JP3688845B2

JP3688845B2 - Liquid crystal display device

Info

Publication number: JP3688845B2
Application number: JP05729497A
Authority: JP
Inventors: 順二富田; 敬和有竹
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JPH10253955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面上に配設される液晶セルに異なる色の光を照射することでカラー表示を行う液晶表示装置に関し、特に、一層の小型化を実現する液晶表示装置に関する。
【０００２】
卓上型のコンピュータ装置に実装される液晶表示装置に対しては、コンピュータ装置の小型化に伴って一層の小型化が要求されるようになってきており、この要求に応える液晶表示装置の構築が叫ばれている。
【０００３】
【従来の技術】
液晶を使ってカラー表示を実現するためには、赤色（Ｒ）の表示用に用意される液晶セルに赤色の単色光を照射し、緑色（Ｇ）の表示用に用意される液晶セルに緑色の単色光を照射し、青色（Ｂ）の表示用に用意される液晶セルに青色の単色光を照射していく必要がある。
【０００４】
液晶セルは、この単色光を受け取ると、入射側と出射側に設けられる偏光方向の直交する２つの偏光子に従って、駆動電圧が印加されないときには、入射される単色光の偏光方向を回転させることで、その単色光を表示し、駆動電圧が印加されるときには、入射される単色光の偏光方向を回転させないことで、その単色光を表示しないように動作する。
【０００５】
最も早くに用いられた技術では、図１２に示すように、液晶セルに対応付けてＲＧＢのカラーフィルタを配設する構成を採ることで、平行光線に調整された白色光のバックライトから赤色／緑色／青色を取り出して、液晶セルに照射していくという構成を採っている。
【０００６】
しかしながら、このような技術に従っていると、カラーフィルタを透過する色成分が１色となり、残りの補色成分が損失となってしまうという問題点があった。
【０００７】
この問題点の解決を図るために、特開平６-308332 号では、図１３に示すように、波長依存性を持たないホログラム（回折格子）を使って、平行光線に調整された白色光の持つ赤色／緑色／青色を回折させて、それを液晶セルに照射していくことで、カラーフィルタを用いずにカラー表示を実現するという発明を開示した。
【０００８】
なお、この図のホログラムは、フレネルゾーンプレート状に形成されることで集光性を持つように構成されているので、この図に示すように、集光された光が液晶セルに照射されることになる。また、特開平６-308332 号では、０次の回折光に対処するために、この図と異なって、回折光の方向とバックライトの方向とが異なるように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、特開平６-308332 号で開示する液晶表示装置では、カラーフィルタを用いない構成となっていることから、カラーフィルタによる損失がなくなり、明るい表示を実現できるようになるものの、平行光線のバックライトを用いる必要があることから小型化できず、直視型の液晶表示装置には適用できないという問題点があった。
【００１０】
これから、この特開平６-308332 号で開示する液晶表示装置は、小型化の要求されるコンピュータ装置には適用できないという問題点があった。
更に、この特開平６-308332 号で開示する液晶表示装置では、０次の回折光に対処するために、回折光の方向とバックライトの方向とを異なるように構成しなければならず、装置の組み立て調整が複雑になるという問題点もあった。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、平面上に配設される液晶セルに異なる色の光を照射することでカラー表示を行う構成を採るときにあって、一層の小型化を実現する新たな液晶表示装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の液晶表示装置では、平面上に配設される液晶セルに異なる色の光を照射することでカラー表示を行う構成を採るときにあって、液晶セルに対向する形態で設けられて、光源の発する白色光を伝送する導光板手段と、この導光板手段の液晶セルに対向する導光板面上に設けられて、この導光板手段を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させる体積型ホログラムで構成される回折格子手段と、この回折格子手段の回折する光を液晶セルに集光させる集光手段とを備え、さらに、導光板手段に光を入射する光源が、蛍光管と、蛍光管の発する光を導光板手段の方向に反射する反射板と、蛍光管と反射板との間に蛍光管を覆う形態で設けられる第１の透明媒体と、第１の透明媒体と蛍光管との間に設けられる第１の透明媒体よりも小さな屈折率を持つ第２の透明媒体とで構成されるという構成を採る。
【００１３】
このように構成される本発明の液晶表示装置では、導光板手段の液晶セルに対向する導光板面上に、導光板手段を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させる体積型ホログラムで構成される回折格子手段が備えられ、この回折格子手段が、異なる回折方向に赤色／緑色／青色の平行光線を回折し、これを受けて、レンズアレイや回折格子アレイやフレネルレンズアレイで構成される集光手段が、この赤色／緑色／青色の平行光線を液晶セルに集光する。
このとき、導光板手段に光を入射する光源が、蛍光管と、蛍光管の発する光を導光板手段の方向に反射する反射板と、蛍光管と反射板との間に蛍光管を覆う形態で設けられる第１の透明媒体と、第１の透明媒体と蛍光管との間に設けられる第１の透明媒体よりも小さい屈折率を持つ第２の透明媒体とで構成されているので、蛍光管から第１の透明媒体に出た光が反射板で反射されるときに、その反射光が第２の透明媒体で全反射することで、蛍光管に戻されるのを防げるようになる。
【００１４】
ここで、回折格子手段が、フレネルゾーンプレート状に形成されることで、回折光を液晶セルに集光させる機能を持つことがあり、このときには、集光手段を設ける必要はない。
【００１５】
このようにして、本発明の液晶表示装置は、カラーフィルタを省略してカラー表示を実現する構成を採るときにあって、平行光線のバックライトを用いずカラー表示を実現できるようになるので、一層の小型化を実現できるようになる。
【００１６】
この構成を採るときに、回折格子手段が、自手段を透過する光を自手段の界面で全反射するように構成されることがある。この構成を採ると、液晶セルに照射すべき光以外の光が液晶セルに照射されるのを防止できるようになる。
【００１７】
また、この構成を採るときに、回折格子手段が、自手段の回折する光を自手段の界面で全反射させずに透過するように構成されることがある。この構成を採ると、液晶セルに照射すべき光を確実に液晶セルに照射できるようになる。
【００１８】
また、この構成を採るときに、回折格子手段が、ブリュースターの反射条件を充足する回折光を回折するように構成されることがある。この構成を採ると、直線偏光した回折光が得られるので、液晶セルの入射側に設けられる偏光子を省略できるようになる。
【００１９】
更に、この構成を採るときに、導光板手段の回折格子手段を持たない面が、非平面形状で構成されたり、回折格子手段に対して傾きを持つ平面で構成されることがある。この構成を採ると、導光板手段を伝送する光の角度が変化していくことになるので、当初は回折条件を満たさなかった光がその後に満たすようになり、光の使用効率を高めることができるようになる。
【００２０】
また、この構成を採るときに、導光板手段の回折格子手段を持たない面に、反射光の偏光方向を変える光機能手段が備えられることがある。この構成を採ると、導光板手段を伝送する光の偏光面が回転していくことになるので、当初は回折条件を満たさなかった光がその後に満たすようになり、光の使用効率を高めることができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の液晶表示装置の基本的な装置構成部分についての一実施例を図示する。
【００２４】
この図に示すように、本発明の液晶表示装置は、平面上に配設される液晶セル１に対向する形態で設けられて、光源の発する白色光を多重反射させつつ伝送するガラス等で構成される導光板１０と、導光板１０の液晶セル１に対向する面上に設けられて、導光板１０を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させる体積ホログラム１１と、ＲＧＢ用の液晶セル１の１単位に対応付けて設けられるマイクロレンズのアレイで構成されて、体積ホログラム１１の回折する光を液晶セル１に集光させるマイクロレンズアレイ１２とで構成されることを基本的な構成とする。
【００２５】
ここで、マイクロレンズアレイ１２は、成型により作成可能なフレネルレンズのアレイであってもよく、このフレネルレンズのアレイを用いれば、成型により製造できるようになるので安価な装置とすることができる。
【００２６】
体積ホログラム１１は、感光乾板に対して、物体光と逆の方向から参照光を入射することで作成されるものであって、この作成方法に従って、図１に示すように、感光乾板の厚さ方向に屈折率差を持つ干渉縞が形成されることになる。
【００２７】
この干渉縞により、体積ホログラム１１は、干渉縞の層間隔をｄ、干渉縞への光の入射角をθ、光の波長をλで表すならば、よく知られているように、
２ｄ・ｓｉｎθ＝λ
というブラック角条件に従って、図２に示すように、特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させ、それ以外の光を透過させることになる。
【００２８】
このように、体積ホログラム１１は、カラー表示に必要となる赤色／緑色／青色の光を平行光線にしてそれぞれ別々の角度で出射するように動作するので、これを受けて、マイクロレンズアレイ１２は、赤色／緑色／青色の光の集光位置をＲＧＢ用の３つの液晶セル１にそれぞれ対応させることによって、体積ホログラム１１により出射される赤色の平行光線を赤色用に用意される液晶セル１に照射し、体積ホログラム１１により出射される緑色の平行光線を緑色用に用意される液晶セル１に照射し、体積ホログラム１１により出射される青色の平行光線を青色用に用意される液晶セル１に照射する。
【００２９】
この構成に従って、本発明の液晶表示装置では、カラーフィルタを省略できるようになって、光の使用効率を３倍程度向上できるようになるとともに、平行光線のバックライトを用いずカラー表示を実現できるようになるので、極めて小型なものとすることができるようになる。
【００３０】
図３及び図４に、本発明の液晶表示装置の基本的な装置構成部分についての他の実施例を図示する。
図３に示す本発明の液晶表示装置は、マイクロレンズアレイ１２に代えて、ＲＧＢ用の液晶セル１の１単位に対応付けて設けられる回折格子のアレイで構成される回折格子アレイ１３を用いている。
【００３１】
この回折格子アレイ１３は、ホログラムで構成され、図５に示すように、干渉縞がフレネルゾーンプレート状に形成されることで集光性を持つ。
この集光性に従って、回折格子アレイ１３は、マイクロレンズアイレ１２と同様に、体積ホログラム１１により出射される赤色の平行光線を赤色用に用意される液晶セル１に照射し、体積ホログラム１１により出射される緑色の平行光線を緑色用に用意される液晶セル１に照射し、体積ホログラム１１により出射される青色の平行光線を青色用に用意される液晶セル１に照射することで、カラー表示を実現する。
【００３２】
この実施例に従うと、回折格子アレイ１３による回折に従って、光の分離角を大きくすることが可能になるので、液晶セル１の大きな液晶表示装置や、薄型の液晶表示装置にも対応できるという利点がある。
【００３３】
数値の一例を示せば、液晶セル１の画素ピッチが１００μｍで、液晶セル１と回折格子アレイ１３との距離が１.1ｍｍであるときには、体積ホログラム１１の回折角度θが赤色で２８度、緑色で２０度、青色で１２度となるようにし、回折格子アレイ１３の回折角度が赤色で５度、緑色で０度、青色で５度となるようにすることで、これを実現できることになる。
【００３４】
また、図４に示す本発明の液晶表示装置は、体積ホログラム１１の代わりに集光性体積ホログラム１１ａを用いることで、マイクロレンズアレイ１２を省略することを実現している。
【００３５】
この集光性体積ホログラム１１ａは、体積ホログラム１１にマイクロレンズアレイ１２の集光性を持たせたもので、図６に示すように、マイクロレンズアレイ１２を正規の位置に配置するとともに、導光板１０の下面にプリズムを配置する構成を採って、液晶セル１に対応付けられるピンホールから照射する光束１と、プリズム側から照射する光束２とを使って、導光板１０の上面に配置される感光乾板に干渉縞を露光することで生成される。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の液晶表示装置は、体積ホログラム１１を使って、導光板１０を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させることで、液晶セル１に照射する赤色／緑色／青色の平行光線を作り出す構成を採っている。
【００３７】
これから、体積ホログラム１１により回折される光を体積ホログラム１１から出射させていく必要があるとともに、体積ホログラム１１により回折されない透過光を体積ホログラム１１から出射させないようにしていく必要がある。次に、これを実現するための条件について説明する。
【００３８】
図７に示すように、体積ホログラム１１の干渉縞の傾き角度をΦ、回折光の回折角度をθ（＝ｓｉｎ^-1（λ／２ｄ))とするならば、
角度ｂａｃ＝π／２−θ
であり、
角度ａｂｇ＝角度ｂａｃ＋Φ，角度ａｂｃ＝π／２−角度ａｂｇ
であることから、
角度ａｂｃ＝θ−Φ
が成立する。
【００３９】
体積ホログラム１１により回折される光が体積ホログラム１１から出射されるためには、この回折光が体積ホログラム１１の界面で全反射されない必要がある。
【００４０】
このためには、「角度ａｂｃ」が臨界角Ａよりも小さい必要がある。ここで、臨界角Ａは、体積ホログラム１１の屈折率をｎ₁、空気中の屈折率をｎ₀で表すならば、
Ａ＝ｓｉｎ^-1（ｎ₀／ｎ₁）
となる。
【００４１】
これから、体積ホログラム１１により回折される光が体積ホログラム１１から出射されるためには、
θ−Φ＜ｓｉｎ^-1（ｎ₀／ｎ₁）
を満たす必要がある。
【００４２】
従って、このような条件を満たす体積ホログラム１１を作成することで、体積ホログラム１１により回折される光を体積ホログラム１１から出射させていくことができる。
【００４３】
一方、
角度ｄａｅ＝π／２−θ
であり、
角度ｄｅａ＝Φ−角度ｄａｅ，角度ａｅｆ＝π／２−角度ｄｅａ
であることから、
角度ａｅｆ＝π−Φ−θ
が成立する。
【００４４】
体積ホログラム１１により回折されない透過光が体積ホログラム１１から出射されないためには、この透過光が体積ホログラム１１の界面で全反射される必要がある。このためには、「角度ａｅｆ」が上述の臨界角Ａよりも小さい必要がある。
【００４５】
これから、体積ホログラム１１により回折されない透過光が体積ホログラム１１から出射されないためには、
π−Φ−θ≧ｓｉｎ^-1（ｎ₀／ｎ₁）
を満たす必要がある。
【００４６】
従って、このような条件を満たす体積ホログラム１１を作成することで、体積ホログラム１１により回折されない光を体積ホログラム１１から出射させないようにできる。
【００４７】
上述したように、液晶セル１は、入射側と出射側に設けられる偏光方向の直交する２つの偏光子を使って、駆動電圧が印加されていないときには、入射される単色光の偏光方向を回転させることで、その単色光を表示し、駆動電圧が印加されるときには、入射される単色光の偏光方向を回転させないことで、その単色光を表示しないように動作する。
【００４８】
従って、液晶セル１に入射される光が直線偏光されている場合には、入射側に設けられる偏光子を省略できる。この直線偏光は、ブリュースターの反射条件を利用することで実現できる。
【００４９】
すなわち、屈折率ｎ_Aから屈折率ｎ_Bに入射する光の入射角がθであるときに、
ｔａｎθ＝ｎ_AB 但し、ｎ_ABは、ｎ_Bのｎ_Aに対する屈折率
というブリュースターの反射条件が成立するときには、図８に示すように、反射光はｓ成分のみとなって直線偏光する。
【００５０】
体積ホログラム１１を構成する干渉縞の屈折率の違いは僅かであることから、このブリュースターの反射条件は、具体的には、「ｔａｎθ≒１」というとき、すなわち、「θ≒π／４＝４５度」というときに成立することになる。
【００５１】
上述したように、
２ｄ・ｓｉｎθ＝λ
が成立することから、このブリュースターの反射条件を満たす波長λ₀は、
λ₀＝２ｄ×ｓｉｎ（π／４）
となる。
【００５２】
この波長λ₀が、カラー表示に用いる赤色か緑色か青色と一致すれば、その色に対応付けられる液晶セル１の入射側に設けられる偏光子を省略できる。従って、体積ホログラム１１の干渉縞の層間隔ｄをそのように生成することで、液晶セル１の入射側に設けられる偏光子を省略できるようになる。
【００５３】
次に、導光板１０について説明する。
導光板１０は、ガラス等で構成されて、光源の発する白色光を多重反射しつつ伝送していくように処理するものであり、この白色光の伝送を受けて、上述したように、体積ホログラム１１は、この導光板１０を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度に回折させていく。
【００５４】
この光の使用効率を高めるために、導光板１０は、図９（ａ）に示すように、その下面を非平面形状（拡散面形状）に形成したり、図９（ｂ）に示すように、その下面が傾きを持つように形成することが好ましい。
【００５５】
このように構成されていると、反射する度に角度を変えていくことになるので、当初は回折条件を満たさなかった光でも、導光板１０を進行して反射を繰り返していく間に回折条件を満たすようになり、これにより、光の使用効率を高められるようになる。
【００５６】
また、導光板１０は、図９（ｃ）に示すように、その下面に、光の偏光面を回転させる位相差板１４（例えば、延伸された複屈折性を有するポリマーフィルム）を配置することが好ましい。
【００５７】
このように構成されていると、反射する度に光の偏光面が回転して、当初は回折条件を満たさなかった光でも、導光板１０を進行して反射を繰り返していく間に回折条件を満たすようになり、これにより、光の使用効率を高められるようになる。例えば、光のｐ成分がｓ成分に変換されることで、ブリュースターの反射条件を充足するｓ成分が補給されて、光の使用効率を高められるようになる。
【００５８】
次に、導光板１０に白色光を入射する光源について説明する。
導光板１０に白色光を入射する場合、従来技術では、図１１に示すように、光源として蛍光管１５を用いるとともに、この蛍光管１５の発する光を導光板１０に入射させる半円筒形状の反射板１６を備える構成を採っている。
【００５９】
しかしながら、このような従来技術に従っていると、反射板１６により反射される光が蛍光管１５にも入り込み、蛍光管１５に吸収されることで光の損失が発生することになる。
【００６０】
これに対処するために、本発明の液晶表示装置は、図１０（ａ）に示すように、反射板１６と蛍光管１５の間に大きな屈折率を持つ第１の透明媒体１７を配置するとともに、この第１の透明媒体１７と蛍光管１５の間に、第１の透明媒体１７の屈折率よりも小さな屈折率を持つ空気等のような第２の透明媒体１８を備える構成を採る。
【００６１】
この構成を採ると、第１の透明媒体１７から第２の透明媒体１８を介して蛍光管１５に戻される光が全反射して、蛍光管１５に入り込まなくなることで、従来技術の持つ問題点を解決できるようになる。そして、従来技術よりも様々な入射角度を持つ白色光が導光板１０に入射されるようになるために、回折条件を満たす光が導光板１０に入射されるようになって、光の使用効率を高められるようになる。
【００６２】
図１０（ａ）に示す実施例では、第１の透明媒体１７と導光板１０とを別物とする構成を採ったが、図１０（ｂ）に示すように、第１の透明媒体１７と導光板１０とを一体的に形成すると、界面がなくなることで、光の使用効率を一層高められるようになる。
【００６３】
この構成を採るときに、第２の透明媒体１８として、エチレングリコール等のような高い熱伝導率の物質を用いると、放熱効果が高められることで蛍光管１５の温度上昇を抑えることができる。
【００６４】
また、本発明の液晶表示装置では、導光板１０の持つ光の入射面が、拡散面形状で構成されることがある。この構成を採ると、導光板１０に入射する光の角度が様々なものになるので、回折条件を満たす光が多くなって、光の使用効率を高めることができるようになる。
なお、図１１に示す従来技術に従う場合にあっても、図１０（ｃ）に示すように、導光板１０の持つ光の入射面を非平面形状（拡散面形状）に形成すると、導光板１０に様々な角度の白色光が入射されるようになるために、回折条件を満たす光が導光板１０に入射されるようになって、光の使用効率を高められるようになる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、カラーフィルタを省略してカラー表示を実現する構成を採るときにあって、平行光線のバックライトを用いず液晶セルに単色光を照射できることでカラー表示を実現できるようになるので、一層の小型化を実現できるようになる。
【００６６】
そして、本発明の液晶表示装置によれば、この小型化を実現するときにあって、液晶セルに照射すべき光以外の光が液晶セルに照射されるのを防止できるようになるとともに、液晶セルに照射すべき光を確実に液晶セルに照射できるようになる。
【００６７】
そして、本発明の液晶表示装置によれば、この小型化を実現するときにあって、液晶セルの入射側に設ける必要のある偏光子を省略できるようになる。
そして、本発明の液晶表示装置によれば、この小型化を実現するときにあって、光の使用効率を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な装置構成部分についての一実施例である。
【図２】体積ホログラムの説明図である。
【図３】本発明の基本的な装置構成部分についての他の実施例である。
【図４】本発明の基本的な装置構成部分についての他の実施例である。
【図５】回折格子アレイの説明図である。
【図６】体積ホログラムの作成方法の説明図である。
【図７】体積ホログラムの説明図である。
【図８】ブリュースター角での回折効率の説明図である。
【図９】導光板の一実施例である。
【図１０】光源の一実施例である。
【図１１】光源の従来技術の説明図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【図１３】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１液晶セル
１０導光板
１１体積ホログラム
１１ａ集光性体積ホログラム
１２マイクロレンズアレイ
１３回折格子アレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device that performs color display by irradiating liquid crystal cells arranged on a plane with light of different colors, and more particularly to a liquid crystal display device that realizes further miniaturization.
[0002]
Liquid crystal display devices mounted on desktop computer devices are required to be further miniaturized as computer devices become smaller, and the construction of liquid crystal display devices that meet these requirements has been established. Screamed.
[0003]
[Prior art]
In order to realize color display using liquid crystal, a liquid crystal cell prepared for red (R) display is irradiated with red monochromatic light, and a liquid crystal cell prepared for green (G) display is green. It is necessary to irradiate the liquid crystal cell prepared for blue (B) display with blue monochromatic light.
[0004]
When the liquid crystal cell receives this monochromatic light, it rotates the polarization direction of the incident monochromatic light according to two polarizers that are orthogonal to each other on the incident side and the outgoing side when no driving voltage is applied. The monochromatic light is displayed, and when a driving voltage is applied, the polarization direction of the incident monochromatic light is not rotated, so that the monochromatic light is not displayed.
[0005]
In the technology used earliest, as shown in FIG. 12, by adopting a configuration in which RGB color filters are arranged in association with the liquid crystal cells, the red / white / white light backlight adjusted to parallel rays is used. The configuration is such that the green / blue color is taken out and irradiated to the liquid crystal cell.
[0006]
However, according to such a technique, there is a problem in that the color component transmitted through the color filter becomes one color and the remaining complementary color component is lost.
[0007]
In order to solve this problem, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308332, as shown in FIG. 13, a hologram (diffraction grating) having no wavelength dependency is used to have white light adjusted to parallel rays. An invention has been disclosed in which a color display is realized without using a color filter by diffracting red / green / blue and irradiating the liquid crystal cell with it.
[0008]
Note that the hologram in this figure is configured to have a light collecting property by being formed in a Fresnel zone plate shape, so that the condensed light is irradiated to the liquid crystal cell as shown in this figure. It will be. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308332, in order to cope with the 0th-order diffracted light, the direction of the diffracted light and the direction of the backlight are different from this figure.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308332 has a configuration that does not use a color filter, so that loss due to the color filter is eliminated and a bright display can be realized. Since it is necessary to use a backlight, there is a problem that it cannot be miniaturized and cannot be applied to a direct-view type liquid crystal display device.
[0010]
Therefore, the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308332 has a problem that it cannot be applied to a computer device that is required to be downsized.
Furthermore, in the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308332, in order to cope with the 0th-order diffracted light, the direction of the diffracted light and the direction of the backlight must be configured differently. There was also a problem that the assembly adjustment of was complicated.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has a configuration in which color display is performed by irradiating light of different colors to a liquid crystal cell arranged on a plane, and further miniaturization is achieved. An object is to provide a new liquid crystal display device that realizes the above.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the liquid crystal display device of the present invention employs a configuration in which color display is performed by irradiating a liquid crystal cell arranged on a plane with light of different colors. A light guide plate means for transmitting white light emitted from a light source provided in an opposing form, and a specific wavelength for transmitting the light guide plate means provided on the light guide plate surface facing the liquid crystal cell of the light guide plate means. in a diffraction grating means comprising a volume type hologram that diffracts light having a specific incident angle to a particular angle, e Bei and diffracted to condensing means for condensing light to the liquid crystal cell of the diffraction grating means, Further, the light source that makes light incident on the light guide plate means includes a fluorescent tube, a reflection plate that reflects light emitted from the fluorescent tube toward the light guide plate means, and a fluorescent tube that covers the fluorescent tube between the fluorescent tube and the reflection plate. First transparent medium provided, first transparent medium and firefly Than the first transparent medium is provided between the tube employs a configuration that consists of a second transparent medium having a refractive index.
[0013]
In the liquid crystal display device of the present invention configured as described above, light having a specific incident angle at a specific wavelength for transmitting the light guide plate means on the light guide plate surface facing the liquid crystal cell of the light guide plate means at a specific angle. Diffracting grating means composed of a volume hologram that diffracts the light into a red, green, and blue parallel rays in different diffracting directions, and receiving them to receive a lens array or a diffraction grating array. Condensing means constituted by a Fresnel lens array condenses the red / green / blue parallel rays on the liquid crystal cell.
At this time, the light source that makes light incident on the light guide plate means covers the fluorescent tube between the fluorescent tube, the reflection plate that reflects the light emitted from the fluorescent tube in the direction of the light guide plate means, and the fluorescent tube And a second transparent medium having a smaller refractive index than that of the first transparent medium provided between the first transparent medium and the fluorescent tube. When light emitted from the tube to the first transparent medium is reflected by the reflecting plate, the reflected light is totally reflected by the second transparent medium, so that it can be prevented from returning to the fluorescent tube.
[0014]
Here, since the diffraction grating means is formed in a Fresnel zone plate shape, it may have a function of condensing the diffracted light on the liquid crystal cell. At this time, it is not necessary to provide the light condensing means.
[0015]
In this way, the liquid crystal display device of the present invention adopts a configuration that realizes color display by omitting the color filter, and can realize color display without using a parallel light backlight. Further miniaturization can be realized.
[0016]
When this configuration is adopted, the diffraction grating unit may be configured to totally reflect light transmitted through the unit at the interface of the unit. By adopting this configuration, it becomes possible to prevent the liquid crystal cell from being irradiated with light other than the light to be irradiated to the liquid crystal cell.
[0017]
Further, when employing this configuration, the diffraction grating means, the light diffracted in the own device may be configured so that you transmitted without total reflection at the interface of the host device. By adopting this configuration, it is possible to reliably irradiate the liquid crystal cell with the light to be irradiated to the liquid crystal cell.
[0018]
In addition, when adopting this configuration, the diffraction grating means may be configured to diffract the diffracted light that satisfies the Brewster reflection condition. By adopting this configuration, linearly polarized diffracted light is obtained, so that the polarizer provided on the incident side of the liquid crystal cell can be omitted.
[0019]
Further, when this configuration is adopted, the surface of the light guide plate means that does not have the diffraction grating means may be formed in a non-planar shape or a plane that is inclined with respect to the diffraction grating means. If this configuration is adopted, the angle of the light transmitted through the light guide plate means will change, so that the light that did not satisfy the diffraction condition will be satisfied afterwards, and the use efficiency of light can be improved. become able to.
[0020]
Further, when this configuration is adopted, an optical function unit that changes the polarization direction of the reflected light may be provided on the surface of the light guide plate unit that does not have the diffraction grating unit. If this configuration is adopted, the plane of polarization of the light transmitted through the light guide plate means will rotate, so light that did not satisfy the diffraction conditions will be satisfied later, and the light usage efficiency will be increased. Will be able to.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.
FIG. 1 shows an embodiment of basic device components of a liquid crystal display device of the present invention.
[0024]
As shown in this figure, the liquid crystal display device of the present invention is provided in a form facing the liquid crystal cell 1 disposed on a flat surface, and is composed of glass or the like that transmits white light emitted from a light source while making multiple reflections. Light guide plate 10 and a volume hologram that is provided on the surface of the light guide plate 10 facing the liquid crystal cell 1 and that diffracts light having a specific incident angle at a specific wavelength transmitted through the light guide plate 10 to a specific angle. 11 and an array of microlenses provided in association with one unit of the liquid crystal cell 1 for RGB, and a microlens array 12 that condenses the light diffracted by the volume hologram 11 onto the liquid crystal cell 1. a basic configuration that that.
[0025]
Here, the microlens array 12 may be an array of Fresnel lenses that can be formed by molding. If this array of Fresnel lenses is used, the microlens array 12 can be manufactured by molding, so that it can be an inexpensive device.
[0026]
The volume hologram 11 is created by making reference light incident on the photosensitive dry plate from the direction opposite to the object light, and according to this production method, as shown in FIG. Interference fringes having a difference in refractive index in the direction are formed.
[0027]
With this interference fringe, if the volume hologram 11 represents the layer spacing of the interference fringe as d, the incident angle of the light to the interference fringe as θ, and the wavelength of the light as λ, as is well known,
2d · sin θ = λ
In accordance with the black angle condition, as shown in FIG. 2, light having a specific incident angle at a specific wavelength is diffracted to a specific angle and other light is transmitted.
[0028]
As described above, the volume hologram 11 operates so that red / green / blue light necessary for color display is converted into parallel rays and emitted at different angles. The red / green / blue light condensing positions correspond to the three liquid crystal cells 1 for RGB, respectively, so that the red parallel light emitted from the volume hologram 11 is applied to the liquid crystal cell 1 prepared for red. Irradiate, irradiate the liquid crystal cell 1 prepared for green with the green parallel light beam emitted from the volume hologram 11, and apply the blue parallel light beam emitted from the volume hologram 11 to the liquid crystal cell 1 prepared for blue color. Irradiate.
[0029]
According to this configuration, in the liquid crystal display device of the present invention, the color filter can be omitted, the light use efficiency can be improved by about three times, and color display can be realized without using a parallel light backlight. As a result, it can be made extremely small.
[0030]
3 and 4 show another embodiment of the basic device components of the liquid crystal display device of the present invention.
The liquid crystal display device of the present invention shown in FIG. 3 uses a diffraction grating array 13 constituted by an array of diffraction gratings provided in association with one unit of the liquid crystal cell 1 for RGB instead of the microlens array 12. There Ru.
[0031]
The diffraction grating array 13 is composed of a hologram, and has a light collecting property by forming interference fringes in a Fresnel zone plate shape as shown in FIG.
In accordance with this light condensing property, the diffraction grating array 13 irradiates the liquid crystal cell 1 prepared for red with the red parallel light emitted from the volume hologram 11 and emits the light from the volume hologram 11, similarly to the microlens eyelet 12. By irradiating the liquid crystal cell 1 prepared for green with the parallel light rays for green, and irradiating the liquid crystal cell 1 prepared for blue with the blue parallel rays emitted from the volume hologram 11, Realize.
[0032]
According to this embodiment, the light separation angle can be increased according to the diffraction by the diffraction grating array 13, so that there is an advantage that it can be applied to a large liquid crystal display device of the liquid crystal cell 1 or a thin liquid crystal display device. is there.
[0033]
For example, when the pixel pitch of the liquid crystal cell 1 is 100 μm and the distance between the liquid crystal cell 1 and the diffraction grating array 13 is 1.1 mm, the diffraction angle θ of the volume hologram 11 is 28 degrees in red and green. This is realized by setting the diffraction angle of the diffraction grating array 13 to 5 degrees for red, 5 degrees for green, and 5 degrees for blue.
[0034]
Further, the liquid crystal display device of the present invention shown in FIG. 4 realizes that the microlens array 12 is omitted by using the condensing volume hologram 11 a instead of the volume hologram 11.
[0035]
This condensing volume hologram 11a is obtained by providing the volume hologram 11 with the condensing property of the microlens array 12. As shown in FIG. 6, the microlens array 12 is disposed at a regular position, and the light guide plate 10 is arranged on the upper surface of the light guide plate 10 using a light beam 1 irradiated from a pinhole associated with the liquid crystal cell 1 and a light beam 2 irradiated from the prism side. It is generated by exposing interference fringes to a photosensitive dry plate.
[0036]
As described above, the liquid crystal display device of the present invention uses the volume hologram 11 to diffract light having a specific incident angle at a specific wavelength transmitted through the light guide plate 10 to a specific angle. A configuration is adopted in which red / green / blue parallel light rays are irradiated to the cell 1.
[0037]
From this, it is necessary to emit the light diffracted by the volume hologram 11 from the volume hologram 11 and to prevent the transmitted light not diffracted by the volume hologram 11 from being emitted from the volume hologram 11. Next, conditions for realizing this will be described.
[0038]
As shown in FIG. 7, if the tilt angle of the interference fringes of the volume hologram 11 is Φ and the diffraction angle of the diffracted light is θ (= sin ⁻¹ (λ / 2d)),
Angle bac = π / 2−θ
And
Angle abg = angle bac + Φ, angle abc = π / 2−angle abg
Because
Angle abc = θ−Φ
Is established.
[0039]
In order for the light diffracted by the volume hologram 11 to be emitted from the volume hologram 11, the diffracted light needs not be totally reflected at the interface of the volume hologram 11.
[0040]
For this purpose, the “angle abc” needs to be smaller than the critical angle A. Here, if the critical angle A is expressed by n _{1 for} the refractive index of the volume hologram 11 and n ₀ for the refractive index in air,
A = sin ⁻¹ (n ₀ / n ₁ )
It becomes.
[0041]
From this, in order for the light diffracted by the volume hologram 11 to be emitted from the volume hologram 11,
θ−Φ <sin ⁻¹ (n ₀ / n ₁ )
It is necessary to satisfy.
[0042]
Therefore, by creating the volume hologram 11 that satisfies such conditions, the light diffracted by the volume hologram 11 can be emitted from the volume hologram 11.
[0043]
on the other hand,
Angle dae = π / 2−θ
And
Angle dea = Φ−angle dae, angle aef = π / 2−angle dea
Because
Angle aef = π−Φ−θ
Is established.
[0044]
In order to prevent the transmitted light that is not diffracted by the volume hologram 11 from being emitted from the volume hologram 11, the transmitted light needs to be totally reflected at the interface of the volume hologram 11. For this purpose, the “angle aef” needs to be smaller than the critical angle A described above.
[0045]
From this, in order to prevent the transmitted light not diffracted by the volume hologram 11 from being emitted from the volume hologram 11,
π−Φ−θ ≧ sin ⁻¹ (n ₀ / n ₁ )
It is necessary to satisfy.
[0046]
Therefore, by creating the volume hologram 11 that satisfies such conditions, light that is not diffracted by the volume hologram 11 can be prevented from being emitted from the volume hologram 11.
[0047]
As described above, the liquid crystal cell 1 uses two polarizers with orthogonal polarization directions provided on the incident side and the emission side to rotate the polarization direction of incident monochromatic light when no driving voltage is applied. Thus, when the driving voltage is applied, the monochromatic light is displayed, and the polarization direction of the incident monochromatic light is not rotated, so that the monochromatic light is not displayed.
[0048]
Therefore, when the light incident on the liquid crystal cell 1 is linearly polarized, the polarizer provided on the incident side can be omitted. This linearly polarized light can be realized by utilizing Brewster's reflection conditions.
[0049]
That is, when the incident angle of light incident from the refractive index n _A to the refractive index n _B is θ,
tan θ = n _AB However, when the Brewster reflection condition that the refractive index of n _B with respect to n _A is satisfied, n _AB is linearly polarized with only the s component as shown in FIG.
[0050]
Since the difference in refractive index of the interference fringes constituting the volume hologram 11 is slight, the Brewster's reflection condition is specifically when “tan θ≈1”, that is, “θ≈π / 4 = It is established when “45 degrees”.
[0051]
As mentioned above,
2d · sin θ = λ
Therefore, the wavelength λ ₀ satisfying the Brewster reflection condition is
λ ₀ = 2d × sin (π / 4)
It becomes.
[0052]
If this wavelength λ ₀ coincides with red, green or blue used for color display, the polarizer provided on the incident side of the liquid crystal cell 1 corresponding to the color can be omitted. Therefore, the polarizer provided on the incident side of the liquid crystal cell 1 can be omitted by generating the layer spacing d of the interference fringes of the volume hologram 11 as described above.
[0053]
Next, the light guide plate 10 will be described.
The light guide plate 10 is made of glass or the like, and processes the white light emitted from the light source so as to be transmitted with multiple reflections. As described above, the volume hologram is received by the transmission of the white light. 11 diffracts light having a specific incident angle at a specific wavelength transmitted through the light guide plate 10 to a specific angle.
[0054]
In order to increase the light use efficiency, the light guide plate 10 has a lower surface formed in a non-planar shape (diffuse surface shape) as shown in FIG. 9A, or as shown in FIG. 9B. The lower surface is preferably formed so as to have an inclination.
[0055]
With such a configuration, the angle is changed every time it is reflected. Therefore, even if the light does not satisfy the diffraction conditions at the beginning, the diffraction conditions are maintained while the light guide plate 10 travels and repeats the reflection. This makes it possible to increase the light use efficiency.
[0056]
Further, as shown in FIG. 9C, the light guide plate 10 has a retardation plate 14 (for example, a stretched polymer film having birefringence) that rotates the polarization plane of light on the lower surface thereof. Is preferred.
[0057]
With this configuration, the polarization plane of the light rotates every time it is reflected, and even if the light does not satisfy the diffraction condition at the beginning, the diffraction condition is changed while the light guide plate 10 travels and repeats reflection. As a result, the use efficiency of light can be increased. For example, the p component of light is converted into the s component, so that the s component that satisfies the Brewster's reflection condition is replenished and the light use efficiency can be improved.
[0058]
Next, a light source that makes white light incident on the light guide plate 10 will be described.
When white light is incident on the light guide plate 10, in the prior art, as shown in FIG. 11, a fluorescent tube 15 is used as a light source, and the light emitted from the fluorescent tube 15 is incident on the light guide plate 10 and reflected in a semi-cylindrical shape. A configuration including a plate 16 is employed.
[0059]
However, according to such a conventional technique, light reflected by the reflecting plate 16 also enters the fluorescent tube 15 and is absorbed by the fluorescent tube 15, thereby causing light loss.
[0060]
In order to cope with this, in the liquid crystal display device of the present invention, as shown in FIG. 10A, a first transparent medium 17 having a large refractive index is disposed between the reflector 16 and the fluorescent tube 15. during this first transparent medium 17 and the fluorescent tube 15, Ru adopted a configuration in which a second transparent medium 18, such as air having a refractive index smaller than the refractive index of the first transparent medium 17.
[0061]
By adopting this configuration, the light returned from the first transparent medium 17 to the fluorescent tube 15 via the second transparent medium 18 is totally reflected and does not enter the fluorescent tube 15. Can be solved. Since white light having various incident angles is incident on the light guide plate 10 as compared with the prior art, light satisfying the diffraction condition is incident on the light guide plate 10, and the light use efficiency is increased. Can be improved.
[0062]
In the embodiment shown in FIG. 10 (a), the first transparent medium 17 and the light guide plate 10 are separated from each other. However, as shown in FIG. 10 (b), the first transparent medium 17 and the light guide plate 10 are guided. If the optical plate 10 is formed integrally, the use efficiency of light can be further enhanced by eliminating the interface.
[0063]
When adopting this configuration, if a material having a high thermal conductivity such as ethylene glycol is used as the second transparent medium 18, the heat dissipation effect is enhanced, so that the temperature rise of the fluorescent tube 15 can be suppressed.
[0064]
In the liquid crystal display device of the present invention, the light incident surface of the light guide plate 10 may be formed in a diffusing surface shape. When this configuration is adopted, the angle of light incident on the light guide plate 10 becomes various, so that the amount of light satisfying the diffraction condition increases, and the light use efficiency can be increased.
Even when the conventional technique shown in FIG. 11 is followed, as shown in FIG. 10C, when the light incident surface of the light guide plate 10 is formed in a non-planar shape (diffuse surface shape), the light guide plate 10 Since the white light of various angles is incident on the light, the light satisfying the diffraction condition is incident on the light guide plate 10 to improve the light use efficiency.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the liquid crystal display device of the present invention, when adopting a configuration for realizing color display by omitting the color filter, the liquid crystal cell is irradiated with monochromatic light without using a parallel light backlight. Since it is possible to realize color display, further downsizing can be realized.
[0066]
According to the liquid crystal display device of the present invention, it is possible to prevent the liquid crystal cell from being irradiated with light other than the light that should be irradiated to the liquid crystal cell when realizing this miniaturization. It is possible to reliably irradiate the liquid crystal cell with the light to be applied to the cell.
[0067]
According to the liquid crystal display device of the present invention, a polarizer that needs to be provided on the incident side of the liquid crystal cell can be omitted when realizing this miniaturization.
According to the liquid crystal display device of the present invention, it is possible to increase the light use efficiency when realizing this miniaturization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of the basic apparatus components of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a volume hologram.
FIG. 3 shows another embodiment of the basic apparatus component of the present invention.
FIG. 4 is another embodiment of the basic apparatus component of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a diffraction grating array.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for creating a volume hologram.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a volume hologram.
FIG. 8 is an explanatory diagram of diffraction efficiency at a Brewster angle.
FIG. 9 is an example of a light guide plate.
FIG. 10 is an example of a light source.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional technology of a light source.
FIG. 12 is an explanatory diagram of the prior art.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal cell 10 Light guide plate 11 Volume hologram 11a Condensable volume hologram 12 Micro lens array 13 Diffraction grating array

Claims

In a liquid crystal display device that performs color display by irradiating light of different colors to liquid crystal cells arranged on a plane,
A light guide plate means provided in a form facing the liquid crystal cell and transmitting white light emitted from the light source;
A volume hologram is provided on the light guide plate surface facing the liquid crystal cell of the light guide plate means and diffracts light having a specific incident angle at a specific wavelength transmitted through the light guide plate means to a specific angle. Diffraction grating means,
E Bei and diffracted to condensing means for condensing light to the liquid crystal cells of the diffraction grating means,
Further, a light source that makes light incident on the light guide plate means includes a fluorescent tube, a reflection plate that reflects light emitted from the fluorescent tube in the direction of the light guide plate means, and the light source between the fluorescent tube and the reflection plate. A first transparent medium provided in a form covering the fluorescent tube, and a second transparent medium having a smaller refractive index than the first transparent medium provided between the first transparent medium and the fluorescent tube Consisting of
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to claim 1 .
The first transparent medium and the light guide plate means are configured integrally.
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to claim 1 or 2 ,
That the light condensing means comprises a lens array;
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to claim 1 or 2 ,
The light collecting means is composed of a diffraction grating array.
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to claim 1 or 2 ,
The light collecting means is composed of a Fresnel lens array.
A characteristic liquid crystal display device.

In a liquid crystal display device that performs color display by irradiating light of different colors to liquid crystal cells arranged on a plane,
A light guide plate means provided in a form facing the liquid crystal cell and transmitting white light emitted from the light source;
Provided on the light guide plate surface facing the liquid crystal cell of the light guide plate means, diffracts light having a specific incident angle at a specific wavelength transmitted through the light guide plate means to a specific angle, and diffracts the diffracted light. e Bei a diffraction grating means comprising a volume type hologram for condensing the liquid crystal cell,
Further, a light source that makes light incident on the light guide plate means includes a fluorescent tube, a reflection plate that reflects light emitted from the fluorescent tube toward the light guide plate means, and the light source between the fluorescent tube and the reflection plate. A first transparent medium provided in a form covering the fluorescent tube, and a second transparent medium having a smaller refractive index than the first transparent medium provided between the first transparent medium and the fluorescent tube Consisting of
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to claim 6 .
The first transparent medium and the light guide plate means are configured integrally.
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7 ,
The diffraction grating means is configured to totally reflect the light transmitted through the means at the interface of the means;
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7 ,
The diffraction grating means is configured to transmit the light diffracted by the own means without being totally reflected at the interface of the own means,
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7 ,
The diffraction grating means is configured to diffract the diffracted light satisfying the Brewster reflection condition,
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 10 ,
The surface of the light guide plate means that does not have the diffraction grating means is configured in a diffusing surface shape,
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 10 ,
The surface of the light guide plate means not having the diffraction grating means is configured by a plane having an inclination with respect to the diffraction grating means.
A characteristic liquid crystal display device.

The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 10 ,
An optical function means for changing the polarization direction of the reflected light is provided on the surface of the light guide plate means that does not have the diffraction grating means.
A characteristic liquid crystal display device.