ДИСПЛЕЙ

Изобретение относится к оптическим системам, использующим голограммы в качестве оптических элементов, и более конкретно - к жидкокристаллическим дисплеям, использующим голограммы для формирования цветного изображения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны дисплеи, содержащие жидкокристаллическую панель, имеющую лицевую поверхность, тыльную поверхность и множество жидкокристаллических ячеек, расположенных между лицевой и тыльной поверхностями панели, средство для освещения жидкокристаллических ячеек со стороны тыльной поверхности жидкокристаллической панели, включающее в себя оптический волновод и источник света, оптически связанный с оптическим волноводом, и голограмму, расположенную за тыльной поверхностью панели между ней и оптическим волноводом и предназначенную для разделения направленного на голограмму белого света на красные, зеленые и синие составляющие, направленные на жидкокристаллические ячейки (US-A N 5506701, 1996, кл. МПК(6) G 02 B 5/32, кл. НКИ 359/15; 359/22; 359/53, приоритет JP-A NN 5-012170; 5-014572; 5-097517, 1993).

В этом дисплее (фиг. 14-16 и их описание) оптический волновод расположен на расстоянии от голограммы, и средство для освещения жидкокристаллических ячеек снабжено маской, расположенной между оптическим волноводом и голограммой и имеющей множество отверстий, расположенных против соответствующих жидкокристаллических ячеек панели, и микролинзами, расположенными против каждого отверстия маски и предназначенными для преобразования расходящихся лучей света, выходящих из отверстий маски, в параллельные лучи, направленные на голограмму.

В таком дисплее при его работе через голограмму на жидкокристаллические ячейки панели кроме цветных составляющих проходит частично недифрагированный свет, ухудшающий качество изображения. Кроме того, для правильного функционирования такого дисплея необходимо очень точно взаимно ориентировать отверстия маски, микролинзы, соответствующие участки голограммы и жидкокристаллические ячейки панели, что может вызвать определенные проблемы при изготовлении дисплея.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу данного изобретения была положена задача создать дисплей, обладающий высокими качествами создаваемого им цветного изображения при относительно простой конструкции и технологии изготовления самого дисплея.

Эта задача решена тем, что в дисплее, содержащем жидкокристаллическую панель, имеющую лицевую поверхность, тыльную поверхность, по существу, эквидистантную указанной лицевой поверхности и расположенную на расстоянии от нее, и множество жидкокристаллических ячеек, расположенных между указанными лицевой и тыльной поверхностями, голограмму, расположенную за указанной тыльной поверхностью указанной жидкокристаллической панели, и средство для освещения указанных жидкокристаллических ячеек со стороны указанной тыльной поверхности указанной жидкокристаллической панели, включающее в себя оптический волновод, имеющий первую боковую поверхность, по существу, эквидистантную указанной тыльной поверхности указанной жидкокристаллической панели, и вторую боковую поверхность, по существу, эквидистантную указанной первой боковой поверхности и расположенную на расстоянии от нее, и источник света, оптически связанный с указанным оптическим волноводом, согласно изобретению голограмма выполнена зацело с указанным оптическим волноводом, и указанная жидкокристаллическая панель и указанный оптический волновод соединены между собой в единый узел.

Такое выполнение дисплея улучшает качество создаваемого им цветного изображения - яркость, четкость и воспроизведение цвета благодаря уменьшению потерь на излучение между источником света и жидкокристаллическими ячейками, благодаря уменьшению хроматических искажений при разделении белого света на цветные составляющие и благодаря возможности повышения точности ориентации голограммы относительно других элементов дисплея, а также упрощает дисплей благодаря исключению из него ряда элементов.

Голограмма может быть выполнена на первой указанной боковой поверхности оптического волновода или на второй указанной боковой поверхности оптического волновода, или на обеих боковых поверхностях оптического волновода, или внутри оптического волновода эквидистантно его боковым поверхностям.

Между тыльной поверхностью жидкокристаллической панели и первой боковой поверхностью может быть выполнен зазор, заполненный оптически прозрачным материалом, имеющим показатель преломления меньший, чем показатель преломления материала оптического волновода.

Целесообразно, чтобы величина указанного зазора была меньше, чем расстояние между боковыми поверхностями оптического волновода.

Целесообразно, чтобы оптически прозрачный материал был адгезионным материалом, соединяющим жидкокристаллическую панель и оптический волновод в единый узел.

Такое выполнение обеспечивает получение монолитного дисплея, обладающего повышенной стойкостью к механическим нагрузкам и защищенного от внутреннего загрязнения.

Источник света может быть полихроматическим и может быть снабжен тремя излучателями соответственно красного, зеленого и синего цвета.

Целесообразно каждый из указанных излучателей выполнять в виде светодиода.

Такое выполнение позволяет повысить точность настройки цветопередачи и устранить хроматические искажения путем раздельного регулирования интенсивности излучения каждого излучателя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение дисплея в соответствии с изобретением в разрезе (соотношение размеров показано условно без соблюдения пропорций).

Фиг. 2 показывает место А на фиг 1 в увеличенном масштабе (соотношение размеров показано условно без соблюдения пропорций).

Фиг. 3 показывает другой вариант места А на фиг. 1 в увеличенном масштабе (соотношение размеров показано условно без соблюдения пропорций).

Фиг. 4 показывает еще один вариант места А на фиг. 1 в увеличенном масштабе (соотношение размеров показано условно без соблюдения пропорций).

Фиг. 5 показывает еще один вариант места А на фиг. 1 в увеличенном масштабе (соотношение размеров показано условно без соблюдения пропорций).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЛУЧШИХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг. 1, дисплей содержит жидкокристаллическую панель 1, оптический волновод 2, зацело с которым выполнена голограмма 3a (фиг. 1 - 2) (3b, 3c - 3d, 3f, фиг. 3, 4, 5), и источник света 4 (фиг. 1), оптически связанный с оптическим волноводом 2. Жидкокристаллическая панель 1 (фиг. 1 - 5) представляет собой пластину, имеющую лицевую поверхность 5, тыльную поверхность 6, по существу эквидистантную лицевой поверхности 5 и расположенную на расстоянии от нее, и множество жидкокристаллических ячеек 7', 7'', 7''', расположенных между лицевой поверхностью 5 и тыльной поверхностью 6 (на фиг. 1 - 5 показана и обозначена одна группа из трех ячеек, остальные ячейки не показаны и не обозначены). Лицевая поверхность 5 и тыльная поверхность 6 жидкокристаллической панели 1 могут быть плоскими, как показано на фиг. 1 - 5, или же могут быть неплоскими (не показано на чертежах). Жидкокристаллические ячейки 7', 7'', 7''' расположены параллельными рядами в первом и втором взаимно перекрещивающихся, преимущественно под прямым углом, направлениях (не показано на чертежах) таким образом, что образуют матрицу между лицевой поверхностью 5 и тыльной поверхностью 6 жидкокристаллической панели 1. В жидкокристаллической панели 1 выполнен первый ряд параллельных электродов 8 (на фиг. 1 - 5 показан и обозначен электрод). Электроды 8 совмещены с параллельными рядами жидкокристаллических ячеек 7', 7'', 7''', проходящими в первом направлении. В жидкокристаллической панели 1 выполнен также второй ряд параллельных электродов 9, расположенных преимущественно под прямым углом к электродам 8 (на фиг. 1 - 5 показан и обозначен один электрод 9, условно проходящий в том же направлении, что и электрод 8, хотя в действительности электроды 8, 9 выполнены скрещивающимися в двух разных плоскостях). Электроды 9 совмещены с параллельными рядами жидкокристаллических ячеек 7', 7'', 7''', проходящими во втором направлении и перекрещивающимися с параллельными рядами, проходящими в первом направлении, так что электроды 8, 9 образуют сетку, совмещенную с рядами жидкокристаллических ячеек 7', 7'', 7'''. Электроды 8, 9 электрически соединены с управляющим блоком 10 (фиг. 1). Оптический волновод 2 и источник света 4 образуют средство дня освещения жидкокристаллических ячеек 7', 7'', 7''' со стороны тыльной поверхности 6 жидкокристаллической панели 1.

Оптический волновод 2 (фиг. 1) представляет собой пластину из оптически прозрачного материала, имеющую полированную первую боковую поверхность 11, эквидистантную тыльной поверхности 6 жидкокристаллической панели 1, полированную вторую боковую поверхность 12, эквидистантную первой боковой поверхности 11 и расположенную на расстоянии a от нее (фиг. 2 - 5), и противолежащие торцы 13, 14 (фиг. 1). Между тыльной поверхностью 6 жидкокристаллической панели 1 и первой боковой поверхностью 11 оптического волновода 2 (фиг. 2 - 5) выполнен зазор 15, величина b которого меньше, чем расстояние a. Зазор 15 заполнен оптически прозрачным материалом (не обозначен), имеющим показатель преломления меньший, чем показатель преломления материала оптического волновода 2. Оптически прозрачный материал, заполняющий зазор 15, является адгезионным материалом, соединяющим жидкокристаллическую панель 1 и оптический волновод 2 в единый узел, благодаря чему повышена стойкость дисплея к механическим нагрузкам, и он защищен от загрязнения.

Источник света 4 (фиг. 1) может быть снабжен лампой накаливания (не показана на чертежах), люминесцентной лампой (не показана на чертежах) или, как показано на фиг. 1, - тремя светоизлучателями - светодиодами 16, 17, 18, соответственно красного, зеленого и синего цвета. Такой источник света является полихроматическим. Между источником света 4 и торцем 13 оптического волновода 2 установлен переходник 19 из оптически прозрачного материала.

Голограмма 3a (фиг. 1 - 2) (3b, 3c - 3d, 3f, фиг. 3, 4, 5) расположена за тыльной поверхностью 6 жидкокристаллической панели 1. В одном варианте выполнения дисплея (фиг. 2) голограмма 3a выполнена на части первой боковой поверхности 11 оптического волновода 2. В другом варианте выполнения дисплея (фиг. 3) голограмма 3b выполнена на части второй боковой поверхности 12 оптического волновода 2. В еще одном варианте выполнения дисплея (фиг. 4) голограмма 3c - 3d выполнена как на части первой боковой поверхности 11, так и на части второй боковой поверхности 12 оптического волновода 2. В еще одном варианте выполнения дисплея (фиг. 5) голограмма 3f выполнена внутри оптического волновода 2 эквидистантно его первой боковой поверхности 11 и второй боковой поверхности 12 и на расстоянии от них. Каждая голограмма 3a, 3b, 3c, 3d, 3f имеет неоднородную по площадь дифракционную эффективность, увеличивающуюся от торца 13 к торцу 14 оптического волновода 2.

Источник света 4 (фиг. 1) имеет устройство раздельного регулирования напряжения (не показано), подаваемого к светодиодам 16, 17, 18.

Описанный дисплей работает следующим образом.

При подаче напряжения к светодиодам 16, 17, 18 последние излучают свет соответственно красного, зеленого и синего цвета. Белый свет, полученный в результате смешения красного, зеленого и синего света, через переходник 19 поступает в оптический волновод 2 через его торец 13. Благодаря раздельному регулированию напряжения, подаваемого к светодиодам 16, 17, 18, т.е. раздельному регулированию интенсивности излучения каждого светодиода, можно повысить точность настройки цветопередачи и устранить хроматические искажения изображения, создаваемого дисплеем.

Вследствие эффекта полного внутреннего отражения от боковых поверхностей 11, 12 оптического волновода 2 белый свет, как показано на фиг. 2 - 5 штрихпунктирными линиями со стрелками (не обозначены), распространяется в оптическом волноводе 2 и дифрагирует на голограмме 3a, 3b, 3c - 3d или 3f. Дифрагированный свет выходит из оптического волновода 2, как показано на фиг. 2 - 5 штриховыми линиями со стрелками (не обозначены), через его боковую поверхность 11 и зазор 15 в направлении ячеек 7', 7''. 7''' жидкокристаллической панели 1 со стороны ее тыльной поверхности 6. Свет, не продифрагировавший на голограмме 3a, 3b, 3c - 3d или 3f, остается внутри волновода 2 и, многократно отражаясь от боковых поверхностей 11, 12, снова попадает на другие участки голограмм 3a, 3b, 3c - 3d или 3f, снова дифрагирует и выходит из волновода 2 в направлении жидкокристаллической панели 1.

Таким образом, благодаря тому, что голограмма 3a, 3b, 3c - 3d, 3f выполнена зацело с оптическим волноводом 2, уменьшаются потери на излучение и происходит, по существу, полное использование мощности света, поступившего в оптический волновод 2 (за исключением потерь в материале самого оптического волновода 2), для освещения жидкокристаллической панели 1.

Голограмма 3a, 3b, 3c - 3d, 3f записана таким образом, что формирует лучи красного, зеленого и синего цвета, направленные на соответствующие ячейки 7', 7'', 7''' жидкокристаллической панели 1, так что в каждую ячейку 7', 7'', 7''' поступает свет одного из указанных цветов без хроматических искажений.

Благодаря тому, что жидкокристаллическая панель 1 и оптический волновод 2 соединены между собой в единый узел, a голограмма 3a, 3b, 3c - 3d, 3f выполнена задело с оптическим волноводом 2, повышена точность ориентации и фокусировки указанных лучей света относительно соответствующих ячеек 7', 7'', 7''' жидкокристаллической панели 1.

Благодаря неоднородной дифракционной эффективности каждой голограммы 3a, 3b, 3c - 3d, 3f, увеличивающейся от торца 13 к торцу 14 оптического волновода 2, обеспечено равномерное освещение всех ячеек 7', 7'', 7''' жидкокристаллической панели 1.

Управляющий блок 10 подает напряжение на заданные электроды 8, 9 и, тем самым, изменяет прозрачность ячеек 7', 7'', 7''' жидкокристаллической панели 1. При этом каждая ячейка 7', 7'', 7''' в прозрачном состоянии пропускает луч одного из указанных цветов, и на лицевой поверхности 5 жидкокристаллической панели 1 формируется цветное изображение, имеющее высокое качество - яркость, четкость и воспроизведение цвета, в том числе и белого цвета.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Описанный дисплей может быть применен в мониторах компьютеров, в телевизионных приемниках, в различных приборах, в демонстрационных экранах и табло.