DE69331647T2

DE69331647T2 - Lichtventilvorrichtung und Anzeigesystem, das diese benutzt

Info

Publication number: DE69331647T2
Application number: DE69331647T
Authority: DE
Inventors: Yoshito Miyatake; Hideki Ohmae; Hiroshi Takahara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: EP0572996A2; JPH05341269A; DE69331560D1; EP0572996B1; EP0864908A2; US5712693A; EP0572996A3; EP0864908A3; DE69331647D1; DE69331560T2; EP0864908B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtventilvorrichtung zum Erzeugen eines optischen Bildes in der Form von Änderungen des Lichtstreuungszustandes und auf ein Anzeigesystem, das die Lichtventilvorrichtung verwendet.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Um ein Bild auf einem großen Bildschirm zu erhalten, ist ein Verfahren wohlbekannt, bei dem ein optisches Bild, das einem Bildsignal entspricht, auf einem Lichtventil erzeugt wird und Licht auf das optische Bild gerichtet wird, um somit das optische Bild in einem vergrößerten Maßstab mittels einer Projektionslinse auf den Bildschirm zu projizieren. Seit kurzem erhält ein Projektionsanzeigesystem, das eine Flüssigkristalltafel als Lichtventil verwendet, viel Aufmerksamkeit.
Es sind verschiedene Arten von Flüssigkristalltafeln bekannt, bei denen Erscheinungen der elektrischen Änderungen der optischen Eigenschaften Änderungen der optischen Rotation, Änderungen der Doppelbrechung, Änderungen des Lichtstreuungszustands und Änderungen der Lichtabsorption umfassen. Ein Projektionsanzeigesystem auf der Basis einer Erscheinung, bei der die optische Drehung eines verdreht nematischen (TN) Flüssigkristalls sich entsprechend einem elektrischen Feld ändert, ist bereits im Handel erhältlich. Eine Flüssigkristalltafel, die den TN-Flüssigkristall verwendet, sollte an ihren Eintritts- und Auftrittsseiten mit einem Paar Polarisatoren für die Modulation von Licht versehen sein, was zu einem geringen Lichtnutzungsgrad führt. Indessen muß der TN-Flüssigkristall in einem vorgegebenen Zustand ausgerichtet sein. Daher sollte ein Ausrichtungsfilm vorgesehen sein, der poliert werden muß. Flüssigkristalltafeln zur Erzeugung eines optischen Bildes in der Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands verwenden z. B. einen thermischen Schreibmodus, einen dynamischen Streuungsmodus, einen Polymerdispersions-Flüssigkristall und einen ferroelektrischen Flüssigkristall. Ferner ist bekannt, dass ein optisches Bild in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustandes auch in durchscheinenden Keramiken (PLZT) erzeugt werden kann, die erhalten werden durch Zugeben von Lanthanoxid und einer Feststofflösung von Zirkon-Blei-Titanat. Flüssigkristalltafeln, die Änderungen des Lichtstreuungszustandes verwenden, haben erwartungsgemäß eine große optische Ausgangsleistung, da es im Gegensatz zum TN-Flüssigkristall nicht erforderlich ist, den Polarisator vorzusehen, um das Licht zu modulieren, und können relativ leicht hergestellt werden, da es nicht erforderlich ist, den Ausrichtungsfilm zu polieren.
Die Fig. 17(a) und 17(b) zeigen die Grundstruktur und das operative Modell einer bekannten Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel. Eine Polymerdispersions-Flüssigkristallage 3 ist zwischen den Glassubstraten 1 und 2 eingeschlossen, die jeweils eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen. Transparente Elektroden 4 und 5 sind an den Innenflächen der Glassubstrate 1 bzw. 2 vorgesehen. In der Polymerdispersions-Flüssigkristallage 3 sind Flüssigkristalle 7 in Form von Wassertropfen im Polymerharz 8 dispergiert. Der Brechungsindex für gewöhnliche Strahlen in den Flüssigkristallen 7 ist im wesentlichen identisch mit demjenigen im Polymerharz 8.
Wenn keine Spannung an der Flüssigkristallage 3 anliegt, sind die Flüssigkristallmoleküle 9 der Flüssigkristalle 7 zufällig ausgerichtet, wie in Fig. 17(a) gezeigt ist. Wenn ein Lichtstrahl 10 zu diesem Zeitpunkt senkrecht auf die Flüssigkristallage 3 auftrifft, erfährt der Lichtstrahl 10 unterschiedliche Brechungsindizes an einer Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall 7 und dem Polymerharz 8. Somit wird der Lichtstrahl 10 an der Grenzfläche wiederholt gebrochen und anschließend als gestreutes Licht abgegeben.
Wenn im Gegensatz hierzu eine ausreichend hohe Spannung an die Flüssigkristallage 3 angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle 9 der Flüssigkristalle 7 in einer Richtung senkrecht zu den Glassubstraten 1 und 2 ausgerichtet, wie in Fig. 17(b) gezeigt ist. Folglich wird der Brechungsindex für den Lichtstrahl 10 in den Flüssigkristallen 7 identisch mit demjenigen im Polymerharz 8, so dass der Lichtstrahl 10 linear vorrückt, ohne gestreut zu werden, und ausgegeben wird.
Fig. 18 zeigt ein Beispiel eines Projektionsanzeigesystems, das eine Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel verwendet. Das von einer Lampe 11 ausgesendete Licht wird von einem konkaven Spiegel 12 konvergiert, um auf eine Flüssigkristalltafel 13 aufzutreffen. Die Flüssigkristalltafel 13 wird von einer Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel gebildet und enthält eine Polymerdispersions-Flüssigkristallage 17, die zwischen den Glassubstraten 15 und 16 eingeschlossen ist. Pixelelektroden sind in einem Matrixmuster auf jeweils einer Fläche der Glassubstrate 15 und 16 neben der Flüssigkristallage 17 vorgesehen.
Somit kann ein optisches Bild, das einem Bildsignal entspricht, erzeugt werden in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf der Flüssigkristalltafel 13. Da alle Lichtstrahlen, die von den Pixeln ausgesendet werden, die einer ausreichend hohen Spannung ausgesetzt sind, auf eine Projektionslinse 14 auftreffen und einen Bildschirm 21 erreichen, werden an den entsprechenden Positionen auf dem Bildschirm 21 helle Pixel angezeigt. Da andererseits die gestreuten Lichtstrahlen von den Pixeln ausgesendet werden, die keiner Spannung ausgesetzt sind, und nur ein Teil der gestreuten Lichtstrahlen auf die Projektionslinse 14 auftrifft, werden an den entsprechenden Positionen auf dem Bildschirm 21 dunkle Pixel angezeigt. Somit wird das optische Bild, das in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf der Flüssigkristalltafel 13 erzeugt wird, in einem vergrößerten Maßstab mittels der Projektionslinse 14 auf den Bildschirm 21 projiziert.
Um das optische Bild, das in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf dem Lichtventil erzeugt wird, in Änderungen der Helligkeit umzusetzen, wird eine Erscheinung genutzt, bei der dann, wenn nur Lichtstrahlen mit einem vorgegebenen festen Winkel von den Ausgangslichtstrahlen des Lichtventils genommen werden, die in den festen Winkel fallende Lichtmenge sich entsprechend dem Lichtstreuungsgrad ändert. Zu diesem Zweck können ein Zentralabschirmungsverfahren und ein Aperturverfahren verwendet werden. Im Zentralabschirmungsverfahren wird Licht in einem transparenten Zustand des Lichtventils abgeschirmt, so dass es am Erreichen des Bildschirms gehindert wird. In dem Fall, indem das Lichtventil sich im Lichtstreuungszustand befindet, erreichen die Lichtstrahlen, die nicht durch eine Abschirmungsplatte abgeschirmt werden, den Bildschirm. Im Aperturverfahren wird das Licht, das sich in einer zentralen Richtung der Richtungseigenschaften ausbreitet, verwendet, wobei die von den Pixeln der Flüssigkristalltafel auf die Projektionslinse auftreffende Lichtmenge abnimmt, wenn der Streuungsgrad des Lichts zunimmt. Das Zentralabschirmungsverfahren erzeugt ein projiziertes Bild mit hervorragendem Kontrast, weist jedoch Nachteile auf, wie z. B., dass die Struktur kompliziert ist und das projizierte Bild dunkel ist.
Im Aperturverfahren ist die Struktur einfach und es kann ein helles projiziertes Bild erhalten werden. Das Aperturverfahren weist jedoch das Problem auf, dass der Kontrast des projizierten Bildes im Vergleich zu demjenigen des Zentralabschirmungsverfahrens und eines Verfahrens, das einen TN- Flüssigkristall verwendet, gering ist. Dieses Problem ergibt sich auch beim Lichtventil zur Erzeugung des optischen Bildes in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustandes. Um dieses Problem zu lösen, kann eine Maßnahme ergriffen werden, bei der der feste Winkel zum Konvergieren des Lichts durch die Projektionslinse reduziert wird. Da jedoch diese Maßnahme zu einem Abfall der Helligkeit eines projizierten Bildes führt, wird das Merkmal des Aperturverfahrens, dass das projizierte Bild hell ist, beeinträchtigt.
Inzwischen müssen Videokameras insgesamt kompakter und leichter gemacht werden, um ihre Tragbarkeit zu verbessern. Um somit die Videokameras insgesamt kompakt zu machen, wird in Betracht gezogen, in einem Suchersystem eine Flüssigkristalltafel zu verwenden. In dem FaH, indem ein TN-Flüssigkristall für die Flüssigkristalltafel verwendet wird, werden zwei Polarisatoren verwendet. Da die Lichtnutzungseffizienz gering ist, wird folglich der Stromverbrauch einer Lichtquelle erhöht, so dass sich der Nachteil ergibt, dass die kontinuierliche Nutzungsdauer der Lichtquelle nach dem Aufladen der aufladbaren Batterien für die Lichtquelle verkürzt wird. Daher kann eine Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel mit hoher Lichtnutzungseffizienz im Suchersystem verwendet werden. In diesem Fall besteht jedoch das Problem, dass die Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel ein Bild mit geringem Kontrast erzeugt.
Der Artikel in Research Disclosure Nr. 304 beschreibt eine Komposit-PDLC- Vorrichtung zum Steuern des Lichtdurchlassgrades durch ein Substrat oder eine Tafel, das oder die eine komplexe Krümmung aufweist, wobei Beispiele hiervon Architekturfenster, Fenster von Automobilien oder anderen Fahrzeugen und Sonnendächer sind. Die außenliegenden Substrate benötigen keine ebene Oberfläche, da sie mit Polyvinylbutyryl (PVB) an den innenliegenden Substraten angebondet sind, welche die Lichtventilschicht umschließen.
Die japanische Patentzusammenfassung JP- 55 108 622 offenbart eine plankonkave Linse, welche auf einem Flüssigkristall angeordnet ist. Die Linse dient zum Entfernen ungewollter Reflexionen, wenn der Beobachter der konkaven Oberfläche der Linse gegenübersteht und das Bild in der rückwärtigen Richtung betrachtet.
Die EP-A-122 737 offenbart eine Flüssigkristall-Vorrichtung, die enthält: ein Flüssigkristallmaterial in einem Trägermedium, um Licht primär selektiv zu streuen oder um Licht in Erwiderung auf eine vorbestimmte Eingabe zu übertragen, sowie Reflektionsmittel zum Reflektieren von Licht, welches durch das Flüssigkristallmaterial gestreut wird. Weiterhin sind Mittel zum Anzeigen relativ heller Buchstaben oder anderer Informationen auf einem verhältnismäßig dunklen Hintergrund offenbart.
Aus all diesen Dokumenten ist jedoch keine Information über eine vorteilhafte Korrelation zwischen den Abmessungen der Substrate und ihre Brechungsindizes zum Verbessern des Kontrastes des angezeigten Bildes offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge besteht eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Anzeigesystem, ein Projektionsanzeigesystem und ein Suchersystem bereitzustellen, die ein Lichtventil zum Erzeugen eines optischen Bildes in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustandes verwenden und die in der Lage sind, ein Bild mit exzellentem Kontrast bereitzustellen.
Eine Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Lichtventillage zum Erzeugen eines optischen Bildes als Änderungen bzw. in Form von Änderungen des Lichtstreungszustandes und zwei Substrate, zwischen denen die Lichtventillage eingefasst ist und von denen zumindest eines transparent ist, wobei die folgende Gleichung erfüllt wird:
wobei t eine Mittendicke des zumindest einen Substrats, n einen Brechungsindix des zumindest einen Substrats und d einen Maximaldurchmesser eines effektiven Anzeigebereiches der Lichtventillage bezeichnet.
Eine Fläche eines der Substrate, die mit Luft in Kontakt gehalten wird, kann eine konkave Oberfläche aufweisen.
Wenn hierbei in den obenbeschriebenen Anordnungen ein Licht reflektierendes Mittel auf einer Fläche von jedem einen der Substrate vorgesehen wird, kann eine Lichtventilvorrichtung des Reflektionstyps erhalten werden.
Bei den vorstehenden Anordnungen ist es wunscheswert, dass ein Lichtabsorptionsmittel auf einer ineffektiven bzw. nicht wirksamen Fläche von jedem des einen der Substrate vorgesehen ist, während ein Antirefflektionsmittel auf einem effektiven bzw. wirksamen Bereich von jeder einen Fläche des einen der Substrate in Kontakt mit Luft vorgesehen ist.
Indessen umfasst ein Projektionsanzeigesystem der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle, eine Lichtventilvorrichtung, die das von der Lichtquelle ausgesendete Licht empfängt, um somit ein optisches Bild in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands zu erzeugen, und eine Projektionslinse zum Projizieren des optischen Bildes auf einen Bildschirm. Die obenerwähnte Lichtventilvorrichtung wird als Lichtventilvorrichtung des Projektionsanzeigesystems verwendet.
Ferner umfasst ein Suchersystem der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle, eine Lichtventilvorrichtung, die das von der Lichtquelle ausgesendete Licht empfängt, um somit ein optisches Bild in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands zu erzeugen, und eine Vergrößerungslinse zum Erzeugen eines virtuellen Bildes des optischen Bildes. Die obige Lichtventilvorrichtung wird als Lichtventilvorrichtung des Suchersystems verwendet.
Außerdem umfasst ein Anzeigesystem der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle und eine Lichtventilvorrichtung, die das von der Lichtquelle ausgesendete Licht empfängt, um somit ein optisches Bild in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands zu erzeugen. Die obenbeschriebene Lichtventilvorrichtung wird als Lichtventilvorrichtung des Anzeigesystems verwendet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Betriebs eines Modells einer Lichtventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Graph ist, der eine Kennlinie des Modells der Lichtventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Helligkeitsverteilung des Modells der Lichtventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Betriebs eines weiteren Modells der Lichtventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 ist;
Fig. 5(a) und 5(b) schematische Ansichten sind, die Anordnungen der Lichtventilvorrichtung gemäß der Fig. 1 zeigen;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Flüssigkristalltafel ist, die im Projektionsanzeigesystem der Fig. 6 verwendet wird;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 (a) bis 11 (k) schematische Ansichten sind, die verschiedene Modifikationen der Lichtventilvorrichtung der Fig. 1 zeigen;
Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Flüssigkristalltafel ist, die im Projektionsanzeigesystem der Fig. 13 verwendet wird;
Fig. 15 eine schematische Schnittansicht eines Suchersystems der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 16 eine schematische Schnittansicht eines Anzeigesystems der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 17(a) und 17(b) schematische Ansichten zur Erläuterung des Betriebs einer (bereits erwähnten) Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel des Standes der Technik sind; und
Fig. 18 eine schematische Ansicht eines (bereits erwähnten) Projektionsanzeigesystems des Standes der Technik ist.
Vor der weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist zu beachten, dass ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten der beigefügten Zeichnungen mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vor einer weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird die Operation der vorliegenden Erfindung beschrieben. Anfangs wird der Kontrast eines angezeigten Bildes anhand einer Polymerdispersions- Flüssigkristalltafel als Beispiel beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Modell der Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel. In der Flüssigkristalltafel ist eine Polymerdispersions-Flüssigkristallage 33 zwischen zwei transparenten Substraten 31 und 32 eingesetzt, die jeweils an den Eintritts- und Austrittsseiten der Flüssigkristalltafel angeordnet sind. Die Dicke des Substrats 31, das an der Eintrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, ist so festgelegt, dass sie in bezug auf die Fläche eines Anzeigebereiches ausreichend groß ist. Hier wird ein Fall betrachtet, bei dem dünne gesammelte Strahlen 35 von der Eintrittsseite auf nur einen kleinen Bereich 34 gerichtet werden, der einen Punkt A als Zentrum im Anzeigebereich aufweist, ohne eine Spannung an die Flüssigkristallage 33 anzulegen.
Unter der Annahme, dass E&sub0; die Helligkeit der gesammelten Strahlen auf einer Eintrittsfläche der Flüssigkristallage 33 bezeichnet, θ&sub0; einen Austrittswinkel der gesammelten Strahlen bezeichnet, d. h. einen Winkel, der zwischen den gesammelten Strahlen und einer Normalrichtung der Flüssigkristallage 33 gebildet wird, und B&sub0;(θ&sub0;) die Helligkeit des frontgestreuten Lichts in Richtung des Winkels θ&sub0; bezeichnet, wird die Helligkeit B&sub0;(θ&sub0;) durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.
B&sub0;(θ&sub0;) = 1/π Gf(θ&sub0;)E&sub0; (1)
In Gleichung (1) wird die Größe Gf(θ&sub0;) bezeichnet als "Frontstreuungsgewinn in Richtung des Winkels θ&sub0;".
Wenn der kleine Bereich 34 eine Fläche S aufweist, ist die Helligkeitsintensität I&sub0;(θ&sub0;) eines Licht aussendenden Abschnitts in Richtung des Winkels θ&sub0; wie folgt gegeben.
I&sub0;(θ&sub0;) = B&sub0;(θ&sub0;)Scosθ&sub0; (2)
An einem Punkt B auf einer Austrittsfläche 36 des Substrats 32, die an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, wird ein Lichtstrahl 37, der vom Punkt A in Richtung des Winkels θ&sub0; austritt, in einen durchgelassenen Lichtstrahl 38 und einen reflektierten Lichtstrahl 39 aufgeteilt. Wenn das Substrat 32 einen Brechungsindex n aufweist und der durchgelassene Lichtstrahl 38 einen Austrittswinkel θ&sub1; besitzt, wird aus dem Brechungsgesetz die folgende Beziehung erhalten.
sinθ&sub1; = nsinθ&sub0; (3)
Unter der Annahme, dass das frontgestreute Licht von der Fltissigkristallage 33 natürliches Licht ist und θ0τ einen kritischen Winkel der Totalreflexion bezeichnet, wird die Reflektivität R(θ&sub0;) des frontgestreuten Lichts auf der Austrittsfläche 36 wie folgt ausgedrückt.
Der kritische Winkel θ0τ der Totalreflexion ist durch die folgende Gleichung gegeben.
θ0τ = sin&supmin;¹ 1/n
Das der Totalreflexion unterworfene Licht kehrt vollständig zur Flüssigkristalllage 33 zurück.
Der Lichtstrahl 39, der am Punkt B auf der Austrittsfläche 36 reflektiert worden ist, trifft an einem Punkt C auf die Flüssigkristallage 33. Unter der Annahme, dass E(θ&sub0;) die normale Helligkeit am Punkt C darstellt und t eine Dicke des Substrats 32 bezeichnet, das an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, ist ein Einfallswinkel des reflektierten Lichtstrahls 39 am Punkt C gleich θ&sub0; und eine optische Weglänge vom Punkt A zum Punkt C ist gleich 2t/cosθ&sub0;. Somit ergibt sich die Helligkeit E(θ&sub0;), die am Punkt C durch den reflektierten Lichtstrahl 39 erhalten wird, wie folgt.
Wenn der reflektierte Lichtstrahl 39 auf die Flüssigkristallage 33 trifft, wird ein gestreuter Lichtstrahl 40 erneut nach vorne abgegeben durch eine Rückstreuung von der Flüssigkristallage 33 in einem Winkel θ&sub2;. Dies entspricht der Ausbildung einer sekundären Lichtquelle in der Flüssigkristallage 33. Die Helligkeit B(θ&sub2;) des vom Punkt C in Richtung des Winkels θ&sub2; gestreuten Lichtstrahls 40 wird wie folgt ausgedrückt.
B(θ&sub2;) = Gr(θ&sub2;,θ&sub0;)E/π
In der obigen Gleichung (7) wird die Größe Gr(θ&sub2;),θ&sub0;) bezeichnet als "Rückstreuungsgewinn des in Richtung des Winkels θ&sub0; einfallenden und in Richtung des Winkels θ&sub2; austretenden Lichtstrahls".
Durch Kombinieren der Gleichungen (1), (2), (6) und (7) wird folgende Beziehung erhalten.
Ein Abstand r vom Punkt A zum Punkt C wird wie folgt ausgedrückt.
r = 2ttanθ&sub0; (9)
Aus den Gleichungen (8) und (9) kann eine Verteilung der Helligkeit des gestreuten Lichtstrahls 40 erhalten werden.
Im folgenden wird durch Vereinfachung der Gleichung (8) die Bedeutung der Gleichung (8) betrachtet. Um den Kontrast eines von der Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel angezeigten Bildes zu verbessern, ist die Diffusion zum Zeitpunkt ohne angelegte Spannung an die perfekte Diffusion anzunähern. Unter der Annahme, dass der Lichtstrahl einer perfekten Diffusion vorwärts und rückwärts von der Flüssigkristallage 33 unterworfen ist, werden Gf(θ&sub0;) = 1/2 und Gr(θ&sub2;,θ&sub0;) = 1/2 erhalten und die Gleichung (8) ändert sich somit wie folgt.
Da aus Gleichung (10) deutlich wird, dass die Helligkeit B(θ&sub2;) eine Funktion von θ&sub0; ist, wird die Helligkeitsverteilung des gestreuten Lichtstrahls 40 von der Flüssigkristallage 33 symmetrisch bezüglich der dünnen eintretenden gesammelten Strahlen. Da die Beziehung zwischen der Helligkeit B(θ&sub2;) und den Abstand r aus den Gleichungen (9) und (10) erhalten wird, sind die Ergebnisse in Fig. 2 gezeigt. Aus Fig. 2 wird deutlich, dass die Helligkeit des gestreuten Lichtstrahls 40 einen Maximalwert an einer Stelle annimmt, die einen vorgegebenen Abstand vom Austrittspunkt A beanstandet ist. Der Winkel θ&sub0;, der zum maximalen Wert der Helligkeitsverteilung führt, ist näherungsweise gleich dem Winkel θ0τ. Somit wird die Helligkeitsverteilung des gestreuten Lichtstrahls 40 zu einem Ring mit einem Radius rR, der wie folgt gegeben ist.
rR = 2ttanθ0τ (11)
Unter Verwendung der Gleichung (5) wird die Gleichung (11) wie folgt geändert.
rR = 2t/ n² - 1 (12)
Die wirkliche Helligkeit eines Pixels ist gleich einer Summe aus der Helligkeit des frontgestreuten Lichts und der Helligkeit des wieder austretenden Lichts durch den Einfluß des gestreuten Lichts, das von den restlichen Pixeln ausgesendet wird. Wenn das Pixel für eine weiße Anzeige verwendet wird, ist die Helligkeit des frontgestreuten Lichts viel größer als die Helligkeit des erneut austretenden Lichts, so dass die wirkliche Helligkeit des Pixels als im wesentlichen identisch mit der Helligkeit des frontgestreuten Lichts betrachtet werden kann. In dem Fall jedoch, in welchem das Pixel für eine schwarze Anzeige verwendet wird, wird die wirkliche Helligkeit des Pixels durch die Addition der Helligkeit des erneut austretenden Lichts hoch, selbst wenn die Helligkeit des frontgestreuten Lichts sehr gering ist. Es ist zu beachten, dass die wirkliche Helligkeit des Pixels wahrscheinlich am stärksten durch das gestreute Licht beeinflußt wird, dass von den Pixeln ausgesendet wird, die in einem Radius rR der Gleichung (12) um das Pixel angeordnet sind.
Aus dem Vorangehenden wird deutlich, das ein schlechter Kontrast eines projizierten Bildes eines Projektionsanzeigesystems, das eine Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel verwendet, teilweise aufgrund der Tatsache entsteht, dass der Gewinn zum dem Zeitpunkt, zu dem keine Spannung an die Flüssigkristalltafel angelegt ist, nicht niedrig ist, und auch teilweise aufgrund des obenerwähnten Mechanismus.
Im folgenden wird die Funktion der vorliegenden Erfindung beschrieben. Aus Gleichung (10) wird deutlich, dass dann, wenn die Dicke t des Substrats 32, das an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, größer wird, die Helligkeit B(θ&sub2;) des gestreuten Lichtstrahls 40 kleiner wird. Wenn daher die Dicke t des Substrats 32, das an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, erhöht wird, wird der Kontrast des angezeigten Bildes verbessert. Dies ist die erste Funktion der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung des Kontrastes.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Fall betrachtet, bei dem die Punkte P und Q einen maximalen Durchmesser eines effektiven Anzeigebereiches 41 der Flüssigkristallage 33 ergeben, und gesammelte Strahlen nur auf einen kleinen Bereich 42 gerichtet werden, der den Punkt P als Mittelpunkt besitzt. Ein Lichtstrahl, der vom Punkt P austritt und von der Austrittsfläche 36 reflektiert wird, tritt erneut aus der Flüssigkristallage 33 aus, um somit einen Ring 43 auf der Flüssigkristallage 33 zu bilden. Um zu diesem Zeitpunkt die Helligkeit des erneut aus der Flüssigkristallage 33 austretenden Lichtstrahls zu begrenzen, sollte der Punkt Q innerhalb des Rings 43 angeordnet sein. Das heißt, unter der Annahme, dass d eine Strecke vom Punkt P zum Punkt Q bezeichnet, sollte die folgende Beziehung erfüllt sein.
rR ≥ d (13)
Wenn der Radius r aus den Gleichungen (12) und (13) eliminiert wird, wird folgende Beziehung erhalten.
t ≥ d/2 n² - 1 (14)
Wenn die Bedingung der Gleichung (14) erfüllt ist, wird der Helligkeitsanstieg aufgrund des unnötigen Lichts im effektiven Anzeigebereich 41 insgesamt begrenzt, wodurch sich eine Verbesserung des Kontrasts ergibt. Eine Erhöhung des Durchmessers des Rings 43 ist die zweite Funktion der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung des Kontrasts. Indessen haben die vorliegenden Erfinder durch verschiedene Experimente festgestellt, dass der Kontrast effektiv verbessert werden kann, so dass er für die praktische Verwendung ausreicht, wenn ein maximaler Durchmesser des effektiven Anzeigebereichs 41 kleiner ist als der Durchmesser des Rings 43, d. h. wenn die folgende Beziehung erfüllt ist.
2rR ≥ d (15)
Wenn der Radius r aus den Gleichungen (12) und (15) eliminiert wird, wird folgende Beziehung erhalten.
t ≥ d/4 n² - 1 (16)
Die Dicke t des Substrats 32, das an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, kann so gewählt werden, dass die Gleichung (16) erfüllt ist.
Im folgenden wird ein Fall beschrieben, in welchem die Austrittsfläche 36 des Substrats 32 konkav ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das Material und die Mittendicke des Substrats 32 der Fig. 4 sind identisch mit denjenigen des Substrats 32 der Fig. 1, so dass sich das Substrat 32 der Fig. 4 von demjenigen der Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass das Substrat 32 der Fig. 4 die konkave Austrittsfläche 36 aufweist. Wie in Fig. 4 gezeigt, werden ohne Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallage 33 die dünnen gesammelten Strahlen 35 von der Eintrittsseite nur auf den kleinen Bereich 34 gerichtet, der den Punkt A als seinen Mittelpunkt im Anzeigebereich aufweist. Wenn ein Lichtstrahl vom Punkt A auf der Flüssigkristallage 33 austritt und am Punkt B einer konkaven Oberfläche 44 reflektiert wird, so dass er auf den Punkt C auf der Flüssigkristallage 33 auftrifft, wird ein Abstand zwischen einem virtuellen Bild des kleinen Bereiches 34, gesehen am Punkt C, und dem Punkt C im Vergleich zu demjenigen der Fig. 1 länger, da die Austrittsfläche 36 der Fig. 4 die konkave Oberfläche 44 aufweist, während die Austrittsfläche 36 der Fig. 1 eine flache Oberfläche aufweist. Da indessen in Fig. 4 der Einfallswinkel des auf den Punkt C auftreffenden Lichtstrahls, nachdem er am Punkt B reflektiert worden ist, im Vergleich zu demjenigen der Fig. 1 größer wird, sinkt hinsichtlich der Gleichung (10) die Helligkeit des Lichtstrahls, der erneut aus der Flüssigkristallage 33 am Punkt C austritt.
Da indessen der Abstand vom Punkt A zum Punkt C erhöht wird, nimmt der Durchmesser des Rings zu. Durch Ändern der Austrittsfläche 36 von der flachen Oberfläche der Fig. 1 zur konkaven Oberfläche 44 der Fig. 4 kann somit die Helligkeit des Lichtstrahls, der erneut aus der Flüssigkristallage 33 austritt, reduziert werden und somit der Kontrast des angezeigten Bildes verbessert werden. Dies zeigt, dass im Vergleich zum Substrat 32 mit der flachen Oberfläche, wie in Fig. 1 gezeigt, das Substrat 32 mit der konkaven Oberfläche 44, wie in Fig. 4 gezeigt, eine größere Wirkung zur Verbesserung des Kontrasts aufweist, selbst wenn die Mittendicke des Substrats 32 der Fig. 4 kleiner ist als diejenige der Fig. 1.
Wenn anschließend ein Lichtstrahl auf einer ineffektiven Fläche des Substrats 32 reflektiert wird, kehrt der Lichtstrahl zur Flüssigkristallage 33 zurück, was zu einem Anstieg der Helligkeit eines schwarzen Anzeigebereiches führt. Wie in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt, kann dieses Problem gelöst werden durch eine Technik, bei der ein Lichtabsorptionsmittel 46 auf der ineffektiven Fläche des Substrats 32 vorgesehen ist, um somit das unnötige Licht zu absorbieren. Wenn ferner eine Antireflexionsbeschichtung 47 auf einem effektiven Bereich der Austrittsfläche 36 des Substrats 32 vorgesehen ist, kann die Reflektivität des Lichtstrahls an der Austrittsfläche 36 nach dem Austritt aus der Flüssigkristallage 33 in einem kleinen Winkel reduziert werden und somit der Anstieg der Helligkeit des schwarzen Anzeigebereiches verringert werden.
Somit kann der Anstieg der Helligkeit des schwarzen Anzeigeabschnitts auf der Flüssigkristallage 33 reduziert werden, so dass es möglich ist, eine Lichtventilvorrichtung zum Anzeigen eines hellen Bildes mit hohem Kontrast zu schaffen. Wenn diese Lichtventilvorrichtung für ein Projektionsanzeigesystem, ein Suchersystem oder ein Anzeigesystem verwendet wird, kann indessen ein helles Bild mit hervorragendem Kontrast erhalten werden.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 6 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 enthält eine Lichtventilvorrichtung 51 eine Flüssigkristalltafel 52, eine transparente Platte 53 und einen transparenten Körper 54. Ein gekapseltes Gefäß wird von der Flüssigkristalltafel 52, zwei Glassubstraten 55 und 56 und einem Dichtungsmittel 57 gebildet, wobei in das gekapselte Gefäß ein Polymerdispersions-Flüssigkristall als Flüssigkristall 58 gefüllt ist. Die Flüssigkristallage 58 ist zwischen den Glassubstraten 55 und 56 eingesetzt, die jeweils an den Eintritts- und Austrittsseiten der Flüssigkristalltafel 52 angeordnet sind. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine gemeinsame Elektrode 59, die von einem transparenten und elektrisch leitenden Film gebildet wird, auf einer der gegenüberliegenden Flächen des Substrats 55 neben der Flüssigkristallage 58 vorgesehen. Indessen sind mehrere Pixelelektroden 60 in Form einer Matrix auf einer der gegenüberliegenden Flächen des Substrats 56 neben der Flüssigkristallage 58 vorgesehen. Ein Dünnschichttransistor (TFT) 61, der als Schaltelement dient, ist in der Nähe jeder der Pixelelektroden 60 vorgesehen. Im TFT 61 ist eine Source- Elektrode 62 mit einer Signalleitung verbunden, eine Gate-Elektrode 63 ist mit einer Abtastleitung verbunden, und eine Drain-Elektrode 64 ist mit jeweils den Pixelelektroden 60 verbunden. Die Signalleitung ist mit einer Signalzuführungsleitung verbunden, während die Abtastleitung mit einer Abtastschaltung verbunden ist. Eine Signalspannung wird jedem Pixel zugeführt mittels der Signalzuführungsschaltung und der Abtastschaltung. Wenn die Flüssigkristallage 58 einem ausreichenden elektrischen Feld ausgesetzt wird, bewirkt sie, dass einfallendes Licht sich geradlinig nach vorne ausbreitet. Wenn im Gegensatz hierzu die Flüssigkristallage 58 nicht mit einem elektrischen Feld beaufschlagt wird, streut sie das einfallende Licht. Als Ergebnis kann die Flüssigkristallage 58 an jedem Pixel den Lichtstreuungszustand mittels der angelegten Spannung steuern. Somit kann entsprechend einem Bildsignal ein optisches Bild erzeugt werden in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustandes auf der Flüssigkristalltafel 52.
Die transparente Platte 53 ist über den transparenten Körper 54 mit der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel 52 verbunden. Ein Abstandhalter 65 ist am Umfang zwischen dem Substrat 56 und der transparenten Platte 53 vorgesehen, um somit die Dicke des transparenten Körpers 54 zu regulieren. Schwarze Farbe 57 ist auf eine Seitenfläche 66 der transparenten Platte 53 aufgetragen, während eine Antireflexionsbeschichtung 69 in einem effektiven Bereich einer Austrittsfläche 68 der transparenten Platte 53 vorgesehen ist. Das Glassubstrat 56 wird von einer Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm gebildet, während die transparente Platte 53 von einer Glasplatte mit einer Dicke von 10 mm gebildet wird. Das Glassubstrat 56 und die transparente Platte 53 weisen jeweils einen Brechungsindex von 1,52 auf. Der transparente Körper 54 wird durch transparentes Silikonharz "KE1051" (Handelsmarke von Shin-Etsu Chemical Co. Ltd., Japan) gebildet und weist eine Dicke von 2 mm und einem Brechungsindex von 1,40 auf. Dieses Harz wird mittels zweier Arten von Flüssigkeiten gebildet. Wenn die zwei Arten von Flüssigkeiten miteinander gemischt werden und entweder bei Raumtemperatur stehen gelassen werden oder erwärmt werden, werden die zwei Arten von Flüssigkeiten durch Additions-Polymerisation in ein Gel umgesetzt. Alternativ kann die transparente Platte 53 aus einem transparenten Harz wie z. B. Acrylharz gefertigt sein. Da die Transparenz die einzige Vorbedingung für den transparenten Körper 54 ist, kann der transparente Körper 54 auch aus einer Flüssigkeit bestehen, wie z. B. Ethylenglykol, einem transparenten Epoxidtyp-Klebstoff, transparentem Silikonharz, welches durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen in ein Gel umgesetzt wird, und dergleichen. Im Fall der jeweiligen obenerwähnten alternativen Materialien des transparenten Körpers 54 sollte zwischen dem Substrat 56 und der transparenten Platte 53 kein Luftspalt ausgebildet werden, da eine anomale Bildqualität erzeugt wird, wenn der Luftspalt zwischen dem Substrat 56 und der transparenten Platte 53 vorhanden ist.
Eine Lichtquelle 70 wird von einer Lampe 71 und einem konkaven Spiegel 72 gebildet. Das von der Lampe 71 ausgesendete Licht wird mittels des konkaven Spiegels 72 konzentriert, so dass Licht mit einer relativ schmalen Direktivität von der Lichtquelle 70 abgegeben wird. Das abgegebene Licht von der Lichtquelle 70 wird der Reihe nach durch eine Feldlinse 73, die Flüssigkristalltafel 52, den transparenten Körper 54 und die transparente Platte 53 übertragen, so dass es auf eine Projektionslinse 74 auftrifft. Eine Pupille der Projektionslinse 74 ist so bemessen, dass dann, wenn ein in der Mitte einer Bildebene der Flüssigkristalltafel 52 angeordnetes Pixel sich im transparenten Zustand befindet, etwa 90% der vom Pixel diffus abgegebenen Lichtmenge auf die Pupille auftrifft. Die Feldlinse 73 ist für den folgenden Zweck vorgesehen. Das heißt, das durch einen Rand des Anzeigebereiches der Flüssigkristalltafel 52 durchgelassene Licht wird von der Feldlinse 73 nach innen gebrochen, so dass es auf die Pupille der Projektionslinse 74 auftrifft und ein Randabschnitt eines projizierten Bildes nicht dunkel wird. Die Projektionslinse 74 wird in Kombination mit dem transparenten Körper 53 verwendet, so dass ein hervorragendes Bilderzeugungsmerkmal erhalten wird. Fokussierungsanpassungen des projizierten Bildes können vorgenommen werden durch Verschieben der Projektionslinse 74 längs einer optischen Achse 75.
Das optische Bild wird erzeugt in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf der Flüssigkristalltafel 52 entsprechend dem Bildsignal. Unter den Lichtstrahlen, die von den Pixeln abgegeben werden, empfängt die Projektionslinse 74 einen Teil der Lichtstrahlen, der in einen gewissen festen Winkel enthalten ist. Wenn sich der Streuungszustand der von den Pixeln ausgegebenen Lichtstrahlen ändert, ändert sich auch die Menge der Lichtstrahlen, die in dem festen Winkel enthalten sind. Somit wird das optische Bild, das in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf der Flüssigkristalltafel 52 erzeugt wird, in Helligkeitsänderungen auf einem Bildschirm 76 umgesetzt. Somit wird das optische Bild, das auf der Flüssigkristalltafel 52 erzeugt wird, von der Projektionslinse 74 in einem vergrößerten Maßstab auf den Bildschirm projiziert.
In der Anordnung der Fig. 6 ist die Dicke der Flüssigkristallage 58 bis zur Grenzfläche 68 der transparenten Platte 53, die mit Luft in Kontakt ist, groß. Wenn somit frontgestreutes Licht, das von der Flüssigkristallage 58 abgegeben wird, mittels der Austrittsfläche 68 der transparenten Platte 53 reflektiert wird, so dass es zur Flüssigkristallage 58 zurückkehrt, und anschließend erneut aus der Flüssigkristallage 58 durch die Rückstreuung austritt in dem Fall, indem keine Spannung an die Flüssigkristallage 58 angelegt ist, wird die Helligkeit des erneut aus der Flüssigkristallage 58 austretenden Lichts kleiner im Vergleich zu einem Fall, in welchem die transparente Platte 53 nicht vorgesehen ist. Da indessen das auf die Seitenfläche 66 der transparenten Platte 53 auftreffende Licht durch die schwarze Farbe 67 absorbiert wird, die auf die Seitenfläche 66 aufgetragen ist, wird unnötiges Licht, das zur Flüssigkristallage 58 zurückkehrt, reduziert und somit der Kontrast des angezeigten Bildes auf der Flüssigkristallage 58 verbessert. Da ferner die Antireflexionsbeschichtung 69 an der Austrittsfläche 68 der transparenten Platte 53 vorgesehen ist, wird die Reflexion an der Austrittsfläche 68 des Lichts, welches von der Flüssigkristallage 58 in einem kleinen Austrittswinkel austritt, verringert, was ebenfalls zu einer Verbesserung des Kontrasts des angezeigten Bildes auf der Flüssigkristallage 58 beiträgt.
Fig. 8 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 sind die Flüssigkristalltafel 58 und die Lichtquelle 70 die gleichen wie diejenigen in Fig. 7. Eine Lichtventilvorrichtung 78 enthält eine Flüssigkristalltafel 52, eine plankonkave Linse 79 und eine transparente Klebstoffschicht 80. Eine Austrittsfläche des Glassubstrats 56 ist mit der plankonkaven Linse 79 mittels der transparenten Klebstoffschicht 80 verbunden, so dass eine konkave Oberfläche 81 der plankonkaven Linse 79 in Richtung zu einer Austrittsseite orientiert ist. Schwarze Farbe 83 ist auf einer Seitenfläche 82 der plankonkaven Linse 79 aufgetragen, während eine Antireflexionsbeschichtung 84 auf der konkaven Oberfläche 81 der plankonkaven Linse 79 aufgetragen ist. Die plankonkave Linse 79 wird durch Gießen aus Acrylharz hergestellt. Da Gießformen die Herstellung identischer Linsen ermöglichen, ist das Gießen für die Massenherstellung geeignet.
Eine Projektionslinse 85 wird in Kombination mit der plankonkaven Linse 79 verwendet, so dass ein optisches Bild auf der Flüssigkristallage 58 auf dem Bildschirm 76 erzeugt wird. Da das von der konkaven Oberfläche 81 austretende Licht auf die Projektionslinse 85 auftreffen muß, sollte das auf die Flüssigkristalltafel 52 auftreffende Licht konvergiertes Licht sein. Fokussierungseinstellungen des projizierten Bildes können bewerkstelligt werden durch Verschieben der Projektionslinse 85 längs einer optischen Achse 87.
Das Licht von der Lichtquelle 70 wird durch eine Feldlinse 88 übertragen, um somit auf die Flüssigkristalltafel 52 aufzutreffen. Da die Austrittsfläche der Lichtventilvorrichtung 78 die konkave Oberfläche 81 aufweist, kann ein Anstieg der Helligkeit aufgrund des aus der Flüssigkristallage 58 erneut austretenden Lichts begrenzt werden, wie oben beschrieben worden ist. Somit ist der Kontrast des angezeigten Bildes auf der Flüssigkristallage 58 hervorragend, wodurch der Kontrast des projizierten Bildes ebenfalls verbessert wird. Indessen führen die schwarze Farbe 83, die auf der Seitenfläche 82 der plankonkaven Linse 79 aufgetragen ist, und die Antireflexionsbeschichtung 84, die auf der konkaven Oberfläche 81 der plankonkaven Linse 79 aufgetragen ist, Funktionen aus, die identisch sind zu denjenigen der ersten Ausführungsform, um somit den Kontrast des projizierten Bildes zu verbessern.
Fig. 9 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 sind die Flüssigkristalltafel 52 und die Lichtquelle 70 die gleichen wie diejenigen in Fig. 6. Eine Lichtventilvorrichtung 91 enthält die Flüssigkristalltafel 52, eine plankonkave Linse 92, eine transparente Klebstoffschicht 93 und eine positive Linse 94. Die plankonkave Linse 92 ist mit einer Austrittsfläche des Glassubstrats 36 mittels der transparenten Klebstoffschicht 93 verbunden, so dass eine konkave Oberfläche 95 der plankonkaven Linse 92 in Richtung zu einer Austrittsseite orientiert ist. An einer Austrittsseite der plankonkaven Linse 92 ist die positive Linse 94 in direkter Nähe zur plankonkaven Linse 92 vorgesehen. Ein Krümmungsradius einer konvexen Oberfläche 96 der positiven Linse 94 ist identisch mit demjenigen der konkaven Oberfläche 95 der plankonkaven Linse 92. Ein kleiner Luftspalt ist zwischen der konkaven Oberfläche 95 und der konvexen Oberfläche 96 vorgesehen. Schwarze Farbe 58 ist auf einer Seitenfläche der plankonkaven Linse 92 aufgetragen, während eine (nicht gezeigte) Antireflexionsbeschichtung auf der konkaven Oberfläche 95 der plankonkaven Linse 92 aufgetragen ist. Obwohl nicht spezifisch gezeigt, sind Antireflexionsbeschichtungen auch auf den gegenüberliegenden Flächen 96 und 99 aufgetragen. Eine Projektionslinse 100 wird in Kombination mit der plankonkaven Linse 92 und der positiven Linse 94 verwendet, so dass ein optisches Bild auf der Flüssigkristallage 58 auf dem Bildschirm 76 erzeugt wird. Fokussierungseinstellungen des projizierten Bildes werden bewerkstelligt durch Verschieben der Projektionslinse 100 längs einer optischen Achse 101.
Da auch in der Anordnung der Fig. 9 die plankonkave Linse 92 mit der Austrittsfläche der Flüssigkristalltafel 52 verbunden ist und die schwarze Farbe 98 an der Seitenfläche 97 der plankonkaven Linse 92 in der gleichen Weise wie in der Anordnung der Fig. 8 aufgetragen ist, weist das projizierte Bild einen hervorragenden Kontrast auf. Die Polymerdispersions- Flüssigkristalltafel ist nicht so abhängig vom Einfallswinkel der optischen Eigenschaften wie die TN-Flüssigkristalltafel. Wenn jedoch der Einfallswinkel des Lichts extrem groß ist, ändern sich auch in der Polymerdispersions- Flüssigkristalltafel die Streuungseigenschaften aufgrund der Erhöhung der optischen Weglänge zu dem Zeitpunkt, zu dem das Licht durch die Flüssigkristalltafel 58 läuft. Das heißt, wenn der Einfallswinkel eines auf die Flüssigkristalltafel 52 auftreffenden Lichtstrahls sich entsprechend seinem Ort ändert, wird die Bildqualität des projizierten Bildes ungleichmäßig. Wenn andererseits in der Anordnung der Fig. 8 der Krümmungsradius der konkaven Oberfläche 81 reduziert werden soll, sollte entweder konvergiertes Licht mit einem großen Konvergenzwinkel auf die Flüssigkristalltafel 52 auftreffen, oder der effektive Durchmesser der Projektionslinse 85 sollte erhöht werden. Da jedoch im ersteren Fall die Bildqualität an Stellen auf der Flüssigkristalltafel 52 ungleichmäßig ist, wird die Bildqualität des projizierten Bildes ungleichmäßig. Im letzteren Fall indessen entstehen Probleme, wie z. B. dass die Projektionslinse 85 größer wird, was zu einem Anstieg der Herstellungskosten des Anzeigesystems führt. In dem Fall, in welchem die Flüssigkristalltafel 52 stark vom Einfallswinkel der Streuungseigenschaften abhängig ist, kann die plankonkave Linse 92 mit der positiven Linse 94 kombiniert werden, wie in Fig. 9 gezeigt ist, so dass Licht nahe an gesammelten Strahlen auf die Flüssigkristalltafel 82 auftreffen kann, ohne dass die Projektionslinse 100 größer gemacht werden muß, wodurch eine gleichmäßige Bildqualität des projizierten Bildes leicht sichergestellt werden kann.
Eine der gegenüberliegenden Flächen der positiven Linse 94 neben der Flüssigkristalltafel 52 kann einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich oder kleiner ist als derjenige der konkaven Oberfläche 95 der plankonkaven Linse 92. Da somit die positive Linse 94 in die konkave Oberfläche 95 eingesetzt ist, kann der Abstand von der Flüssigkristallage 98 zu einem der gegenüberliegenden Scheitel der positiven Linse 94 nahe der Projektionslinse 100 verkürzt werden.
Fig. 10 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 sind die Elemente außer der Lichtventilvorrichtung 103 die gleichen wie diejenigen der Fig. 6. Die Lichtventilvorrichtung enthält die Flüssigkristalltafel 52, eine transparente Platte 104 und einen transparenten Körper 105. Die transparente Platte 104 ist mit einer Eintrittsseite der Flüssigkristalltafel 52 über den transparenten Körper 105 verbunden. Schwarze Farbe 107 ist auf eine Seitenfläche 106 der transparenten Platte 104 aufgebracht, während eine Antireflexionsbeschichtung auf einer Eintrittsfläche der transparenten Platte 104 aufgetragen ist.
Wenn an die Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel keine Spannung angelegt wird, tritt eine hintere Streuung zusätzlich zu einer Frontstreuung auf. In der Anordnung der Fig. 6 wird somit das hinten gestreute Licht auf die Eintrittsfläche 102 des Glassubstrats 55 reflektiert, das an der Eintrittsseite der Flüssigkristalltafel 52 angeordnet ist, so dass es erneut auf die Flüssigkristallage 58 auftrifft. Da das erneut auf die Flüssigkristallage 58 auftreffende Licht die Helligkeit des schwarzen Anzeigeabschnitts erhöht, wird der Kontrast des projizierten Bildes verringert. In der Anordnung der Fig. 10 wird jedoch selbst dann, wenn das hinten gestreute Licht auf die Eintrittsfläche 108 der transparenten Platte 104 reflektiert wird, um somit erneut auf die Flüssigkristallage 58 aufzutreffen, die Helligkeit auf der Flüssigkristallage 58 auf der Grundlage des erneut auf die Flüssigkristallage 58 auftreffenden Lichts gering aufgrund der Erhöhung seiner optischen Weglänge. In der Anordnung der Fig. 10 weist daher das projizierte Bild einen hervorragenden Kontrast auf im Vergleich zu einem Fall, in welchem die transparente Platte 104 nicht vorgesehen ist.
Wenn die erste Ausführungsform der Fig. 8 und die vierte Ausführungsform der Fig. 10 miteinander kombiniert werden, d. h. die transparenten Platten sind jeweils sowohl an der Eintrittsseite als auch an der Austrittsseite der Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel 52 vorgesehen, wird der Kontrast des projizierten Bildes weiter verbessert. Somit können viele Modifikationen der Lichtventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, wie in den Fig. 11 (a) bis 11 (k) gezeigt ist. In den Fig. 11 (a) bis 11 (k) entspricht der rechte Abschnitt der Eintrittsseite, während eine transparente Platte 111 und eine plankonkave Linse 112 mittels eines transparenten Klebstoffes mit der Flüssigkristalltafel 52 verbunden sind. Indessen ist schwarze Farbe auf ineffektive Flächen der transparenten Platte 111 und der plankonkaven Linse 112 aufgetragen. Wenn die plankonkave Linse 112 verwendet wird, kann eine positive Linse 114 mit der plankonkaven Linse 112 kombiniert sein. Um einen Randabschnitt des projizierten Bildes heller zu machen, ist es indessen erwünscht, dass eine Feldlinse an der Eintrittsseite der Lichtventilvorrichtung vorgesehen ist. In dem Fall jedoch, in welchem die plankonkave Linse 112 an der Eintrittsseite der Flüssigkristalltafel 52 vorgesehen ist und die positive Linse 114 an der Eintrittsseite und in unmittelbarer Nähe der plankonkaven Linse 112 vorgesehen ist, dient die positive Linse 114 als Feldlinse. In jeder der Anordnungen der Fig. 11 (a) bis 11 (k) weist das projizierte Bild einen hervorragenden Kontrast auf im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen, in der gleichen Weise wie bei den vorangehenden Ausführungsformen. Indessen kann in der Lichtventilvorrichtung ein Abschnitt von der Flüssigkristallage zu einer Oberfläche, die mit Luft in Kontakt ist, aus einem einzigen Material gefertigt sein, oder kann auch aus mehreren Materialien gefertigt sein.
Fig. 12 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 12 weisen die Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 eine identische Anordnung auf. Das heißt, die Lichtventilvorrichtung 121 enthält eine Flüssigkristalltafel 124, plankonkave Linse 127 und 130 und positive Linsen 133 und 136. In ähnlicher Weise enthält die Lichtventilvorrichtung 122 eine Flüssigkristalltafel 125, plankonkave Linsen 128 und 131 und positive Linsen 134 und 137, während die Lichtventilvorrichtung 133 eine Flüssigkristalltafel 126, plankonkave Linsen 129 und 132 und positive Linsen 135 und 138 enthält. Jede der Flüssigkristalltafeln 124 bis 126 wird gebildet von einer Polymerdispersions- Flüssigkristalltafel und ist identisch mit derjenigen der Fig. 7. Die plankonkaven Linsen 127, 128 und 129 sind jeweils mit den Eintrittsseiten der Flüssigkristalltafeln 124, 125 und 126 mittels eines transparenten Klebstoffes verbunden, während die plankonkaven Linsen 130, 131 und 132 jeweils mit den Austrittsseiten der Flüssigkristalltafeln 124, 125 und 126 mittels eines transparenten Klebstoffes verbunden sind. Die positiven Linsen 133, 134 und 135 sind jeweils an den Eintrittsseiten der plankonkaven Linsen 127, 128 und 129 über einen schmalen Luftspalt angeordnet. Andererseits sind die positiven Linsen 136, 137 und 138 jeweils an den Austrittsseiten der plankonkaven Linsen 130, 131 und 132 über einen schmalen Luftspalt angeordnet. Schwarze Farbe 139, 140, 141, 142, 143 und 144 ist jeweils auf den Seitenflächen der plankonkaven Linsen 127, 128, 129, 130, 131 bzw. 132 aufgetragen.
Eine Lichtquelle 145 wird von einer Lampe 146, einem konkaven Spiegel 147 und einem Filter 148 gebildet. Die Lampe 146 wird von einer Metall-Halid- Lampe gebildet und sendet Licht aus, das Farbkomponenten der Primärfarben Rot, Grün und Blau enthält. Der konkave Spiegel 147 ist aus Glas gefertigt. Ein Mehrschichtfilm zum Reflektieren des sichtbaren Lichts und zum Durchlassen von Infrarotstrahlen ist an einer reflektierenden Oberfläche 149 des konkaven Spiegels 147 angeordnet. Der Filter 148 wird gebildet durch Abscheiden eines Mehrschichtfilms zum Durchlassen von sichtbarem Licht und Reflektieren von infrarotem Licht und ultraviolettem Licht auf einem Glassubstrat. Das sichtbare Licht, das in dem von der Lampe 146 abgestrahlten Licht enthalten ist, wird auf der reflektierenden Oberfläche 149 des konkaven Spiegels 147 reflektiert, wobei sich das reflektierte Licht den gesammelten Strahlen nähert. Der Filter 148 eliminiert das infrarote Licht und das ultraviolette Licht aus dem reflektierten Licht, das vom konkaven Spiegel 147 abgegeben wird, so dass das vom konkaven Spiegel 147 abgegebene reflektierte Licht sichtbares Licht ist.
Anschließend trifft das Licht von der Lichtquelle 145 auf ein Farbtrennungs- Optiksystem, das von einer Kombination dichroitischer Spiegel 150 und 151 und einem ersten flachen Spiegel 152 gebildet wird, um somit in drei Lichtstrahlen der Primärfarben aufgeteilt zu werden. Die Lichtstrahlen der entsprechenden Primärfarben werden jeweils auf die Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 gerichtet, um sie durch die positiven Linsen 133, 134 und 135 durchzulassen, die jeweils als Feldlinsen dienen. Die aus den Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 austretenden Lichtstrahlen werden zu einem einzelnen Lichtstrahl zusammengesetzt mittels eines Farbkompositions-Optiksystems, das von einer Kombination dichroitischer Spiegel 153 und 154 und einem flachen Spiegel 155 gebildet wird, um somit auf eine Projektionslinse 156 aufzutreffen. Optische Bilder, die den Bildsignalen entsprechen, werden erzeugt in Form von Änderungen des Streuungszustands auf den Flüssigkristalltafeln 124, 125 und 126, und werden in einem vergrößerten Maßstab auf einen Bildschirm projiziert.
Da die plankonkaven Linsen 127 und 130, die plankonkaven Linsen 128 und 131 und die plankonkaven Linsen 129 und 132 jeweils an den Eintritts- und Austrittsseiten der Flüssigkristalltafeln 124, 125 und 126 vorgesehen sind, um Streulicht zu begrenzen, wird ein Kontrastabfall aufgrund des Streulichts verringert. Da indessen die drei Flüssigkristalltafeln 124, 125 und 126 für jeweils Rot, Grün und Blau verwendet werden, weist das projizierte Bild eine hervorragende Helligkeit und Auflösung auf.
In der Anordnung der Fig. 12 entspricht jede der Lichtventilvorrichtungen derjenigen, die in Fig. 11 (k) gezeigt ist, kann jedoch auch durch die Lichtventilvorrichtungen ersetzt werden, die in den Fig. 6 bis 10 und 11 (a) bis 11 (j) gezeigt sind. Eine optimale Konstruktion für die Lichtventilvorrichtungen sollte hinsichtlich der Anwendungen und der Randbedingungen des Projektionsanzeigesystems ausgewählt werden.
Fig. 13 zeigt ein Projektionsanzeigesystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Anzeigesystem enthält die Lichtquelle 70, eine Lichtventilvorrichtung 171 und eine Projektionslinse 184. Die Lichtquelle 70 ist die gleiche wie diejenige, die in Fig. 6 gezeigt ist.
Die Lichtventilvorrichtung 171 wird gebildet von einer Reflexionstyp- Flüssigkristalltafel 172, einer plankonkaven Linse 173 und einer positiven Linse 174. In der Flüssigkristalltafel 172 ist ein gekapselter Raum definiert durch erste und zweite Glassubstrate 175 und 176 und ein Kapselungsmittel 177, wobei ein Polymerdispersions-Flüssigkristall als Flüssigkristallage 178 in den gekapselten Raum gefüllt ist. Wie in Fig. 14 gezeigt, sind TFTs 179 in einem Matrixmuster auf dem Glassubstrat 175 ausgebildet, wobei eine aus Aluminium gefertigte Pixelelektrode 181 durch eine Isolationsschicht 180 auf jedem der TFTs 179 vorgesehen ist. Die Pixelelektrode 181 ist mit einer Drain-Elektrode 182 der jeweiligen TFTs 179 verbunden. Eine gemeinsame Elektrode 183 ist auf dem zweiten Glassubstrat 176 ausgebildet und ist ein transparenter und elektrisch leitender Film.
Die Projektionslinse 184 wird gebildet von einer ersten Linsengruppe 185, die neben der Flüssigkristalltafel 172 angeordnet ist, und einer zweiten Linsengruppe 186, die neben dem Bildschirm angeordnet ist. Ein flacher Spiegel 187 ist zwischen den ersten und zweiten Linsengruppen 185 und 186 vorgesehen. Nachdem das gestreute Licht, das von einem Pixel ausgesendet worden ist, welches in der Mitte einer Bildebene der Flüssigkristalltafel 172 angeordnet ist, durch die erste Linsengruppe 175 übertragen worden ist, trifft etwa die Hälfte des gestreuten Lichts auf den flachen Spiegel 187 auf, wobei der Rest auf die zweite Linsengruppe 186 auftrifft, ohne auf den flachen Spiegel 187 aufzutreffen. Eine Normale für eine reflektierende Oberfläche des flachen Spiegels 187 erstreckt sich in einem Winkel von 45º relativ zu einer optischen Achse 188 der Projektionslinse 184. Das Licht von der Lichtquelle 70 wird vom flachen Spiegel 187 reflektiert, um somit durch die erste Linsengruppe 185 übertragen zu werden, und wird anschließend durch die positive Linse 174 und die plankonkave Linse 173 übertragen, und somit auf die Flüssigkristalltafel 172 aufzutreffen. Das von der Flüssigkristalltafel 172 reflektierte Licht wird anschließend durch die plankonkave Linse 173, die positive Linse 174, die erste Linsengruppe 185 und die zweite Linsengruppe 186 übertragen, um somit den Bildschirm zu erreichen. Durch Kombination der plankonkaven Linse 173 und der positiven Linse 174 ist die Projektionslinse 184 so konfiguriert, dass ein optisches Bild auf der Flüssigkristallage 178 auf dem Bildschirm erzeugt wird. Indessen wird ein telezentrisches System verwendet, so dass ein aus einer Mitte eines Anschlags der Projektionslinse 184 in Richtung zur Flüssigkristalltafel 172 laufender Lichtstrahl im wesentlichen senkrecht auf die Flüssigkristallage 178 trifft.
In dem Projektionsanzeigesystem, das die Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel verwendet, sollte ein Streuungsgewinn reduziert sein, um somit einen hervorragenden Kontrast des projizierten Bildes zu erhalten. Um den Streuungsgewinn zu reduzieren, kann die Flüssigkristallage dicker gemacht werden. Wenn jedoch die Flüssigkristallage dicker gemacht wird, wird eine Spannung zum Versetzen der Flüssigkristallage in den transparenten Zustand höher, so dass die Ausgangsspannung eines Treiber-IC erhöht werden muß und somit die vom Treiber-IC erzeugte Wärmemenge sehr groß wird. Als Ergebnis entsteht das Problem, dass, da die Gleichmäßigkeit der Temperatur der Flüssigkristallage nicht sicher gestellt werden kann, die Gleichmäßigkeit der Bildqualität beeinträchtigt wird.
Wenn die Flüssigkristalltafel dem Reflexionstyp entspricht, läuft das Licht zweimal durch die Flüssigkristallage. In der Reflexiontyp-Flüssigkristalltafel kann daher der Streuungsgewinn im Vergleich zu einer Transmissionstyp- Flüssigkristalltafel, die eine Flüssigkristallage mit einer Dicke gleich derjenigen der Flüssigkristallage der Reflexiontyp-Flüssigkristalltafel enthält, reduziert werden. Bezüglich des Kontrasts des projizierten Bildes ist daher die Reflexionstyp-Flüssigkristalltafel günstiger als die Transmissionstyp- Flüssigkristalltafel. Das heißt, in der Reflexionstyp-Flüssigkristalltafel besitzt das projizierte Bild einen hervorragenden Kontrast durch Verringern der Ausgangsspannung des Treiber-IC. Da ferner in der Anordnung der Fig. 13 die Wirkungen zur Verbesserung des Kontrasts erreicht werden können durch die plankonkave Linse 173 sowohl an der Eintrittsseite als auch an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel 172, ist der Kontrast des projizierten Bildes außerordentlich gut. Durch Modifizieren der Projektionslinse 184 in der Anordnung der Fig. 13 kann die positive Linse 174 weggelassen werden, oder die plankonkave Linse 173 kann durch eine dicke transparente Platte ersetzt werden.
Fig. 15 zeigt ein Suchersystem, auf das eine Lichtventilvorrichtung 201 der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Lichtventilvorrichtung 201 enthält eine Flüssigkristalltafel 202, eine transparente Platte 203, eine plankonkave Linse 204 und eine positive Linse 205. Die Flüssigkristalltafel 202 wird gebildet von einer Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel mit einer Anzeigebildebene, die eine Diagonale von 1,778 cm (= 0,7 Zoll) aufweist. In der Flüssigkristalltafel 202 ist ein gekapselter Raum definiert durch zwei Glassubstrate 211 und 212 und ein Dichtungsmittel 213, wobei in den gekapselten Raum ein Polymerdispersions-Flüssigkristall als Flüssigkristallage 214 gefüllt ist. Die Glassubstrate 211 und 212 weisen jeweils eine Dicke von 1,1 mm auf. Die transparente Platte 203 ist mit einer Eintrittsseite der Flüssigkristalltafel 202 unter Verwendung eines transparenten Klebstoffes verbunden, während die plankonkave Linse 204 mit einer Austrittsseite der Flüssigkristalltafel 204 unter Verwendung eines transparenten Klebstoffs verbunden ist. Die positive Linse 205 ist an einer Austrittsseite und in unmittelbarer Nähe der plankonkaven Linse 204 angeordnet. Außerdem ist ein Okular 206 an einer Austrittsseite der positiven Linse 205 vorgesehen. Schwarze Farbe ist auf den ineffektiven Flächen der transparenten Platte 203 und der plankonkaven Linse 204 aufgetragen, während Antireflexionsbeschichtungen auf den effektiven Bereichen der Flächen der transparenten Platte 203 und der plankonkaven Linse 204 aufgetragen sind, wobei diese Flächen mit Luft in Kontakt gehalten werden. Durch die Verwendung der plankonkaven Linse 204, der positiven Linse 205 und des Okulars 206 in einer Kombination wird ein virtuelles Bild, das einem optischen Bild auf der Flüssigkristalltafel 202 entspricht, an einem Ort erzeugt, der an einem geringsten Abstand des deutlichen Sehens angeordnet ist, wenn ein Beobachter das virtuelle Bild durch das Okular 206 betrachtet, durch Bewegen eines Auges des Beobachters nahe an das Okular 206.
Eine Lampe 207 wird gebildet von einer Gleichstrom-Fluoreszenzlampe mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Länge von 20 mm. Das von der Lampe 207 diffundierte Licht wird mittels eines Nadelloches 208 und einer Kondensorlinse 209 in Licht umgesetzt, das eine schmale Direktivität aufweist, und wird durch die transparente Platte 203 übertragen, so dass es auf die Flüssigkristallage 214 auftrifft. Da zu diesem Zeitpunkt der Abstand von einer Eintrittsfläche 215 der transparenten Platte 203 zur Flüssigkristalllage 214 lang ist, wird ein Kontrastabfall aufgrund einer hinteren Streuung durch die obenbeschriebene Funktion des Nadelloches 208 und der Kondensorlinse 209 beschränkt. Indessen beschränkt die plankonkave Linse 204, die an der Austrittsseite der Flüssigkristalltafel 202 angeordnet ist, den Kontrastabfall, der durch das frontgestreute Licht hervorgerufen wird. Folglich kann durch das Okular 206 ein Bild mit hervorragendem Kontrast erhalten werden. Alle obenerwähnten Bestandteile sind in einem Gehäuse 210 aufgenommen. Eine Lichtquelle mit einem kleinen Lichtstrahler und hoher Helligkeit, z. B. eine LED, eine Halogenlampe, eine Katodenstrahlröhre und dergleichen, kann nach Wunsch als Lampe 207 verwendet werden. Indessen kann die Lichtventilvorrichtung vielfältig modifiziert werden, wie in Fig. 11 (a) bis 11 (k) gezeigt ist, wobei ein Bild mit hervorragendem Kontrast durch jede der Anordnungen der Fig. 11 (a) bis 11 (k) erhalten werden kann.
Da das Suchersystem der vorliegenden Erfindung keinen Polarisator in der Flüssigkristalltafel verwendet, ist dessen optischer Wirkungsgrad hoch. Im Fall des an einer Videokamera montierten Suchersystems nimmt daher die Dauer eines kontinuierlichen Betriebes des Suchersystems nach einem Wechsel seiner Batterien zu im Vergleich zu einem Suchersystem, das eine TN-Flüssigkristalltafel verwendet.
Fig. 16 zeigt ein Anzeigesystem, auf das eine Lichtventilvorrichtung 221 der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Lichtventilvorrichtung 221 wird gebildet von einer Flüssigkristalltafel 222 und zwei transparenten Platten 223 und 224. Eine effektive Anzeigefläche der Flüssigkristalltafel 222 besitzt eine diagonale Länge von 25,4 cm (= 10 Zoll). Die Flüssigkristalltafel 222 enthält zwei transparente Substrate 225 und 226, zwischen denen das Polymerdispersions-Flüssigkristall als (nicht gezeigte) Flüssigkristallage eingeschlossen ist. Obwohl nicht spezifisch gezeigt, sind transparente Elektroden in einem Matrixmuster auf einer der gegenüberliegenden Flächen der jeweiligen transparenten Substrate 225 und 226 neben der Flüssigkristallage vorgesehen. Wenn eine einem Bildsignal entsprechende Spannung an die transparenten Elektroden angelegt wird, wird ein optisches Bild erzeugt in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands auf der Flüssigkristallage. Die transparenten Platten 223 und 224 sind jeweils mit den Eintritts- und Austrittsseiten der Flüssigkristalltafel 222 mittels eines transparenten Klebstoffes verbunden. Jede der transparenten Platten 223 und 224 besitzt eine Dicke von 40 mm und ist aus Acrylharz gefertigt. Schwarze Farbe ist auf die ineffektiven Flächen der transparenten Platten 223 und 224 aufgetragen, während Antireflexionsbeschichtungen auf den effektiven Bereichen der Flächen der transparenten Platten 223 und 244 aufgetragen sind, wobei diese Flächen mit Luft in Kontakt gehalten werden.
Eine Lampe 228 wird von einer Gleichstrom-Fluoreszenzlampe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 40 mm gebildet. Das von der Lampe 228 ausgesendete Licht wird von einem flachen Spiegel 229 reflektiert und anschließend mittels einer Fresnel-Linse 230 in Licht umgesetzt, das eine schmale Direktivität aufweist, so dass es auf die Lichtventilvorrichtung 221 auftrifft. Da die Helligkeit des erneut aus der Flüssigkristallage austretenden Lichts durch die zwei dicken transparenten Platten 225 und 226 begrenzt werden kann, wird ein Bild mit hervorragendem Kontrast auf der Flüssigkristalltafel 222 angezeigt.
Obwohl im Anzeigesystem der Bereich des Sichtfeldwinkels begrenzt ist, kann ein helles Bild mit hervorragendem Kontrast beobachtet werden, wenn es aus einer vorgegebenen Richtung betrachtet wird. Daher kann das Anzeigesystem für die Anzeige in Ladengeschäften verwendet werden.
In den vorangehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Polymerdispersions-Flüssigkristalltafel als Lichtventilvorrichtung verwendet. Außerdem kann als Lichtventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch irgendein Element verwendet werden, das ein optisches Bild in Form von Änderungen des Lichtstreuungszustands erzeugen kann, wie z. B. eine Thermalschreibmodus-Flüssigkristalltafel, die einen Phasenänderungs- Flüssigkristall verwendet, eine Flüssigkristalltafel, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall auf der Grundlage von Änderung des Streuungszustands verwendet, PLZT und dergleichen.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung der Lichtventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung deutlich wird, in der das optische Bild in Form von Änderungen des Streuungszustands erzeugt wird, kann ein helles Bild mit hervorragendem Kontrast erhalten werden, indem das transparente Substrat dicker gemacht wird oder die transparente Platte oder die plankonkave Linse mit dem transparenten Substrat kombiniert wird. Indessen wird eine solche bemerkenswerte Wirkung erzielt, so dass durch die Verwendung dieser Lichtventilvorrichtung Anzeigesysteme, wie z. B. ein Projektionsanzeigesystem und ein Suchersystem, die ein helles Bild mit hervorragendem Kontrast anzeigen können, erhalten werden.

Claims

1. Lichtventilvorrichtung, enthaltend:

eine Lichtventillage (33) zum Erzeugen eines optischen Bildes als Änderungen des Lichtstreuungszustandes; und

zwei Substrate (31, 32), zwischen denen die Lichtventillage (33) eingefasst ist und von denen zumindest eines transparent ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Gleichung erfüllt wird:

t ≥ d/4 n² - 1

wobei t eine Mittendicke des zumindest einen Substrates (31, 32), n einen Brechungsindex des zumindest einen Substrates (31, 32) und d einen Maximaldurchmesser eines effektiven Anzeigebereiches der Lichtventillage (33) bezeichnet.

2. Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: ein Lichtabsorbiermittel (46), welches an einem Abschnitt des zumindest einen Substrates (31, 32) vorgesehen ist, durch das ein Teil des Lichts, welches für das Bild wirksam ist, nicht hindurch geht.

3. Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

weiterhin enthaltend:

ein Antireflexionsmittel (47), welches an einem Abschnitt einer Fläche des zumindest einen Substrates (31, 32) vorgesehen ist, durch das ein Teil des Lichts, welches für das Bild wirksam ist, hindurch geht;

wobei die Fläche des zumindest einen Substrates (31, 32) in Kontakt mit Luft gehalten wird.

4. Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine (36) der einander gegenüberliegenden Flächen des zumindest einen Substrates (31, 32), welche von der Lichtventillage (33) entfernt ist, eine konkave Oberfläche aufweist.

5. Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend: eine Positivlinse (94), welche in unmittelbarer Nähe zu der konkaven Oberfläche (95) vorgesehen ist.

6. Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin enthaltend: ein Reflexionsmittel (181), welches zwischen dem zumindest einen Substrat (175) und der Lichtventillage (178) vorgesehen ist.

7. Projektionsanzeigesystem, enthaltend:

eine Lichtquelle (70; 145);

eine Lichtventilvorrichtung (51; 78; 91; 103; 121, 122, 123; 171), welche Licht, das von der Lichtquelle (70; 145) abgestrahlt wird, empfängt, um hierdurch ein optisches Bild als Änderungen des Lichtstreuungszustandes zu erzeugen; und

eine Projektionslinse (74; 85; 100; 156; 184) zum Projizieren des optischen Bildes auf einen Bildschirm (76);

wobei die Lichtventilvorrichtung (51; 78; 91; 103; 121, 122, 123; 171) eine Lichtventillage (58; 178) zum Erzeugen des optischen Bildes als Änderungen des Lichtstreuungszustandes sowie zwei Substrate (55, 56) enthält, zwischen denen die Lichtventillage (58; 178) eingefasst ist und von denen zumindest eines transparent ist;

dadurch gekennzeichnet, das die folgende Gleichung erfüllt ist:

t ≥ d/4 n² - 1

wobei t eine Mittendicke des zumindest einen Substrates, n einen Brechungsindex des zumindest einen Substrates (55, 56) und d einen Maximaldurchmesser eines effektiven Anzeigebereichs der Lichtventillage (58; 178) bezeichnet.

8. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 7, weiterhin enthaltend: ein Lichtabsorbiermittel (67; 83; 98; 107; 113; 139-144), welches an einem Abschnitt des zumindest einen Substrates (55, 56) vorgesehen ist, durch den ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts nicht hindurch geht.

9. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 7 oder 8,

weiterhin enthaltend:

ein Antireflexionsmittel, welches an einem Abschnitt einer Fläche des zumindest einen Substrats (55, 56) vorgesehen ist, durch den ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts hindurch geht;

wobei die Fläche des zumindest einen Substrates (55, 56) in Kontakt mit Luft gehalten wird.

10. Projektionsanzeigesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem eine (81) der einander gegenüberliegenden Flächen des zumindest einen Substrates (55, 56), die von der Lichtventilanordnung (58) entfernt ist, eine konkave Oberfläche aufweist.

11. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 10, weiterhin enthaltend: eine Positivlinse (94), die in unmittelbarer Nähe der konkaven Oberfläche (95) vorgesehen ist.

12. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 11, weiterhin enthaltend: ein Reflexionsmittel (181), welches zwischen dem zumindest einen Substrat (175) und der Lichtventillage (178) vorgesehen ist.

13. Suchersystem, enthaltend:

eine Lichtquelle (207);

eine Lichtventilvorrichtung (201), welche Licht, das von der Lichtquelle (207) abgestrahlt wird, empfängt, um so ein optischen Bild als Änderungen des Lichtstreuungszustandes zu erzeugen; und

eine Vergrößerungslinse (206) zum Erzeugen eines virtuellen Bildes des optischen Bildes;

wobei die Lichtventilvorrichtung (201) eine Lichtventillage (214) zum Erzeugen des optischen Bildes als Änderungen des Lichtstreuungszustandes sowie zwei Substrate (211, 215) enthält, zwischen denen die Lichtventillage (214) eingefasst ist und von denen zumindest eines transparent ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Gleichung erfüllt ist:

t ≥ d/4 n² - 1

wobei t eine Mittendicke des zumindest einen Substrats (211, 212), n einen Brechungsindex des zumindest einen Substrats (211, 212) und d einen Maximaldurchmesser eines wirksamen Anzeigebereichs der Ventillage (214) bezeichnet.

14. Suchersystem nach Anspruch 13, weiterhin enthaltend: ein Lichtabsorbiermittel, welches an einem Abschnitt des zumindest einen Substrats (203, 204) vorgesehen ist, durch den ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts nicht hindurchgeht.

15. Suchersystem nach Anspruch 13 oder 14,

weiterhin enthaltend:

ein Antirefflektionsmittel, welches an einem Abschnitt einer Fläche des zumindest einen Substrats (203, 204) vorgesehen ist, durch den ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts hindurchgeht,

wobei die Fläche des zumindest einen Substrats (203, 204) in Kontakt mit Luft gehalten wird.

16. Suchersystem nach Anspruch 13 bis 15, bei dem eine der einander gegenüberliegenden Flächen des zumindest einen Substrats (211, 212), welche entfernt von der Lichtventillage (214) angeordnet ist, ein konkave Oberfläche aufweist.

17. Suchersystem nach Anspruch 16, weiterhin enthaltend: eine Positivlinse (205), die in unmittelbarer Nähe zu der konkaven Oberfläche vorgesehen ist.

18. Anzeigesystem, enthaltend:

eine Lichtquelle (228); und

eine Lichtventilvorrichtung (221), welche Licht, das von der Lichtquelle (228) abgestrahlt wird, empfängt, um ein optisches Bild als Änderungen des Lichtstreuungszustandes zu erzeugen;

wobei die Lichtventilvorrichtung (221) eine Lichtventillage zum Erzeugen des optischen Bildes als Änderung des Lichtstreuungszustandes sowie zwei Substrate (225, 226) enthält, zwischen denen die Lichtventillage eingefasst ist und von denen zumindest eines transparent ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Gleichung erfüllt ist:

t ≥ d/4 n² - 1

wobei t eine Mittendicke des zumindest einen Substrats (225, 226), n einen Brechungsindex des zumindest einen Substrats (225, 226) und d einen Maximaldurchmesser eines wirksamen Anzeigebereichs der Lichtventillage bezeichnet.

19. Anzeigesystem nach Anspruch 18, weiterhin enthaltend: ein Lichtabsorbiermittel, welches an einem Abschnitt des zumindest einen Substrats (225, 226) vorgesehen ist, durch den ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts nicht hindurchgeht.

20. Anzeigesystem nach Anspruch 18 oder 19,

weiterhin enthaltend:

ein Antirefflektionsmittel, welches an einem Abschnitt an einer Fläche des zumindest einen Substrat (225, 226) vorgesehen ist, durch das ein für das Bild wirksamer Teil des Lichts hindurchgeht;

wobei die Fläche des zumindest einen Substrats (225, 226) in Kontakt mit Luft gehalten wird.

21. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem eine der einander gegenüberliegenden Flächen des zumindest einen Substrats (225, 226), die entfernt von der Lichtventillage angeordnet ist, eine konkave Oberfläche aufweist.

22. Anzeigesystem nach Anspruch 21, weiterhin enthaltend: eine Positivlinse (230), die in unmittelbarer Nähe zu der konkaven Oberfläche vorgesehen ist.