DE69530258T2

DE69530258T2 - Ansteuerungsverfahren für räumlichen Lichtmodulator und Projektionsanzeigesysteme

Info

Publication number: DE69530258T2
Application number: DE69530258T
Authority: DE
Inventors: Koji Akiyama; Hisahito Ogawa; Akifumi Ogiwara; Yukio Tanaka; Hiroshi Tsutsui
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: US5731797A; EP0707304A3; EP0707304B1; DE69530258D1; EP0707304A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungsverfahren für einen räumlichen Lichtmodulator, der auf optische Prozessoren, Projektionsbildschirmsysteme und dergleichen angewandt wird, und betrifft ferner ein Projektionsbildschirmsystem mit Anwendung des Ansteuerungsverfahrens.
Optisch adressierte räumliche Lichtmodulatoren mit Anwendung einer Flüssigkristallschicht weisen grundsätzlich eine photoleitfähige Schicht, eine Flüssigkristallschicht, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit aufweist, und zwei lichtdurchlässige leitfähige Elektroden auf, zwischen denen die photoleitfähige Schicht und die Flüssigkristallschicht schichtweise angeordnet sind. (Weiter unten erwähnte räumliche Lichtmodulatoren bedeuten die optisch adressierten räumlichen Lichtmodulatoren.) Die räumlichen Lichtmodulatoren werden durch Anlegen einer Spannung von einer äußeren Quelle an einen Abschnitt zwischen den lichtdurchlässigen leitfähigen Elektroden angesteuert. Wenn die photoleitfähige Schicht mit Licht bestrahlt wird, ändert sich der elektrische Widerstand der photoleitfähigen Schicht. Dann variiert die an der Flüssigkristallschicht anliegende Spannung und ändert daher die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle. Als Ergebnis können Funktionen wie z. B. der Lichtschwellwertbetrieb, Wellenlängenumwandlung, Umwandlung inkohärenter in kohärente Strahlung und Bildspeicherung erzielt werden, so daß die räumlichen Lichtmodulatoren ein Schlüsselelement für die Informationsverarbeitung sind. Wenn Ausleselicht mit hoher Intensität aus der dem Schreiblicht entgegengesetzten Richtung eingestrahlt wird und eingeschriebene Informationen durch Reflexion gelesen werden, erhalten die räumlichen Lichtmodulatoren zusätzlich Lichtverstärkungseigenschaften. Daher können die Modulatoren als Projektionsbildschirmsysteme verwendet werden, und es wird erwartet, daß sie als Mehrzweckvorrichtungen verwendbar sind.
Neben dem Projektionsbildschirmsystem mit Anwendung des obenerwähnten optisch adressierten räumlichen Lichtmodulators weisen die praktischen Projektionsbildschirmsysteme das Projektionssystem mit drei Kathodenstrahlröhren (CRT) von hoher Helligkeit und das System zur Projektion eines Aktivmatrix- Flüssigkristall-Lichtventils mit einer sehr hellen Lichtquelle auf.
In dem Projektionssystem mit Kathodenstrahlröhren (CRT) erhält man ein Farbbild durch Darstellung von Bildern auf R- (rot), G- (grün) und B-CRTs (blau) von hoher Helligkeit und 5-7 Zoll Diagonale und durch Projektion und Zusammenführen der Bilder auf einem Bildschirm durch drei Projektionslinsen. Da jedoch die Darstellung an der Kathodenstrahlröhre sehr hell sein muß, um ein helles Bild zu erzeugen, sind die Auflösung und der Kontrast schlecht. Ein Problem ist außerdem das große Gewicht des Projektionsgeräts.
In dem System zur Projektion eines Aktivmatrix-Flüssigkristall-Lichtventils mit einer sehr hellen Lichtquelle werden Bilder auf drei Flüssigkristallbildschirmen (R, G und B) oder auf einem Flüssigkristallbildschirm mit R-, G- und B- Farbfiltern in einem Körper angezeigt. Die Bilder werden dann ausgelesen, indem sie von hinten mit einer sehr hellen Lichtquelle beleuchtet werden, wie z. B. einer Halogen-Metalldampflampe bzw. Halogenlampe, und auf diese Weise auf einen Bildschirm projiziert werden. Im Vergleich zum Projektionssystem mit CRT kann ein Projektionsgerät in diesem System klein und leicht sein. Um jedoch hochauflösende Bilder zu liefern, muß die Bildelementgröße bzw. Pixelgröße einer Flüssigkristalltafel klein sein. Dadurch ergibt sich ein großes Verhältnis zwischen der Größe eines Bildelements und einer Bildabschattungsfläche (einem Transistorabschnitt zum Ansteuern einer Flüssigkristallschicht), wodurch sich das Öffnungsverhältnis der Bildelement- und Dunkelfeldbilder verringert.
Wie oben beschrieben, gibt es einen Kompromiß zwischen Auflösung und Helligkeit. Bei den Projektionsbildschirmsystemen mit Anwendung der CRT oder des Aktivmatrix-Flüssigkristall-Lichtventils können zugleich Auflösung und Helligkeit nicht erzielt werden.
In dem System mit Anwendung des optisch adressierten räumlichen Lichtmodulators werden Bilder durch CRT in eine photoleitfähige Schicht eingegeben, und die Bilder werden durch Reflexion ausgelesen, während sie von der Flüssigkristallschichtseite aus mit einer sehr hellen Lichtquelle beleuchtet werden. Die Bilder werden dann durch Projektionslinsen auf einen Bildschirm projiziert. In diesem System kann die Projektionsvorrichtung klein und leicht gehalten werden. Man erhält auch helle Bilder mit hoher Auflösung, wodurch die obenerwähnten Probleme von Auflösung und Helligkeit gelöst werden.
Als photoleitfähige Schicht, die einen räumlichen Lichtmodulator bildet, wird im allgemeinen eine Dünnschicht aus hydriertem amorphem Silicium (a-Si:H) aufgebracht, die ein hoher Empfindlichkeit für sichtbares Licht aufweist. Als Flüssigkristallschicht wird im allgemeinen ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit kurzer Ansprechzeit aufgebracht. Die in Fig. 14 dargestellte Wellenform wird als Wellenform einer Wechselspannung vorgeschlagen, die den räumlichen Lichtmodulator ansteuert (Y. Tanaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, 33 (6A), 1994, S. 3469-3477). In der Phase Tw, in der eine negative Spannung Vw anliegt, werden Eingabebilder für die (photoleitfähige) a-Si:H-Schicht bereitgestellt, und die Bilder werden in die ferroelektrische Flüssigkristallschicht eingeschrieben. In der Phase Te, in der eine positive Spannung Ve anliegt, werden die eingeschriebenen Bilder gelöscht.
Das obenerwähnte herkömmliche Ansteuerungsverfahren eines räumlichen Lichtmodulators ermöglicht bei Anwendung eines bistabilen ferroelektrischen Flüssigkristalls sogar eine Halbtonanzeige in dem räumlichen Lichtmodulator, indem eine Löschspannung Ve eingestellt wird, die höher als die Schreibspannung Vw ist. Helle Ausgabebilder können auch erzielt werden, indem die Löschphase Te (Sperrzustand (Dunkelzustand) in dem räumlichen Lichtmodulator) kürzer als Tw (Durchlaßzustand (heller Zustand) im Modulator) eingestellt wird.
Ebenso wie beim herkömmlichen Ansteuerungsverfahren schaltet jedoch die Flüssigkristallschicht bei Einstellung einer langen Schreibphase Tw allmählich zum Durchlaßzustand um, auch wenn kein Schreiblicht eingestrahlt wird. Auf diese Weise nimmt der Kontrast der Ausgabebilder im räumlichen Lichtmodulator stark ab. Da außerdem Te kurz ist, bleiben die in der Schreibphase (Tw) eingeschriebenen Bilder auch nach Te bestehen (Nachleuchterscheinung). Außerdem treten Nachbilder auf, d. h. ein länger als eine Minute dauerndes Nachleuchten.
Das Phänomen des Nachleuchtens oder der Nachbilder wird gelöst, indem die Periode bzw. der Takt verlängert wird, um die eigentliche Löschphase (Te) zu verlängerng indem bei konstanter Periode die Löschphase länger als die Schreibphase eingestellt wird, oder indem in der Löschphase (Te) die angelegte Spannung (Ve) höher eingestellt wird. Wenn jedoch die Löschphase verlängert wird, nimmt das Zeitöffnungsverhältnis bzw. Hell/Dunkel-Zeitverhältnis ab, so daß die Ausgabebilder dunkel werden. Wenn die angelegte Spannung (Ve) in der Löschphase hoch eingestellt wird, bleibt auch in der Schreibphase (Tw) nach der Löschphase ein hoher Anteil der Löschspannung (Ve) bestehen. Als Ergebnis ist zum Einschreiben von Bildern Licht von hoher Intensität erforderlich, wodurch Schreibempfindlichkeit, Auflösung und Kontrast der eingeschriebenen Bilder sowie Auflösung und Kontrast der Ausgabebilder des räumlichen Lichtmodulators vermindert werden.
Wie bei dem obenerwähnten herkömmlichen Ansteuerungsverfahren eines räumlichen Lichtmodulators erhöht sich die Lichtdurchlässigkeit einer Flüssigkristallschicht mit längerer Schreibphase (Tw) auch dann, wenn kein Schreiblicht eingestrahlt wird. Folglich nimmt der Kontrast von Ausgabebildern ab. Dieses Problem wird dadurch verursacht, daß die elektrostatische Kapazität der Flüssigkristallschicht kleiner oder gleich der Kapazität der photoleitfähigen Schicht ist. Zur Lösung des Problems kann die elektrostatische Kapazität der photoleitfähigen Schicht viel kleiner als die Kapazität der Flüssigkristallschicht eingestellt werden, so daß die photoleitfähige Schicht fünfmal dicker als die Flüssigkristallschicht sein muß. Wenn jedoch die Dicke der photoleitfähigen Schicht vergrößert wird, dann wird wegen der Krümmung oder Deformation eines Substrats durch die zunehmende Spannung der photoleitfähigen Schicht die Dicke der Flüssigkristallschicht ungleichmäßig. Dies führt zu einer extremen Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Qualität von Ausgabebildern, und die Fertigungskosten von räumlichen Lichtmodulatoren nehmen zu, da die erforderliche Zeit zum Ausbilden einer photoleitfähigen Schicht zunimmt.
Perioden können verkürzt werden, um die effektive Schreibphase kürzer einzustellen, oder die Schreibphase kann bei konstanten Perioden kürzer als die Löschphase eingestellt werden, wodurch die obenerwähnten Probleme gelöst werden. Bei Verwendung von Schreiblicht mit hoher Intensität wird es jedoch notwendig, eine Flüssigkristallschicht nach kurzer Zeit umzuschalten, wodurch die Schreibempfindlichkeit der räumlichen Lichtmodulatoren, die Auflösung und der Kontrast von eingeschriebenen Bildern und die Auflösung und der Kontrast von Ausgabebildern vermindert werden.
Wenn eine Bildanzeigevorrichtung, die durch Abtastung von einem Punkt zum anderen ein zweidimensionales Bild liefert (wie z. B. eine CRT), als Einrichtung zum Einschreiben von Bildern in einem Projektionsbildschirmsystem mit Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators vorgesehen ist, dann sind die Bildwechselfrequenz der CRT und die Frequenz der Ansteuerungswellenform des räumlichen Lichtmodulators in Resonanz. Als Ergebnis findet sich in den Ausgabebildern des räumlichen Lichtmodulators eine "Schwebung", d. h. eine Helligkeitsverteilung mit einer bestimmten räumlichen Periode. Wenn die Schwebung deutlich festgestellt wird, nimmt wegen der Entstehung eines Kontrastbandes in den Bildern die Bildqualität der Bilder erheblich ab. Das Kontrastband verschiebt sich im Lauf der Zeit. Bei hoher Verschiebungsgeschwindigkeit wird das Band als Flimmern wahrgenommen, so daß das Betrachten der Bilder schwierig wird. Die Schwebung verschlimmert sich besonders bei einem räumlichen Lichtmodulator mit Verwendung eines Photoleiters mit Gleichrichtereigenschaft und eines ferroelektrischen Flüssigkristalls als Flüssigkristall, der entsprechend einer Polarität der angelegten Spannung umschaltet, da das Ausgabebild als Reaktion auf die Frequenz der ansteuernden Wechselspannung wiederholt zwangsweise ein- und ausgeschaltet wird und die Ansteuerungsfrequenz des räumlichen Lichtmodulators und die Bildwechselfrequenz der CRT leicht miteinander in Resonanz treten. Bei irgendeiner Frequenz der Ansteuerungswellenform entsteht die Schwebung, auch wenn eine Differenz im Schwebungspegel auftritt. Die Frequenz der Ansteuerungswellenform kann höher als 1 kHz eingestellt werden, so daß die Frequenz für eine Wahrnehmung der Schwebungsfrequenz durch das menschliche Auge zu hoch wird. Ausgabebilder werden jedoch dunkler, da das Zeitöffnungsverhältnis bzw. Hell/Dunkel-Zeitverhältnis des räumlichen Lichtmodulators vermindert wird.
EP-A-0 617 312 offenbart einen räumlichen Lichtmodulator und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Konstanthalten der Intensitätschwellwerte eines räumlichen Lichtmodulators und Veränderungen mindestens eines der folgenden Werte: Minimalwert der Steuerspannung in der Schreibphase (Vw), Maximalwert der Steuerspannung in der Löschphase (Ve) und Dauer der Schreibphase (Tw), um eine Halbtonanzeige zu ermöglichen, die im zeitlichen Ablauf nicht variiert. Konkret werden diese Parameter Vw, Ve und Tw verändert, während die Helligkeit auf dem Bildschirm gemessen wird, und es erfolgt eine Rückkopplung. Wenn sich daher die Helligkeit auf dem Bildschirm nicht ändert, sind diese Parameter konstant.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kontrastreiches und hochauflösendes Ausgabebild bereitzustellen, in dem eine Schwebung verhindert wird und kein Nachleuchten und keine Nachbilder auftreten. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Wenn Wechselspannung mit unbeständigen Perioden als Ansteuerungswellenform angelegt wird, werden lange und kurze Schreibphasen bereitgestellt, die durch die Periodendauer beeinflußt werden. In der langen Schreibphase schaltet die Flüssigkristallschicht wahrscheinlich auch in einem Zustand ohne Einstrahlung von Schreiblicht um, aber die Schreiblichtintensität kann vermindert werden. In der kurzen Schreibphase kann andererseits das Umschalten der Flüssigkristallschicht im Zustand ohne Einstrahlung von Schreiblicht verhindert werden. Das Schreiblicht erreicht jedoch eine hohe Intensität. Wegen der Existenz langer und kurzer Schreibphasen und wegen der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht lassen sich daher die Vorzüge sowohl der langen als auch der kurzen Schreibphasen erzielen, und die schwachen Punkte jeder Periode können unbemerkt bleiben. Als Ergebnis wird das Umschalten des Flüssigkristalls bei fehlender Einstrahlung von Schreiblicht verhindert, und auch die Intensität des Schreiblichts kann abgeschwächt werden, so daß kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder bereitgestellt werden können. Da außerdem die Perioden kurz und lang sind, treten auch kurze und lange Löschphasen auf. Bei kurzer Löschphase können eingeschriebene Bilder nicht völlig gelöscht werden, wodurch Nachleuchten oder Nachbilder entstehen. Nachleuchten oder Nachbilder wird jedoch in der langen Löschphase sofort entfernt, und für das menschliche Auge sind Nachleuchten oder Nachbilder in den Ausgabebildern nicht wahrnehmbar.
Wenn die erste oder die zweite Spannung in jeder Periode nicht konstant ist, stellt man bei Anlegen der ersten Spannung als Löschspannung und der zweiten Spannung als Schreibspannung die folgenden Eigenschaften fest. Bei hoher Löschspannung werden Nachleuchten und Nachbilder verhindert. Bei niedriger Löschspannung verringert sich die in der Flüssigkristallschicht während der Schreibphase verbleibende Restlöschspannung. Bei hoher Schreibspannung vermindert sich die Intensität des Schreiblichts. Bei niedriger Schreibspannung schaltet der Flüssigkristall in der Schreibphase ohne Einstrahlung von Schreiblicht nicht mehr spontan um. Als Ergebnis verbessern sich der Kontrast und die Auflösung des Ausgabebildes. Ausgehend von diesen Vorteilen werden kontrastreiche und hochauflösende Bilder bereitgestellt, bei denen Nachleuchten oder Nachbilder nicht beobachtet werden.
Die nachstehend erwähnten Eigenschaften findet man durch Anwendung der ersten Spannung als Löschspannung und der zweiten Spannung als Schreibspannung, wenn die zweite Spannung in einer Wechselspannungsperiode nicht konstant ist. Mit anderen Worten, die Löschspannung in jeder Periode verschiebt sich im Lauf der Zeit von hoch nach niedrig. Bei hoher Löschspannung werden eingeschriebene Bilder vollständig gelöscht, wodurch Nachleuchten und Nachbilder verhindert werden. Unmittelbar vor der Schreibphase erniedrigt sich die Löschspannung, und die in den Anfangsstadien der Schreibphase an die Flüssigkristallschicht angelegte Spannung wird niedrig, wodurch die Intensität des Schreiblichts abgeschwächt wird. Daher werden kontrastreiche und hochauflösende Bilder bereitgestellt, bei denen Nachleuchten oder Nachbilder nicht beobachtet werden. Wenn andererseits die Schreibspannung in jeder Periode im Lauf der Zeit von hohen zu niedrigen Werten übergeht, kann die Intensität des Schreiblichts im Anfangsstadium bei hoher Spannung vermindert werden. Das Problem des Umschaltens der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht wird durch Anlegen einer niedrigen Spannung im späteren Stadium und Bereitstellen hochauflösender und kontrastreicher Bilder gelöst.
Wenn das Verhältnis zwischen der Phase der ersten Spannung und der Phase der zweiten Spannung nicht konstant ist, erhält man die folgenden Eigenschaften durch Anwendung der Phase der ersten Spannung als Löschphase und der Phase der zweiten Spannung als Schreibphase. Bei hohem Verhältnis zwischen der Löschphase und der Schreibphase nimmt die Helligkeit der Ausgabebilder ab. Die Entstehung des Nachleuchtens oder von Nachbildern kann jedoch verhindert werden. Außerdem schaltet die Flüssigkristallschicht nicht mehr spontan ohne Einstrahlung von Schreiblicht um. Bei niedrigem Verhältnis entstehen wahrscheinlich Nachleuchten oder Nachbilder. Außerdem besteht insofern ein Problem, als die Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht spontan umschaltet. Die Ausgabebilder können jedoch aufgehellt werden. Mit anderen Worten, wegen der Existenz hoher und niedriger Verhältnisse zwischen der Löschphase und der Schreibphase erzielt man die Vorteile sowohl eines hohen Verhältnisses als auch eines niedrigen Verhältnisses, und die schwachen Punkte dieser Verhältnisse bleiben unbemerkt. Daher werden kontrastreiche und sehr helle Ausgabebilder bereitgestellt.
Wenn die erste Spannung höher als die zweite Spannung ist, wird sogar bei einem räumlichen Lichtmodulator mit Verwendung bistabiler ferroelektrischer Flüssigkristalle durch Anwendung der ersten Spannung als Löschspannung und der zweiten Spannung als Schreibspannung eine Halbtonanzeige möglich.
Helle Ausgabebilder erhält man durch Anwendung der Phase der ersten Spannung als Löschphase (Sperrzustand (dunkler Zustand) im räumlichen Lichtmodulator) und der Phase der zweiten Spannung als Schreibphase (Durchlaßzustand (heller Zustand) im Modulator), wenn die Phase der ersten Spannung kürzer ist als die Phase der zweiten Spannung.
Ausgabebilder von stabiler Helligkeit werden auch erzielt, wenn die Periode der Wechselspannung im Bereich von T&sub0;/10 bis 10T&sub0; liegt, wobei T&sub0; der Zentralwert bzw. Medianwert der Periode ist.
Wenn die zweite Spannung in einer Wechselspannungsperiode mindestens einen Maximal- oder Minimalwert aufweist, variiert die Empfindlichkeit des räumlichen Lichtmodulators gegenüber dem Schreiblicht mit der Zeit, so daß die Helligkeitsverteilung von Ausgabebildern, die aus den Helligkeitsverteilungen eines optischen Schreib- und Lesesystems und eines optischen Schreibsystems erzeugt wird, kleine Werte annimmt.
Mindestens eine Spannung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus der ersten Spannung und der zweiten Spannung besteht, liegt im Bereich von V&sub0;/10 bis 10V&sub0;, wobei V&sub0; ein zeitlicher Mittelwert ist, der gleich der {Summe von (Spannung·Anlegezeit pro Periode) über mindestens zehn Spannungsperioden}, dividiert durch die {Summe von (Anlegezeit pro Periode) über mindestens zehn Spannungsperioden} ist, so daß man Bilder von stabiler Helligkeit als Ausgabebilder erhält.
Wenn das Verhältnis zwischen der Phase der ersten Spannung und der Phase der zweiten Spannung im Bereich von 0,1 bis 10 liegt, erhält man Ausgabebilder von stabiler Helligkeit durch Anwendung der Phase der ersten Spannung als Löschphase und der Phase der zweiten Spannung als Schreibphase.
Phototräger werden mit hohem Wirkungsgrad durch Einstrahlung von Schreiblicht erzeugt, wenn die photoleitfähige Schicht Gleichrichtereigenschaften aufweist, so daß die Phototräger mit hohem Wirkungsgrad zur Flüssigkristallschicht transportiert werden.
Wenn die Flüssigkristallschicht aus mindestens einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ferroelektrischen Flüssigkristallen und antiferroelektrischen Flüssigkristallen besteht, kann die Flüssigkristallschicht dünner ausgeführt werden. Folglich kann auch die photoleitfähige Schicht dünn sein. Die ferroelektrischen Flüssigkristalle und die antiferroelektrischen Flüssigkristalle haben eine kurze Ansprechzeit und sind zweckmäßig, da sie Speichereigenschaften aufweisen. Wenn die ferroelektrischen Flüssigkristalle, die antiferroelektrischen Flüssigkristalle oder ein Gemisch aus den ferroelektrischen und antiferroelektrischen Flüssigkristallen für die Flüssigkristallschicht verwendet werden, können in die Schicht eingeschriebene Bilder durch Anlegen einer Vorspannung in Durchlaßrichtung gelöscht werden.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines räumlichen Lichtmodulators, der auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens angewandt wird.
Fig. 2A zeigt eine Schnittansicht eines weiteren räumlichen Lichtmodulators, der auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens angewandt wird.
Fig. 2B zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen räumlichen Lichtmodulators.
Fig. 3 zeigt eine Schemaskizze eines erfindungsgemäßen Projektionsbildschirmsystems.
Fig. 4 zeigt eine Wechselspannungswellenform, die an eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens angelegt wird.
Die Fig. 5 bis 13 zeigen weitere Beispiele von Wechselspannungswellenformen.
Fig. 14 zeigt die Steuerspannungswellenform eines herkömmlichen räumlichen Lichtmodulators.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Erläuterungsbeispiele und die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des räumlichen Lichtmodulators nach einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 1 dargestellt, werden auf einem lichtdurchlässigen isolierenden Substrat 101 (zum Beispiel einem hitzefesten Glassubstrat, Quarzglassubstrat oder Saphirsubstrat) nacheinander eine lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 102 (beispielsweise ITO (Indium-Zinnoxid), leitfähiges Oxid, wie z. B. ZnO und SnO&sub2;, oder eine halbdurchlässige Metalldünnschicht, wie z. B. Cr, Au, Pt und Pd) und eine photoleitfähige Schicht 103 aus einem amorphen Halbleiter ausgebildet. Auf die photoleitfähige Schicht 103 werden ein Reflektor 104 und eine Orientierungsschicht 106 zum Orientieren einer Flüssigkristallschicht 105 auflaminiert, wodurch ein erstes Substrat hergestellt wird. Auf einem lichtdurchlässigen isolierenden Substrat 109 (beispielsweise einem hitzefesten Glassubstrat, Quarzglassubstrat oder Saphirsubstrat) werden nacheinander eine lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 107, (beispielsweise ITO (Indium- Zinnoxid), leitfähiges Oxid, wie z. B. ZnO und SnO&sub2;, oder eine halbdurchlässige Metalldünnschicht, wie z. B. Cr, Au, Pt und Pd) und eine Orientierungsschicht 108 zum Orientieren einer Flüssigkristallschicht 105 ausgebildet, wodurch ein zweites Substrat hergestellt wird. Die Flüssigkristallschicht 105 wird zwischen die ersten und zweiten Substrate geschichtet.
Der räumliche Lichtmodulator wird durch Anlegen einer Wechselspannung von einer Wechselstromversorgung 114 angesteuert, die mit einem Abschnitt zwischen den lichtdurchlässigen leitfähigen Elektroden 102 und 107 verbunden ist. Als Wechselspannung wird zum Beispiel eine Spannung mit einer in Fig. 4 dargestellten Wellenform angelegt. In der Figur ist die Phase mit Anlegen einer negativen Spannung (Vw) eine Schreibphase (Tw) zum Einschreiben von Bildern in den räumlichen Lichtmodulator; die Phase mit Anlegen einer positiven Spannung (Ve) ist eine Löschphase (Te) zum Löschen eingeschriebener Bilder.
Wenn Schreiblicht 110 von der Seite des lichtdurchlässigen isolierenden Substrats 101 her in die photoleitfähige Schicht 103 eingestrahlt wird, während an dem räumlichen Lichtmodulator eine negative Spannung (Vw) anliegt, ändert sich der elektrische Widerstand der photoleitfähigen Schicht 103 in einem Abschnitt, wo das Schreiblicht 110 eingestrahlt wird. Folglich nimmt die an der entsprechenden Flüssigkristallschicht 105 anliegende Spannung zu und ändert die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle. Die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird als Lichtreflexion an dem Reflektor 104 durch ein aus einem Polarisator 111 und einem Analysator 112 bestehendes optisches System beobachtet, während Ausleselicht 113 von der Seite eingestrahlt wird, die der Richtung des Schreiblichts 110 entgegengesetzt ist (Seite der lichtdurchlässigen leitfähigen Elektrode 109). Statt des optischen Systems aus Polarisator 111 und Analysator 112 kann auch ein polarisierender Strahlteiler angewandt werden.
Nachstehend werden anhand der Fig. 4-13 konkrete Beispiele der Wechselspannungswellenform erläutert, die von der Wechselstromversorgung an den räumlichen Lichtmodulator angelegt werden. Fig. 4 zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der die Frequenz 1/T (Periode T = Te + Tw) in jeder Periode verändert wird. (Löschspannung Ve, Schreibspannung Vw und das Verhältnis (Te/Tw: Zeitdauer- bzw. Phasenverhältnis) zwischen der Löschphase Te und der Schreibphase Tw sind konstant eingestellt). Mit dem menschlichen Auge wird am oberen Grenzwert des Schwankungsbereichs der Periode T kein Flimmern wahrgenommen; die Flüssigkristallschicht ist am unteren Grenzwert des Bereichs ansprechfähig. Der obere Grenzwert ist vom Material der Flüssigkristalle und von der Dicke der Flüssigkristallschicht abhängig. Der konkrete Bereich der Periode T (Frequenz 1/T) ist jedoch vorzugsweise 1 us bis 1 s (1 Hz bis 1 MHz). Stärker bevorzugt geht der Bereich von 10 us bis 0,1 s (10 Hz bis 100 kHz), und noch stärker bevorzugt geht der Bereich von 100 us bis 0,33 s (33 Hz bis 10 kHz).
Durch Anlegen einer Wechselspannungswellenform mit unbeständigen Perioden T werden wegen der Dauer der Periode T lange und kurze Schreibphasen Tw erzeugt. Bei langer Schreibphase Tw schaltet die Flüssigkristallschicht wahrscheinlich auch ohne Einstrahlung von Schreiblicht um. Andererseits wird jedoch die Intensität des Schreiblichts abgeschwächt. Bei einer kurzen Schreibphase Tw ergibt sich eine hohe Intensität des Schreiblichts, aber das Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht kann verhindert werden. Bei Vorhandensein kurzer und langer Schreibphasen Tw sowie der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht erzielt man daher die Vorteile sowohl langer als auch kurzer Schreibphasen Tw, und negative Aspekte jeder Phase bleiben unbemerkt. Als Ergebnis wird das Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht verhindert, und die Intensität des Schreiblichts kann niedrig gehalten werden, wodurch kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder bereitgestellt werden. Wegen der langen und kurzen Perioden T treten lange und kurze Löschphasen Te auf. Bei kurzer Löschphase Te ist das Löschen der eingeschriebenen Bilder unbefriedigend. Daher treten wahrscheinlich Nachleuchten oder Nachbilder auf. Bei langer Löschphase Te werden jedoch das Nachleuchten oder Nachbilder beseitigt, so daß das menschliche Auge diese Phänomene nicht wahrnehmen kann. Wegen der Existenz langer und kurzer Löschphasen Te und der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht erzielt man die Vorteile jeder langen und kurzen Löschphase, und die negativen Aspekte der Perioden bleiben unbemerkt. Als Ergebnis erhält man kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder ohne wahrnehmbares Nachleuchten und Nachbilder.
Wenn sich die Frequenzen in jeder Periode innerhalb eines breiten Bereichs ändern und der räumliche Lichtmodulator als Bildschirm eingesetzt wird, beobachtet man eine unbeständige Helligkeit der Bilder. Bei einer Änderung der Periode T von T&sub0;/10 bis 10T&sub0; bezüglich des Medianwerts der Periode T&sub0; entstehen Bilder von beständiger bzw. stabiler Helligkeit. Der konkrete T&sub0;-Bereich beträgt 200 us bis 20 ms. Die Schreibphase Tw ist länger als die Löschphase Te, um bei Anwendung des Moduls als Bildschirm ein helles Bild zu erhalten. Mit anderen Worten, das Phasenverhältnis (Te/Tw) ist vorzugsweise kleiner als 1. Wenn jedoch der Modul als optischer Prozessor, als Hologrammsystem und dergleichen eingesetzt wird, beträgt das Phasenverhältnis vorzugsweise 0,01 bis 2, oder stärker bevorzugt 0,05 bis 1.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen eine Wechselspannungswellenform, in der sich in jeder Periode im Lauf der Zeit nur die Schreibspannung Vw ändert und die Perioden T, das Phasenverhältnis (Te/Tw) und die Löschspannung Ve konstant gehalten werden. Die Schreibspannung Vw ändert sich vom Anfangswert (Vw1) zum Maximalwert (Vw2) und dann zu Vw3. In den Figuren ändern sich vier Profile vom Anfangswert zum Maximalwert und dann zu Vw3. Die Änderungsprofile der Schreibspannung Vw sind nicht auf diese Beispiele begrenzt. Solange die Zeit bis zum Erreichen des Maximalwerts (Vw2) innerhalb der Schreibphase Tw liegt, unterliegt das Profil keiner besonderen Beschränkung. Die Änderung der Schreibspannung Vw führt im zeitlichen Ablauf zu einer Empfindlichkeitsschwankung des räumlichen Lichtmodulators bezüglich des Schreiblichts 110. Mit anderen Worten, der räumliche Lichtmodulator weist beim Maximalwert Vw2 die höchste Empfindlichkeit auf, und die Ausgabebilder erreichen in Bezug auf Schreiblicht einer bestimmten Intensität die höchste Helligkeit. Daher wird die Helligkeitsverteilung von Ausgabebildern, die durch die Helligkeitsverteilungen eines optischen Schreibsystems und eines optischen Lesesystems erzeugt werden, minimiert, wenn diese Wechselspannungswellenform als Ansteuerungswellenform angelegt wird. Entsprechend kann, wie in den Fig. 6A bis 6D gezeigt, als Ansteuerungswellenform eine Wechselspannungswellenform angelegt werden, bei der sich die Schreibspannung Vw zusammen mit der Helligkeitsverteilung von Ausgabebildern von einer Anfangsspannung (Vw1) zu einem Minimalwert (Vw2) und dann zu Vw3 ändert.
Fig. 7A zeigt eine Wechselspannungswellenform, bei der sich die Löschspannung Ve in jeder Periode ändert, während die Perioden T, das Phasenverhältnis (Te/Tw) und die Schreibspannung Vw konstant gehalten werden. In Fig. 7A variiert jedoch die Löschspannung Ve regelmäßig. Bei Anlegen dieser Wechselspannungswellenform als Ansteuerungswellenform stellt man die nachstehend beschriebenen Eigenschaften fest. Bei hoher Löschspannung Ve werden Nachleuchten oder Nachbilder verhindert. Bei niedriger Löschspannung Ve verringert sich die während der Schreibphase Tw in der Flüssigkristallschicht verbleibende Löschspannung. Daher nimmt die Schreibempfindlichkeit nicht ab, und man erhält helle Bilder ohne Nachleuchten und Nachbilder.
Fig. 7B zeigt eine Wechselspannungswellenform, bei der sich die Schreibspannung Vw in jeder Periode ändert, während die Perioden T, das Phasenverhältnis (Te/Tw) und die Löschspannung (Ve) konstant gehalten werden. In Fig. 7B variiert jedoch die Schreibspannung regelmäßig. Bei Anlegen dieser Wechselspannungswellenform als Ansteuerungswellenform finden sich die folgenden Eigenschaften. Bei hoher Schreibspannung vermindert sich die Schreiblichtintensität. Bei niedriger Schreibspannung Vw wird das spontane Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht verhindert, so daß man helle, hochauflösende und kontrastreiche Bilder erhält.
Die Fig. 8A bis 8C zeigen eine Wechselspannungswellenform, bei der sich die Löschspannung Ve regelmäßig ändert, während die Perioden T, das Phasenverhältnis (Te/Tw) und die Schreibspannung (Vw) konstant gehalten werden. In Fig. 8A werden nach einer Periode mit hoher Löschspannung (Ve1) Perioden mit niedriger Löschspannung (Ve2) (1) mal wiederholt. Ferner werden nach einer Periode mit hoher Löschspannung (Ve1) Perioden mit niedriger Löschspannung (Ve2) (m) mal wiederholt. In Fig. 8B werden nach einer Periode mit niedriger Löschspannung (Ve2) Perioden mit hoher Löschspannung (Ve1) (n) mal wiederholt; und nach einer Periode mit niedriger Löschspannung (Ve2) werden Perioden mit hoher Löschspannung (Ve1) (u) mal wiederholt. In Fig. 8C werden nach (1) mal wiederholten Perioden mit niedriger Löschspannung (Ve2) Perioden mit hoher Löschspannung (Ve1) (n) mal wiederholt; und nach (m) mal wiederholten Perioden mit niedriger Löschspannung (Ve2) werden Perioden mithoher Löschspannung (Ve1) (u) mal wiederholt. Für (l), (m), (n) und (u) ≥ 1 kann (1) entweder gleich oder ungleich (m) sein, und (n) kann entweder gleich oder ungleich (u) sein. Bei hoher Löschspannung (Ve) können daher Nachleuchten und Nachbilder verhindert werden. Bei niedriger Löschspannung (Ve) wird die Restlöschspannung in der Flüssigkristallschicht während der Schreibphase vermindert. Als Ergebnis erhält man kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder ohne Nachleuchten und Nachbilder.
Die Fig. 9A bis 9C zeigen eine Wechselspannungswellenform mit sich regelmäßig ändernder Schreibspannung Vw, während die Perioden T, das Phasenverhältnis (Te/Tw) und die Löschspannung Ve konstant gehalten werden. In Fig. 9A werden nach einer Periode mit niedriger Schreibspannung Vw2 Perioden mit hoher Schreibspannung Vw1 (q) mal wiederholt; und nach einer Periode mit niedriger Schreibspannung Vw2 werden Perioden mit hoher Schreibspannung Vw1 (r) mal wiederholt. In Fig. 9B werden nach einer Periode mit hoher Schreibspannung Vw1 Perioden mit niedriger Schreibspannung Vw2 (s) mal wiederholt; und nach einer Periode mit hoher Schreibspannung Vw1 werden Perioden mit niedriger Schreibspannung Vw2 (t) mal wiederholt. In Fig. 9C werden nach (q) mal wiederholten Perioden mit hoher Schreibspannung VW1 Perioden mit niedriger Schreibspannung Vw2 (s) mal wiederholt, Perioden mit hoher Schreibspannung Vw1 werden (r) mal wiederholt, und Perioden mit niedriger Schreibspannung Vw2 werden (t) mal wiederholt. Für (q), (r), (s) und (t) größer oder gleich eins ist (q) gleich oder ungleich (r). Außerdem ist (s) gleich oder ungleich (t). Daher kann bei hoher Schreibspannung die Schreiblichtintensität vermindert werden. Bei niedriger Schreibspannung wird das spontane Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht verhindert. Als Ergebnis werden helle, hochauflösende und kontrastreiche Bilder bereitgestellt.
In den Fig. 8A bis 8C und in den Fig. 9A bis 9C weisen die Löschspannung oder die Schreibspannung zwei Wertetypen auf. Die Löschspannung oder die Schreibspannung können jedoch mehr als zwei Wertetypen aufweisen. In den Fig. 8A bis 8C weisen die niedrige Löschspannung (Ve2) und die hohe Löschspannung (Ve1) zwei Typen von Perioden(wiederholungs)- zahlen auf. (Die Periodenzahlen der niedrigen Löschspannung sind (l) und (m). Die Periodenzahlen der hohen Löschspannung sind (n) und (u)). Die niedrige Löschspannung und die hohe Löschspannung können jedoch drei oder mehr Periodenzahlen aufweisen. In den Fig. 9A bis 9C weisen die hohe Schreibspannung Vw1 und die niedrige Schreibspannung Vw2 zwei Typen von Perioden(wiederholungs)zahlen auf. (Die Periodenzahlen der hohen Schreibspannung sind (q) und (r). Die Periodenzahlen der niedrigen Schreibspannung sind (s) und (t)). Die hohe Schreibspannung und die niedrige Schreibspannung können jedoch drei oder mehr Typen von Periodenzahlen aufweisen.
Wenn die Löschspannung Ve oder die Schreibspannung Vw der in den Fig. 5 bis 9 dargestellten Wechselspannungswellenformen innerhalb eines breiten Bereichs variieren, wird die Helligkeit der Bilder unbeständig. Um Bilder mit stabiler Helligkeit zu erhalten, läßt man die Löschspannung oder die Schreibspannung vorzugsweise von V&sub0;/10 bis 10V&sub0; variieren, wobei V&sub0; ein zeitlicher Mittelwert ist, der gleich der {Summe von (Spannung·Anlegezeit pro Periode) über mindestens zehn Spannungsperioden}, dividiert durch die {Summe von (Anlegezeit pro Periode) über mindestens zehn Spannungsperioden} ist.
Fig. 10A zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der sich nur das Phasenverhältnis (Te/Tw) in jeder Periode ändert, während die Perioden T, die Löschspannung Ve und die Schreibspannung Vw konstant gehalten werden. Fig. 10B zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der sich nur das Phasenverhältnis (Te/Tw) in jeder Periode ändert, während die Schreibphase Tw, die Löschspannung Ve und die Schreibspannung Vw konstant gehalten werden. Fig. 10C zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der nur die Schreibphase Tw in jeder Periode variiert, um das Phasenverhältnis (Te/Tw) zu ändern, während die Löschphase Te, die Löschspannung Ve und die Schreibspannung Vw konstant gehalten werden. Bei hohem Phasenverhältnis vermindert sich die Helligkeit der Ausgabebilder. Die Entstehung des Nachleuchtens oder von Nachbildern und das spontane Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht werden jedoch verhindert. Bei niedrigem Phasenverhältnis (Te/Tw) ist das Auftreten des Nachleuchtens oder von Nachbildern unwahrscheinlich. Auch wenn das Auftreten des spontanen Umschaltens der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht wahrscheinlich ist, können die Ausgabebilder aufgehellt werden. Wegen der Existenz hoher und niedriger Phasenverhältnisse und der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht ergeben sich die Vorteile der hohen und der niedrigen Phasenverhältnisse, und die negativen Aspekte der Phasenverhältnisse bleiben unbemerkt. Als Ergebnis erhält man helle, kontrastreiche und hochauflösende Bilder ohne Nachleuchten und Nachbilder.
Wenn die Phasenverhältnisse in jeder Periode der Wechselspannungswellenformen der Fig. 10A bis 10C innerhalb eines breiten Bereichs variieren und der räumliche Lichtmodulator als Bildschirm eingesetzt wird, dann wird die Helligkeit von Bildern unbeständig. Damit der als Bildschirm eingesetzte räumliche Lichtmodulator Bilder von stabiler Helligkeit liefert, liegen die Phasenverhältnisse (Te/Tw) vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10.
Fig. 11A zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der sich die Frequenz 1/T und die Löschspannung Ve in jeder Periode ändern, während die Phasenverhältnisse (Te/Tw) und die Schreibspannung (Vw) konstant eingestellt sind. Fig. 11B zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der sich die Frequenz 1/T und die Schreibspannung Vw in jeder Periode ändern, während die Phasenverhältnisse (Te/Tw) und die Löschspannung (Ve) konstant eingestellt sind. Aus dem Anlegen der Wechselspannungswellenform mit in jeder Periode wechselnder Frequenz 1/T und Löschspannung Ve als Ansteuerungswellenform ergeben sich die folgenden Eigenschaften. Mit anderen Worten, bei kurzer Löschphase Te werden die eingeschriebenen Bilder nicht ausreichend gelöscht, und wahrscheinlich treten Nachleuchten oder Nachbildern auf. In der langen Löschphase werden jedoch Nachleuchten oder Nachbilder beseitigt, so daß das menschliche Auge diese Phänomene nicht wahrnehmen kann. Wegen der Existenz kurzer und langer Löschphasen und der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht stellt man die Vorteile der kurzen und langen Löschphasen fest, und die negativen Aspekte der Phasen bleiben unbemerkt. Als Ergebnis werden kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder ohne Nachleuchten und Nachbilder bereitgestellt. Die unten erwähnten Effekte findet man, wenn die Wechselspannungswellenform mit in jeder Periode wechselnder Frequenz 1/T und Schreibspannung Vw als Ansteuerungswellenform angelegt wird. Bei langer Schreibphase Tw schaltet die Flüssigkristallschicht wahrscheinlich ohne Einstrahlung von Schreiblicht um, aber die Schreiblichtintensität kann vermindert werden. Bei kurzer Schreibphase Tw ergibt sich eine hohe Schreiblichtintensität. Das Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht wird jedoch verhindert. Wegen der Existenz langer und kurzer Schreibphasen und der nichtlinearen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht erhält man die Vorteile der langen und der kurzen Schreibphasen, und die negativen Aspekte der Phasen bleiben unbemerkt. Als Ergebnis wird das Umschalten der Flüssigkristallschicht ohne Einstrahlung von Schreiblicht verhindert, und man erhält kontrastreiche und hochauflösende Ausgabebilder.
In Fig. 12 variieren in jeder Periode im zeitlichen Ablauf die Löschspannung Ve und die Schreibspannung Vw. Die Figur zeigt eine Wechselspannungswellenform mit Änderung der Frequenz 1/T und der Phasenverhältnisse Te/Tw in jeder Periode. Da diese Wechselspannungswellenform die Eigenschaften der in den Fig. 4 und 10 dargestellten Wechselspannungswellenformen aufweist, erhält man helle, hochauflösende und kontrastreiche Bilder ohne Nachleuchten und Nachbilder.
In Fig. 12 treten zwei Änderungstypen der Löschspannung Ve auf (von Ve1 nach Ve2 und von Ve2 nach Ve3). Die Änderung der Löschspannung ist nicht auf die beiden Typen beschränkt und kann einen oder drei oder mehr Typen aufweisen. Die Änderungstypen der Löschspannung Ve können die gleichen sein wie die Änderungstypen der Schreibspannung Vw oder sich davon unterscheiden.
Bei Verwendung von Flüssigkristallen mit Speicherfunktion, wie z. B. von ferroelektrischen Flüssigkristallen, kann in der Löschphase oder der Schreibphase die Spannung unter Umständen nicht durchgehend, wie bei den Wechselspannungswellenformen in den Fig. 4 bis 12, sondern nur in einer kurzen Phase angelegt werden, wie in den Fig. 13A bis 13C. Fig. 13A zeigt eine Wechselspannungswellenform, in der die Frequenz 1/T in jeder Periode variiert, während die Löschspannung Ve, die Schreibspannung Vw und die Phasenverhältnisse (Te/Tw und Te1/Tw1) konstant eingestellt sind. Fig. 13B zeigt eine Wechselspannungswellenform mit zwei Werten der Löschspannung Ve und der Schreibspannung Vw, während die Perioden T und die Phasenverhältnisse (Te/Tw und Te1/Tw1) konstant gehalten werden. Jeder der beiden Werte der Löschspannung und der Schreibspannung erscheint in jeder zweiten Periode. Fig. 13C zeigt eine Wechselspannungswellenform mit in jeder Periode veränderten Phasen Tel und Tw1 für das Anlegen der Löschspannung Ve und der Schreibspannung Vw, während die Perioden T, die Löschspannung Ve und die Schreibspannung Vw konstant eingestellt sind.
Für die Flüssigkristallschicht 105 werden nematische Flüssigkristalle, nematische Supertwist-Flüssigkristalle, ferroelektrische Flüssigkristalle, antiferroelektrische Flüssigkristalle, polymer-dispergierte Flüssigkristalle oder dergleichen eingesetzt. Bei Verwendung der ferroelektrischen Flüssigkristalle oder der antiferroelektrischen Flüssigkristalle wird eine geringe Dicke der Flüssigkristallschicht 105 eingehalten, so daß die photoleitfähige Schicht 103 dünn bleibt. Die ferroelektrischen und antiferroelektrischen Flüssigkristalle sind gut verwendbar, da sie kurze Ansprechzeiten und eine Speicherfunktion aufweisen. Diese Eigenschaften erhält man auch dann, wenn ein Materialgemisch aus ferroelektrischen Flüssigkristallen und antiferroelektrischen Flüssigkristallen eingesetzt wird. Die Lichtdurchlässigkeit von ferroelektrischen Flüssigkristallen weist bezüglich der Spannung eine steile Schwellwertcharakteristik auf, so daß die Flüssigkristalle ein geeignetes Material für die Ausführung eines Schwellwertbehandlung als Reaktion auf Eingabelicht sind. Bei Verwendung der polymer-dispergierten Flüssigkristalle werden Orientierungsschichten 106 und 108 unnötig. Der Polarisator 111 und der Analysator 112 sind gleichfalls nicht erforderlich. Als Ergebnis erhöht sich die Helligkeit des Ausgabelichts, und die Elementstruktur sowie das optische System vereinfachen sich.
Die Flüssigkristallschicht 105 wird mit Harz versiegelt, und der Flüssigkristallschicht 105 werden Distanzstücke (in Fig. 1 nicht dargestellt) zur Dickeneinstellung beigemischt. Als Distanzstücke werden Kügelchen aus Aluminiumoxid, Glas oder Quarz, Glasfaserpulver oder dergleichen verwendet. Die Distanzstücke werden auch dem Harz beigemischt, mit dem die Flüssigkristallschicht 105 versiegelt wird. Orientierungsschichten 106 und 108 zur Orientierung der Flüssigkristalle sind schräg aufgedampfte SiOx-Schichten oder organische Polymerdünnschichten, die aus Polyimid, Polyvinylalkohol oder dergleichen bestehen und durch Reiben behandelt werden.
Für die photoleitfähige Schicht 103 ist ein Material zu bevorzugen, das sich in einem ausgedehnten Bereich bei relativ niedriger Temperatur (weniger als 400ºC) als Schicht ausbilden läßt, als Reaktion auf die Einstrahlung von Schreiblicht 110 mit hohem Wirkungsgrad photoinduzierte Ladungsträger bzw. Phototräger erzeugen kann und die Phototräger mit hohem Wirkungsgrad zur Seite der Flüssigkristallschicht 105 transportieren kann. Genauer gesagt, es wird eine einzelne Schicht aus einem hydrierten amorphen Halbleiter aufgebracht, wie z. B. aus a- Si:H, hydriertem amorphem Germanium (a-Ge:H), hydriertem amorphem Siliciumcarbid (a-Si1-xCx:H, mit 0 < x < 1), hydriertem amorphem Silicium-Germanium (a-Si1-xGex:H), hydriertem amorphem Germaniumcarbid ((a-Ge1-xCx:H) und hydriertem amorphem Germaniumnitrid(a-Ge1-xNx:H), oder eine laminierte Schicht mit mindestens zwei Schichten des obenerwähnten hydrierten amorphen Halbleiters. Dem obenerwähnten hydrierten amorphen Halbleiter können Halogenatome, wie z. B. F und Cl, und Wasserstoff zugesetzt werden, wodurch eine nichtpaarige Bindung, die als Trägerfangstelle wirkt, wirksam vermindert wird. Außerdem kann dem Halbleiter ein kleiner Anteil (beispielsweise 0,1-10 at-%) Sauerstoff- (O) oder Stickstoffatome zugesetzt werden.
Wenn die photoleitfähige Schicht 103 Gleichrichtereigenschaften aufweist, können bezüglich des Einfalls von Schreiblicht 110 mit hohem Wirkungsgrad Phototräger erzeugt werden. Die Phototräger werden dann mit hohem Wirkungsgrad zur Seite der Flüssigkristallschicht 105 transportiert. Die photoleitfähige Schicht 103 wird mit Gleichrichtereigenschaften versehen, wenn innerhalb der photoleitfähigen Schicht p/ii/n- und p/i/n-Strukturen ausgebildet werden (die i-leitende bzw. eigenleitende Schicht ist eine undotierte Schicht). Zur Ausbildung einer p-leitenden Schicht kann eine p-leitende Verunreinigung, wie z. B. B, Al und Ga, in einem Anteil von 1 · 10&supmin;&sup4;-10 at-% zugesetzt werden. Die Dicke der p-leitenden Schicht beträgt vorzugsweise 1-10³ nm, stärker bevorzugt 2-3 · 10² nm, und am stärksten bevorzugt 5-30 nm. Eine n- leitende Schicht kann durch Zugabe einer n-leitenden Verunreinigung ausgebildet werden, wie z. B. von P, As und Sb in einem Anteil von 1 · 10&supmin;&sup4;-10 at-%. Die n-leitende Schicht ist vorzugsweise 1-3 · 10³ nm dick, stärker bevorzugt 10-2 · 10³ nm, und am stärksten bevorzugt 50-1 · 10³ nm. Wenn Flüssigkristalle, die wegen der Spannungspolarität umschalten (z. B. ferroelektrische Flüssigkristalle, antiferroelektrische Flüssigkristalle usw.), für die Flüssigkristallschicht 105 verwendet werden, können in die Flüssigkristallschicht 105 eingeschriebene Bilder durch Anlegen einer Vorspannung in Durchlaßrichtung gelöscht werden. Die Dicke der photoleitfähigen Schicht 103 wird durch die Korrelation mit der Flüssigkristallschicht 105 bestimmt, beträgt aber im allgemeinen 0,5-10 um.
Als Reflektor 104 wird ein mehrschichtiger dielektrischer Spiegel verwendet, in dem abwechselnd eine Dünnschicht aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie z. B. TaO&sub2; und Si, und eine Dünnschicht aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante, wie z. B. MgF und SiO&sub2;, übereinander laminiert werden.
Die Fig. 2A und 2B zeigen weitere Beispiele des erfindungsgemäßen räumlichen Lichtmodulators. Bei den in den Figuren dargestellten räumlichen Lichtmodulatoren werden metallische Dünnschichten aus einem Material mit hohem Reflexionsvermögen, wie z. B. Al, Ag, Mo, Ni, Cr, Mg und Ti, diskontinuierlich als Reflektor ausgebildet, so daß ein inselförmiger Reflektor 201 aufgebracht wird, der in einem zweidimensionalen Matrix- oder Mosaikzustand angeordnet ist. Bei kontinuierlicher Ausbildung des Reflektors entsteht keine Potentialdifferenz, und die Erzeugung von Bildern wird unmöglich. Jeder Abschnitt des inselförmigen Reflektors 201 entspricht einem Bildelement. Die photoleitfähige Schicht 103 zwischen Flächen des inselförmigen Reflektors 201 wird durch Ätzen entfernt, wodurch die horizontale Diffusion von Phototrägern verhindert und eine hohe Auflösung erzielt wird, die der Anordnung des inselförmigen Reflektors 201 entspricht.
Beim Auslesen von Bildern durch Einstrahlung von Licht mit hoher Intensität tritt das Ausleselicht 113 durch Zwischenräume zwischen den Abschnitten des inselförmigen Reflektors 201 in die photoleitfähige Schicht 103 ein, die Phototräger erzeugt. Als Ergebnis tritt das unerwünschte Umschalten der Flüssigkristallschicht 105 auf. Es ist wünschenswert, die photoleitfähige Schicht 103 zwischen den Abschnitten des inselförmigen Reflektors 201 völlig zu entfernen, wie in Fig. 2B dargestellt. Die photoleitfähige Schicht 103 kann jedoch belassen werden, wie in Fig. 2A dargestellt, solange sie eine Dicke aufweist, bei der Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich kaum absorbiert werden und die Schicht durchdringen können (Dicke von weniger als 1,5 um, stärker bevorzugt von weniger als 0,5 um). Außerdem kann in den Zwischenräumen zwischen den Abschnitten des inselförmigen Reflektors 201 eine lichtabsorbierende Schicht 202 zur Absorption von Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich ausgebildet werden (beispielsweise aus organischem Polymer, in dem Kohlenstoffteilchen dispergiert sind, organischem Polymer, das mit schwarzem Pigment oder schwarzem Farbstoff vermischt ist, oder einer anorganischen Dünnschicht, wie z. B. a-C:H, a-Ge:H und a-GE1-xNx), so daß aus dem Reflektor ausgetretenes Ausleselicht 113 wirksam absorbiert werden kann. Zur vollständigen Abschirmung gegen Ausleselicht 113 kann am Boden der Zwischenräume eine metallische Lichtabschirmungsschicht 203 aus Al, Ag, Mo, Ni, Cr oder Mg ausgebildet werden. Bei Ausbildung einer Isolierschicht 204 auf den Zwischenräumen wird die elektrische Isolierung zwischen den Abschnitten des inselförmigen Reflektors 201 vollständig. Die Isolierschicht 204 besteht aus einem anorganischen Isoliermaterial, wie z. B. SiOx, SiNx, SiCx, GeOx, GeNx, GeCx, AlOx, AlNx, BCx und BNx, oder einem organischen Isoliermaterial, wie z. B. Polyimid, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Poly-p-xylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Poly- (vinylchlorid), Poly(vinylidenchlorid), Polystyrol, Poly(ethylentetrafluorid), Poly(ethylenchloridtrifluorid), Polyvinylidenfluorid, Propylenhexafluorid-Ethylentetrafluorid-Copolymer, Ethylentrifluorid-Vinyliden-Copolymer-Fluorid, Polybuten, Polyvinylbutyral und Polyurethan.

Beispiel 1

Wie in Fig. 1 dargestellt, wurde auf einem Glassubstrat 101 durch ein Sputterverfahren eine 0,05-0,2 um dicke ITO- Schicht ausgebildet, und dann wurde eine lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 102 ausgebildet. Das Substrat wurde dann in eine plasmagestützte chemische Aufdampfvorrichtung eingebracht und nach dem Evakuieren der Vakuumkammer auf weniger als 1 · 10&supmin;&sup5; Torr durch eine Heizvorrichtung auf 280ºC erhitzt. In die Vakuumkammer wurden 400 Standard-cm³ (bei Normaldruck und -temperatur) B&sub2;H&sub6; mit einer Konzentration von 10 ppm (1 ppm = 1 · 10&supmin;&sup6;) und He-Verdünnung, 1 Standard-cm³ SiH&sub4; und 0,2 Standard-cm³ C&sub2;H&sub2; eingeleitet. Der Druck der Kammer wurde auf 0,5-0,8 Torr gehalten. Durch Anlegen einer elektrischen 13,56 MHz-Hochfrequenzleistung von 20-30 W an die Elektrode wurde Plasma erzeugt, so daß auf der lichtdurchlässigen leitfähigen Elektrode 102 eine 5-50 nm dicke p-leitende a-Si1-xCx:H- Schicht ausgebildet wurde. Nach Evakuieren der Vakuumkammer auf Hochvakuum wurden 100 Standard-cm³ H&sub2; und 400 Standard-cm³ SiH&sub4; in die Kammer eingeleitet. Der Druck in der Kammer wurde auf 0,5-0,8 Torr eingestellt. Dann wurde durch Plasmaerzeugung mittels Anlegen einer elektrischen 13,56 MHz-Hochfrequenzleistung von 15-30 W an die Elektrode auf der p-leitenden a- Si1-xCx:H-Schicht eine 2-5 um dicke i-leitende (eigenleitende) a-Si:H-Schicht ausgebildet. Die Vakuumkammer wurde wieder auf Hochvakuum evakuiert, und dann wurden 160 Standard-cm³ N&sub2; und 1 Standard-cm³ GeH&sub4; in die Kammer eingeleitet. Der Druck in der Kammer wurde auf 0,5 Torr gehalten. Durch Anlegen einer 13,56 MHz-Hochfrequenzleistung von 20 W an die Elektrode wurde Plasma erzeugt, so daß auf der i-leitenden a-Si:H-Schicht eine 0,3-1 um dicke i-leitende a-Ge1-xNx:H-Schicht (0,1 < x ≤ 0,4) ausgebildet wurde. Als Ergebnis wurde auf der lichtdurchlässigen leitfähigen Elektrode 102 eine photoleitfähige Schicht 103 mit Gleichrichtereigenschaften ausgebildet. Dann wurden durch ein Sputterverfahren 1,5 · 10² nm dicke Si- und SiO&sub2;-Schichten abwechselnd zu je drei bis zehn Schichten auf die photoleitfähige Schicht 103 laminiert, wodurch eine mehrschichtige dielektrische Reflexionsschicht 104 ausgebildet wurde. Eine durch ein Reibeverfahren behandelte Polyimid-Orientierungsschicht 106 wurde dann auf die mehrschichtige dielektrische Reflexionsschicht 104 auflaminiert. Durch Einfügen einer 0,8-1,3 um dicken ferroelektrischen Flüssigkristallschicht 105 zwischen einem Glassubstrat 101 und einem Glassubstrat 109, das bereits mit einer lichtdurchlässigen leitfähigen Elektrode 107 (ITO) und einer Polyimid-Orientierungsschicht 108 laminiert war, wurde ein räumlicher Lichtmodulator (1) hergestellt.
Statt der i-leitenden a-Ge1-xNx:H-Schicht der photoleitfähigen Schicht 103 wurde durch Aufbringen von PH&sub3;: 50-100 Standard-cm³ mit einer Dichte von 100 ppm und H&sub2;-Verdünnung sowie von SiH&sub4;: 5-20 Standard-cm³ eine n-leitende a-Si:H- Schicht ausgebildet, wodurch ein räumlicher Lichtmodulator (2) hergestellt wurde. An einen Abschnitt zwischen den lichtdurchlässigen leitfähigen Elektroden 102 und 107 der räumlichen Lichtmodulatoren (1) und (2) wurde eine Wechselspannung mit einer in Fig. 4 dargestellten Wellenform angelegt (Löschspannung Ve = 15 V, Schreibspannung Vw = -3 V, Phasenverhältnis (Te/Tw) = 1/10, Änderung der Periode T = 1-16 ms). Als Schreiblicht 110 wurde weißes Licht verwendet, und als Ausleselicht 113 wurde ein He-Ne-Laser (633 nm) eingesetzt. Die Spannung wurde so angelegt, daß die lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 102 positiv eingestellt wurde.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des räumlichen Lichtmodulators erläutert. Schreiblicht 110 wurde eingestrahlt, während eine negative Spannung Vw angelegt wurde, um die photoleitfähige Schicht 103 in Sperrichtung vorzuspannen. Daher stieg die an der Flüssigkristallschicht 105 anliegende Spannung an und schaltete die Flüssigkristalle aus dem Sperrzustand in den Durchlaßzustand. Der Durchlaßzustand der Flüssigkristalle wurde als Lichtreflexion am Reflektor 104 beobachtet, indem Ausleselicht 113 von der dem Schreiblicht 110 entgegengesetzten Seite eingestrahlt wurde. Eine positive Spannung Ve zum Vorspannen der photoleitfähigen Schicht 103 in Durchlaßrichtung wurde angelegt, so daß die Flüssigkristallschicht 105 mit oder ohne Einstrahlung von Schreiblicht 110 in den Sperrzustand umgeschaltet wurde.
Unter diesen Betriebsbedingungen wies der räumliche Lichtmodulator (1) eine Lichtempfindlichkeit von 150-280 uW/cm², eine Anstiegszeit von 30-50 us und eine Auflösung von 25-50 lp/mm (Linienpaare/mm) (MTF = 10%) auf. Andererseits wies der räumliche Lichtmodulator (2) eine Lichtempfindlichkeit von 90-120 uW/cm², eine Anstiegszeit von 30-50 us und eine Auflösung von 25-40 lp/mm (MTF = 10%) auf.
Räumliche Lichtmodulatoren (1) und (2) wurden in die in Fig. 3 dargestellte Projektionsbildschirmvorrichtung eingesetzt. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die Projektionsbildschirmvorrichtung einen räumlichen Lichtmodulator 304, eine Wechselstromversorgung 311, eine Kathodenstrahlröhre (CRT) 303, eine Abbildungslinse (Bilderzeugungseinrichtung) 307, eine Projektionslichtquelle 302 und eine Projektionslinse 305 auf. Die Wechselstromversorgung ist mit den lichtdurchlässigen leitfähigen Elektroden des räumlichen Lichtmodulators 304 verbunden und dient zur Ansteuerung des Modulators. Die Kathodenstrahlröhre (CRT) wird als Schreiblichtquelle (Bildeingabeeinrichtung) verwendet, die dem räumlichen Lichtmodulator 304 Bilder liefert. Die Abbildungslinse dient zum Fokussieren von Bildern, die von der CRT 303 ausgegeben werden, auf der photoleitfähigen Schicht des räumlichen Lichtmodulators 304. Die Projektionslichtquelle liest die Ausgabebilder aus dem räumlichen Lichtmodulator 304 aus. Die Projektionslinse projiziert die 40-fach vergrößerten Ausgabebilder vom räumlichen Lichtmodulator 304 auf einen Bildschirm 301 mit einer weißen streuenden Oberfläche. In Fig. 3 bezeichnet 306 einen Polarisationsstrahlteiler, 308 ist ein Relaislinsensystem, 309 ist ein Vorpolarisator, und 310 ist eine Ergänzungslinse. Eine Halogenlampe mit einem Reflektor wird als Projektionslichtquelle 302 verwendet. Die Ausgangswellenform von der Wechselstromversorgung 311 hat die gleichen Eigenschaften wie oben erwähnt.
Während die negative Spannung Vw zum Vorspannen der photoleitfähigen Schicht 103 in Sperrichtung angelegt wurde, wurden an der Kathodenstrahlröhre (CRT) 303 angezeigte Bilder in den räumlichen Lichtmodulator 304 eingeschrieben. Die eingeschriebenen Bilder wurden dann auf den Bildschirm 301 projiziert. Bei Anlegen der positiven Spannung Ve wurde die photoleitfähige Schicht 103 in Durchlaßrichtung vorgespannt, wodurch die eingeschriebenen Bilder gelöscht wurden. Die Beleuchtungsstärke am räumlichen Lichtmodulator 304 bei eingeschalteter Halogenlampe 302 betrug 2.000.000 lx. Der Schwarz- Weiß-Kontrast am Bildschirm betrug 200 : 1 für beide räumlichen Lichtmodulatoren (1) und (2). Die Auflösung wurde nach einem Auflösungsdiagramm beurteilt und betrug 900 TV-Bildzeilen. Die auf den Bildschirm 301 projizierten Bilder wiesen keine Helligkeitschwankung und keine "Schwebung" auf. Die Helligkeitsverteilung um den Mittelpunkt des Bildschirms 301 lag innerhalb von ±2%.
Als Vergleich wurde eine Wechselspannung mit herkömmlicher Wellenform, wie in Fig. 14 dargestellt (Löschspannung Ve = 15 V, Schreibspannung VW = -3 V, Phasenverhältnis (Te/Tw) = 1/10, Periode T = 6 ms), an die räumlichen Lichtmodulatoren (1) und (2) angelegt, und projizierte Bilder wurden getestet. Entsprechend den Ergebnissen wurde eine Schwebung (Flimmern wegen Bändern unterschiedlicher Helligkeit) auf den Bildern festgestellt, und das Betrachten der Bilder erwies sich als schwierig. Die Helligkeitsverteilung um den Mittelpunkt des Bildschirms 301 war wegen der Schwebung etwa gleich ±20%.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmvorrichtung werden eingeschriebene Bilder durch die CRT 303 bereitgestellt. Statt der CRT kann jedoch eine andere Sichtanzeige, wie z. B. ein Flüssigkristallbildschirm, ein Plasmabildschirm, eine Elektrolumineszenzeinrichtung, eine Leuchtdiodenmatrix, eine Laserdiode mit zweidimensionalem Abtastsystem unter Verwendung eines Polygonspiegels oder eine akustooptische Einrichtung verwendet werden.

Beispiel 2

Wie in Fig. 2(a) dargestellt, wurde auf einem Glassubstrat 101 durch ein Sputterverfahren eine 0,05-0,2 um dicke ITO-Schicht ausgebildet, wodurch eine lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 102 erzeugt wurde. Ebenso wie in Beispiel 1 wurden eine 5-50 nm dicke p-leitende a-Si1-xCx-Schicht, eine 1,4-4,0 um dicke i-leitende a-Si:H-Schicht und eine 0,1-1,0 um dicke n-leitende a-Si:H-Schicht nacheinander auf die lichtdurchlässige leitfähige Elektrode 102 laminiert, wodurch eine photoleitfähige Schicht 103 ausgebildet wurde. Die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht 103 wurde durch ein Vakuumaufdampfverfahren mit einer 2 · 10²-5 · 10² nm dicken Cr-Schicht überzogen und dann photolithographisch strukturiert, wodurch ein inselförmiger Reflektor 201 ausgebildet wurde. Die Form des inselförmigen Reflektors 201 war quadratisch mit Abmessungen von 24 um · 24 um, und der Reflektor war in einem 1000 · 2000- Matrixzustand mit Zwischenräumen von 2 um angeordnet. Neben der Photolithographie kann zur Ausbildung des inselförmigen Reflektors auch eine Abhebetechnik bzw. Lift-off-Methode angewandt werden. Die a-Si:H-Schicht der photoleitfähigen Schicht 103 zwischen dem inselförmigen Reflektor 201 wurde durch Ätzen entfernt, wodurch Rillen ausgebildet wurden. Durch ein Vakuumbedampfungsverfahren wurde auf den inselförmigen Reflektor 201 und die Rillen eine 50-100 nm dicke Al-Schicht aufgebracht. Der inselförmige Reflektor 201 wies eine aus der Al-Schicht und der Cr-Schicht bestehende zweischichtige Struktur auf. Die auf den Rillen ausgebildete Al-Schicht bewirkt eine Abschirmung gegen Ausleselicht 113 und war eine metallische Lichtabschirmungsschicht 203. Außerdem wurde auf den Rillen eine Isolierschicht 204 aus Polyimid mit einer Dicke von 1 · 10²-3 · 10² nm ausgebildet. Photolack, der Kohlenstoffteilchen enthielt, wurde als Schicht aufgetragen und in die Rillen eingefüllt, wodurch eine Lichtabsorptionsschicht 202 ausgebildet wurde. Die Polyimidschicht und die Photolackschicht auf dem inselförmigen Reflektor 201 wurden durch Trockenätzen entfernt. Dann wurde auf dem inselförmigen Reflektor 201 und der Lichtabsorptionsschicht 202 eine 10-30 nm dicke Polyimidschicht ausgebildet und durch Reiben behandelt, wodurch eine Polyimid- Orientierungsschicht 106 ausgebildet wurde. Als Ergebnis entstand ein erstes Substrat. Entsprechend wurde durch Auflami- nieren einer lichtdurchlässigen leitfähigen Elektrode 107 (ITO) und einer Polyimid-Orientierungsschicht 108 auf ein Glassubstrat 109 ein zweites Substrat hergestellt. Zwischen das erste und das zweite Substrat wurde eine 0,8-2 um dicke ferroelektrische Flüssigkristallschicht eingefügt, so daß ein in Fig. 2(a) dargestellter räumlicher Lichtmodulator (3) hergestellt wurde.
Außerdem wurde ein in Fig. 2(b) dargestellter räumlicher Lichtmodulator (4) hergestellt, indem die gesamte photoleitfähige Schicht 103 zwischen den inselförmigen Reflektorflächen 201 durch Ätzen entfernt wurde.
Wie in Beispiel 1 wurden die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) beurteilt. Entsprechend den Ergebnissen wiesen beide eine Lichtempfindlichkeit von 80 uW/cm² und eine Anstiegszeit von 30 us auf.
Wie in Beispiel 1 wurden die räumlichen Lichtmodulatorn (3) und (4) in die in Fig. 3 dargestellte Projektionsbildschirmvorrichtung eingesetzt, und Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Die in Fig. 4 dargestellte Wechselspannungswellenform wurde als Ausgangswellenform von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt. Genauer gesagt, die Ausgangswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, eine Schreibspannung Vw von -1,5 V und ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10. Die Periode wies bezüglich ihres Zentral- bzw. Medianwerts von 3 ms eine Schwankungsbreite von 0,4-30 ms auf. Zum Vergleich wurde eine in Fig. 14 dargestellte Wechselspannung mit herkömmlicher Wellenform (Löschspannung Ve = 15 V, Schreibspannung Vw = -1,5 V, Phasenverhältnis (Te/Tw) = 1/10) angelegt, und die Ausgabebilder wurden getestet. Bei der herkömmlichen Wechselspannungswellenform lag die Helligkeitsverteilung um die Mitte des Bildschirms 301 innerhalb von ±35%, und die Betrachtung der Bilder war schwierig, da eine deutliche Schwebung auftrat. Wenn jedoch die in Fig. 4 dargestellte Wechselspannungswellenform (erfindungsgemäße Wellenform) angelegt wurde, lag die Helligkeitsverteilung um die Mitte des Bildschirms 301 innerhalb von ±2,5%, und es wurden schöne Bilder ohne Schwebung beobachtet. Bei einer Schwankungsbreite der Periode von 0,01-100 ms bezüglich ihres Medianwerts von 3 ms wurden unerwünschte Licht- und Schattenbilder beobachtet.

Beispiel 3

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden auf die in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsysteme angewandt. Wechselspannung mit einer in Fig. 4 dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, eine Schreibspannung Vw von -2,5 V und ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/5. Die Periode wies bezüglich ihres Medianwerts von 16,7 ms eine Schwankungsbreite von ±1,4 ms auf. Die Helligkeitsverteilung um die Mitte des Bildschirms 301 lag innerhalb ±2,5%, und es wurden schöne Bilder ohne Schwebung beobachtet.

Beispiel 4

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in den Fig. 5A bis 5D dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, eine anfängliche Schreibspannung Vw1 von -1 V, einen Maximalwert Vw2 von -4 V und einen Vw3-Wert von -2 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und eine Periode T von 16,7 ms. Man erhielt kontrastreiche Bilder (200 : 1) von gleichmäßiger Helligkeit. (Bei einem Sichtwinkel von 0,9 betrug die Helligkeitsminderung bezüglich der Helligkeit in der Mitte nur 10%.) Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht beobachtet. Die Helligkeitsverteilung unter einem Sichtwinkel von 0,9 erhöhte sich jedoch um 30%, wenn die in Fig. 14 dargestellte herkömmliche Wechselspannungswellenform angelegt wurde.

Beispiel 5

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 7A dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Schreibspannung Vw von -1,5 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und eine Periode T von 1 ms. Die Löschspannung Ve lag im Bereich von 0,5 V bis 50 V bezüglich einer über 10 Perioden gemittelten Spannung von 5 V. Man erhielt kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (950 TV- Zeilen). Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht beobachtet. Wenn die Löschspannung Ve bezüglich der über 10 Perioden gemittelten Spannung von 5 V in einem Bereich von 0,1 V bis 100 V lag, nahm die Helligkeit der Bilder um 20% ab. Dies war folglich nicht wünschenswert.

Beispiel 6

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 7B dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von -1,5 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und eine Periode T von 1 ms. Die Schreibspannung Vw lag im Bereich von -15 V bis -0,15 V bezüglich einer über 10 Perioden gemittelten Spannung von -1,5 V. Man erhielt kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (1000 TV- Zeilen). Wenn die Schreibspannung Vw bezüglich der über 10 Perioden gemittelten Spannung von -1,5 V in einem Bereich von -50 V bis -0,05 V lag, verminderte sich der Kontrast auf 20 : 1 und war nicht wünschenswert.

Beispiel 7

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 8C dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Schreibspannung Vw von -2,5 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und eine Periode T von 1,25 ms. Die hohe Löschspannung Ve1 betrug 20 V, während die niedrige Löschspannung Ve2 15 V betrug, und (l), (m), (n) und (u) wurden auf 1 bis 50 festgesetzt. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (150 : 1) von hoher Auflösung (950 TV-Zeilen). Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht beobachtet. Wenn jedoch (l) und (m) mindestens 50 mal höher als (n) und (u) eingestellt wurden, traten Restbilder von etwa 150 ms Dauer auf, die nicht wünschenswert waren. Wenn (n) und (u) 50 mal höher als (l) und (im) waren, nahm der Kontrast auf 80 : 1 ab, und auch die Auflösung verminderte sich auf 700 TV-Zeilen. Ferner verminderte sich die Helligkeit der Bilder um insgesamt 20%.

Beispiel 8

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 9C dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und eine Periode T von 1,25 ms. Die hohe Schreibspannung VWD betrug -1 V, während die niedrige Schreibspannung Vw2 -5 V betrug, und (q), (w), (r) und (t) wurden auf 1 bis 50 festgesetzt. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (1000 TV-Zeilen). Wenn jedoch (q) und (r) mindestens 50 mal höher als (s) und (t) eingestellt wurden, nahm der Kontrast auf weniger als 50 : 1 ab und war nicht wünschenswert. Wenn (s) und (t) 50 mal größer als (q) und (r) waren, verminderte sich die Helligkeit der Bilder um insgesamt 50%.

Beispiel 9

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 10A dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V und eine Schreibspannung Vw von -1,5 V bei einer Frequenz von 330 Hz. Die Löschphase Te lag im Bereich von 0,1 ms bis 10 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 0,1 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (150 : 1) von hoher Auflösung (950 TV-Zeilen). Bei einer Einstellung des Bereichs der Löschphase Te auf 0,001 ms bis 30 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 0,1 ms wurde jedoch in den Bildern ein unerwünschtes Flimmern festgestellt.

Beispiel 10

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 10B dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, eine Schreibspannung Vw von -1,5 V und eine Schreibphase Tw von 16 ms. Der Schwankungsbereich der Löschphase Te betrug 0,07 ms bis 7 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 0,7 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (150 : 1) von hoher Auflösung (950 TV-Zeilen), und Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht festgestellt. Bei einer Einstellung des Bereichs der Löschphase Te auf 0,007 ms bis 16 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 0,7 ms wurde jedoch in den Bildern ein unerwünschtes Flimmern festgestellt.

Beispiel 11

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 10C dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform hatte eine Löschspannung Ve von 15 V, eine Schreibspannung Vw von -1,5 V und eine Löschphase Te von 0,03 ms. Die Schreibphase Tw lag im Bereich von 0,16 ms bis 15 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 1,6 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (1000 TV- Zeilen). Bei einer Einstellung des Bereichs der Schreibphase Tw auf 0,016 ms bis 160 ms bezüglich eines Mittelwerts über 10 Perioden von 1,6 ms wurde jedoch in den Bildern ein unerwünschtes Flimmern festgestellt.

Beispiel 12

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 12A dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform wies eine Schreibspannung Vw von -1,5 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und einen Bereich der Löschspannung Ve von 10-20 V auf. Die Periode lag im Bereich von 1-10 ms um ihren Medianwert von 3,3 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (150 : 1) von hoher Auflösung (950 TV-Zeilen), und Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht festgestellt.

Beispiel 13

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 11B dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 würden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform wies eine Löschspannung Ve von 15 V, ein Phasenverhältnis (Te/Tw) von 1/10 und einen Bereich der Schreibspannung VW von -0,5 V bis -5 V auf. Die Periode lag im Bereich von 1-10 ms um ihren Medianwert von 3,3 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (1000 TV-Zeilen).

Beispiel 14

Die räumlichen Lichtmodulatoren (3) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 12 dargestellten Wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform wies Löschspannungen Ve1 von 25 V, Ve2 von 15 V und Ve3 von 10 V und Schreibspannungen Vw1 von -5 V, Vw2 von -2 V und Vw3 von -0,5 V auf. Das über 10 Perioden gemittelte Phasenverhältnis (Te/Tw) betrug 1/10, und der Bereich war 1/100 - 1. Der Mittelwert der Periode T über 10 Perioden betrug 3,3 ms, und der Bereich betrug 1-10 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (180 : 1) von hoher Auflösung (1000 TV-Zeilen), und Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht festgestellt.

Beispiel 15

Die räumlichen Lichtmodulatoren 13) und (4) wurden in dem in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmsystem verwendet. Wechselspannung mit einer in Fig. 13A dargestellten wellenform wurde von einer Wechselstromversorgung 311 angelegt, und die Ausgabebilder an einem Bildschirm 301 wurden getestet. Genauer gesagt, die Wechselspannungswellenform wies eine Löschspannung Ve von 15 V, eine Schreibspannung Vw von -5 V und Phasenverhältnisse (Te/Tw und Te1/Tw1) von 1 auf. Der Mittelwert der Periode T über 10 Perioden betrug 3 ms, und der Bereich war 0,3-30 ms. Als Ergebnis erhielt man kontrastreiche Bilder (120 : 1) von hoher Auflösung (800 TV-Zeilen), und Nachleuchten und Nachbilder wurden nicht festgestellt.
Die obenerwähnten räumlichen Lichtmodulatoren können auch zur Darstellung eines dynamischen Hologramms verwendet, werden. In der in Fig. 3 dargestellten Projektionsbildschirmvorrichtung kann ein Farbbild auf einen Bildschirm ausgegeben werden, wenn drei Kathodenstrahlröhren (CRTs) zur Bereitstellung je eines Bildes für R (rot), G (grün) und B (blau) mit drei räumlichen Lichtmodulatoren und einem optischen Farbentrennungssystem kombiniert werden und, wenn notwendig, ein optisches Farbzusammensetzungssystem in die optischen Ausgabesysteme eingefügt wird.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators, der aufweist:

(a) zwei lichtdurchlässige isolierende Substrate (101, 109) mit lichtdurchlässigen Elektroden (102, 107), einer photoleitfähigen Schicht (103), einer Flüssigkristallschicht (105) und einem Reflektor (104);

(b) wobei die photoleitfähige Schicht (103), die Flüssigkristallschicht (105) und der Reflektor (104) zwischen die lichtdurchlässigen isolierenden Substrate (101, 109) geschichtet sind; wobei der Reflektor (104) zwischen die photoleitfähige Schicht (103) und die Flüssigkristallschicht (105) geschichtet ist,

(c) wobei die Periode einer Spannungswellenform eine Phase Te einer ersten Spannung Ve mit vorgegebener Polarität und eine Phase Tw einer zweiten Spannung Vw mit einer zur vorgegebenen Polarität der ersten Spannung Ve entgegengesetzten Polarität aufweist,

(d) wobei die Spannungswellenform zwischen den lichtdurchlässigen Elektroden (102, 107) angelegt wird; und

(e) wobei eine Dauer T der Periode der Spannungswellenform, T = Te + Tw, in jeder Periode geändert wird und ein Verhältnis Te/Tw zwischen der Phase Te der ersten Spannung und der Phase Tw der zweiten Spannung konstant ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dauer T der Periode der Spannungswellenform in jeder Periode innerhalb eines Bereichs von Ta/10 bis 10T&sub0; geändert wird, wobei T&sub0; ein Medianwert der Periode ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Medianwert T&sub0; der Periode im Bereich von 200 us bis 20 ms liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Spannung Ve und/oder die zweite Spannung Vw gemäß einer vorgegebenen Regel innerhalb mehrerer Perioden der Spannungswellenform verändert werden, oder

wobei die zweite Spannung Vw innerhalb einer Periode mindestens einen Maximalwert oder einen Minimalwert aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung einen hohen Wert Ve1 und einen niedrigen Wert Ve2 annehmen kann, und

wobei nach 1-maliger Wiederholung von Perioden mit der ersten Spannung Ve2, mit 1 ≥ 1, Perioden mit der ersten Spannung Ve1 n-mal wiederholt werden, mit n ≥ 1; und wobei nach m- maliger Wiederholung von Perioden mit der ersten Spannung Ve2, mit m ≥ 1, Perioden mit der ersten Spannung Ve1 u-mal wiederholt werden, mit u ≥ 1.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Spannung einen hohen Wert Vw1 und einen niedrigen Wert Vw2 annehmen kann; und

wobei nach q-maliger Wiederholung von Perioden mit der zweiten Spannung Vw1, mit q ≥ 1, Perioden mit der zweiten Spannung Vw2 s-mal wiederholt werden, mit s ≥ 1; und wobei nach r-maliger Wiederholung von Perioden mit der zweiten Spannung Vw1, mit r ≥ 1, Perioden mit der zweiten Spannung Vw2 t- mal wiederholt werden, mit t ≥ 1.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei mindestens eine Spannung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus der ersten Spannung und der zweiten Spannung besteht, im Bereich von V&sub0;/10 bis 10V&sub0; liegt, wobei V&sub0; ein zeitlicher Mittelwert ist, der gleich der über eine Anzahl von mindestens zehn Spannungsperioden berechneten Summe der Produkte aus Spannung und Anlegezeit pro Periode, dividiert durch die über die Anzahl der Spannungsperioden berechnete Summe der Anlegezeiten pro Periode, ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung in jeder Periode geändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Spannung in jeder Periode geändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die erste und die zweite Spannung im zeitlichen Ablauf innerhalb einer Periode ändern.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Phase der ersten Spannung Te eine Teilphase mit der Spannung null aufweist, und wobei die Phase der zweiten Spannung Tw eine Teilphase mit der Spannung null aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die photoleitfähige Schicht Gleichrichtereigenschaften aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Flüssigkristallschicht mindestens ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ferroelektrischen Flüssigkristallen und antiferroelektrischen Flüssigkristallen besteht.

14. Projektionsbildschirmsystem das aufweist: einen räumlichen Lichtmodulator, eine Wechselstromversorgung; eine Bildeingabeeinrichtung; eine Abbildungseinrichtung; eine Lichtquelle und Projektionslinsen; wobei der räumliche Lichtmodulator zwei lichtdurchlässige isolierende Substrate (101, 109) mit lichtdurchlässigen Elektroden (102, 107); eine photoleitfähige Schicht (103); eine Flüssigkristallschicht (105) und einen dielektrischen Reflektor (104) aufweist; wobei die photoleitfähige Schicht (103), die Flüssigkristallschicht (105) und der Reflektor (104) zwischen die lichtdurchlässigen isolierenden Substrate (101, 109) geschichtet sind, wobei der dielektrische Reflektor (104) auf eine Ebene zwischen der photoleitfähigen Schicht (103) und der Flüssigkristallschicht (105) aufgebracht ist; wobei die Wechselstromversorgung den räumlichen Lichtmodulator ansteuert, der mit einem Abschnitt zwischen den lichtdurchlässigen Elektroden (102, 107) verbunden ist; wobei die Bildeingabeeinrichtung ein Bild für den räumlichen Lichtmodulator bereitstellt; wobei die Abbildungseinrichtung ein von der Bildeingabeeinrichtung bereitgestelltes Bild auf der photoleitfähigen Schicht erzeugt; wobei die Lichtquelle ein von dem räumlichen Lichtmodulator ausgegebenes Bild ausliest;

wobei ein von der Wechselstromversorgung ausgegebener Wechselstrom die in dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11 verwendete Spannungswellenform aufweist.

15. System nach Anspruch 14, wobei die Bildeingabeeinrichtung eine Kathodenstrahlröhre aufweist.