JPH08220531A - Liquid crystal display device - Google Patents

Liquid crystal display device

Info

Publication number
JPH08220531A
JPH08220531A JP7030324A JP3032495A JPH08220531A JP H08220531 A JPH08220531 A JP H08220531A JP 7030324 A JP7030324 A JP 7030324A JP 3032495 A JP3032495 A JP 3032495A JP H08220531 A JPH08220531 A JP H08220531A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
liquid crystal
crystal display
polarized light
hologram element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7030324A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Miyake
隆浩 三宅
Kazuhiko Ueda
和彦 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP7030324A priority Critical patent/JPH08220531A/en
Priority to US08/536,779 priority patent/US5729306A/en
Publication of JPH08220531A publication Critical patent/JPH08220531A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To provide the small liquid crystal display device capable of being easily manufactured. CONSTITUTION: A prism sheet 5 allows light from a light source 1 to be changed in its progressing direction, and also allows it to be injected to a hologram 9 at a specified angle. A first and a second hologram element 10 and 11 are formed in the hologram 9. The first hologram element 10 allows injected light to be divided into p polarizing light and s polarizing light, allows the p polarizing light to pass through as it is, and also allows the s polarizing light to be primarily diffracted. The second hologram element 11 allows the p polarizing light to pass through as is, and also allows the s polarizing light to be primarily diffracted. A mirror 13 allows the p polarizing light progressing to the outward of the second hologram element 11 to be reflected. By these constitution, the s polarizing light is injected to the center section of a prism sheet 12, and the p polarizing light is injected to the end sections of the sheet. The prism sheet 12 converts both the p polarizing light and the s polarizing light roughly into parallel light. A λ/2 polarizing plate 29 is disposed in the light path of the p polarizing light, and converts the p polarizing light into the s polarizing light with its polarizing direction rotated by 90 deg.. Both the p polarizing light and the s polarizing light going out of a polarizing light conversion optical system 2 illuminate a liquid crystal display panel 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は透過型の液晶表示パネル
と光源とを備えた液晶表示装置に関し、特に、小型で高
輝度な液晶表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device having a transmissive liquid crystal display panel and a light source, and more particularly to a small size and high brightness liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、透過型の液晶表示パネルに光
源からの光を入射させて、画像の表示を行う液晶表示装
置が知られている。この液晶表示装置には、液晶表示パ
ネルの表示面を画面とするタイプのものと、液晶表示パ
ネルを透過した画像光を投射レンズによりスクリーンに
拡大投影する投影タイプのものとがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a liquid crystal display device which displays an image by allowing light from a light source to enter a transmissive liquid crystal display panel. This liquid crystal display device includes a type in which the display surface of the liquid crystal display panel is used as a screen and a type in which the image light transmitted through the liquid crystal display panel is enlarged and projected on the screen by a projection lens.

【0003】従来、上記の両タイプのものはいずれも光
源からの光をそのまま液晶表示パネルに入射する構成と
なっている。しかしながら、上記構成では、光源からの
光の輝度に比して、表示画像の輝度が著しく低くなると
いう問題がある。これは、液晶表示パネルがその入射面
と出射面とに偏光板を具備しており、入射面側の偏光板
を透過する直線偏光光のみが液晶表示パネルに入射する
ため、不定偏光光である光源からの光は、入射面側の偏
光板が理想的なものであったとしても、最大で50%し
か使用されないことに起因する。
Conventionally, both of the above-mentioned types have a structure in which light from a light source is directly incident on a liquid crystal display panel. However, the above configuration has a problem that the brightness of the display image is significantly lower than the brightness of the light from the light source. This is an indefinite polarized light because the liquid crystal display panel is provided with polarizing plates on its entrance surface and exit surface, and only linearly polarized light that passes through the polarizing plate on the entrance surface side enters the liquid crystal display panel. Even if the polarizing plate on the incident surface side is ideal, the light from the light source is used for only 50% at maximum.

【0004】上記の問題点を解決するために、光源の不
定偏光光を高い光利用効率で直線偏光光に変換する偏光
変換光学系を用いた液晶表示装置が知られている(特開
昭61−90584号公報)。図11は、その液晶表示
装置を示す構成図である。偏光変換光学系56は光源5
1からの投射光を偏光方向が互いに直交する2つの直線
偏光光であるp偏光光Bp とs偏光光Bs とに分離する
偏光分離面52が形成された偏光ビームスプリッター5
5と、s偏光光Bs を反射させるプリズムの全反射面5
3と、s偏光光Bs の光路中に配置され、s偏光光Bs
の偏光方向を90゜回転してp偏光光B’p に変換する
λ/2偏光板54と、液晶表示パネル57により構成さ
れる。
In order to solve the above problems, there is known a liquid crystal display device using a polarization conversion optical system for converting indefinitely polarized light of a light source into linearly polarized light with high light utilization efficiency (Japanese Patent Laid-Open No. 61-61). -90584). FIG. 11 is a configuration diagram showing the liquid crystal display device. The polarization conversion optical system 56 is the light source 5
A polarization beam splitter 5 having a polarization splitting surface 52 for splitting the projection light from 1 into p-polarized light B p and s-polarized light B s which are two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other.
5 and the total reflection surface 5 of the prism for reflecting the s-polarized light B s
3 and the s-polarized light B s disposed in the optical path of the s-polarized light B s.
It is composed of a λ / 2 polarizing plate 54 for rotating the polarization direction of 90 ° into p-polarized light B ′ p and a liquid crystal display panel 57.

【0005】この構成により、光源51からの不定偏光
光である投射光はすべてp偏光光に揃えられ、液晶表示
パネル57を効率よく照明することができる。
With this configuration, all the projection light, which is the indefinite polarized light from the light source 51, is made into the p-polarized light, and the liquid crystal display panel 57 can be efficiently illuminated.

【0006】図12は偏光変換光学系56からの出射ビ
ームが液晶表示パネル57に入射したときの、表示面5
7s上でのビーム形状を示す図である。このように、
4:3あるいは16:9の表示面57sの全面を照明す
ることができる。
FIG. 12 shows the display surface 5 when the outgoing beam from the polarization conversion optical system 56 enters the liquid crystal display panel 57.
It is a figure which shows the beam shape on 7s. in this way,
The entire surface of the display surface 57s of 4: 3 or 16: 9 can be illuminated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示装
置に使用する液晶表示パネルの大きさは、ある程度の解
像度を確保する必要があるため、通常3インチ〜4イン
チ以上である。
The size of the liquid crystal display panel used in the liquid crystal display device is usually 3 inches to 4 inches or more because it is necessary to secure a certain resolution.

【0008】従来の液晶表示装置では、偏光変換光学系
56の偏光ビームスプリッター55の光入射面55sの
面積は液晶表示パネル57の表示面57sの面積の1/
2程度である必要があり、液晶表示パネル57が3イン
チ〜4インチであるとしても、かなり大きなものとなっ
てしまう。
In the conventional liquid crystal display device, the area of the light incident surface 55s of the polarization beam splitter 55 of the polarization conversion optical system 56 is 1 / the area of the display surface 57s of the liquid crystal display panel 57.
It is necessary to be about 2, and even if the liquid crystal display panel 57 is 3 inches to 4 inches, it is considerably large.

【0009】偏光ビームスプリッタ55が大きくなる
と、偏光分離面52の面積が大きくなり、そこに均一な
偏光分離性能を持たせることが困難となる。このため、
偏光ビームスプリッタ55でのp偏光光・s偏光光の分
離効率が低くなり、液晶表示パネル57での入射光の利
用効率が低くなってしまう。また、偏光ビームスプリッ
タ55の体積が大きくなると作製にコストがかかるとい
う問題もある。
When the polarization beam splitter 55 becomes large, the area of the polarization separation surface 52 becomes large, and it becomes difficult to provide uniform polarization separation performance there. For this reason,
The separation efficiency of the p-polarized light and the s-polarized light in the polarization beam splitter 55 becomes low, and the utilization efficiency of the incident light in the liquid crystal display panel 57 becomes low. Further, there is a problem that the manufacturing cost increases when the volume of the polarization beam splitter 55 increases.

【0010】更に、偏光ビームスプリッタ55の厚さが
大きくなるため、液晶表示装置が大型化してしまうとい
う問題もある。
Further, since the thickness of the polarization beam splitter 55 becomes large, there is a problem that the liquid crystal display device becomes large in size.

【0011】本発明は、以上の点に鑑み、作製が容易で
小型の高輝度液晶表示装置を提供することを目的とす
る。
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a high-intensity liquid crystal display device which is easy to manufacture and small in size.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の液晶表
示装置は、光源から前記液晶表示パネルへの入射光の光
路中に、入射光をp偏光光とs偏光光とに分離するホロ
グラム素子を備えた偏光変換光学系を設けたことを特徴
としている。
A liquid crystal display device according to claim 1, wherein a hologram for separating the incident light into p-polarized light and s-polarized light in the optical path of the incident light from the light source to the liquid crystal display panel. A polarization conversion optical system including an element is provided.

【0013】請求項2に記載の液晶表示装置は、光源か
らの光の進行方向を変化させて、所定の角度で出射する
第1のプリズムシートと、第1のプリズムシートから出
射した光をp偏光光とs偏光光とに分離して、p偏光光
を透過させると共に、s偏光光を1次回折させる第1の
ホログラム素子と、第1のホログラム素子と略平行に配
置され、前記第1のホログラム素子から出射したp偏光
光を透過させると共に、s偏光光を1次回折させる第2
のホログラム素子と、第2のホログラム素子に略垂直
に、その後方に配置され、第2のホログラム素子の外方
に進行するp偏光光を反射する光反射素子と、第2のホ
ログラム素子からの出射光及び光反射素子により反射さ
れた光を略平行光に変換し、液晶表示パネルへと出射す
る第2のプリズムシートと、液晶表示パネルに入射する
p偏光光とs偏光光のどちらか一方の光路中に配置さ
れ、その偏光面を90゜回転する偏向回転素子と、から
なる偏光変換光学系を備えてなることを特徴としてい
る。
In the liquid crystal display device according to the second aspect, the traveling direction of the light from the light source is changed, and the first prism sheet which emits at a predetermined angle and the light emitted from the first prism sheet are emitted. The first hologram element for separating the polarized light and the s-polarized light to transmit the p-polarized light and diffracting the s-polarized light in the first order, and the first hologram element are arranged substantially parallel to the first hologram element. Second p-polarized light emitted from the hologram element is transmitted while s-polarized light is first-order diffracted.
Of the hologram element, a light reflecting element which is arranged substantially perpendicular to the second hologram element and which is arranged behind the second hologram element and which reflects p-polarized light traveling to the outside of the second hologram element; A second prism sheet that converts the emitted light and the light reflected by the light reflecting element into substantially parallel light and emits it to the liquid crystal display panel, and either p-polarized light or s-polarized light that enters the liquid crystal display panel. And a polarization conversion optical system including a deflecting and rotating element which is disposed in the optical path of and which rotates its polarization plane by 90 °.

【0014】[0014]

【作用】請求項1に記載の液晶表示装置では、光源から
の不定偏光光を直線偏光光に変換する手段としてホログ
ラム素子を用いている。ホログラム素子は、ICの作製
において一般的に行われている方法により、比較的容易
に均一に作製することができる。従って、従来のビーム
スプリッタを用いた場合のように偏光分離面の不均一に
起因する変換効率の低下が生じず、液晶表示パネルを効
率良く照明することができ、液晶表示装置の輝度が増大
する。
In the liquid crystal display device according to the first aspect, the hologram element is used as a means for converting the indefinite polarized light from the light source into the linearly polarized light. The hologram element can be relatively easily and uniformly manufactured by a method generally used for manufacturing ICs. Therefore, unlike the case where the conventional beam splitter is used, the conversion efficiency does not decrease due to the non-uniformity of the polarization separation surface, the liquid crystal display panel can be efficiently illuminated, and the brightness of the liquid crystal display device increases. .

【0015】また、請求項2に記載の液晶表示装置によ
れば、光源からの不定偏光光を直線偏光光に変換するた
めの偏光変換光学系を小型化することができ、装置自体
を小型にすることができる。
According to the liquid crystal display device of the second aspect, the polarization conversion optical system for converting the indefinite polarized light from the light source into the linearly polarized light can be downsized, and the device itself can be downsized. can do.

【0016】[0016]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明の液晶表示装置を示す概略
構成図である。本液晶表示装置は光源1、偏光変換光学
系2及び液晶表示パネル3を備えている。偏光変換光学
系2は、第1のプリズムシート5,第2のプリズムシー
ト12、入射面,出射面に第1のホログラム素子10,
第2のホログラム素子11が形成されたホログラムブロ
ック9、ミラー13、偏向回転素子(ここではλ/2偏
光板を使用)29により構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a liquid crystal display device of the present invention. The liquid crystal display device includes a light source 1, a polarization conversion optical system 2, and a liquid crystal display panel 3. The polarization conversion optical system 2 includes a first prism sheet 5, a second prism sheet 12, a first hologram element 10 on the entrance surface and an exit surface,
The hologram block 9 is formed with the second hologram element 11, the mirror 13, and the deflection rotation element (here, a λ / 2 polarizing plate is used) 29.

【0018】図2は偏光変換光学系2の動作を説明する
部分拡大図である。以下に図1,2に基づいて、偏光変
換光学系2の動作を説明する。
FIG. 2 is a partially enlarged view for explaining the operation of the polarization conversion optical system 2. The operation of the polarization conversion optical system 2 will be described below with reference to FIGS.

【0019】第1のプリズムシート5は頂角が60゜に
設定されており、光源1からの入射光B1 の進行方向を
その頂角が60°のプリズム面5a,5bにより変化さ
せ、ホログラムブロック9に±60゜の角度で入射させ
る。これは、一般に、±60°の角度で入射させた場合
に、ホログラム素子での回折効率が高くなるからであ
る。
The first prism sheet 5 has an apex angle of 60 °, and changes the traveling direction of the incident light B 1 from the light source 1 by the prism surfaces 5a and 5b having an apex angle of 60 °. The light is incident on the block 9 at an angle of ± 60 °. This is because the diffraction efficiency of the hologram element is generally high when the light is incident at an angle of ± 60 °.

【0020】第1のホログラム素子10は、入射光B1
をp偏光光B1 p とs偏光光B1 sとに分割し、p偏光
光B1 p はそのまま透過させ、s偏光光B1 s は1次回
折させる。尚、ホログラムブロック9内に入射した光
は、ガラスの屈折率により、入射角(±60゜)とは異
なる角度で伝搬する。
The first hologram element 10 receives the incident light B 1
Is split into p-polarized light B 1 p and s-polarized light B 1 s , p-polarized light B 1 p is transmitted as it is, and s-polarized light B 1 s is first-order diffracted. The light that has entered the hologram block 9 propagates at an angle different from the incident angle (± 60 °) due to the refractive index of the glass.

【0021】第1のホログラム素子10を透過したp偏
光光B1 p 及びs偏光光B1 s は、第2のホログラム素
子11に入射し、そこで、p偏光光B1 p はそのまま透
過し、s偏光光B1 s は再び1次回折されて、ホログラ
ムブロック9から出射する。
The p-polarized light B 1 p and the s-polarized light B 1 s that have passed through the first hologram element 10 enter the second hologram element 11, where the p-polarized light B 1 p is directly transmitted, The s-polarized light B 1 s is first-order diffracted again and emitted from the hologram block 9.

【0022】そして、p偏光光B1 p のうち第2のホロ
グラム素子11の端から外方へ進む光はミラー13によ
り全反射され(図2には示していない)、その他の光は
そのまま進行して、第2のプリズムシート12に入射す
る。その第2のプリズムシート12は頂角が60゜に設
定されており、上記入射してきた光を略平行光に変換し
て出射する。
Of the p-polarized light B 1 p , the light that travels outward from the end of the second hologram element 11 is totally reflected by the mirror 13 (not shown in FIG. 2), and the other light travels as it is. Then, the light enters the second prism sheet 12. The second prism sheet 12 has an apex angle set to 60 °, and converts the incident light into substantially parallel light and emits it.

【0023】そして、s偏光光B1 s はλ/2偏光板2
9により偏光面を90゜回転され、p偏光光B’1 p
なり、p偏光光B1 p と共に偏光変換光学系2から出射
し、液晶表示パネル3を照明する。このλ/2偏光板2
9は第2のプリズムシート12の前に配置しても良い。
The s-polarized light B 1 s is transmitted through the λ / 2 polarizing plate 2
The polarization plane is rotated 90 ° by 9 to become p-polarized light B ′ 1 p , which is emitted from the polarization conversion optical system 2 together with p-polarized light B 1 p and illuminates the liquid crystal display panel 3. This λ / 2 polarizing plate 2
9 may be arranged in front of the second prism sheet 12.

【0024】図3(a)は上記構成の偏光変換光学系2
において、p偏光光B1 p が通り得る領域Xを示す図で
あり、図3(b)はs偏光光B1 s が通り得る領域Yを
示す図である。このように偏光変換光学系2では、第2
のプリズムシート12上において、p偏光光B1 p とs
偏光光B1 s が入射する領域が完全に分離されており、
p偏光光B1 p は第2のプリズムシート12の端部に入
射し、s偏光光B1 sは第2のプリズムシート12の中
央部に入射する。このため、s偏光光B1 s のみをλ/
2偏光板29により90゜回転させることができ、出射
光の偏光方向を揃えることができる。
FIG. 3A shows the polarization conversion optical system 2 having the above construction.
In a diagram showing a region X to obtain a through p-polarized light B 1 p, FIG. 3 (b) is a diagram showing an area Y to obtain street s-polarized light B 1 s. In this way, in the polarization conversion optical system 2,
On the prism sheet 12 of p-polarized light B 1 p and s
The region where the polarized light B 1 s enters is completely separated,
The p-polarized light B 1 p is incident on the end portion of the second prism sheet 12, and the s-polarized light B 1 s is incident on the central portion of the second prism sheet 12. Therefore, only the s-polarized light B 1 s is λ /
It can be rotated by 90 ° by the two polarizing plates 29, and the polarization direction of the emitted light can be aligned.

【0025】以上のように、本例では、第1のホログラ
ム素子10及び第2のホログラム素子11を用いて、光
源1からの光の偏光方向を変換している。これらのホロ
グラム素子10,11は、ICの作製において一般的に
行われている方法を用いて、ガラス板の両面にホログラ
ム格子溝を掘ることにより比較的容易に均一に作製する
ことができる。従って、図11の従来例のビームスプリ
ッタ55を用いた場合のように偏光分離面の不均一に起
因する変換効率の低下が生じず、液晶表示パネル3を効
率良く照明することができ、液晶表示装置の輝度が増大
する。
As described above, in this example, the polarization direction of the light from the light source 1 is converted by using the first hologram element 10 and the second hologram element 11. These hologram elements 10 and 11 can be relatively easily and uniformly manufactured by digging hologram lattice grooves on both surfaces of a glass plate by using a method generally used in IC manufacturing. Therefore, unlike the case where the beam splitter 55 of the conventional example of FIG. 11 is used, the conversion efficiency is not reduced due to the non-uniformity of the polarization separation surface, the liquid crystal display panel 3 can be efficiently illuminated, and the liquid crystal display can be displayed. The brightness of the device is increased.

【0026】また、本例の偏光変換光学系2によれば、
液晶表示パネル3の表示面3sでのビーム形状は図4の
ようになり、入射光がほとんど無駄なく液晶表示用に使
用される。このため、図12に示した従来のものより
も、光利用効率が増大する。
Further, according to the polarization conversion optical system 2 of this example,
The beam shape on the display surface 3s of the liquid crystal display panel 3 is as shown in FIG. 4, and the incident light is used for liquid crystal display with almost no waste. Therefore, the light utilization efficiency is higher than that of the conventional one shown in FIG.

【0027】尚、本例では偏光変換光学系2により光源
1からの入射光をすべてp偏光光に揃えているが、λ/
2偏光板29の配置を変えることにより、s偏光光に揃
えることも可能である。
In this example, all the incident light from the light source 1 is made into p-polarized light by the polarization conversion optical system 2, but λ /
By changing the arrangement of the two polarizing plates 29, it is possible to make the light s-polarized.

【0028】図5は、本発明の液晶表示装置の偏光変換
光学系の他の例を示す構成図である。この偏光変換光学
系2’は、図1に示した偏光変換光学系2のホログラム
ブロック9の替わりに、片面に第1のホログラム素子の
形成された第1のホログラム板30と、第2のホログラ
ム素子の形成された第2のホログラム板31を用いてい
る。このため、ガラスの屈折率に起因した偏光変換光学
系の厚みの増大を、図1の場合よりも抑制することがで
きる。この偏光変換光学系2’を使用すれば、入射角が
±60゜の場合、偏光変換光学系の厚さを図11に示し
た従来例の約√3/3倍にまで減少させることができ
る。
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the polarization conversion optical system of the liquid crystal display device of the present invention. This polarization conversion optical system 2'includes, instead of the hologram block 9 of the polarization conversion optical system 2 shown in FIG. 1, a first hologram plate 30 having a first hologram element formed on one surface and a second hologram plate. The second hologram plate 31 on which elements are formed is used. Therefore, the increase in the thickness of the polarization conversion optical system due to the refractive index of glass can be suppressed more than in the case of FIG. By using this polarization conversion optical system 2 ', when the incident angle is ± 60 °, the thickness of the polarization conversion optical system can be reduced to about √3 / 3 times that of the conventional example shown in FIG. .

【0029】図6は、偏光変換光学系の更に他の例を示
す構成図である。この偏光変換光学系66はホログラム
板61,62,63,64とλ/2偏光板65により構
成されている。ホログラム板61,62は光源からの光
が±60゜の角度で入射するように配置されており、そ
こで、入射光をp偏光光B3 p とs偏光光B3 S とに分
離する。p偏光光B3 p はそのまま直進し、λ/2偏光
板65により偏光面が90゜回転されてs偏光光B’3
s となり、偏光変換光学系66から出射される。s偏光
光B3 s はホログラム板61,62により1次回折され
た後、ホログラム板63,64に入射し再度1次回折さ
れ、偏光変換光学系66から出射する。
FIG. 6 is a block diagram showing still another example of the polarization conversion optical system. The polarization conversion optical system 66 is composed of hologram plates 61, 62, 63, 64 and a λ / 2 polarizing plate 65. The hologram plates 61 and 62 are arranged so that the light from the light source is incident at an angle of ± 60 °, and there, the incident light is separated into p-polarized light B 3 p and s-polarized light B 3 S. p-polarized light B 3 p is as straight, lambda / 2 the polarization plane by the polarizing plate 65 is rotated 90 ° s-polarized light B '3
s , which is emitted from the polarization conversion optical system 66. The s-polarized light B 3 s is first-order diffracted by the hologram plates 61 and 62, then enters the hologram plates 63 and 64, is first-order diffracted again, and is emitted from the polarization conversion optical system 66.

【0030】この偏光変換光学系66においても、図
1,図5に示した偏光変換光学系2,2’と同様に、光
源からの不定偏光光を偏光面の揃った直線偏光光に変換
し、効率よく液晶表示パネルに入射することができる。
但し、この偏光変換光学系66では、その厚さが従来例
のものよりも厚くなる。
Also in this polarization conversion optical system 66, similarly to the polarization conversion optical systems 2 and 2'shown in FIGS. 1 and 5, the indefinite polarized light from the light source is converted into the linearly polarized light having the uniform plane of polarization. It is possible to efficiently enter the liquid crystal display panel.
However, the thickness of the polarization conversion optical system 66 is larger than that of the conventional example.

【0031】尚、本発明の液晶表示装置に使用する偏光
変換光学系は、図1,図5,図6に示したもの限るもの
ではなく、ホログラム素子を用いて入射光の偏光方向を
揃えることのできるものであれば良い。
The polarization conversion optical system used in the liquid crystal display device of the present invention is not limited to the one shown in FIGS. 1, 5 and 6, and the polarization direction of incident light is aligned by using a hologram element. Anything can be used.

【0032】また、以上の例ではホログラム素子への光
の入射角が60゜の場合について記したが、本発明はこ
れに限るものではなく、図1,図5の偏光変換光学系
2,2’の場合、入射角をより大きく設定すれば、その
厚さを一層薄くすることができる。但し、光の入射角に
応じてホログラム素子の形状を調整して、その入射角に
対するs偏光光の回折効率とp偏光光の透過効率がある
程度以上となるようにしなければならない。
Further, in the above example, the case where the incident angle of light on the hologram element is 60 ° has been described, but the present invention is not limited to this, and the polarization conversion optical systems 2 and 2 shown in FIGS. In the case of ', the thickness can be made thinner by setting the incident angle larger. However, it is necessary to adjust the shape of the hologram element according to the incident angle of light so that the diffraction efficiency of the s-polarized light and the transmission efficiency of the p-polarized light with respect to the incident angle become a certain level or more.

【0033】以上が本発明の液晶表示装置の概略である
が、以下に光の入射角が60°の場合におけるホログラ
ム素子の形状の具体例と、本発明の液晶表示装置を投射
型の液晶表示装置に適用した例を示す。
The above is the outline of the liquid crystal display device of the present invention. The following is a concrete example of the shape of the hologram element when the incident angle of light is 60 °, and the liquid crystal display device of the present invention is a projection type liquid crystal display. An example applied to the device is shown.

【0034】ホログラム素子の形状としては、例えば、
図7(a)に示す正弦波形状のものや、7(b)に示す
矩形形状のものがある。図中、dはピッチを示してお
り、hは深さを示している。
As the shape of the hologram element, for example,
There are a sinusoidal shape shown in FIG. 7A and a rectangular shape shown in 7B. In the figure, d indicates the pitch and h indicates the depth.

【0035】まず、図7(a)に示した形状のホログラ
ム素子について説明する。図8はその回折特性を数値計
算した結果を示すグラフである。これは、ホログラム素
子の屈折率はn=1.66とし、ブラッグ入射角θB
sin- 1 (λ/2d)で回折した場合における回折効
率の計算結果である(λは入射光の波長)。縦軸は透過
の1次回折波の回折効率を示しており、横軸はλをdで
割った値である。また、ここではh/dが1.5(図8
(a))と2.0(図8(b))の場合について計算し
ている。
First, the hologram element having the shape shown in FIG. 7A will be described. FIG. 8 is a graph showing the result of numerical calculation of the diffraction characteristics. This is because the refractive index of the hologram element is n = 1.66 and the Bragg incidence angle θ B =
sin - a calculation result of the diffraction efficiency when diffracted by 1 (λ / 2d) (wavelength of lambda is the incident light). The vertical axis represents the diffraction efficiency of the transmitted first-order diffracted wave, and the horizontal axis represents λ divided by d. Further, here, h / d is 1.5 (see FIG.
(A)) and 2.0 (FIG. 8 (b)) are calculated.

【0036】図8よりλ/d=1.0〜1.2以上の領
域でp偏光光の回折効率がs偏光光の回折効率よりも小
さくなり、p偏光光とs偏光光とが分離できるようにな
ることが分かる。また、h/d=1.5の場合、1.4
5<λ/d<1.62の範囲で、s偏光光の回折効率が
80%以上で、p偏光光の回折効率が20%以下(透過
効率が80%以上)となり、本発明に利用するホログラ
ム素子として好ましい特性をもつことが分かる。h/d
=2.0の場合には、1.55<λ/d<1.97に範
囲で上記のような特性をもつことが分かる。
From FIG. 8, the diffraction efficiency of p-polarized light becomes smaller than that of s-polarized light in the region of λ / d = 1.0 to 1.2 or more, and p-polarized light and s-polarized light can be separated. You can see that. When h / d = 1.5, 1.4
In the range of 5 <λ / d <1.62, the diffraction efficiency of s-polarized light is 80% or more and the diffraction efficiency of p-polarized light is 20% or less (transmission efficiency is 80% or more), which is used in the present invention. It can be seen that the hologram element has preferable characteristics. h / d
In the case of = 2.0, it can be seen that the above-mentioned characteristics are obtained in the range of 1.55 <λ / d <1.97.

【0037】次に図7(b)に示した形状のホログラム
素子について説明する。図9はその回折特性を数値計算
をした結果を示すグラフである。縦軸は、±60゜の入
射角で光を入射した場合における回折効率を示してお
り、横軸はλ/dである。計算は、ホログラム素子の屈
折率を1.454とし、h/d=1.6(図9
(a)),2.0(図9(b))の場合について行っ
た。図より、h/d=2.0で、1.62<λ/d<
1.85の場合に、s偏光光の回折効率が80%以上と
なり、p偏光光の回折効率が20%以下(透過効率が8
0%以上)となり、本発明のホログラム素子として使用
できることが分かる。
Next, the hologram element having the shape shown in FIG. 7B will be described. FIG. 9 is a graph showing the result of numerical calculation of the diffraction characteristics. The vertical axis represents the diffraction efficiency when light is incident at an incident angle of ± 60 °, and the horizontal axis is λ / d. In the calculation, the refractive index of the hologram element is 1.454, and h / d = 1.6 (see FIG. 9).
(A)), 2.0 (FIG. 9 (b)). From the figure, h / d = 2.0 and 1.62 <λ / d <
In the case of 1.85, the diffraction efficiency of s-polarized light is 80% or more, and the diffraction efficiency of p-polarized light is 20% or less (transmission efficiency is 8% or less).
It becomes 0% or more), and it can be seen that it can be used as the hologram element of the present invention.

【0038】上記したように、図7(b)に示した形状
のホログラム素子では、入射角が60゜の場合、h/d
=2.0でλ/dが1.62〜1.85の場合に、良好
な回折特性を持つが、この条件では可視波長領域すべて
の光を効率よく回折させることは困難である。そのた
め、赤(R):650nm,緑(G):550nm,青
(B):450nmの3種類の波長の光に合わせた3種
類のホログラム素子を用いることが望ましい。
As described above, in the hologram element having the shape shown in FIG. 7B, when the incident angle is 60 °, h / d
= 2.0 and λ / d is 1.62 to 1.85, good diffraction characteristics are obtained, but under this condition, it is difficult to efficiently diffract all light in the visible wavelength region. Therefore, it is desirable to use three types of hologram elements that match light of three types of wavelengths, red (R): 650 nm, green (G): 550 nm, and blue (B): 450 nm.

【0039】具体的には、R用としてピッチd=0.3
73μm,深さh=0.746μmのホログラム素子
(r)を、G用としてピッチd=0.318μm,深さ
h=0.636μmのホログラム素子(g)を、B用と
してピッチd=0.259μm,深さh=0.518μ
mのホログラム素子(b)を使用すれば、R用のもので
λ=605nm〜691nm、G用のものでλ=515
nm〜588nm、B用のものでλ=420〜480n
mの範囲で、ホログラム素子でのs偏光光の回折効率が
80%以上となると共に、p偏光光の回折効率が20%
以下(透過効率が80%以上)となり、光源からの不定
偏光光を効率よく直線偏光光に変換できることが分か
る。
Specifically, the pitch for R is d = 0.3.
73 μm, depth h = 0.746 μm hologram element (r), pitch d = 0.318 μm for G, and hologram element (g) depth h = 0.636 μm for B, pitch d = 0. 259 μm, depth h = 0.518 μ
If the hologram element (b) of m is used, λ = 605 nm to 691 nm for R and λ = 515 for G.
nm to 588 nm, for B, λ = 420 to 480 n
In the range of m, the diffraction efficiency of s-polarized light in the hologram element is 80% or more, and the diffraction efficiency of p-polarized light is 20%.
Below (transmission efficiency is 80% or more), it can be seen that indefinite polarized light from the light source can be efficiently converted into linearly polarized light.

【0040】図7(a)に示した正弦波状のホログラム
素子においても、同様の理由により3種類のホログラム
素子を用いることが望ましい。
In the sinusoidal hologram element shown in FIG. 7A, it is desirable to use three kinds of hologram elements for the same reason.

【0041】次に、上記した3種類のホログラム素子
を、図1の偏光変換光学系2の第1のホログラム素子1
0,第2のホログラム素子11に適用した投影型の液晶
表示装置の一例について説明する。図10はその構成図
である。
Next, the above three types of hologram elements are replaced with the first hologram element 1 of the polarization conversion optical system 2 of FIG.
An example of a projection type liquid crystal display device applied to the 0, 2nd hologram element 11 will be described. FIG. 10 is a configuration diagram thereof.

【0042】図10において、偏光変換光学系19,2
0,21は、図1の偏光変換光学系2の第1のホログラ
ム素子10,第2のホログラム素子11に、それぞれ、
上記のホログラム素子(r),(g),(b)を使用し
たものである。
In FIG. 10, polarization conversion optical systems 19 and 2
Reference numerals 0 and 21 denote the first hologram element 10 and the second hologram element 11 of the polarization conversion optical system 2 of FIG. 1, respectively.
The hologram elements (r), (g), and (b) described above are used.

【0043】光源14から出射した光のうち赤色の光R
は第1のダイクロイックミラー15により反射される。
その赤色の光Rは、上記のホログラム素子(r)を備え
た偏光変換光学系19により偏光方向を揃えられ、液晶
パネル22を照射し、レンズ25を透過する。
Of the light emitted from the light source 14, the red light R
Is reflected by the first dichroic mirror 15.
The red light R has its polarization direction aligned by the polarization conversion optical system 19 including the hologram element (r), illuminates the liquid crystal panel 22, and passes through the lens 25.

【0044】第1のダイクロイックミラー15を透過し
た光のうち緑色の光Gは、第2のダイクロイックミラー
16により反射されて、上記のホログラム素子(g)を
備えた偏光変換光学系20に入射し、偏光方向を揃えら
れて液晶パネル23を照明し、レンズ26を透過する。
The green light G of the light transmitted through the first dichroic mirror 15 is reflected by the second dichroic mirror 16 and enters the polarization conversion optical system 20 including the hologram element (g). , The liquid crystal panel 23 is illuminated with the polarization directions aligned and transmitted through the lens 26.

【0045】第2のダイクロイックミラー16を透過し
た青色の光Bは、上記のホログラム素子(b)を備えた
偏光変換光学系21により偏光方向が揃えられて、液晶
パネル24に入射し、レンズ27を透過する。
The blue light B transmitted through the second dichroic mirror 16 has its polarization direction aligned by the polarization conversion optical system 21 having the hologram element (b), and enters the liquid crystal panel 24, and the lens 27. Through.

【0046】上記のレンズ25,26,27を透過した
光は、第4のダイクロイックミラー17及び第5のダイ
クロイックミラー18により合成され、投影レンズ28
を介してスクリーン上に像を形成する。
The light transmitted through the lenses 25, 26 and 27 is combined by the fourth dichroic mirror 17 and the fifth dichroic mirror 18, and the projection lens 28 is used.
Image on the screen via.

【0047】このような投射型の液晶表示装置において
も、偏光変換光学系19,20,21により、光源1か
らの入射光を効率的に利用することができ、表示画面の
輝度が向上する。また、偏光変換光学系19,20,2
1の厚さを薄くすることができるため、液晶表示装置の
小型化を実現できる。
Even in such a projection type liquid crystal display device, the incident light from the light source 1 can be efficiently used by the polarization conversion optical systems 19, 20, 21 and the brightness of the display screen is improved. In addition, the polarization conversion optical system 19, 20, 2
Since the thickness of 1 can be reduced, the liquid crystal display device can be downsized.

【0048】[0048]

【発明の効果】請求項1に記載の液晶表示装置では、偏
光変換光学系にホログラム素子を使用するため、p偏光
光とs偏光光との分離を均一に行うことができ、液晶表
示パネルに供給できる光量が増大し、液晶表示装置の輝
度を向上させることが可能となる。
In the liquid crystal display device according to the first aspect, since the hologram element is used in the polarization conversion optical system, the p-polarized light and the s-polarized light can be uniformly separated, and the liquid crystal display panel can be used. The amount of light that can be supplied is increased, and the brightness of the liquid crystal display device can be improved.

【0049】また、偏光変換光学系の作製を容易に、か
つ、安価に行うことができる。
Further, the polarization conversion optical system can be easily manufactured at low cost.

【0050】請求項2に記載の液晶表示装置では、偏光
変換光学系の厚さを薄くすることができるため、液晶表
示装置を小型化することができる。
In the liquid crystal display device according to the second aspect, since the thickness of the polarization conversion optical system can be reduced, the liquid crystal display device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の液晶表示装置の一例を示す概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a liquid crystal display device of the present invention.

【図2】図1の偏光変換光学系の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of the polarization conversion optical system of FIG.

【図3】(a)p偏光光、(b)s偏光光の進むことの
できる領域を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a region where (a) p-polarized light and (b) s-polarized light can travel.

【図4】図1の液晶表示パネルへの入射ビームの形状を
示す図である。
4 is a diagram showing the shape of an incident beam on the liquid crystal display panel of FIG.

【図5】偏光変換光学系の他の例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of a polarization conversion optical system.

【図6】偏光変換光学系の更に他の例を示す構成図であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram showing still another example of the polarization conversion optical system.

【図7】ホログラム素子の形状の具体例を示す構成図で
ある。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a specific example of the shape of a hologram element.

【図8】正弦波形状のホログラム素子の回折効率を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing the diffraction efficiency of a sinusoidal hologram element.

【図9】矩形形状のホログラム素子の回折効率を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing the diffraction efficiency of a rectangular hologram element.

【図10】投射型液晶表示装置の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a projection type liquid crystal display device.

【図11】従来の液晶表示装置を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a conventional liquid crystal display device.

【図12】図11の液晶表示パネルへの入射ビームの形
状を示す図である。
12 is a diagram showing the shape of an incident beam on the liquid crystal display panel of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,14 光源 2,2’,19,20,21,66 偏光変換光学系 3,22,23,24 液晶表示パネル 5,12 プリズムシート 10 第1のホログラム素子 11 第2のホログラム素子 13 ミラー 29,65 λ/2偏光板 30 第1のホログラム板 31 第2のホログラム板 61,62,63,64 ホログラム板 B1s,B3s,B’3s s偏光光 B1p,B’1p,B3p p偏光光 1, 14 Light source 2, 2 ', 19, 20, 21, 66 Polarization converting optical system 3, 22, 23, 24 Liquid crystal display panel 5, 12 Prism sheet 10 First hologram element 11 Second hologram element 13 Mirror 29 , 65 λ / 2 polarizing plate 30 First hologram plate 31 Second hologram plate 61, 62, 63, 64 Hologram plate B1s, B3s, B'3s s polarized light B1p, B'1p, B3p p polarized light

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照
明する光源とを備えてなる液晶表示装置において、 前記光源から前記液晶表示パネルへの光路中に、前記光
源からの光をp偏光光とs偏光光とに分離するホログラ
ム素子を備えてなる偏光変換光学系を設けたことを特徴
とする液晶表示装置。
1. A liquid crystal display device comprising a liquid crystal display panel and a light source for illuminating the liquid crystal display panel, wherein light from the light source is p-polarized light in an optical path from the light source to the liquid crystal display panel. A liquid crystal display device comprising a polarization conversion optical system including a hologram element for separating light into s-polarized light and s-polarized light.
【請求項2】液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照
明する光源とを備えてなる液晶表示装置において、 前記光源からの光の進行方向を変化させて、所定の角度
で出射する第1のプリズムシートと、 該第1のプリズムシートから出射した光をp偏光光とs
偏光光とに分離して、前記p偏光光を透過させると共
に、前記s偏光光を1次回折させる第1のホログラム素
子と、 該第1のホログラム素子と略平行に配置され、前記p偏
光光を透過させると共に、前記s偏光光を1次回折させ
る第2のホログラム素子と、 該第2のホログラム素子の後方に、該第2のホログラム
素子に略垂直に配置され、前記第2のホログラム素子の
外方に進行する前記p偏光光を反射する光反射素子と、 前記第2のホログラム素子からの出射光及び前記光反射
素子により反射された光を略平行光に変換し、前記液晶
表示パネルへと出射する第2のプリズムシートと、 前記液晶表示パネルに入射する前記p偏光光と前記s偏
光光のどちらか一方の光路中に配置され、偏光面を90
゜回転する偏向回転素子と、からなる偏光変換光学系を
備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
2. A liquid crystal display device comprising a liquid crystal display panel and a light source for illuminating the liquid crystal display panel, the first light source changing the traveling direction of the light from the light source and emitting the light at a predetermined angle. The prism sheet and the light emitted from the first prism sheet are converted into p-polarized light and s
A first hologram element that separates the polarized light into the p-polarized light and transmits the p-polarized light and diffracts the s-polarized light in the first order; and the first hologram element is arranged substantially parallel to the first hologram element. A second hologram element that transmits the light and transmits the s-polarized light in the first order; and a second hologram element that is disposed behind the second hologram element and substantially perpendicular to the second hologram element. A light-reflecting element that reflects the p-polarized light traveling outward from the second hologram element, and the light emitted from the second hologram element and the light reflected by the light-reflecting element are converted into substantially parallel light, and the liquid crystal display panel And a second prism sheet that emits light to the liquid crystal display panel, and is disposed in an optical path of one of the p-polarized light and the s-polarized light that enters the liquid crystal display panel and has a polarization plane of 90 degrees.
A liquid crystal display device comprising a polarization conversion optical system including a deflection rotation element that rotates by a degree.
JP7030324A 1994-09-30 1995-02-20 Liquid crystal display device Pending JPH08220531A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7030324A JPH08220531A (en) 1995-02-20 1995-02-20 Liquid crystal display device
US08/536,779 US5729306A (en) 1994-09-30 1995-09-29 Light splitting and synthesizing device and liquid crystal display apparatus including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7030324A JPH08220531A (en) 1995-02-20 1995-02-20 Liquid crystal display device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08220531A true JPH08220531A (en) 1996-08-30

Family

ID=12300635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7030324A Pending JPH08220531A (en) 1994-09-30 1995-02-20 Liquid crystal display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08220531A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940149A (en) * 1997-12-11 1999-08-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Planar polarizer for LCD projectors
US8422132B2 (en) 2008-12-02 2013-04-16 Shanghai Lexvu Opto Microelectronics Technology Co., Ltd. Integrated planar polarizing device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940149A (en) * 1997-12-11 1999-08-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Planar polarizer for LCD projectors
US8422132B2 (en) 2008-12-02 2013-04-16 Shanghai Lexvu Opto Microelectronics Technology Co., Ltd. Integrated planar polarizing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6729730B2 (en) Projector
JP3298437B2 (en) Optical element, polarized illumination device and projection display device
JP3199313B2 (en) Reflection type liquid crystal display device and projection type liquid crystal display device using the same
US7075722B2 (en) Diffractive optical element and optical system having the same
JP2019534478A (en) Method and system for wide field of view display using a scanning reflector
US20060098283A1 (en) Polarization beam splitter and liquid crystal projector apparatus
JPH11271744A (en) Color liquid crystal display device
JPH11271677A (en) Color projection display device
US7286290B2 (en) Optical illumination apparatus
US7387390B2 (en) Single-panel projection system
JPH08334623A (en) Polarization dividing device
WO2002001289A1 (en) Projector
US6942345B2 (en) Projection type image display apparatus and image display system
US20020113911A1 (en) Liquid crystal display element and projection type liquid crystal display device
JP3657347B2 (en) LCD screen lighting equipment
JP2000310751A (en) Projection type display device and lighting device used for same
KR100254335B1 (en) Lcd device
JPH08220531A (en) Liquid crystal display device
JP3669051B2 (en) Projection display
JP5109762B2 (en) Laminated retardation plate, polarization conversion element, and projection type image device
JP3335091B2 (en) Projection device
KR100312499B1 (en) Liquid Crystal Display Projector
JP2000305047A (en) Optical element, polarized light illuminating device and projection display device
JPH11218748A (en) Spatial modulation element and display device
JP2001337226A (en) Polarization separating element, illumination optical system using the same and projector