas aus CF&sub4; und C&sub2;H&sub4;, C&sub2;F&sub5;, ein Mischgas aus C&sub2;F&sub6; und C&sub2;H&sub4;, C&sub3;F&sub8;, ein Mischgas aus C&sub3;F&sub8; und C&sub2;H&sub4;, -CHF&sub3; und C&sub4;F&sub8; verwendet werden. Außerdem ist es auch möglich, eine Sputterätztechnik unter Verwendung von Ar-Gas, eine Argonionenstrahl-Ätztechnik oder eine mechanische Abschleiftechnik zu verwenden.
Das Verfahren zum Herstellen des Lichtwellenleiters 202 ist dasselbe wie das oben ausgeführte für den Lichtwellenleiter 201.
An der Rückseite des zweiten Substrats 204, d.h. auf der Fläche, die von derjenigen Fläche abgewandt ist, auf der der Lichtwellenleiter 202 ausgebildet ist, wird der Metallfilm 208 zum Ausblenden von Licht hergestellt, wie es von irgendeinem Ort mit Ausnahme des Lichtwellenleiters zugeführt wird.
Der Metallfilm 208 kann aus Ag, Al oder Mo hergestellt werden. Anstelle des Metallfilms 208 kann ein Lichtabschirmungsfilm mit dispergiertem Pigment verwendet werden, wie er hauptsächlich für Farbfilter an einer Flüssigkristalltafel verwendet wird.
Nachfolgend wird die Beschreibung auf ein Verfahren zum Herstellen der über der Mantelschicht 204 liegenden Schichten gerichtet.
Auf der Mantelschicht 205 wird die aus ITO bestehene transparente Elektrode 206 durch eine Sputtertechnik hergestellt. Auf der transparenten Elektrode 206 wird das Material a-Si:H als fotoleitende Schicht 209, in der Licht vom Lichtwellenleiter 201 empfangen wird, mittels einer Plasma-CVD-Technik hergestellt.
Als fotoleitende Schicht 209, deren Impedanz sich abhängig von der Menge eingestrahlten Lichts ändert, ist es möglich, Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;, CdS, a-SiC:H, a- SiO:H oder a-SiN:H zu verwenden.
Danach wird die Lichtabschirmungsschicht 210 auf der fotoleitenden Schicht 209 hergestellt. Dann wird der dielektrische Spiegel 211 mittels einer EB- Aufdampftechnik hergestellt. Der dielektrische Spiegel 211 besteht aus einem mehrschichtigem Film aus einer TiO&sub2;-Schicht und einer SiO&sub2;-Schicht, die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind.
Um zu verhindern, dass Leselicht 216 durch den dielektrischen Spiegel 211 in die fotoleitende Schicht 209 ausleckt, ist es erforderlich, die Lichtabschirmungsschicht 210 zwischen dem dielektrischen Spiegel 211 und er fotoleitenden Schicht 209 anzuordnen. Es ist möglich, als Lichtabschirmungsschicht 210 einen organischen Dünnfilm mit dispergiertem Kohlenstoff, CdTe oder Al&sub2;O&sub3;, worauf Ag stromlos plattiert ist, zu verwenden.
Auf dem dem ersten Substrat 203 gegenüberstehenden Glassubstrat 212 ist die Datenübertragungselektrode 213 vorhanden. Um diese Elektrode 213 herzustellen, wird transparentes ITO mittels einer Sputtertechnik auf das Glassubstrat 212 gedampft und streifenförmig gemustert.
Auf dem dielektrischen Spiegel 211 und der Datenübertragungselektrode 213 werden die Ausrichtungsfilme 214a bzw. 214b durch Schleuderbeschichten von Polyimid und durch Sintern des aufgetragenen Films hergestellt. Dann erfolgt eine Molekülausrichtung an der Oberfläche der Ausrichtungsfilme 214a und 214b.
Dann werden das erste Substrat 203 und das Glassubstrat 212 mittels eines (oder mehrerer) Abstandshalter (nicht dargestellt) auf solche Weise miteinander verklebt, dass die Datenübertragungselektrode 213 die Abrasterlichtwellenleiter 201 rechtwinklig überkreuzt. Flüssigkristall wird in den Raum zwischen den beiden Substraten eingespritzt und abgedichtet, um die Flüssigkristallschicht 215 auszubilden.
Abschließend wird das erste Substrat 203, auf dem der Lichtwellenleiter 201 ausgebildet ist, geeignet in Bezug auf das zweite Substrat 204 positioniert, auf dem der Lichtwellenleiter 202 ausgebildet ist. Außerdem werden die beiden Substrate 203 und 204 mittels eines Verbindungsstoffs 207 miteinander verklebt. Wie oben angegeben, besteht das erste Substrat 203 aus einer Faserplatte und das zweite Substrat 204 besteht aus Quarz.
Der zum Herstellen der Flüssigkristallschicht 215 verwendete Flüssigkristall verfügt über größere Impedanz als der durch eingestrahltes Licht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 209 sowie über kleinere Impedanz als der nicht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 209.
Der Flüssigkristall der Schicht 215 verfügt über eine weit größere Impedanz als der als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 209. Daher wird fast das ganze zwischen die Elektroden gelegte Datensignal an die Flüssigkristallschicht 215 angelegt. Da jedoch die Flüssigkristallschicht 215 eine größere Impedanz als der nicht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 209 aufweist, wird kein Datensignal an die Flüssigkristallschicht 215 angelegt.
Wie beim Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ermöglicht es das Lichtventil gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzielen und die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verkleinern.
Beim bekannten Flüssigkristall-Lichtventil ist der Lichtwellenleiter auf einem Substrat ausgebildet. Demgemäß existiert ein Spalt zwischen benachbarten Abrasterlinien. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Lichtwellenleiter so auf zwei Substraten ausgebildet, dass der Spalt zwischen benachbarten Abrasterlinien verschwinden kann. Dies führt zu einer Zunahme der Anzahl der Abrasterlinien, was die Auflösung und die nummerische Apertur eines Flüssigkristall-Lichtventils verbessert.
Wenn das erste Substrat 203 aus Glas besteht, weitet sich das aus dem Lichtwellenleiter 202 ausleckende Lichtsignal auf, während es durch das erste Substrat 203 läuft. Dies führt zu einer Verringerung der Lichtmenge an den Abrasterlinien. Ferner kann Übersprechen auftreten, wenn das Lichtsignal in eine benachbarte Abrasterlinie ausleckt. Um diese Nachteile zu verhindern, besteht beim Flüssigkristall-Lichtventil des sechsten Ausführungsbeispi eis das erste Substrat 203 aus einer Faserpiatte. Die Verwendung der Faserpiatte ermöglicht es, das aus dem Lichtwellenleiter 202 herrührende Lichtsignal in der Richtung rechtwinklig nachoben (Richtung entgegengesetzt zur Laufrichtung des in Fig. 11 dargestellten Leselichts) zu übertragen, ohne dass sich das Lichtsignal in horizontaler Richtung aufweitet.
Fig. 12 zeigt schematisch die Treibereinheit des in Fig. 11 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventils 200.
Wie dargestellt, bildet die Treibereinheit ein LED-Array 221 für ein Abrastersignal sowie eine Ansteuerschaltung 222 zum Ansteuern der Datenübertragungselektrode 213. Anstelle des LED-Arrays 221 kann ein Haibleiterlaserarray verwendet werden.
Das LED-Array 221 ist so mit dem Flüssigkristall-Lichtventil 200 verbunden, das ein Lichtimpulssignal vom LED-Array 221 in das Flüssigkristall-Lichtventil 200 geführt werden kann.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Anschluss des in Fig. 12 dargestellten LED-Arrays 221 im Detail zeigt.
Wie dargestellt, besteht das in Fig. 12 gezeigte LED-Array 221 aus LED- Arrays 221a und 221b. Die von den LED-Arrays 221a und 221b emittierten Lichtsignale werden durch optische Prismen 223a bzw. 223b zu den Lichtwellenleitern 225a bzw. 225b geführt. Die Lichtwellenleiter 225a und 225b entsprechen den Lichtwellenleitern 201 bzw. 202 beim in Fig. 11 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventil.
D.h., dass für den oberen und den unteren Abrasterlichtwellenleiter jeweils ein Paar aus einem LED-Array und einem optischen Prisma vorhanden ist. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist in Fig. 13 nur der obere und der untere Lichtwellenleiter 225a und 225b dargestellt, d.h., dass die anderen Komponenten des Lichtventils nicht veranschaulicht sind.
Ohne Verwendung der optischen Prismen 223a und 223b wird jedes Ende der Lichtwellenleiter 225a und 225b direkt mit jeder Leuchtebene der LED-Arrays 221a und 221b verbunden.
224a und 224b bezeichnen Reflexionsspiegel, die dazu dienen, Licht an den Enden der Lichtwellenleiter 225a und 225b zu reflektieren, um das Licht wirksam in die fotoleitenden Schicht des Flüssigkristall-Lichtventils 200 zu führen. Diese Spiegel bestehen aus Al oder Ag.
Der Aufbau der das Fiüssigkristall-Lichtventil 200 verwendenden Projektions-Bildanzeigevorrichtung sowie der Betriebsmodus der Flüssigkristallschicht sind dieselben wie bei der in Fig. 4 dargestellten Projektionsanzeigevorrichtung.
Nun wird die Beschreibung auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die schematisch das Flüssigkristall-Lichtventil des siebten Ausführungsbeispiels zeigt.
Bei diesem Flüssigkristall-Lichtventil ist eine Leuchtschicht aus einem EL- Element anstelle des unteren Lichtwellenleiters 202 verwendet, der als Abrasterlicht-Signalquelle dient und im in Fig. 11 dargestellten Flüssigkristall-Lichtventil 200 vorhanden ist.
Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ist das Flüssigkristall-Lichtventil 300 so ausgebildet, dass es eine Faserplatte 301, einen Lichtwellenleiter 302, eine Hintergrundelektrode 303, ein Glassubstrat 304, eine untere Isolierschicht 305, eine Leuchtschicht aus einem EL-Element 306, eine obere Isolierschicht 307, eine transparente Elektrode 308, ein Kopplungsharz 309, eine Mantelschicht 310, eine transparente Elektrode 311, einen Metallfilm 312, eine fotoleitende Schicht 313, eine Lichtabschirmungsschicht 314, einen dielektrischen Spiegel 315, ein Glassubstrat 316, eine Datenübertragungselektrode 317, Ausrichtungsfilme 318a und 318b sowie eine Flüssigkristallschicht 319 aufweist.
Nun wird die Beschreibung auf ein Verfahren zum Herstellen des Flüssigkristall--Lichtventils 300 gerichtet.
Das Flüssigkristall-Lichtventil 300 wird so hergestellt, dass es eine Schichtstruktur aufweist, bei der die Leuchtschicht 306 zwischen der oberen und unteren Isolierschicht 305 und 307 liegt, damit das EL-Element auf stabile Weise Licht ausgeben kann.
Als erstes wird die Rückseitenelektrode 303 auf dem Glassubstrat 304 hergestellt. Der Herstellprozess umfasst die Schritte des Abscheidens eines Al- Films durch eine EB-Aufdampftechnik, das Ätzen des Al-Films und das Mustern des geätzten Films in Streifenform. Anstelle von Al kann Ti oder Mo verwendet werden.
Zwischen der Rückseitenelektrode 303 und der transparenten Elektrode 308 sind Isolierschichten zum Anlegen eines stabilen, hohen elektrischen Felds an die Leuchtschicht 306 erforderlich. Genauer gesagt, wird eine untere Isolierschicht 305 auf der Seite der Rückseitenelektrode 303 und eine obere Isolierschicht 307 auf der Seite der transparenten Elektrode 308 hergestellt.
Die untere Isolierschicht 305 verwendet eine Laminatstruktur aus einer Al&sub2;O&sub3;-Schicht und einer weiteren SiNx-Schicht, die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind. Die Al&sub2;O&sub3;-Schicht wird mittels einer HF-Sputtertechnik in einer Ar-Atmosphäre mit einem Al&sub2;O&sub3;-Target hergestellt, und die SiNx- Schicht wird in einem Mischgas aus Ar und N&sub2; mit einem Si-Target bergestellt.
Danach wird auf die untere Isolierschicht 305 die aus einem EL-Element bestehende Leuchtschicht auflaminiert. Die Leuchtschicht 306 wird aus einer Dünnfilm-Leuchtschicht oder einer Pulverleuchtschicht mit einem in einem Dielektrikum dispergierten Fluoreszenzmaterial hergestellt. Dann wird die obere Isolierschicht 307 auf der Leuchtschicht 306 hergestellt.
Die obere Isolierschicht 307 wird so hergestellt, dass sie eine Laminatstruktur aufweist, die aus einer SiOx-Schicht und einer weiteren SiNx- Schicht besteht, die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind. Die SiOx- Schicht wird durch eine HF-Sputtertechnik in einem Mischgas aus Ar und O&sub2; mit einem Si-Target hergestellt, und die SiNx-Schicht wird in einem Mischgas aus Ar und N&sub2; mit einem Si-Target hergestellt.
Anstelle von SiOx und SiNx kann das zum Herstellen der oberen Isolierschicht 307 verwendete Material BaT&sub2;O&sub6;, SrTiO&sub6; oder Ta&sub2;O&sub5; sein.
Danach wird die transparente Elektrode 306 mittels einer HF-Sputtertechnik auf der oberen Isolierschicht 307 hergestellt. Das Material der Elektrode 308 ist ITO.
Die vorstehend beschriebene Anordnung hat den Vorteil, dass das Lichtventil völlig unabhängig von der als Abrasterlichtsignalquelle dienenden Leuchtschicht 306 betrieben werden kann, wenn die transparente Elektrode 304 mit Masse verbunden wird.
Die aus dem EL-Element bestehende Leuchtschicht 306 wird durch einen bipolaren Impuls, d.h. einen Wechselstrom angesteuert. Wenn zwischen der Leuchtschicht 306 und der Hintergrundelektrode 303 eine Strombegrenzungsschicht vorhanden ist, kann die Leuchtschicht 306 durch einen Impuls mit einer einzigen Polarität, d.h. durch einen Gleichstrom angesteuert werden. Die Strombegrenzungsschicht ist ein aus einem Binderharz mit darin dispergiertem MnO&sub2; hergestellter dicker Film. Die Dicke der Schicht beträgt 1 µm bis 10 µm.
Nachfolgend wird die Beschreibung auf ein Verfahren zum Herstellen des Lichtwellenleiters 302 gerichtet.
Um den Lichtwellenleiter 302 herzustellen, werden Gräben für diesen Lichtwellenleiter mittels einer Nassätztechnik in der Faserplatte 301 ausgebildet. D.h., dass auf die beiden Flächen der Faserplatte 301 ein Resist aufgetragen wird. Der aufgetragene Resist wird vorgesintert, belichtet, entwickelt und mit dem Träger gesintert, um eine Maske auf einer der Flächen auszubilden. Danach wird ein Ätzvorgang auf der Maske unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoffsäure ausgeführt und der Resist wird von der Oberfläche abgehoben, wodurch die streifenförmigen Gräben an der Oberfläche fertiggestellt sind.
Anstelle der Nassätztechnik zum Herstellen der Gräben kann eine Trockenätztechnik wie ein Sputterätzen auf Grundlage von Ar-Gas oder eine Argonionenstrahl-Ätztechnik oder eine mechanische Abschleiftechnik verwendet werden.
Der Lichtwellenleiter 302 verwendet als Material ein hochmolekulares Material, das durch eine Fotolithografietechnik oder eine Gießtechnik leicht bearbeitet werden kann. Genauer gesagt, ist ein hochwärmebeständiges Polyimid am geeignetsten, da es erforderlich ist, die Substrattemperatur bis auf 300 ºC zu erhöhen, wenn die fotoleitende Schicht 313 durch eine Plasma- CVD-Technik hergestellt wird.
Das in einem Lösungsmittel gelöste Polyimid wird mittels einer Schleuderbeschichtungseinrichtung auf die mit Gräben versehene Oberfläche des ersten Substrats 301 aufgetragen. Dann wird die sich ergebende Fläche einer Wärmebehandlung unterworfen. Auf die wärmebehandelte Fläche wird ein Resist aufgetragen. Die mit Resist versehene Oberfläche wird vorgesintert, belichtet, entwickelt und mit dem Träger gesintert, um eine Maske auf solche Weise auszubilden, dass die auf dem ersten Substrat 301 ausgebildeten Gräben bedeckt sind. Dann wird das aufgetragene Polyimid geätzt und der Resist wird von der Oberfläche abgehoben. Für die sich ergebende Fläche wird eine abschließende Wärmebehandlung ausgeführt, um den Lichtwellenleiter 302 fertigzustel len.
Als Technik zum Ätzen des Polyimids wird ein Nassätzverfahren unter Verwendung eines Ätzmittels aus dem Hydrazin- und Hydratsystem verwendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das verwendete Polyimid unempfindlich. Jedoch ermöglicht es die Verwendung eines empfindlichen Polyimids, die Schritte im Herstellprozess für den Lichtwellenleiter zu verringern.
Die aus ITO bestehende transparente Elektrode 311, die auf dem Lichtwellenleiter 301 hergestellt wird, weist einen größeren Brechungsindex als der Lichtwellenleiter 302 auf, so dass die Mantelschicht 310 hergestellt werden muss. Diese Mantelschicht 310 wird aus SiO&sub2;, d.h. einem dielektrischen Material mit niedrigem Brechungsindex mittels einer Sputtertechnik mit Vorspannung hergestellt.
Bei einem anderen Verfahren zum Herstellen der Mantelschicht 310 weist das Polyimid zum Herstellen dieser Mantelschicht 310 einen kleineren Brechungsindex als das zum Herstellen des Lichtwellenleiters 302 verwendete Polyimid auf. In diesem Fall ist es erforderlich, die Mantelschicht 310 so herzustellen, dass eine mäßige Lichtmenge aus dem Lichtwellenleiter 302 auslecken kann. Die geeignete Dicke der Mantelschicht liegt im Bereich von 50 Å. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Mantelschicht 310 ungefähr 3.000 Å.
Der Lichtwellenleiter 302 weist dieselbe Breite wie die Rückseitenelektrode 303 auf. Die Schrittweite zwischen benachbarten Lichtwellenleitern 302 ist doppelt so groß wie die Breite eines Lichtwellenleiters 302. Ähnlich wie beim Lichtwellenleiter 302 ist die Schrittweite zwischen benachbarten Rückseitenelektroden 302 doppelt so groß wie die Breite einer Rückseitenelektrode 303. Der Lichtwellenleiter 302 verläuft auf solche Weise parallel zur Rückseitenelektrode 303, dass die Lichtwellenleiter 302 gegen die entsprechenden Rückseitenelektroden 303 jeweils um 1/2 der Schrittweite verschoben sind.
An der Rückseite des zweiten Substrats 304, d.h. auf derjenigen Fläche, die der Fläche abgewandt ist, auf der die Rückseitenelektrode 303 ausgebildet ist, wird der Metallfilm 312 zum Ausblenden des Lichts hergestellt, das von irgendeinem Ort mit Ausnahme des Lichtwellenleiters zugeführt wird.
Der Metallfilm 312 kann aus Ag, Al oder Mo hergestellt werden. Es ist möglich, anstelle eines Metallfilms 312 einen Lichtabschirmungsfilm mit einem dispergierten Pigment zu verwenden, wie er hauptsächlich als Farbfilter bei einer Flüssigkristalltafel verwendet wird.
Nachfolgend wird die Beschreibung auf ein Verfahren zum Herstellen der über der Mantelschicht 310 liegenden Schichten gerichtet.
Auf der Mantelschicht 310 wird die aus ITO bestehende transparente Elektrode 311 durch eine Sputtertechnik abgeschieden. Auf der transparenten Elektrode 311 wird das Material a-Si:H durch eine Plasma-CVD-Technik abgeschieden, das für die fotoleitende Schicht 313 verwendet wird, in der Licht vom Lichtwellenleiter 302 und dem EL-Element empfangen wird.
Als fotoleitende Schicht 313, deren Impedanz sich abhängig vom eingestrahlten Licht ändert, ist es msglich Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;, CdS, a-SiC:H, a-SiO:H oder a- SiN:H zu verwenden.
Danach wird die Lichtabschirmungsschicht 314 auf der fotoleitenden Schicht 313 hergestellt. Dann wird der dielektrische Spiegel 315 mittels einer EB- Aufdampftechnik hergestellt. Der dielektrische Spiegel 315 besteht aus einem mehrschichtigen Film aus einer TiO&sub2;-Schicht und einer anderen SiO&sub2;- Schicht, die abwechselnd aufeinanderlaminiert sind.
Um zu verhindern, dass Leselicht 320 durch den dielektrischen Spiegel 315 in die fotoleitende Schicht 313 einleckt, ist es erforderlich, die Lichtabschirmungsschicht 314 zwischen dem dielektrischen Spiegel 315 und der fotoleitenden Schicht 313 anzuordnen. Es ist möglich, als Lichtabschirmungsschicht 314 einen organischen Dünnfilm mit dispergiertem Kohlenstoff, CdTe oder Al&sub2;O&sub3;, worauf Ag stromlos plattiert ist, zu verwenden.
Auf dem der Faserplatte 301 gegenüberstehenden Glassubstrat 316 ist die Datenübertragungselektrode 317 vorhanden. Um diese Elektrode 317 herzustellen, wird transparentes ITO, das mittels einer Sputtertechnik auf das Glassubstrat 316 gedampft wurde, streifenförmig gemustert.
Auf dem dielektrischen Spiegel 315 und der Datenübertragungselektrode 317 werden durch Schleuderbeschichten von Polyimid und Sintern des aufgetragenen Films die Ausrichtungsfilme 318a bzw. 318b hergestellt. Dann erfolgt eine Molekülausrichtung an der Oberfläche der Ausrichtungsfilme 318a und 318b.
Nach dem Herstellen der Ausrichtungsfilme 318a und 318b werden die Faserplatte 301 und das Glassubstrat 316 über einen (oder mehrere) Abstandshalter (nicht dargestellt) auf solche Weise miteinander verklebt, dass die Datenübertragungselektrode 317 den Lichtwellenleiter 302 rechtwinklig überkreuzt. In den Raum zwischen den beiden Substraten wird ein Flüssigkristall eingespritzt und dieser wird abgedichtet, um die Flüssigkristallschicht 319 zu erzeugen.
Abschließend wird die Faserplatte 301, auf der der Lichtwellenleiter 302 ausgebildet ist, geeignet in Bezug auf das Glassubstrat 304 positioniert, auf dem die Leuchtschicht 306 ausgebildet ist. Die beiden Teile 301 und 304 werden durch einen Verbindungsstoff 309 miteinander verklebt.
Der zum Herstellen der Flüssigkristallschicht 319 verwendete Flüssigkristall weist größere Impedanz als der durch eingestrahltes Licht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitende Schicht 313 auf, aber kleinere Impedanz als der nicht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 313. Demgemäß wird beinahe das gesamte zwischen die Elektroden gelegte Datensignal an die Flüssigkristallschicht 319 angelegt. Da jedoch der nicht als Abrasterlinie ausgewählte Teil der fotoleitenden Schicht 313 eine größere Impedanz als die Flüssigkristallschicht 319 aufweist, wird kein Datensignal an die Flüssigkristallschicht 319 angelegt.
Wie beim Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ermöglicht es das Lichtventil gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzielen und die Gesamtgröße der Vorrichtung zu verringern.
Beim bekannten Flüssigkristall-Lichtventil ist der Lichtwellenleiter auf einem Substrat ausgebildet. Demgemäß existiert ein Spalt zwischen benachbarten Abrasterlinien. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch Lichtwellenleiter auf zwei Substraten ausgebildet, so dass der Spalte zwischen benachbarten Abrasterlinien verschwinden kann. Dies führt zu einer Erhöhung der Anzahl an Abrasterlinien, was die Auflösung und die nummerische Apertur des Lichtventils verbessert.
Wenn ein Glassubstrat anstelle der Faserplatte 301 verwendet wird, weitet sich das aus der Leuchtschicht 306 ausleckende Licht auf, während es durch das Glassubstrat läuft. Dies führt zu einer Verringerung der Lichtmenge an den Abrasterlinien. Ferner kann über Übersprechen auftreten, wenn das Lichtsignal in eine benachbarte Abrasterlinie einleckt. Um diese Nachteile zu verhindern, besteht beim Flüssigkristall-Lichtventil des sechsten Ausführungsbeispiels das Substrat aus der Faserplatte 301. Die Verwendung der Faserplatte ermöglicht es, das aus der Leuchtschicht 306 herkommende Lichtsignal in vertikaler Richtung nach oben (in der Richtung entgegengesetzt zur Laufrichtung des in Fig. 14 dargestellten Leselichts) zu übertragen, ohne dass sich das Lichtsignal in horizontaler Richtung aufweitet.
Beim Lichtventil gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel verwendet der als Abrasterlichtsignalquelle dienende untere Lichtwellenleiter die aus einem EL-Element bestehende Leuchtschicht 306. Auf ähnliche Weise kann der als Abrasterlichtsignalquelle dienende obere Lichtwellenleiter eine aus einem EL-Element bestehende Leuchtschicht verwenden. Auch können sowohl der obere als auch der untere Lichtwellenleiter Leuchtschichten verwenden, die jeweils aus einem EL-Element bestehen. In jedem Fall kann das Lichtelement korrekt arbeiten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein streifenförmiges EL-Element mit Stoßanregung als Abrasterlinie verwendet. Statt dessen kann ein EL-Element vom Injektionstyp verwendet werden. Als Beispiel für ein EL-Element vom Injektionstyp ist es möglich, ein pin-Element mit einer Leuchtschicht aus a-SiC:H zu verwenden.
Der Aufbau einer Projektionsanzeigevorrichtung unter Verwendung des Flüssigkristall-Lichtventils 300 sowie der Betriebsmodus der im Lichtventil 300 vorhandenen Flüssigkristallschicht sind dieselben wie bei der in Fig. 4 dargestellten Projektions-Bildanzeigevorrichtung und deren Flüssigkristallschicht. Demgemäß kann das Flüssigkristall-Lichtventil 300 bei einer Projektionsanzeigevorrichtung mit hohem Kontrast und hoher Auflösung verwendet werden.
Nun wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 15 auf ein Flüssigkristall-Lichtventil gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Das Lichtventil des achten Ausführungsbeispiels ist so ausgebildet, dass das Lichtventil gemäß dem ersten bis dem siebten Ausführungsbeispiel auf ein zweidimensionales Funktionselement angewandt sind.
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die ein Lichtbetätigungsverfahren für den Fall zeigt, dass das Flüssigkristall-Lichtventil gemäß dem achten Ausführungsbeispiel bei einem zweidimensionalen Lichtfunktionselement angewandt ist.
Wie dargestellt, ist das Flüssigkristall-Lichtventil 471 so ausgebildet, dass es dieselben Komponenten wie die Lichtventile 10 bis 300 gemäß dem ersten bis siebten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 1, 5, 7, 9, 11 und 14) aufweist, mit Ausnahme des Metallfilms 15, 45, 85, 115, 208 und 312. 474 bezeichnet eine Polarisationsplatte, die an jeder Fläche des Lichtventils 471 in Form gekreuzter Nicols vorhanden ist.
Das Flüssigkristall-Lichtventil 471 verwendet als Flüssigkristallschicht einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit Speicherfunktion. Statt dessen kann als speichernder Flüssigkristall ein solcher vom Gast-Wirts-Typ oder vom Phasenänderungstyp verwendet werden.
Ähnlich wie die Flüssigkristall-Lichtventil 10, 40, 80, 100, 200 und 300 gemäß dem ersten bis siebten Ausführungsbeispiel ermöglicht es das Flüssigkristall-Lichventil 474, ein Bild mit hohem Kontrast zu erzeugen.
Nachfolgend wird die Beschreibung auf ein Lichtbetriebsverfahren für den Fall gerichtet, dass das Flüssigkristall-Lichtventil 471 als zweidimensionales Lichtfunktionselement verwendet wird.
Als erstes wird ein zweidimensionaler Datenwert mittels eines LED-Abrastersignals und eines Datensignals in das Lichtventil 471 eingeschrieben.
Fig. 15 zeigt einen Zustand, in dem der Bilddatenwert "-" 472 in das Lichtventil 471 eingeschrieben ist. D.h., dass, da die Flüssigkristallschicht des Lichtventils 471 aus einem Flüssigkristall vom Speichertyp besteht, wie oben angegeben, der eingeschriebene Bilddatenwert "-" 72, in der Flissig kristallschicht eingespeichert wird.
Danach kann, wenn eine andere Art von Bilddatenwert, nämlich "+" 473, von einer Seite her (von links in Fig. 15) mittels eines Infrarotlichtstrahls in das Lichtventil 471 eingegeben wird, der den Datenwert "+" 473 darstellende Infrarotlichtstrahl durch die fotoleitende Schicht im Lichtventil 471 hindurchlaufen, da die aus a-Si:H bestehende fotoleitende Schicht die Eigenschaft hat, dass sie Infrarotlichtstrahlen durchlässt. Der durchgestrahlte Lichtstrahl wird durch die Polarisationsplatte 474 in demjenigen Teil des Flüssigkristalls ausgeblendet, in dem der Datenwert "-" 472 abgespeichert ist. Demgemäß ist der durchgelassene Lichtstrahl 475 so ausgewählt, dass der Datenwert "-" 472 aus dem Datenwert "+" 473 ausgeschlossen ist. Dies führt dazu, dass es erreicht ist, dass das Flüssigkristall-Lichtventil 471 des achten Ausführungsbeispiels für zweidimensionalen Lichtbetrieb oder für zweidimensionale Bildprüfung gilt.
Es können viele stark verschiedene Ausführungsformen der Erfindung geschaffen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die in der Beschreibung beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern durch das, was in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Flüssigkristall-Lichtventil zum Erzeugen eines Bilds auf Datensignale hin, mit:

- einem ersten Substrat (12a, 42, 82a, 101, 203, 301) mit einer ersten transparenten Elektrodeneinrichtung (13, 43, 83, 106, 206, 308, 311) auf ihm;

- einem zweiten Substrat (12b, 42b, 82b, 113, 212, 316) mit einer zweiten transparenten Elektrodeneinrichtung auf ihm;

- einer Flüssigkristallschicht (21, 51, 91, 111, 215, 319) zwischen dem ersten und zweiten Substrat;

- einer fotoleitenden Schicht (16, 46, 86, 107, 209, 313), die so ausgebildet ist, dass sich ihre Impedanz auf auf sie auftreffendes Licht hin ändert, und die zwischen der Flüssigkristallschicht und dem ersten Substrat angeordnet ist;

- einer Vielzahl von Lichtwellenleitern (11, 41, 63, 81, 201, 202, 302), die auf derselben Seite des ersten Substrats wie die Flüssigkristallschicht angeordnet sind und die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken;

dadurch gekennzeichnet, dass die zweite transparente Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden aufweist, die sich entlang einer die erste Richtung schneidenden Richtung erstrecken; dass eine Zuführeinrichtung für ein optisches Abrastersignal mit den Lichtwellenleitern verbunden ist, um im Gebrauch Licht in die fotoleitende Schicht zu emittieren;

und dass eine Datensignal-Liefereinrichtung mit den zweiten Elektroden verbunden ist, um im Gebrauch Datensignale an die zweiten Elektroden anzulegen.

2. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl von Lichtwellenleitern auf dem ersten Substrat ausgebildet ist und die erste transparente Elektrodeneinrichtung streifenförmig gemustert ist.

3. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 2, bei dem die erste transparente Elektrodeneinrichtung eine Vielzahl streifenförmiger Elektroden aufweist, die sich parallel zu den Lichtwellenleitern erstrecken.

4. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem jeder der Lichtwellenleiter ein hochmolekularer Lichtwellenleiter ist und die fotoleitende Schicht zwischen dem ersten Substrat und der Vielzahl von Lichtwellenleitern liegt.

5. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem jeder der Lichtwellenleiter aus einem Elektrolumineszenzelement mit einer Leuchtschicht und zwei diese Leuchtschicht einbettenden Isolierschichten sowie einer Rickseitenelektrode besteht.

6. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem das ferner ein drittes Substrat (204, 304) aufweist, das auf dem ersten Substrat (203, 301) auf derjenigen Seite angeordnet ist, die von der ersten transparenten Elektrodeneinrichtung (206, 311) abgewandt ist, wobei die Lichtwellenleiter in zwei Gruppen unterteilt sind, die auf dem ersten bzw. dritten Substrat ausgebildet sind.

7. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 6, bei dem das erste Substrat aus einer Faserplatte besteht.

8. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 6, bei dem die Lichtwellenleiter mindestens einer Gruppe Elektrolumineszenzelemente sind.

9. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem die Zuführeinrichtung für das optische Abrastersignal ein Lichtemissionsdiodenarray aufweist, das an einem Ende der Lichtwellenleiter angeordnet ist, um das Abrasterlichtsignal in die Lichtwellenleiter einzuleiten.

10. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem die Zuführeinrichtung für das optische Abrastersignal ein Halbleiterlaser aufweist, das an einem Ende der Lichtwellenleiter angeordnet ist, um das Abrasterlichtsignal in die Lichtwellenleiter einzuleiten.

11. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 1, bei dem der Wellenleiter ein Elektrolumineszenzelement aufweist und die Zuführeinrichtung für das optische Abrastersignal ein Treiberarray zum Ansteuern des Elektrolumineszenzelements aufweist.

12. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 3, bei dem die erste Elektrode parallel zu den Streifen der Vielzahl von Lichtwellenleitern verläuft und gegen diese um eine halbe Schrittweite verschoben ist.

13. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 7, bei dem Lichtwellenleiter auf dem ersten Substrat und Lichtwellenleiter auf dem dritten Substrat jeweils mit einer Schrittweite angeordnet sind, die das Doppelte der Breite eines Lichtwellenleiters ist, und dass die Lichtwellenleiter auf dem ersten Substrat und die Lichtwellenleiter auf dem dritten Substrat um eine halbe Schrittweite gegeneinander versetzt sind.

14. Flüssigkristall-Lichtventil nach Anspruch 13, bei dem die Brechungsindizes des ersten Substrats und des dritten Substrats sowie der Lichtwellenleiter einander gleich sind, wobei der Brechungsindex des ersten Substrats mit dem Brechungsindex der Lichtwellenleiter auf dem dritten Substrat übereinstimmt oder größer ist.