DE3689788T2

DE3689788T2 - Optische Modulationsvorrichtung und ihre Steuerungsmethode.

Info

Publication number: DE3689788T2
Application number: DE3689788T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Inaba; Hiroshi Inoue; Junichiro Kanbe; Yoshiyuki Osada; Tohru Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-11-19
Filing date: 1986-11-18
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2006-11-19
Also published as: EP0228557B1; EP0228557A2; JPS62119521A; DE3689788D1; JPH0544009B2; US4747671A; EP0228557A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND ZUM STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Modulationsvorrichtung für eine Flachanzeige und deren Steuerungsmethode, insbesondere eine optische Modulationsvorrichtung, die zur abgestuften oder ausgewogen getönten Anzeige eingerichtet ist, die ein ferroelektrisches Flüssigkristall-Material verwendet, sowie eine Steuermethode dafür.
In herkömmlichen Flüssigkristall-Fernsehflachanzeigen des aktiven Matrix-Ansteuersystems sind Dünnfilmtransistoren (TFT) entsprechend den betreffenden Pixeln zu einer Matrix angeordnet. Wenn ein Gate-Aufsteuer-Impuls an ein TFT angelegt wird, um den Source-Drain-Kanal leitend zu schalten, wird ein Abbildungs- Bildsignal an die Source angelegt und in einem Kondensator gespeichert. Ein Flüssigkristall (z. B. TN- [verdrillte Kristallanordnung]- Flüssigkristall) wird von einem gespeicherten Bildsignal angesteuert, und eine abgestufte Anzeige wird durch Spannungsmodulation der Pixel erzielt.
Eine derartige Flüssigkristall-Fernsehflachanzeige des aktiven Matrix-Ansteuersystems unter Anwendung eines TN- Flüssigkristalls verwendet einen komplizierten Aufbau der TFT, der eine große Anzahl von Produktionsschritten erfordert und begleitet ist von dem Problem hoher Herstellkosten. Darüber hinaus gibt es das weitere Problem, daß es schwierig ist, eine große Halbleiter-Filmfläche (z. B. aus polykristallinem Silizium oder nicht-kristallinem Silizium) zu schaffen, die die TFT bildet.
Andererseits ist eine Flachanzeige des passiven Matrix- Ansteuerungstyps, bei dem ein TN-Flüssigkristall verwendet wird, als bei der Herstellung kostengünstig bekannt geworden. Wenn jedoch bei dieser Art der Flüssigkristall-Flachanzeige die Anzahl (N) von Abtastzeilen ansteigt, wird die Zeitdauer (Tastverhältnis), während der ein ausgewählter Punkt während der Zeit der Abtastung eines Halbbildes einem wirksamen elektrischen Feld ausgesetzt ist, auf ein Verhältnis 1/N herabgesetzt, wobei Übersprechen auftritt und ein Bild mit hohem Kontrast nicht mehr erzielbar ist. Da das Tastverhältnis herabgesetzt ist, ist es überdies schwierig, Abstufungen betreffender Pixel mittels Spannungsmodulation zu steuern, so daß diese Art der Anzeige für eine Flachanzeige mit hoher Pixel- oder Verdrahtungsdichte, insbesondere eine für eine Flüssigkristall-Fernsehflachanzeige nicht geeignet ist.
Die Merkmale des jeweiligen Oberbegriffs der Patentansprüche 1, 12 und 21 sind aus der Schrift US-A-4,335,937 bekannt.
Eine grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Probleme zu lösen.
Eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Modulationsvorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, eine Flachanzeige mit hoher Pixeldichte auf einer großen Fläche zu bilden und die insbesondere zu einer abgestuften Anzeige geeignet ist, sowie eine Steuermethode dafür zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Modulationsvorrichtung vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 oder 12 angegeben ist, und eine Steuermethode einer optischen Modulationsvorrichtung, wie sie in Anspruch 21 angegeben ist.
Die optische Modulationsvorrichtung nach der Erfindung verfügt über ein erstes Substrat, auf dem sich eine mit einer Signalquelle verbundene Signalübertragungselektrode und eine mit der Übertragungselektrode verbundene, erste Elektrode befinden, über ein zweites Substrat, auf dem sich eine zweite Elektrode befindet, die der ersten Elektrode gegenüber angeordnet ist, und über ein optischen Modulationsmaterial, das sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befindet.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Anzeigesystem vor, insbesondere ein abgestuftes Anzeigesystem, in dem von der oben genannten optischen Modulationsvorrichtung und Verzögerungsfunktion Gebrauch gemacht wird.
Diese Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten nach Würdigung der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung deutlicher hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und 2 sind schematische, perspektivische Ansichten, die die prinzipielle Arbeitsweise einer ferroelektrischen Flüssigkristalleinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, veranschaulichen;
Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht eines Substrates mit einer Übertragungselektrode und einer Anzeigeelektrode, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 ist eine schematische Teilansicht einer optischen Modulationsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 stellt ein Beispiel eines Abtastsignals dar, Fig. 6A bis 6F stellen Beispiele von Abstufungssignalen dar, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und die Fig. 7A bis 7F stellen schematische Skizzen dar, die die Hell-Dunkel- Abstufungszustände eines Pixels darstellen, die entsprechend gewonnen werden;
Fig. 8 ist eine schematische Aufsicht auf eine Matrix- Elektrodenanordnung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und
Fig. 9A bis 9E sind schematische Skizzen, die einen anderen Satz von Hell-zu-Dunkel-Abstufungszuständen darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein optisches Modulationsmaterial, das in der Steuermethode nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Material, das einen ersten optisch stabilen Zustand (angenommen z. B. einen "Hell"-Zustand) sowie einen zweiten optisch stabilen Zustand (angenommen z. B. einen "Dunkel"-Zustand) abhängig von einem angelegten elektrischen Feld hervorbringt, d. h., das abhängig vom elektrischen Feld wenigsten zwei stabile Zustände annimmt; insbesondere kann ein Flüssigkristall mit den genannten Eigenschaften verwendet werden.
Bevorzugte ferroelektrische Flüssigkristalle mit Bistabilität, die in einer Steuermethode nach der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind chiral-smektische Ferroelektrizität aufweisende Flüssigkristalle. Unter ihnen sind chiral-smektische C(SmC*)-, H(SmH*)-, I(SmI*)-, F(SmF*)- oder G(SmG*)- Phasen- Flüssigkristalle dafür geeignet. Diese Flüssigkristalle sind beispielsweise in "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69), 1975 (FERROELECTRIC LIQUID CRISTALS"; "APPLIED PHYSICS LETTERS" 36 (11), 1980 SUBMICRO SECOND BISTABLE ELECTROOPTIC SWITCHING IN LIQUID CRISTALS", Kotai Butsuri "(STATE PHYSICS)" 16, (141), 1981 "LIQUID CRISTAL", usw. beschrieben. Ferroelektrische Flüssigkristalle, die in diesen Veröffentlichungen offenbart sind, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Genauer gesagt, sind Decyloxibenzylidene-p'-Amino-2- Methylbuthylzinnamat (DOBAMBC), Hexyloxy-Benzylidene-p'-Amino-2- Chlorophyll-Zinnamat (HOBACPC), 4-o-(2-Methyl)- Butylrosorcylidene-4'-Oktylaniline (MBRA 8), usw. in der erfindungsgemäßen Methode anwendbar.
Wenn eine Vorrichtung aus diesen Materialien besteht- kann die Vorrichtung von einem Block aus Kupfer oder dergleichen getragen sein, in den ein Heizelement eingebettet ist, um Temperaturbedingungen zu schaffen, unter denen die Flüssigkristall-Zusammensetzungen eine SmC*-, SmH*, SmI*-, SmF*- oder SmG*-Phase annehmen.
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise dargestellt. Die Bezugszeichen 11a und 11b bedeuten Substrate (Glasplatten), auf die eine durchsichtige Elektrode, z. B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinnoxid) aufgetragen werden kann. Ein Flüssigkristall, beispielsweise von einer SmC*-Phase, in der Flüssigkristall-Molekularschichten 12 senkrecht zu Oberfläche der Glasplatte entstehen, ist zwischen diesen luftdicht eingeschlossen. Ein Vollstrich 13 zeigt Flüssigkristall-Moleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 13 hat ein Dipolmoment (P ) 14 senkrecht zur Achse. Wenn zwischen denen auf den Substraten 11a und 11b geformten Elektroden eine Spannung oberhalb eines gewissen Schwellwertes anliegt, wird eine schraubenförmige Struktur der Flüssigkristall-Moleküle 13: abgewickelt oder freigelassen, um die Axialausrichtung der jeweiligen Flüssigkristall-Moleküle 13 zu wechseln, so daß die Dipolmomente (P ) 14 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristall-Moleküle 13 haben eine gestreckte Gestalt und zeigen lichtbrechende Anisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Folglich ist leicht zu verstehen, daß wenn beispielsweise Polarisatoren in einer Nicol- Kreuzbeziehung stehen, d. h., sich mit ihren Polarisationsrichtungen gegenseitig auf den oberen und unteren Oberflächen der Glasplatten kreuzen, so daß die derartig angeordnete Flüssigkristall-Zelle wie eine Flüssigkristall- Modulationseinrichtung funktioniert, deren optische Eigenschaften sich abhängig von der Polarität einer angelegten Spannung ändern. Wenn des weiteren die Schichtdicke der Flüssigkristalle hinreichend dünn ist (z. B. 1 um), ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristall-Moleküle ohne Anlegen eines elektrischen Feldes abgewickelt, um selbst bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine nicht schraubenförmige Struktur anzunehmen, wobei die Dipol-Momente einen von zwei Zuständen annehmen, d. h., Pa in eine obere Richtung 24a oder Pb in eine untere Richtung 24b, wie es Fig. 2 zeigt. Wenn elektrische Felder Ea oder Eb, die über einem gewissen Schwellwert liegen und in ihrer Polarität voneinander verschieden sind, wie in Fig. 2 dargestellt, an eine Zelle mit den:oben genannten Eigenschaften angelegt werden, dann wird das Dipolmoment abhängig vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die obere Richtung 24a oder in die untere Richtung 24b gerichtet. In Übereinstimmung damit sind die Flüssigkristall-Moleküle entweder in einen ersten stabilen Zustand 22a oder in einen zweiten stabilen Zustand 23b gerichtet.
Wenn der oben genannte ferroelektrische Flüssigkristall als ein optisches Modulationselement verwendet wird, ist es möglich, zwei Vorteile zu erzielen. Erstens ist die Ansprechgeschwindigkeit ziemlich hoch, zweitens zeigt die Ausrichtung der Flüssigkristalle Bistabilität. Der zweite Vorteil wird später erklärt werden, beispielsweise anhand von Fig. 2.
Wenn das elektrische Feld Ea an den Flüssigkristall-Molekülen anliegt, werden sie zum ersten stabilen Zustand 23a hin gerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld weggenommen wird. Wenn andererseits das elektrische Feld Eb eine entgegengesetzte Richtung zu der des anliegenden elektrischen Feldes Ea hat, richten sich die Flüssigkristall-Moleküle zu dem zweiten Zustand 23b aus, wobei die Richtungen der Moleküle wechseln. Der genannte letzte Zustand wird stabil beigehalten, selbst wenn man das elektrische Feld wegnimmt. Solange die Stärke des anliegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über- einem gewissen Schwellwert liegt, bleiben die Flüssigkristall-Moleküle außerdem in dem entsprechenden Richtungszustand. Um in effizienter Weise eine hohe Ansprechempfindlichkeit und Bistabilität zu erreichen, ist vorzugsweise die Schichtdicke der Zelle so dünn wie möglich und allgemein zwischen 0,5 und 20 um, insbesondere 1 bis 5 um stark. Ein Beispiel einer elektrooptischen Einrichtung mit einer Matrizen-Elektroden-Struktur, das einen ferroelektrischen Flüssigkristall dieses Typs verwendet, ist beispielsweise von Clark und Lagerwall in der U.S.-Patentschrift 4367924 vorgeschlagen worden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand Fig. 3 erläutert.
Bezüglich Fig. 3 trägt ein Glassubstrat 31 sowohl eine Elektrode 32, die eine Verzögerungsfunktion in Richtung eines Pfeils 32a hat und die auf ein Seite der Anzeigeelektrode bildet, als auch eine Übertragungselektrode 33. Die Anzeigeelektrode 32 hat eine Zone A, die ein Pixel festlegt. Der Anzeigeelektrode 32 gegenüber ist eine Gegenelektrode auf dem anderen Substrat (nicht dargestellt) auf einer Zone A auf dem anderen Substrat, entsprechend der oben erwähnten Zone angeordnet. Zwischen der Anzeigeelektrode und der Gegenelektrode ist ein optisches Modulationsmaterial eingeschlossen. Aus Gründen der Einfachheit wird ein Fall in Betracht gezogen, bei dem die Gegenelektrode einen hinreichend niedrigen Flächenwiderstand aufweist. Nun wird die Zone A als ein Pixel betrachtet, das eine quadratische Umrißlinie hat. Ein Signal, das durch die Übertragungselektrode mit hinreichend niedrigem Flächenwiderstand eingespeist wurde, breitet sich durch die Elektrode 32 in Richtung von Pfeil 32A aus, wobei die Laufzeit gekennzeichnet ist durch R·C, mit R als Flächenwiderstand der Elektrode 32 (Ω/ ) und C als eine Kapazität, die von der Anzeigeelektrode und der Gegenelektrode in der Zone A (F) gebildet wird.
Mit dieser Vorrichtung, die eine derartige Kombination von einer Übertragungselektrode und einer Anzeigeelektrode mit Verzögerungseigenschaft verwendet, lassen sich folgende Vorteile erzielen.
1) Ein an einen Anschluß der Übertragungselektrode (oder Anzeigeelektrode angelegtes Signal breitet sich zunächst durch die Übertragungselektrode mit einer hohen Geschwindigkeit aus und dann durch die Anzeigeelektrode, die eine Verzögerungsfunktion aufweist. Im Ergebnis wird die Uneinheitlichkeit vom elektrischen Signal entlang der Längsrichtung der Anzeigeelektrode, die in Fig. 3 mit 32b bezeichnet ist, extrem minimiert, wobei die an eine optische Modulationsvorrichtung angelegte Spannung entlang dieser Richtung einheitlich ist.
2) Durch Anwendung einer Spannungsverteilung oder eines Gradienten in Richtung 32b auf der Anzeigeelektrode und durch Anlegen eines abgestuften Signals, das hinsichtlich der Spannung, der Impulsdauer oder der Impulsanzahl als Eingangssignal moduliert ist, kann eine abgestufte Anzeige bewirkt werden.
Der obige Punkt 2) ward nun anhand eines Beispiels näher erläutert.
Bezüglich Fig. 3 wird auf ein Glassubstrat 31 ein etwa 100 Å- dicke durchsichtige Ge-Schicht durch Sprühen aufgebracht. Der Flächenwiderstand dieser Schicht war 5·10&sup7; Ω/ . Die Schicht wurde gemustert, um eine Anzeigeelektrode, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zu bilden. Die Breite der Anzeigeelektrode in Richtung 32a wurde auf 230 u gebracht (während die Breite willkürlich gewählt werden kann, ist der Bereich von 20 u bis 500 u allgemein geeignet). Dann wurde Aluminium in einem Aufdampfungsprozeß in einer Stärke von 1000 Å aufgetragen und wieder gemustert, um eine Elektrode 33 wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zu bilden. Die Al-Schicht, die in der zuvor beschriebenen Weise gebildet wurde, weist einen geringen Flächenwiderstand von etwa 0,4 Ω/ auf und wurde auf eine Breite von etwa 20 u gebracht. Andererseits wurde auf dem Gegensubstrat eine transparente ITO-(Indium-Zinn-Oxid)-Schicht als Gegenelektrode aufgebracht, um so die Zone A abzudecken. Die ITO- Schicht weist einen Flächenwiderstand von etwa 20 Ω/ auf.
Auf die beiden in der zuvor beschriebenen Weise vorbereiteten Substrate wurde eine 500 Å-dicke Polyvenyl-Alkohol-Schicht aufgetragen und diese einer Schleifbehandlung unterzogen.
Dann wurden die beiden Substrate so angeordnet, daß sie einander mit einem kontrollierten Spalt von etwa 1 u Abstand gegenüberstanden, um eine Zelle zu bilden, in die eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung injiziert wurde, die im wesentlichen aus p-n-octyloxybenzoisch saurem-p'-(2- Methylbutyloxy) -Phenyl-Ester und p-n-Nonyloxybenzoisch saurem-p'- (2-Methylbutyloxy) Phenylester zusammengesetzt ist. Die Zone A (wie sie durch A in Fig. 3 gekennzeichnet ist), bei der die Anzeigeelektrode und die Gegenelektrode einander überlappen, hat eine Größe von 230·230 u und bewirkt eine Kapazität von etwa 3 pF nach Injektion des Flüssigkristalls.
Auf beide Seiten der auf diese Weise vorbereiteten Flüssigkeitszelle wurde ein Polarisator-Paar in Form von Nicol- Kreuzen angeordnet, und die optischen Eigenschaften wurden untersucht.
Fig. 4 veranschaulicht in schematischer Weise eine Methode zum Anlegen elektrischer Signale an eine Flüssigkristallzelle, die über eine Gegenelektrode 41, ein Gegensubstrat 42 und eine Flüssigkristallschicht verfügt, welch letztere dazwischen angeordnet ist, und die Fig. 5 und 6A bis 6F zeigen Beispiele angelegter elektrischer Signale. Fig. 5 zeigt eine Kurvenform von SIGNAL (a), das von einer in Fig. 4 dargestellten Ansteuerschaltung 43 angelegt wird, und die Fig. 6A bis 6F zeigen Kurvenformen von SIGNAL (b), das von einer in Fig. 4 dargestellten Ansteuerschaltung 44 angelegt wird. Die Spannungs- Kurvenform, die wirksam an die Flüssigkristallschicht angelegt wird, schwankt abhängig von einer Entfernung von der Übertragungselektrode.
Nun wurde ein Impuls von -12 V, 200 usec als SIGNAL (a) und ein Impuls von 8 V, 2 usec als SIGNAL (b) im voraus in Phase angelegt. Diese Impulse sind als Löschimpulse vorgesehen. Dann wurde der Flüssigkristall umgeschaltet oder in den ersten in Fig 1 oder Fig. 2 dargestellten Zustand gebracht, damit das ganze Pixel A "hell" wird, da die Polarisatoren in dieser Weise eingerichtet waren. In diesem Zustand wurden verschiedene Impulse, wie in den Fig. 6A bis 6F dargestellt, in dieser Weise in Phase mit dem in Fig. 5 dargestellten Impuls angelegt, wobei das Pixel A die in den Fig. 7A bis 7F dargestellten Zustände annahm.
Genauer gesagt, treten bei Impulsdauern von 30 usec (entsprechend Fig. 6A) und 60 usec (stimmt mit Fig. 6B überein) keine Änderungen des Hellzustandes 72 (Fig. 7A und 7B) auf. Für eine Impulsdauer von 120 usec (entsprechend Fig. 6C) wurde der Abschnitt des Flüssigkristalls nahe an der Übertragungselektrode 33 in den Dunkel-Zustand 71 (Fig. 7C) umgeschaltet. Des weiteren wurde die Impulsdauer auf 150 usec (Fig. 6D) auf 170 usec (Fig. 6E) angehoben, und der Bereich des Dunkel-Zustandes 71 wurde größer (Fig. 6D und Fig. 6E). Letztlich wurde die Impulsdauer auf 200 usec gebracht (Fig. 6E), und das gesamte Pixel A war in den Dunkel-Zustand (Fig. 7F) umgeschaltet. Auf diese Weise konnte ein abgestuftes Bild gewonnen werden.
Die im vorigen Beispiel angelegten Abstufungssignale waren solche mit gleicher Spannung und unterschiedlicher Impulsdauer. Die Abstufungssignale, die im anderen Falle die gleiche Impulsdauer und verschiedene Spannungen oder Kurvenhöhen oder Intensitäten aufweisen, können auch gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung angewandt werden. Die Spannungswerte für diesen Zweck können z. B. ausgewählt werden bei (A) -2 V, (B) -3 V, (C) -4 V, (D) -5 V, (E) -6 V und bei (F) -9 V, wenn die Impulsdauer feststeht, im allgemeinen bei 180 usec. Des weiteren ist es auch möglich, eine gleiche abgestufte Anzeige zu erzielen, indem eine besondere Impulsdauer gewählt wird und die Anzahl der Impulse (oder Frequenz) moduliert wird.
Auf diese Weise kann eine Anzeige mit einer großen Anzahl von Pixeln mit einem einfachen Aufbau der Matrixelektrode in der in Fig. 8 dargestellten Weise geschaffen werden. So umfaßt der Aufbau der Matrixelektrode Signal- (Anzeige) -Elektroden entsprechend den Pixelnelektroden 82 (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, . . . ); Übertragungselektroden 83, die jeweils entlang der Pixelelektroden angeordnet sind und die Abstufungssignale entsprechend den Bildsignalen empfangen; Abtastelektroden 84 entsprechend den Gegenelektroden, und zusätzliche Leiter zur Verhinderung von Verzögerungen der elektrischen Signale in einer Richtung entlang der Längsrichtung der Abtastelektroden.
Nachstehend wird die vorliegenden Erfindung genauer auf der Grundlage des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Elektroden oder Leiter mit folgenden Abmessungen oder Besonderheiten werden verwendet.
Abtastelektroden 84:
Länge: 210 mm,
Abstand: 250 um,
Breite: 230 um,
Material: ITO (Flächenwiderstand: 20 Ω/ ).
Zusätzliche Leiter 85: Aluminiumstreifen
Breite: 20 um·2,
Dicke: 1000 Å (Flächenwiderstand: 0,4 Ω/ ).
Signal-(Anzeige-) Elektroden 82:
Länge: 298 mm,
Abstand: 250 um,
Breite: 230 um,
Material: Ge (Germanium)
Übertragungselektroden 83: Al-Streifen
Breite: 20 um·1,
Dicke: 1000 Å (Flächenwiderstand: 0,4 Ω/ )
Die folgenden Impulse werden angelegt:
Abtastimpuls (Zeile-um-Zeile-Ansteuerung):
Spannung: +12 V
Dauer: 200 usec.
Abstufungssignalimpuls:
Spannung: -9 V bis +9 V (fünf Abstufungsschritte)
Dauer: 200 usec.
Das Material des verwendeten Flüssigkristalls war eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung, die im wesentlichen aus p-n-octyloxybenzoisch saurem-p'-(2- Methylbutyloxy)-Phenyl-Ester und p-n-nonyloxybenzoisch-saurem-p'- (2-Methylbutyloxy)-Phenyl-Ester in einer Schicht mit einer Stärke von etwa 1 um angewandt wurde.
In der vorliegenden Erfindung kann die Übertragungselektrode als ein Film aus einem Metall hergestellt sein, wie Gold, Kupfer, Silber oder Chrom, anstelle eines Films aus Aluminium. Allgemein bevorzugt wird, daß die Übertragungselektrode einen Flächenwiderstand (hinsichtlich des Films gemessen gemäß ASTM D 257, der eine genügende Fläche aufweist, die separat unter den gleichen Film-Herstellbedingungen vorbereitet wurde) von 10² Ω/ oder niedriger aufweist. Des weiteren kann die Anzeigeelektrode ein Film aus einem Metalloid sein wie Ge, GeTe-Legierung, GeSe- Legierung usw., oder ein Film aus Metalloxid, wie SnO&sub2;. Das Verhältnis des Flächenwiderstands der Anzeigeelektrode zu dem der Übertragungselektrode sollte vorzugsweise größer sein als 1,5.
In dem vorliegenden Erfindung werden der Flächenwiderstand der Pixelelektrode und der Flächenwiderstand der Übertragungselektrode berücksichtigt, um auf geeignete Werte gebracht zu werden, wobei eine Fluktuation der angelegten Spannung in der Flüssigkristallschicht nicht etwa in Längsrichtung der Pixelelektrode auftritt, sondern in Querrichtung der Pixelelektrode, um einen wirksamen Abstufungseffekt zu erzielen. Die Bedingung für dieses Ziel wird folgendermaßen eingestellt:
r&sub1; CT < r&sub2;Ce (1),
wobei r&sub1; den Widerstand der Übertragungselektrode bezeichnet, wie er von der Signalquelle aus gesehen wird (Ω); CT die gesamte Kapazität gemäß aller Pixelelektroden bezeichnet, die mit der Übertragungselektrode (F) verbunden sind, und r&sub2; und Ce den Widerstand bzw. die Kapazität einer Pixelelektrode gemäß einem Pixel bezeichnen, wie er von der Übertragungselektrode (Ω) gesehen wird.
Die betreffenden Werte werden hinsichtlich des in Fig. 7 dargestellten Beispiels folgendermaßen festgelegt
r&sub1; 0,4 (298·10³)/20 6·10³ Ω
Ct 3 nF,
r&sub2; 6·10³ Ω
r&sub2; 5·10&sup7; Ohm
Ce 3 pF.
Aus dem vorgenannten werden folgende Werte erzielt:
r&sub1;Ct 18 usec, und
r&sub2;Ce 150 usec.
Auf diese Weise wird der genannten Bedingung (1) genügt.
Im zuvor beschriebenen Beispiel wurde eine Abstufungsanzeige unter Verwendung eines hinreichend niedrigen spezifischen Widerstands einer Elektrode realisiert, der ein Abtastsignal zugeführt wird, und ein hoher spezifischen Widerstand der Anzeigeelektrode einer Zeile, der ein Informationssignal zugeführt wird. Bei Anwendung des Prinzips nach der vorliegenden Erfindung kann eine ähnlich abgestufte Anzeige, wie zuvor beschrieben, bewirkt werden, indem eine Verzögerungsfunktion oder ein Verzögerungseffekt auf eine Elektrode angewandt wird, an die ein Abtastsignal angelegt wird, und indem für einen hinreichend kleinen spezifischen Widerstand der Elektrode gesorgt wird, an die ein Informationssignal angelegt wird. Genauer gesagt, wurde die Flüssigkristallzelle, die die im obigen Beispiel verwendete Matrixstruktur aufweist, in einem wechselseitigen Austausch der Rollen als Abtastelektrode und als Signalelektrode angesteuert, wodurch es ebenfalls gelang, eine sehr gute Abstufung zum Ausdruck zu bringen.
Die Fig. 9A bis 9E veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anwendung dadurch gewonnener Abstufungs- Anzeigezustände. Genauer gesagt, bilden sowohl die Abtastelektroden als auch die Signalelektroden Kombinationen von Übertragungselektroden 33 (auf Seite der Signalelektrode) oder 33a (auf Seite der Gegenelektrode) und zugehöriger Elektroden, die mit den Übertragungselektroden verbunden sind.
Wie zuvor beschrieben, werden nach der vorliegenden Erfindung folgende Wirkungen erzielt.
1) Ein an einen Anschluß einer Übertragungselektrode (oder Anzeigeelektrode) angelegtes elektrisches Signal breitet sich durch die Übertragungselektrode mit einer hohen Geschwindigkeit aus und dann durch die Anzeigeelektrode, die eine Verzögerungsfunktion hat. Als Ergebnis wird die Uneinheitlichkeit elektrischer Signale entlang der Längsrichtung der Anzeigeelektrode extrem minimiert, wodurch die an eine optische Modulationsvorrichtung angelegte Spannung entlang dieser Richtung vereinheitlicht wird.
2) Durch Anwendung einer Spannungsverteilung oder eines Gradienten auf der Anzeigeelektrode und durch Anlegen eines abgestuften Signals, das hinsichtlich Spannung, Impulsdauer oder Impulsanzahl als Eingangssignal moduliert ist, kann eine abgestufte Anzeige bewirkt werden.

Claims

1. Optische Modulationsvorrichtung mit:

einem ersten Substrat (31), auf dem sich eine mit einer Signalquelle (4) verbundene Signalübertragungselektrode (33) und eine mit der Übertragungselektrode (33) verbundene, erste Elektrode befinden,

einem zweiten Substrat (42), auf dem sich eine zweite Elektrode (42) befindet, die der ersten Elektrode (32) gegenüberstehend angeordnet ist,

einem optischen Modulationsmaterial (40), das sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (32 und 41) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohmsche Widerstand (R) der ersten Elektrode (32) größer ist als derjenige der Übertragungselektrode (33) und der dazu bestimmt ist, ein angelegtes Umschaltsignal aus der Signalquelle um eine Laufzeit abhängig vom Produkt aus dem Flächenwiderstand (R) der ersten Elektrode mit der Kapazität (C) zu der zweiten Elektrode (41) zu verzögern, um eine Abstufung des optischen Modulationsmaterials (40) abhängig von einer Stärke, einer Dauer oder einer Anzahl von Impulsen des angelegten Umschaltsignals zu bewirken.

2. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen erste Elektrode bzw. dessen zweite Elektrode in einer Vielzahl vorgesehen sind, wobei die sich ergebende Vielzahl von ersten Elektroden und die Vielzahl von zweiten Elektroden so angeordnet sind, daß sie sich miteinander zu kreuzen, so daß jeder Kreuzungsbereich ein Pixel festlegt.

3. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dessen Übertragungselektrode von der Signalquelle aus gesehen einen Widerstand r&sub1; hat, dessen erste, mit der Übertragungselektrode verbundene Elektrode mit einer Kapazität Ct versehen ist, wobei ein Abschnitt der ersten, ein Pixel bildende Elektrode von der Übertragungselektrode aus gesehen einen Widerstand r&sub2; hat, und ein Pixel eine Kapazität Ce aufweist und wobei die so definierten Werte der Beziehung

r&sub1;Cr < r&sub2;Ce genügen.

4. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen Übertragungselektrode einen Flächenwiderstand von höchstens 10² Ω/ aufweist.

5. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen erste Elektrode einen Flächenwiderstand von 10² bis 10&sup9; Ω/ aufweist.

6. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen erste Elektrode durch einen Film aus einem Metalloid oder einem Metalloxid gebildet ist.

7. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen Modulationsmaterial ein ferroelektrischer Flüssigkristall ist.

8. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 7, dessen ferroelektrischer Flüssigkristall ein chiral-smektischer Flüssigkristall ist.

9. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 8, dessen chiral-smektischer Flüssigkristall ein chiral-smektischer C- oder H-Flüssigkristall ist.

10. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 8, dessen chiral-smektischer Flüssigkristall aus einer Schicht gebildet ist, die hinreichend dünn ist, um die schraubenförmige Struktur des chiral-smektischen Flüssigkristall freizugeben.

11. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dessen Signalquelle eine Abtast- oder Informations-Signalquelle ist.

12. Optische Modulationsvorrichtung mit:

einem ersten Substrat (31), auf dem sich eine mit einer Signalquelle (44) verbundene Signalübertragungselektrode (33) und eine mit der ersten Übertragungselektrode (33) verbundene, erste Elektrode (32) befinden,

einem zweiten Substrat (42), auf dem sich eine zweite Signalübertragungselektrode (33a), die mit einer Abtast- Signalquelle (43) verbunden ist, und eine zweite Elektrode (41) befinden, die der ersten Elektrode (32) gegenüberstehend angeordnet ist und die mit der zweiten Übertragungselektrode (33a) verbunden ist, und mit einem Modulationsmaterial (40), das sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (32 und 41) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) der ersten und der zweiten Elektrode (32 und 41) größer ist als derjenige der ersten und der zweiten Signalübertragungselektroden (33 und 33a) und dafür bestimmt ist, die angelegten Umschaltsignale aus der Informations- bzw. aus der Abtastsignalquelle abhängig vom Produkt aus den Flächenwiderständen (R) der ersten und der zweiten Elektrode mit der Kapazität (C) zu der zweiten oder ersten Elektrode (41 oder 32) zu verzögern, um eine Abstufung des optischen Modulationsmaterials (40) abhängig von einer Stärke, einer Dauer oder einer Anzahl von Impulsen des angelegten Umschaltsignals zu bewirken.

13. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dessen erste und dessen zweite Signalübertragungselektroden einen Flächenwiderstand von höchsten 10² Ω/ aufweisen.

14. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dessen erste Elektrode einen Flächenwiderstand von 10² bis 10&sup9; Ω/ aufweist.

15. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dessen erste und dessen zweite Elektroden durch einen Film aus einem Metalloid oder einem Metalloxid gebildet sind.

16. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dessen optisches Modulationsmaterial ein ferroelektrischer Flüssigkristall ist.

17. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 16, dessen ferroelektrischer Flüssigkristall ein chiral-smektischer Flüssigkristall ist.

18. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 17, dessen chiral-smektischer Flüssigkristall ein chiral-smektischer C- oder H-Flüssigkristall ist.

19. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 18, dessen chiral-smektischer Flüssigkristall aus einer Schicht gebildet ist, die hinreichend dünn ist, um die schraubenförmige Struktur des chiral-smektischen Flüssigkristalls freizugeben.

20. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dessen Informationssignalquelle Mittel zur Lieferung eines Informationssignals enthalten, dessen Impulsdauer vorgegebenen Abstufungsdaten an die Übertragungselektrode entsprecht.

21. Steuermethode für eine optische Modulationsvorrichtung mit:

einem zweiten Substrat (42), auf dem sich eine zweite Elektrode (42) befindet, die der ersten Elektrode (32) gegenüber angeordnet ist,

einem optischen Modulationsmaterial (40), das sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (32 und 41) befindet, gekennzeichnet durch

Anlegen eines Informationssignals an die Signalelektrode (33), wobei der Widerstand (R) der ersten Elektrode (32) größer ist als der der Übertragungselektrode (33) und der dazu bestimmt ist, ein angelegtes Umschaltsignal aus der Signalquelle um eine Laufzeit abhängig vom Produkt aus dem Flächenwiderstand (R) der ersten Elektrode mit der Kapazität (C) zu der zweiten Elektrode (41) zu verzögern, um eine Abstufung des optischen Modulationsmaterials (40) abhängig von einer Stärke, einer Dauer oder einer Anzahl von Impulsen des angelegten Umschaltsignals zu bewirken.

22. Steuermethode nach Anspruch 21, dessen erste Elektrode bzw. dessen zweite Elektrode in einer Vielzahl vorgesehen sind, wobei die sich ergebende Vielzahl von ersten Elektroden und die Vielzahl von zweiten Elektroden so angeordnet sind, daß sie sich miteinander zu kreuzen, so daß jeder Kreuzungsbereich ein Pixel festlegt.

23. Steuermethode nach Anspruch 22, dessen Informationssignal selektiv an die Vielzahl erster Elektroden angelegt wird, wobei ein Abtastsignal an die Vielzahl zweiter Elektroden zeilenweise angelegt wird, damit eine Anzeige geschaffen wird.

24. Steuermethode nach Anspruch 21, dessen optisches Modulationsmaterial ein ferroelektrischer Flüssigkristall ist.

25. Steuermethode nach Anspruch 22, bei der ein Abtastsignal an die Vielzahl erster Elektroden zeilenweise angelegt wird und bei der ein Informationssignal selektiv an die Vielzahl zweiter Elektroden angelegt wird, damit eine Anzeige geschaffen wird.

26. Steuermethode nach Anspruch 21, dessen zweite Elektrode eine Kombination aus einer mit einer Signalquelle verbundenen Signalübertragungselektrode und einer Elektrode umfaßt, die eine Verzögerungsfunktion aufweist und die mit der Übertragungselektrode verbunden ist.

27. Steuermethode nach Anspruch 21, dessen Übertragungselektrode einen Flächenwiderstand von höchstens 10² Ω/ aufweist.

28. Steuermethode nach Anspruch 21, dessen erste Elektrode einen Flächenwiderstand von 10² bis 10&sup9; Ω/ aufweist.

29. Steuermethode nach Anspruch 28, dessen Elektrode durch einen Film aus einem Metalloid oder einem Metalloxid gebildet ist.