RU2068573C1

RU2068573C1 - Source of circularly polarized radiation and projection system

Info

Publication number: RU2068573C1
Application number: SU904862888A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Барник; Сергей Васильевич Беляев; Фюнфшиллинг Юрг; Николай Владимирович Малимоненко; Шадт Мартин; Шмитт Клаус
Original assignee: Московское научно-производственное объединение "НИОПИК"
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1996-10-27

Abstract

FIELD: physics. SUBSTANCE: invention is designed for conversion of natural nonpolarized light into linear or circularly polarized one. Source of circularly polarized radiation has source of nonpolarized radiation, one or several layers of cholesteric liquid crystal and mirror. Layer of liquid crystal and mirror are manufactured concave and spherical and are placed concentrically on source of radiation. Layer of liquid crystal may be produced flat or be provided with lens which focus is aligned with center of curvature of mirror and center of source of circularly polarized radiation, element modulating polarized radiation and analyzer. EFFECT: enhanced functional stability of source and projection system. 7 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к поляризаторам, т.е. к оптическим устройствам, превращающим естественный неполяризованный свет в линейный или циркулярно поляризованный. The invention relates to polarizers, i.e. to optical devices that convert natural unpolarized light into linear or circularly polarized.

Известны поляризаторы призменного типа (призмы Воластона, Рошона и др.), принцип работы которых основан на разделении поляризованных лучей при прохождении светом двулучепреломляющих кристаллов /1/. Недостатком этих поляризаторов является то, что используется только 50% энергии падающего света. Known polarizer prism type (prism Volaston, Rochon, etc.), the principle of operation of which is based on the separation of polarized rays during the passage of light birefringent crystals / 1 /. The disadvantage of these polarizers is that only 50% of the incident light energy is used.

Тем же недостатком обладают поляризаторы, представляющие собой ориентированную пленку с введенным в нее йодом или дихроичным красителем /2/. The same disadvantage is possessed by polarizers, which are an oriented film with iodine or dichroic dye introduced into it / 2 /.

Известен так же поляризатор, состоящий из источника света, по крайней мере, из одного слоя холестерического жидкого кристалла и комбинированного зеркала, состоящего из двух плоских поверхностей, расположенных под углом 45^o по отношению друг к другу /3/. В этом поляризаторе используется почти 100% энергии падающего на слой ЖК света. Этот поляризатор наиболее близок по конструкции и выполняемым функциям к предлагаемому и поэтому принят за прототип.Also known is a polarizer consisting of a light source of at least one layer of a cholesteric liquid crystal and a combined mirror consisting of two flat surfaces located at an angle of 45 ^o with respect to each other / 3 /. This polarizer uses almost 100% of the energy of the light incident on the LCD layer. This polarizer is the closest in design and performed functions to the proposed and therefore adopted as a prototype.

Недостатком известного поляризатора являются его малые функциональные возможности. Например, при поляризации светом, несущим информацию об изображениях, изображение "двоится". A disadvantage of the known polarizer is its small functionality. For example, when polarized by light carrying image information, the image "doubles".

Невозможно разделение пучка света по спектральным интервалам; если источник посылает свет в полный телесный угол 4π радиан, то значительная часть энергии безвозвратно теряется. It is impossible to split the light beam into spectral intervals; if the source sends light to a full solid angle of 4π radians, then a significant part of the energy is irretrievably lost.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей источника циркулярно-поляризованного излучения более полное использование световой энергии источника неполяризованного излучения. The task of the invention is to expand the functionality of the source of circularly polarized radiation, a more complete use of the light energy of the source of unpolarized radiation.

Эта задача достигается источником циркулярно-поляризованного излучения, содержащим источник неполяризованного излучения, по крайней мере, один слой холестерического жидкого кристалла и зеркало, причем слой жидкого кристалла и зеркало выполнены вогнутыми сферическими и расположены концентрически к источнику неполяризованного излучения, или источником циркулярно-поляризованного излучения, содержащим источник неполяризованного излучения, по крайней мере, один слой холестерического жидкого кристалла, зеркало и положительную линзу, расположенную перед слоем жидкого кристалла, причем, зеркало выполнено вогнутым сферическим, при этом источник неполяризованного излучения расположен в совмещенных центре кривизны зеркала и фокусе линзы. This task is achieved by a source of circularly polarized radiation containing a source of non-polarized radiation, at least one layer of a cholesteric liquid crystal and a mirror, the layer of liquid crystal and the mirror are concave spherical and arranged concentrically to the source of unpolarized radiation, or a source of circularly polarized radiation, containing a source of unpolarized radiation, at least one layer of cholesteric liquid crystal, a mirror and a positive lens, p located in front of the liquid crystal layer, moreover, the mirror is concave spherical, while the source of unpolarized radiation is located in the combined center of curvature of the mirror and the focus of the lens.

Изобретение иллюстрируется примерами, отраженными на фиг. 2, 3. The invention is illustrated by the examples shown in FIG. 2, 3.

На фиг. 1 показана схема источника циркулярно-поляризованного излучения, который состоит из слоя холестерического жидкого кристалла 1, зеркала 2 с вырезанным внутри его отверстием 3 и источника света 4. Жидкий кристалл имеет структуру, при которой длинные оси молекул в слое параллельны плоскости подложки. Слой жидкого кристалла плоский. In FIG. 1 shows a diagram of a circularly polarized radiation source, which consists of a cholesteric liquid crystal layer 1, a mirror 2 with a hole 3 cut out inside it, and a light source 4. The liquid crystal has a structure in which the long axes of the molecules in the layer are parallel to the plane of the substrate. The liquid crystal layer is flat.

Параллельно слою жидкого кристалла и на некотором удалении от него находится обычное зеркало 2 с отверстием 3, через которое пучок света 5, идущий от монохроматического источника 4 может попадать в систему. Ниже рассмотрена работа источника циркулярно-поляризованного излучения на примере краевого луча 6. Луч 6 в точке 7 попадает на слой жидкого кристалла. Parallel to the liquid crystal layer and at some distance from it there is an ordinary mirror 2 with an opening 3 through which a beam of light 5 coming from a monochromatic source 4 can enter the system. Below, we consider the operation of a circularly polarized radiation source using the example of an edge beam 6. Beam 6 at point 7 hits a layer of a liquid crystal.

Пусть жидкий кристалл обладает правой холестерической спиралью. В точке 7 право циркулярно поляризованный свет отражается, а лево циркулярно поляризованный свет проходит через слой жидкого кристалла. На рисунках направление вращения вправо обозначено "+", влево "-". Таким образом, луч 8 право циркулярно поляризован, а луч 9 влево. Луч 8 попадает на зеркало в точке 10. При отражении от зеркала, как известно, направление циркулярной поляризации меняется на противоположное, так что отраженный луч 11 является циркулярно поляризованным влево и так же, как и луч 9, проходит через слой жидкого кристалла без ослабления. Сумма интенсивностей лучей 11 и 9 практически равна общей интенсивности падающего луча 6, если положение его спектральной полосы и ширина полосы соответствуют параметрам холестерического жидкого кристалла. При этом поляризация света происходит практически без потерь. Ясно, что поляризуется не только рассмотренный краевой луч 6, но и весь пучок света 5. Получение линейной поляризации не представляет затруднений. Линейно поляризованный свет можно получить без потерь из циркулярно поляризованного света с помощью пластины l/4.. Let a liquid crystal have a right cholesteric helix. At point 7, the right circularly polarized light is reflected, and the left circularly polarized light passes through the liquid crystal layer. In the figures, the direction of rotation to the right is indicated by "+", to the left by "-". Thus, ray 8 is circularly polarized to the right, and ray 9 to the left. Beam 8 hits the mirror at point 10. When reflected from the mirror, as is known, the direction of circular polarization is reversed, so that the reflected beam 11 is circularly polarized to the left and, like beam 9, passes through the liquid crystal layer without attenuation. The sum of the intensities of the rays 11 and 9 is almost equal to the total intensity of the incident ray 6, if the position of its spectral band and the band width correspond to the parameters of the cholesteric liquid crystal. In this case, the polarization of light occurs almost without loss. It is clear that not only the considered edge beam 6 is polarized, but also the entire light beam 5. It is not difficult to obtain linear polarization. Linearly polarized light can be obtained without loss from circularly polarized light using a plate l / 4 ..

Если холестерический слой 1 заменить несколькими слоями со свойством селективного отражения в различных диапазонах длин волн, то таким образом можно получить поляризатор для белого света. Для конструирования поляризатора на весь диапазон видимого света представляется эффективными многослойные полимерные жидкие кристаллы. If the cholesteric layer 1 is replaced by several layers with the property of selective reflection in different wavelength ranges, then a polarizer for white light can be obtained in this way. For the construction of a polarizer over the entire range of visible light, multilayer polymer liquid crystals seem to be effective.

На фиг. 2 показано устройство для получения поляризованного света. В центре сферы находится источник неполяризованного света 12. В полусфере 15 имеется зеркальное покрытие, а вторая часть полусферы состоит из двух слоев 13 и 14 жидкого кристалла с разными полосами спектральной селективности. Полосы спектральной селективности почти перекрывают видимый спектр и, таким образом, образуется белый свет. In FIG. 2 shows a device for producing polarized light. In the center of the sphere is a source of unpolarized light 12. The hemisphere 15 has a mirror coating, and the second part of the hemisphere consists of two layers 13 and 14 of a liquid crystal with different spectral selectivity bands. The bands of spectral selectivity almost overlap the visible spectrum and thus white light is formed.

Свет от источника попадает на внутреннюю поверхность слоя жидкого кристалла 13 и разделяется там на два луча в разными поляризациями, один из которых отражается, а другой проходит. Прошедший луч 17 является поляризованным и имеет спектральный состав, соответствующий параметрам слоя 13 жидкого кристалла. На втором слое жидкого кристалла 14 происходит расщепление на разные поляризации в другом спектральном диапазоне с пропусканием одной поляризации и отражением противоположной поляризации. Light from the source enters the inner surface of the liquid crystal layer 13 and is divided there into two beams in different polarizations, one of which is reflected and the other passes. The transmitted beam 17 is polarized and has a spectral composition corresponding to the parameters of the liquid crystal layer 13. On the second layer of the liquid crystal 14, splitting into different polarizations occurs in a different spectral range with transmission of one polarization and reflection of the opposite polarization.

При соответствующем выборе слоев жидкого кристалла можно перекрыть почти весь видимый спектр, так что образуется приближенно белый свет. Отраженные лучи 18 попадают на металлическое зеркало 15, расположенное на полусфере по другую сторону от источника света 12 и отражаются на нем. При отражении направление поляризации меняется на обратное, так как отраженный свет имеет то же направление вращается, что и уже прошедший свет. Таким образом, он может проходить через слои жидкого кристалла 13 и 14 без ослабления. По сравнению с прототипом здесь используется для поляризации световая энергия, посылаемая источником света в полный телесный угол в 4π радиан, что расширяет функциональные возможности поляризатора. With the appropriate choice of liquid crystal layers, almost the entire visible spectrum can be covered, so that approximately white light is formed. The reflected rays 18 fall on a metal mirror 15 located on the hemisphere on the other side of the light source 12 and are reflected on it. During reflection, the direction of polarization changes to the opposite, since the reflected light rotates in the same direction as the already transmitted light. Thus, it can pass through the layers of the liquid crystal 13 and 14 without attenuation. Compared with the prototype, light energy is used here for polarization, which is sent by the light source to the full solid angle of 4π radians, which expands the functionality of the polarizer.

На фиг. 3 показано альтернативное решение той же конструкции. Монохроматический источник света 19 находится приблизительно в центре полусферического зеркала 20. На противоположной стороне находится слой холестерического жидкого кристалла 21, который в этом случае имеет не сферическую форму, а плоскую. Такая конструкция упрощает изготовление жидкокристаллического элемента. Между источником света и слоем жидкого кристалла установлена положительная линза 22. На практике слой жидкого кристалла может быть помещен непосредственно к плоской стороне линзы. In FIG. 3 shows an alternative solution of the same design. The monochromatic light source 19 is located approximately in the center of the hemispherical mirror 20. On the opposite side is a layer of cholesteric liquid crystal 21, which in this case is not spherical, but flat. This design simplifies the manufacture of a liquid crystal element. A positive lens 22 is mounted between the light source and the liquid crystal layer. In practice, the liquid crystal layer can be placed directly on the flat side of the lens.

Конструктивное решение принципиально не отличается от описанного выше. Источник света излучает неполяризованный свет, который непосредственно падает на слой жидкого кристалла 21 или после отражения от зеркала 20 на тот же слой кристалла 21 через линзу 22. На жидком кристалле левоциркулярно поляризованная часть света, отмеченная на рисунке стрелкой со знаком "-", проходит. Правоциркулярно поляризованная часть света, отмеченная знаком "+" и стрелкой, отражается и попадает на зеркало 20. При отражении в зеркале она меняет поляризацию на обратную левоциркулярную и также проходит через слой жидкого кристалла 21. Если источник света излучает белый свет, то неиспользуемая часть спектра также может быть поляризована. Для этого последующие слои жидкого кристалла должны быть подобраны по диапазонам спектральной селективности. В этом конструктивном решении также увеличивается по сравнению с прототипом степень использования энергии источника света, что расширяет функциональные возможности поляризатора. The design solution does not fundamentally differ from the one described above. The light source emits unpolarized light, which directly falls on the layer of the liquid crystal 21 or after reflection from the mirror 20 onto the same layer of the crystal 21 through the lens 22. On the liquid crystal, the left-circularly polarized part of the light marked in the figure with an “-" sign passes. The right-circularly polarized part of the light, marked with a “+” sign and the arrow, is reflected and hits the mirror 20. When reflected in the mirror, it reverses the polarization to the left-circular and also passes through the layer of liquid crystal 21. If the light source emits white light, then the unused part of the spectrum can also be polarized. For this, subsequent layers of the liquid crystal must be selected according to the ranges of spectral selectivity. In this design solution, the degree of use of the energy of the light source is also increased in comparison with the prototype, which expands the functionality of the polarizer.

Известна проекционная система, содержащая источник поляризованного излучения, анализатор и слой жидкого кристалла для модуляции поляризованного света /4/. A known projection system containing a source of polarized radiation, an analyzer and a layer of liquid crystal for modulating polarized light / 4 /.

В качестве слоя жидкого кристалла используется слой с такими эффектами, как твист -, супертвист -, ДАР -, сегнетоэлектрические и другие. В источнике поляризованного излучения и в качестве анализатора используется поляроид, т. е. ориентировочная пленка с введенными в нее йодом или дихраичным красителем. Недостатком известной проекционной системы является ее малый КПД использования света, т. к. 50% падающего света поглощается в поляроиде. Задачей изобретения является увеличение коэффициента полезного действия проекционной системы. As a layer of liquid crystal, a layer with such effects as twist -, super-twist -, DAR -, ferroelectric and others is used. A polaroid is used in the source of polarized radiation and as an analyzer, i.e., an orientation film with iodine or a dichraic dye introduced into it. A disadvantage of the known projection system is its low efficiency of using light, since 50% of the incident light is absorbed in the polaroid. The objective of the invention is to increase the efficiency of the projection system.

Поставленная задача достигается предлагаемой проекционной системой, содержащей источник поляризованного излучения, включающий источник неполяризованного излучения и поляризатор, элемент для модуляции поляризованного излучения и анализатор, причем, источник поляризованного излучения дополнительно содержит сферическое зеркало, поляризатор выполнен в виде полусферического слоя холестерического жидкого кристалла, причем, зеркало и слой холестерического жидкого кристалла расположены концентрически к источнику неполяризованного излучения. The problem is achieved by the proposed projection system containing a polarized radiation source, including a non-polarized radiation source and a polarizer, an element for modulating polarized radiation and an analyzer, moreover, the polarized radiation source further comprises a spherical mirror, the polarizer is made in the form of a hemispherical layer of a cholesteric liquid crystal, moreover, a mirror and the cholesteric liquid crystal layer are arranged concentrically to a source of unpolarized radiation.

В проекционной системе, описанной выше, анализатор может быть выполнен в виде, по крайней мере, одного слоя холестерического жидкого красителя. In the projection system described above, the analyzer can be made in the form of at least one layer of cholesteric liquid dye.

Поставленная задача решается также проекционной системой, содержащей источник поляризованного излучения, включающий источник излучения и поляризатор, элемент для модуляции поляризованного излучения и анализатор, причем источник поляризованного излучения дополнительно содержит сферическое зеркало и положительную линзу, расположенную перед слоем жидкого кристалла, при этом источник неполяризованного излучения расположен в совмещенных центре кривизны зеркала и фокусе линзы. The problem is also solved by a projection system containing a polarized radiation source, including a radiation source and a polarizer, an element for modulating polarized radiation and an analyzer, the polarized radiation source additionally containing a spherical mirror and a positive lens located in front of the liquid crystal layer, while the source of non-polarized radiation is located in the combined center of curvature of the mirror and the focus of the lens.

В проекционной системе, описанной выше, анализатор может быть выполнен в виде слоя холестерического жидкого кристалла. In the projection system described above, the analyzer can be made in the form of a layer of cholesteric liquid crystal.

Изобретение иллюстрируется примерами, отраженными фиг. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. The invention is illustrated by the examples reflected in FIG. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.

На фиг. 4 показана проекционная система, работающая в некотором спектральном диапазоне. Система включает в себя источник 23 циркулярно поляризованного света и холестерический элемент 24, выполняющей функции как анализатора, так и спектрального светофильтра. Между поляризатором 23 и анализатором 24 находится индикаторный элемент жидкого кристалла 25 для модуляции света. Оба холестерических слоя в поляризаторе и анализаторе могут быть многослойными, т. е. несколько холестерических слоев имеют различные диапазоны селективного отражения света, что обеспечивает воспроизведение белого цвета. Проекционная система, изображенная на фиг. 9, отличается высоким КПД использования энергии. Эту и аналогичную проекционную систему с комбинациями поляризатор/анализатор можно повторить трижды для трех основных цветов или более трех раз, реализовав тем самым многоцветную проекционную систему. При этом достаточно, при известных обстоятельствах, одной единственной лампы. Преимуществом трех- или многократной проекционной оптики, кроме всего прочего, является простое регулирование цвета с помощью механических или электрооптических затворов (например, на твистэффекте) в проекционной системе, что расширяет ее функциональные возможности. In FIG. 4 shows a projection system operating in a certain spectral range. The system includes a source 23 of circularly polarized light and a cholesteric element 24, which performs the functions of both an analyzer and a spectral filter. Between the polarizer 23 and the analyzer 24 is an indicator element of the liquid crystal 25 for modulating light. Both cholesteric layers in the polarizer and analyzer can be multilayer, i.e., several cholesteric layers have different ranges of selective light reflection, which ensures the reproduction of white color. The projection system shown in FIG. 9, has a high energy efficiency. This and a similar projection system with polarizer / analyzer combinations can be repeated three times for three primary colors or more than three times, thereby realizing a multi-color projection system. In this case, it is enough, under certain circumstances, one single lamp. The advantage of three- or multiple projection optics, among other things, is the simple color adjustment using mechanical or electro-optical shutters (for example, twist effect) in the projection system, which expands its functionality.

Все проекционные системы, известные до сих пор, использовали проходящий через них свет. Предлагаемые поляризатор /анализатор пригодны также для систем с отражением света. Прежде всего, для так называемых ТFТ-структур. Применение проекционных систем с отражением света имеют определенное преимущество, т.к. не происходит потери света на сформированных на подложках транзисторах. На фиг. 5 дан пример такой проекционной системы: свет, исходящий от источника света 26 делится в кубе 27 на холестерическом слое 28, при этом отражается только правильный свет при правильной циркулярной поляризации, оставшийся свет пропускается. All projection systems known so far have used the light passing through them. The proposed polarizer / analyzer is also suitable for systems with light reflection. First of all, for the so-called TFT structures. The use of projection systems with reflection of light have a definite advantage, because no light loss occurs on transistors formed on substrates. In FIG. Figure 5 gives an example of such a projection system: the light coming from the light source 26 is divided in a cube 27 on the cholesteric layer 28, while only the correct light is reflected with the correct circular polarization, the remaining light is transmitted.

Свет пересекает затем индикаторный элемент жидкого кристалла 29 и отражается от зеркала 30, затем снова пересекает элемент 29 и поступает на делитель луча 28, который анализирует циркулярную поляризацию и пропускает отраженный свет, потому что его поляризация приняла обратное направление от зеркала 30. Пропущенный свет может быть спроецирован или сначала скомбинирован со светом из другого соответствующего поляризатора другого цвета. The light then crosses the indicator element of the liquid crystal 29 and is reflected from the mirror 30, then again crosses the element 29 and enters the beam divider 28, which analyzes the circular polarization and transmits the reflected light, because its polarization has taken the opposite direction from the mirror 30. The transmitted light may be projected or first combined with light from another corresponding polarizer of a different color.

В элементе жидкого кристалла с интегрированными активными электронными элементами (например, TFT, MIM и др.) регулируемые с помощью транзисторов электроды выполнены в виде зеркала. Совокупность этих электродов образует зеркало 30. In a liquid crystal element with integrated active electronic elements (for example, TFT, MIM, etc.), the electrodes controlled by transistors are made in the form of a mirror. The combination of these electrodes forms a mirror 30.

Так как свет дважды пересекает индикаторный элемент жидкого кристалла 29, он претерпевает дважды смещение фазы, это значит, для того, чтобы добиться одинакового электрооптического эффекта, двойное преломление должно быть в два раза меньше, чем у дисплея на прохождение света той же толщины. Since the light crosses the indicator element of the liquid crystal twice, it undergoes a phase shift twice, which means that in order to achieve the same electro-optical effect, the double refraction should be half as much as that for the transmission of light of the same thickness.

Возможность использования данной проекционной системы в совокупности с ТFT-транзисторами (на отражение) увеличивает КПД использования световой энергии. The ability to use this projection system in conjunction with TFT transistors (for reflection) increases the efficiency of the use of light energy.

Схема расстановки может быть еще более компактной, если для холестерического жидкого кристалла в качестве граничных поверхностей использовать линзу и куб и если индикаторный элемент также использует куб в качестве граничной поверхности. The arrangement can be even more compact if a lens and a cube are used as the boundary surfaces for a cholesteric liquid crystal, and if the indicator element also uses the cube as the boundary surface.

На основе этой монохроматической системы по аналогии с трансмиссионными системами можно создать все возможные комбинации поляризатор/анализатор. Для изготовления холестерических слоев пригодны холестерические материалы с величиной шага спирали р<1,5 мкм и оптической анизотропией Dn>0,09.. Based on this monochromatic system, by analogy with transmission systems, all possible polarizer / analyzer combinations can be created. Cholesteric materials with spiral pitch p <1.5 μm and optical anisotropy Dn> 0.09 are suitable for the manufacture of cholesteric layers.

На фиг. 6 10 показаны различные виды элементов жидких кристаллов с различными поляризаторами. На фиг. 6 показан вариант с источником света, подобным тому, который показан на фиг. 3, где для простоты не указана половина линз. In FIG. 6 to 10 show different types of liquid crystal elements with different polarizers. In FIG. 6 shows an embodiment with a light source similar to that shown in FIG. 3, where for simplicity half of the lenses are not indicated.

Свет, исходящий от монохроматического источника света 19, например, с λ, как описано во взаимосвязи с фиг. 3, преобразуется сразу или после отражения от зеркала 20 в холестерическом слое жидкого кристалла 21 в циркулярный свет с правым направлением вращения. Light emanating from a monochromatic light source 19, for example with λ, as described in conjunction with FIG. 3, is converted immediately or after reflection from the mirror 20 in the cholesteric layer of the liquid crystal 21 into circular light with the right direction of rotation.

За слоем жидкого кристалла 21 установлена пластина l/4 31, преобразующая циркулярно поляризованный свет в линейно поляризованный. Направление поляризации указано двойной стрелкой. За λ/4-пластиной 31 установлен TN-элемент 32, который изменяет направление поляризации света известным образом на 90^o. Этот свет может, не ослабляясь, пройти через поляризатор 33, расположенный за TN-элементом 32 под углом в 90^o, относительно направления поляризации перед элементом. Если к элементу 32 подключено напряжение, то поляризация света на TN-элементе не изменяется и свет не может пройти через поляризатор 120, TN-элемент работает, таким образом, в обычном режиме, в котором направление поляризации падающего света поворачивается на 90^o в выключенном состоянии. Данная проекционная система индикаторного типа обладает большим КПД использования света.Behind the liquid crystal layer 21, a plate l / 4 31 is mounted, which converts circularly polarized light to linearly polarized. The direction of polarization is indicated by a double arrow. Behind the λ / 4 plate 31, a TN element 32 is mounted, which changes the direction of polarization of light in a known manner by 90 ^° . This light can, without attenuating, pass through a polarizer 33 located behind the TN element 32 at an angle of 90 ^° with respect to the direction of polarization in front of the element. If voltage is connected to element 32, then the polarization of light on the TN element does not change and the light cannot pass through the polarizer 120, the TN element thus works in the normal mode, in which the direction of polarization of the incident light is rotated 90 ^° off . This indicator-type projection system has a high light utilization efficiency.

Другой вид функционирования показан на фиг. 7. Как и в предыдущем примере, циркулярно поляризованный свет,с правым направлением вращения, проводится непосредственно к TN-элементу 32. Для данного вида функционирования элемент должен иметь минимальную оптическую разницу хода в δ=Δn•d=λ/2 между включенным и выключенным состоянием. Если это условие выполнено, то при прохождении циркулярно поляризованного света меняется направление его вращения, т.е. в предложенном случае направление вправо (+) на направление влево (-). Another mode of operation is shown in FIG. 7. As in the previous example, circularly polarized light, with the right direction of rotation, is sent directly to the TN element 32. For this type of operation, the element must have a minimum optical travel difference in δ = Δn • d = λ / 2 between on and off condition. If this condition is fulfilled, then when circularly polarized light passes, the direction of its rotation changes, i.e. in the proposed case, the direction to the right (+) to the direction to the left (-).

За TN-элементом 32 находится другой холестерический слой 34, через который может проходить поляризованный циркулярный свет с левым направлением вращения, которое противоположно вращению для первого слоя 21. Если TN-элемент включен, то он не воздействует на состояние поляризации света, так что свет блокируется (не пропускается) слоем холестерической жидкого кристалла 121. Behind the TN element 32, there is another cholesteric layer 34 through which polarized circular light with a left rotation direction can pass, which is opposite to the rotation for the first layer 21. If the TN element is turned on, it does not affect the state of light polarization, so that the light is blocked (not passed) a layer of cholesteric liquid crystal 121.

В обоих случаях согласно фиг. 6 и 7 на выходе схемы получаем такую же интенсивность, что и на входе, т.к. нет поляризаторов, которые поглощали бы свет, что увеличивает КПД использования световой энергии. Для сравнения на фиг. 8 еще раз проводится обычная схема компоновки с ТN-элементом 32, оснащенным поляризаторами 35, 36, которые являются линейными поляризаторами. Так как входной поляризатор 122 поглощает часть света, то на выходе интенсивность в лучшем случае составит 50%
Схемы компоновки согласно фиг. 6 8 дают положительный контраст, если индикаторные элементы сконструированы по такому принципу. Негативный контраст возможен, а именно, на фиг. 7, если применяется вращение холестерического слоя вправо, а не влево. В случаях фиг. 6 и 8 известным образом, путем вращения линейного поляризатора на выходной стороне на 90^o.In both cases, as shown in FIG. 6 and 7 at the output of the circuit we get the same intensity as at the input, because there are no polarizers that would absorb light, which increases the efficiency of the use of light energy. For comparison, in FIG. 8, the usual arrangement is again carried out with the TN element 32 equipped with polarizers 35, 36, which are linear polarizers. Since the input polarizer 122 absorbs part of the light, the output intensity at best will be 50%
The layout schemes of FIG. 6 8 give a positive contrast if the indicator elements are designed according to this principle. Negative contrast is possible, namely in FIG. 7 if rotation of the cholesteric layer is applied to the right, and not to the left. In the cases of FIG. 6 and 8 in a known manner, by rotating the linear polarizer on the output side by 90 ^° .

Указанная на фиг. 9 схема компоновки основывается на том, что, как и на фиг. 7, циркулярно поляризованный свет подведен прямо к TN-элементу 37. В отличии от такого, указанного на фиг. 7, элемент 37 имеет минимальную оптическую разницу хода между включенным и выключенным состоянием δ=λ/4.. При этом он действует в выключенном состоянии как λ/4-пластина, преобразующая циркулярно поляризованный. Referring to FIG. 9, the layout diagram is based on the fact that, as in FIG. 7, circularly polarized light is brought directly to the TN element 37. In contrast to that indicated in FIG. 7, element 37 has a minimum optical travel difference between the on and off state δ = λ / 4 .. Moreover, it operates in the off state as a λ / 4 plate transforming a circularly polarized one.

Линейный поляризатор 38, расположенный за ТN-элементом, может блокировать линейно поляризованный свет в нужном положении. Во включенном состоянии TN-элемент не воздействует на циркулярно поляризованный свет. Он проходит через линейный поляризатор 38. A linear polarizer 38 located behind the TN element can block linearly polarized light in the desired position. When turned on, the TN element does not affect circularly polarized light. It passes through a linear polarizer 38.

Вместо TN-элемента для данной схемы компоновки может быть использован любой другой элемент жидкого кристалла, если выполняется условие δ=λ/4 или плюс кратное число длин волн. Instead of a TN element for this layout scheme, any other liquid crystal element can be used if the condition δ = λ / 4 or plus a multiple number of wavelengths is fulfilled.

Если имеется циркулярно поляризованный свет, т.е. например, источники света, указанные на фиг. 6 и 7, то используя вариант, указанный на фиг. 9, можно получить 100%-ную отдачу света. Если же исходить обычным путем от неполяризованного естественного света, то при получении циркулярно поляризованного света с помощью линейного поляризатора и λ/4 потери составят 50% Несмотря на это, есть определенный смысл в применении дополнительных λ/4 пластин в обычных, традиционных дисплеях согласно фиг. 8, т.е. при новом варианте характерные напряжения для ТN-элемента до 50% ниже, чем для типов дисплеев известных ранее. If there is circularly polarized light, i.e. for example, the light sources indicated in FIG. 6 and 7, using the variant indicated in FIG. 9, you can get 100% light return. If we proceed in the usual way from unpolarized natural light, then when receiving circularly polarized light using a linear polarizer and λ / 4, the losses will be 50%. Despite this, there is some sense in using additional λ / 4 plates in conventional, traditional displays according to FIG. 8, i.e. with the new version, the characteristic voltages for the TN element are up to 50% lower than for the types of displays known previously.

На фиг. 10 показана схема компоновки, построенная на отражении. Это соответствует ранее описанной альтернативе с TN-элементом при δ=λ/4 между включенным и выключенным состоянием, причем, в данном примере используется ДАР-элемент 39. В выключенном состоянии элемент действует как λ/4 - пластина, т.е. циркулярно поляризованный свет преобразуется в линейно поляризованный. После отражения от зеркала 40 протекает обратный процесс, т.е. линейно поляризованный свет преобразуется снова в элементе λ/4 в циркулярно поляризованный, проходит беспрепятственно холестерический слой 21 и подходит к выходу, сохраняя полную интенсивность. In FIG. 10 shows a layout diagram based on reflection. This corresponds to the previously described alternative with a TN element at δ = λ / 4 between the on and off state, and, in this example, the DAR element 39 is used. In the off state, the element acts as a λ / 4 - plate, i.e. circularly polarized light is converted to linearly polarized. After reflection from the mirror 40, the reverse process proceeds, i.e. the linearly polarized light is converted again in the λ / 4 element to circularly polarized, the cholesteric layer 21 passes unhindered and approaches the exit, while maintaining full intensity.

Если к элементу 39 подключено напряжение, и оптически он одноосный, он не воздействует на состояние поляризации света. За элементом правоциркулярно поляризованный свет проходит к рефлектору 40, который, как уже говорилось, при отражении меняет направление циркулярности света. Этот свет, левоциркулярный после отражения, на который не воздействует ДАР-элемент 29, попадает на холестерический слой 21 и блокируется им. If a voltage is connected to the element 39 and it is optically uniaxial, it does not affect the state of polarization of light. Behind the element, a right-circularly polarized light passes to the reflector 40, which, as already mentioned, when reflected, changes the direction of circularity of light. This light, left circulating after reflection, which is not affected by the DAR element 29, enters the cholesteric layer 21 and is blocked by it.

Преимущество данного варианта заключается в том, что рефлектор 40 может быть установлен на подложке элемента жидкого кристалла, так что светопоглощение структуры, как, например, тонкопленочные транзисторы, располагаются за рефлектором, не снижая яркости активной поверхности элемента изображения. The advantage of this option is that the reflector 40 can be mounted on the substrate of the liquid crystal element, so that the light absorption of the structure, such as thin-film transistors, are located behind the reflector without reducing the brightness of the active surface of the image element.

Сравнение показало, что схемы компоновки, указанные на фиг. 6, 7 и 9, обеспечивают яркость большую, чем таковые на фиг. 8. Поэтому КПД использования света в данных проекционных системах выше, чем нежели в системах с использованием обычных поляроидов. Кроме того, как указывалось выше, имеется заметная тенденция понижения необходимого регулирующего напряжения. The comparison showed that the layout schemes shown in FIG. 6, 7 and 9, provide a brightness greater than those in FIG. 8. Therefore, the efficiency of using light in these projection systems is higher than in systems using conventional polaroids. In addition, as indicated above, there is a noticeable tendency to lower the required regulatory voltage.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет расширить функциональные возможности поляризатора за счет более полного использования световой энергии и возможности поляризации в различных спектральных интервалах и создать проекционную систему на его основе с большим КПД использования света. ЫЫЫ9 Thus, the proposed solution allows you to expand the functionality of the polarizer due to a more complete use of light energy and the possibility of polarization in various spectral ranges and create a projection system based on it with a high efficiency of light use. YYY9

Claims

1. A source of circularly polarized radiation containing a source of non-polarized radiation, at least one layer of cholesteric liquid crystal and a mirror, characterized in that, in order to more fully use the light energy of the source of non-polarized radiation, the liquid crystal layer and the mirror are concave spherical and arranged concentrically to the source of unpolarized radiation.

2. A source of circularly polarized radiation containing a source of non-polarized radiation, at least one layer of cholesteric liquid crystal, a mirror and a positive lens located in front of the layer of liquid crystal, characterized in that, in order to more fully use the light energy of the source of non-polarized radiation, a mirror made concave spherical, while the source of non-polarized radiation is located in the combined center of curvature of the mirror and the focus of the lens.

3. A projection system containing a polarized radiation source, including a non-polarized radiation source and a polarizer, an element for modulating polarized radiation and an analyzer, characterized in that, in order to increase the efficiency, the polarized radiation source further comprises a spherical mirror, the polarizer is made in the form of a hemispherical layer cholesteric liquid crystal, and the mirror and the layer of cholesteric liquid crystal are located concentrically to the source epolarized radiation.

4. The projection system according to claim 3, characterized in that the analyzer is made in the form of at least one layer of cholesteric liquid crystal.

5. A projection system comprising a polarized radiation source including a radiation source and a polarizer, an element for modulating polarized radiation and an analyzer, characterized in that, in order to increase the efficiency, the polarized radiation source further comprises a spherical mirror and a positive lens located in front of a layer of liquid crystal, while the source of unpolarized radiation is located in the combined center of curvature of the mirror and the focus of the lens.

6. The projection system according to claim 5, characterized in that the analyzer is made in the form of a layer of cholesteric liquid crystal.