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CN1273641A - 光源装置和显示装置 - Google Patents

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Abstract

在分色棱镜101的周边放置有一个由可发出红乐的LED102R阵列组成的红光光源、一个由可发出绿光的LED102G阵列组成的绿光光源以及一个由可发出蓝光的LED102B阵列组成的蓝光光源。液晶显示单元被具有使从各光源发出的光被分色棱镜合成为白光的结构设置的光源装置照亮,并且还构成了投影型液晶显示装置及类似器件。

Description

光源装置和显示装置
技术领域
本发明涉及在显示装置中的光源装置的构造，这种显示装置用于对显示在液晶显示单元中的图像进行放大和投影。本发明还涉及使用这种光源装置的显示装置的构造。
背景技术
在日本专利申请未决公开No.H5-13049/1993中揭示了一种技术，该技术可作为使投影型液晶显示装置小型化的第一现有技术，这种液晶显示装置放大、投影和显示液晶显示单元的图像。
在上述公开中所揭示的是一种在分色棱镜周围配置三个液晶显示单元的显示装置的构造，液晶显示单元被配置在其后侧的分别发出不同颜色光的平板型荧光管照亮，而具有被分色棱镜所合成的几种颜色的图像被投影透镜投射到屏幕上。
作为使投影型液晶显示装置小型化的第二现有技术，可以引述这样的结构，其中只使用了一个液晶显示单元，该液晶显示单元被诸如金属卤化物灯之类的灯从其后侧照亮，而液晶显示单元的图像被投影透镜投射到屏幕上。
但是，根据上面引用的第一现有技术，因为使用了三个液晶显示单元，成本较高，这是一个问题。而且需要调节机构来保持这三个液晶显示单元不会移位，这使得非常难以对显示装置进一步地小型化，这也是一个问题。
而对于上面引用的第二现有技术，光源是白色光源，这使其需要在液晶显示单元的像素中使用滤色器，以投影彩色图像。需要三种像素，即红、绿和蓝色像素以产生各种颜色，而显示图像的分辨率也由此下降。并且，因为除发射波长以外的光被滤色器所吸收，显示图象变黑，这是一个问题。此外，需要很高的电压来使金属卤化物灯发光，这意味着电源电路变大，从而非常难以对显示装置进一步地小型化，这同样是一个问题。
发明概述
根据前面的说明，本发明的一个目的是只使用单一的液晶显示单元，以使显示装置小型化，并通过使光源装置紧凑而使整个显示装置小型化。
本发明的另一个目的是即使在使用单个液晶显示单元的显示装置中，提供这样一种显示装置，其中从光源装置发出的光被高效率地使用，而且能够显示高分辨率的显示图像。
权利要求1所记载的光源装置包括一用于发出第一种颜色光的第一光源，用于发出第二种颜色光的第二光源，和用于发出第三种颜色光的第三光源，其特征在于从第一光源发出的光、从第二光源发出的光和从第三光源发出的光被彩色合成光学系统所合成。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为从对几种颜色表现出高发光效率的发光单元发出的光可以进行合成，所以可以构成既小且亮的白色光源。
权利要求2所记载的光源装置为权利要求1所记载的光源装置，其特征在于所述第一种颜色是从橙色到红色范围内的一种颜色，所述第二种颜色是从绿色到黄绿色范围内的一种颜色，而所述第三种颜色是在蓝色区内的一种颜色。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为从在几种颜色中表现出高发光效率的发光单元发出的光可以进行合成，所以可以构成既小且亮的白色光源。
权利要求3所记载的光源装置为权利要求1或2所记载的光源装置，其特征在于所述彩色合成光学系统是分色棱镜。
采用这种分色棱镜，就可以使三种颜色的光轴在几乎没有光损失的条件下重合。
权利要求4所记载的光源装置为权利要求1至3中任一项所记载的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是发光二极管。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为光源可以用3V的低压DC(直流)电源点亮，所以也可以构成包括该电源的小的白色光源。
权利要求5所记载的光源装置为权利要求4所记载的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源中以二维方式分别配置多个发光二极管。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，可以构成小的白色光源，其发出面状的光。
权利要求6所记载的光源装置为权利要求5所记载的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源以及彩色合成光学系统之间配置透镜。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，从发光二极管发出的光可以转换为高度平行的光，从而可构成小的白色光源，其发出的光为高度平行的。
权利要求7所记载的光源装置为权利要求5所记载的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源以及彩色合成光学系统之间配置透镜阵列单元。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，从多个发光二极管发出的光可以转换为高度平行的光，从而可构成小的白色光源，其发出的光为高度平行的。
权利要求8所记载的光源装置为权利要求1至3中任一项所记载的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源中的每一个均为面光源。
这里，面光源的意思是指具有单一的基本上连接的发光范围，能够在具有垂直和水平范围的整个显示区域上发出均匀的发光量，而且可防止发光量的不规则性。
权利要求9所记载的光源装置为权利要求1至3中任一项所记载的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是平板型荧光管。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为从在几种颜色中表现出高发光效率的发光单元发出的光可以进行合成，所以可以构成既小且亮的白色光源。
另外，因为可以使用发出面状光的薄型荧光管，可以使光源装置小型化。
权利要求10所记载的光源装置为权利要求9所记载的光源装置，其特征在于在平板型荧光管和彩色合成光学系统之间配置棱镜阵列单元。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，在正面方向上的亮度可以增强，并且可以构成在正面方向明亮的光源装置。
权利要求11所记载的光源装置为权利要求9所记载的光源装置，其特征在于所述棱镜阵列单元各由两个互相垂直的棱镜阵列构成。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，在正面方向上的亮度可以增强，并且可以构成在正面方向明亮的光源装置。
权利要求12所记载的光源装置为权利要求9所记载的光源装置，其特征在于在第一光源和彩色合成光学系统之间配置第一偏振变换单元，在第二光源和彩色合成光学系统之间配置第二偏振变换单元，在第三光源和彩色合成光学系统之间配置第三偏振变换单元。
通过使光的偏振光方向一致，当从光源装置发出的光通过具有偏振光依赖性的光学特性的光学材料时，可以减少光的损失量。
权利要求13所记载的光源装置为权利要求12所记载的光源装置，其特征在于所述偏振变换单元为反射型偏振片。
由于反射型偏振片的作用，发射出在所希望方向上振动的光，而与其垂直的偏振光(在一个方向振动)返回到光源侧。当在光源内发生散射时，偏振光方向改变，但其已经能够发出变换后的偏振光以使其在所希望的方向上振动，透过反射型偏振片。通过以这种方式重复反射型偏振片与光源之间的反射和散射，从光源发出的未偏转的光被反射型偏振片转换为振动方向与反射型偏振片的透过轴方向对齐的偏振光。
权利要求14所记载的光源装置为权利要求1至3中任一项所记载的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是平板型场致发光单元。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为可以使用发出面状光的薄型发光单元，可以使光源装置小型化。
权利要求15所记载的光源装置为权利要求14所记载的光源装置，其特征在于所述场致发光单元是有机场致发光单元，其中发光层是有机薄膜。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，因为该光源可用直流电点亮，所以可以构成包括该电源的小的白色光源。
权利要求16所记载的光源装置为权利要求14所记载的光源装置，其特征在于所述有机场致发光单元在其发光层结构中包括光谐振器。
根据上述的构造，由于这种光谐振器结构，从有机场致发光单元发出的光的频谱宽度可被缩窄以提高颜色纯度，而有机场致发光单元的法线方向(正面方向)的亮度也可增强。
权利要求17所记载的光源装置为权利要求14至16中任一项所记载的光源装置，其特征在于在第一光源和彩色合成光学系统之间设置了第一偏振变换单元，在第二光源和彩色合成光学系统之间设置了第二偏振变换单元，在第三光源和彩色合成光学系统之间设置了第三偏振变换单元。
可以将多个光源发出的光中的偏振方向对齐，而在光学单元中的光损失可通过将光调制单元或其它具有偏振依赖性的光学特性的光学单元作为光源来减轻。
权利要求18所记载的光源装置为权利要求17所记载的光源装置，其特征在于所述偏振变换单元是由四分之一波片和反射偏振片构成，而反射偏振片设置在彩色合成光学系统侧上。
通过使偏振变换单元具有如此的结构，从该偏振变换单元发出的光的振动方向可以通过光反射而调准到该偏振变换单元与场致发光单元之间的特定方向上，其中该场致发光单元具有镜面反射结构。
权利要求19所记载的光源装置为权利要求1至18中任一项所记载的光源装置，其特征在于第一、第二、第三光源同时发光。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，从光源装置发出的光可以是白色光。
权利要求20所记载的光源装置为权利要求1至18中任一项所记载的光源装置，其特征在于第一、第二、第三光源依次重复地发光。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，可以作为在具有顺序型(或连续型)彩色显示类型的显示装置中作为光源装置来使用。
权利要求21所记载的显示装置为具有光调制单元和权利要求1至20中任一项所记载的光源装置，其特征在于从光源装置中发出的光在光调制单元中被调制，而调制后的光被投影透镜放大和显示。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，可以构成小投影类型的液晶显示装置。
权利要求22所记载的发明为权利要求21所记载的显示装置，其特征在于所述光调制单元是透射型液晶元件，光源装置被配置在液晶元件的对面，而形成在液晶元件中的图像被投影透镜放大和显示。
因为是液晶元件，所以可以显示高分辨率的图像，并且即使当投影透镜放大和显示时也可以得到足够亮度的图像。
权利要求23所记载的显示装置为权利要求22所记载的显示装置，其特征在于，可以看到由液晶显示单元所显示图像的放大后的虚像。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，可以构成象小的头部安装型显示器这样的虚像观察型液晶显示装置。
权利要求24所记载的显示装置为权利要求22所记载的显示装置，其特征在于，在构成液晶显示单元的像素中形成有滤色器。
根据上述的构造，有这样一个好处，即，可以构成能够进行彩色显示的小型液晶显示装置。
权利要求25所记载的显示装置为权利要求22所记载的显示装置，其特征在于，所述光调制单元是反射型光调制单元，而光源装置与光调制单元反射表面相对地配置。
因为光源装置与光调制单元反射表面相对地配置，可以得到紧凑的图像显示装置。
权利要求26所记载的显示装置为具有光调制单元和权利要求1-20中任一项所记载的光源装置，其中从光源装置发出的光在光调制单元中被调制，而调制后的光被投影透镜放大和显示为图像；其特征在于，光调制单元用时分方法形成第一彩色成分图像、第二彩色成分图像、第三彩色成分图像；在光源装置中的第一光源在形成第一彩色成分图像的时间段内被点亮，接着第二光源在形成第二彩色成分图像的时间段内被点亮，然后第三光源在形成第三彩色成分图像的时间段内被点亮；通过顺序地显示光调制单元中的第一、第二、第三彩色成分图像，并通过顺序点亮与那些顺序显示相对应的第一、第二和第三光源，就可显示彩色图像。
根据上述构成，可以形成彩色显示，并且可以构成小的图像显示明亮的投影型液晶显示装置。
另外，可以小的虚像观察型液晶显示装置，其能够进行彩色显示并且其中显示图像是明亮的。
权利要求27所记载的显示装置为权利要求26所记载的显示装置，其特征在于，所述光调制单元是透射型液晶元件，光源装置被配置在液晶元件的对面，而形成在液晶元件中的图像被投影透镜放大和显示。
由液晶元件形成的图像具有高分辨率，即使被投影和放大时也可以得到清晰和优质的图像。
权利要求28所记载的显示装置为权利要求26所记载的显示装置，其特征在于，可以看到由液晶显示单元所形成图像的放大后的虚像。
通过减少光的损失量并形成高分辨率的图像，可以得到清晰和鲜明的图像。
图1是说明本发明的光源装置的第一实施例的光学系统的图，图1(a)是从上方看的光源装置的图，图1(b)是从分色棱镜侧观察的红色光源的平面图；
图2描绘了本发明所述光源装置的第二个实施例中的一个光学系统，图2(a)为该光源装置的俯视图，图2(b)为从分色棱镜侧向一红光光源看去所得到的平面图；
图3描绘了从光源装置上方俯视所得到的本发明所述光源装置的第三个实施例中的一个光学系统；
图4描绘了本发明所述光源装置的第四个实施例中的一个光学系统，图4(a)为该光源装置的俯视图，图4(b)为红光光源的对角截面图；
图5描绘了从光源装置上方俯视所看到的本发明所述光源装置的第五个实施例中的一个光学系统；
图6描绘了从光源装置上方俯视所看到的本发明所述光源装置的第六个实施例中的一个光学系统；
图7描绘了从光源装置上方俯视所看到的本发明所述光源装置的第七个实施例中的一个光学系统；
图8为本发明所述显示装置的第一个实施例中主光学系统的俯视图；
图9为本发明所述显示装置的第二个实施例中主光学系统的俯视图；
图10为图9所示显示控制器的详细结构框图；
图11为一个时序图，它用于说明本发明所述显示装置的第二个实施例中光源发光和液晶显示单元显示的时序；
图12为本发明所述显示装置的第三个实施例中主光学系统的俯视图；
图13为本发明所述显示装置的第四个实施例中主光学系统的俯视图；以及
图14为本发明所述显示装置的第五个实施例中主光学系统的俯视图。
以下将参考附图对一些含有本发明适当实施例所述光源装置的光源装置和显示装置进行说明。(光源装置的第一个实施例)
本发明所述光源装置的第一个实施例是根据图1进行说明的。图1(a)为该光源装置的俯视图，图1(b)为从分色棱镜侧向一红光光源看去所得到的平面图，该分色棱镜被作为一个彩色合成光学系统来使用。
在一个分色棱镜101的周边放置有一个红光光源、一个绿光光源和一个蓝光光源，它们被配置成发光二极管(LED)二维阵列的形式。
红光光源具有这样一种结构，即，可发出波长处于红光区中的光的LED 102R(红)被固定在一个板103上。电能从一直流电源104经开关105和可变电阻106被提供给LED 102R(红)。
LED 102R(红)可采用620nm峰值光发射波长的发光二极管。在这种情况下，它所发出的光将呈橙色，但是橙色光中被认为含有红色光。
如图1(b)所示，本实施例中的红光光源被配置成一个具有20个LED的阵列，横5纵4。这些LED由透明树脂模压成型，它们的顶端为透镜形状，其直径约为5mm。LED的数量由所需光源的尺寸而定，在一些应用中可能为1。
绿光光源具有这样一种结构，即，可发出波长处于绿光区中的光的LED 102G(绿)被固定在一个板103上。电能从直流电源104经开关105和可变电阻106被提供给LED 102G(绿)。绿光光源LED的数量与图1(b)中所示红光光源LED的数量相同，即，横5纵4，共20个LED。
LED 102G(绿)可采用555nm峰值光发射波长的发光二极管。另外，这时它所发出的黄绿色光中也被认为含有绿色。
蓝光光源具有这样一种结构，即，可发出波长处于蓝光区中的光的LED 102B(蓝)被固定在一个板103上。电能从直流电源104经开关105和可变电阻106被提供给LED 102B(蓝)。蓝光光源LED的数量与图1(b)中所示红光光源LED的数量相同，即，横5纵4，共20个LED。
LED 102B(蓝)可采用470nm峰值光发射波长的发光二极管。
红光光源发出的光被分色棱镜101的红光反射镜反射。蓝光光源发出的光被分色棱镜101的蓝光反射镜反射。而绿光光源发出的光则可透过分色棱镜101。在分色棱镜101中，从各个未配置有光源的面上发出的红光、绿光和蓝光就以这种方式被合成及输出。
通过对各种颜色LED的供给电流进行控制，就可将分色棱镜101所合成的光的颜色变为白色，这样就可以形成一个白光光源。而且通过对由开关105点亮的光源进行选择，就可以发出红色、绿色和蓝色的单色光，因此也就可以达到单色光源装置的效果。
还可以使开关105选择点亮两个光源，这样就可合成出任何介于红色、绿色和蓝色之间的颜色。(光源装置的第二个实施例)
本发明所述光源装置的第二个实施例是根据图2进行说明的。图2(a)为该光源装置的俯视图，图2(b)为从分色棱镜侧向一红光光源看去所得到的平面图。
图2(b)中，与构成透镜阵列201R的透镜单元202R相对应的LED 102R(红)用虚线表示。另外，在图2(a)中，光源的电路未象在图1(a)中那样被示出。
在分色棱镜101的周边放置有一个红光光源、一个绿光光源和一个蓝光光源，它们被放置成发光二极管(LED)二维阵列的形式。
红光光源被放置成一个可发出波长在红光区中的光的LED 102R(红)阵列的形式，在这些LED与分色棱镜之间放置有一个透镜阵列201R。透镜阵列201R由一个透镜单元202R阵列构成。透镜单元202R的出射孔的形状为直角形。
一个透镜单元202R与一个LED 102R(红)相对应，其功能是对从LED发出的发散光进行准直并将具有高平行度的的光输入至分色棱镜。红光光源中的透镜单元202R被设计成在LED 102R(红)的峰值发射波长上只有很小的色差。另外，在其表面上形成有一层防反射膜，这样就可使其表面对该波长的反射达到最小。
绿光光源被放置成一个可发出波长在绿光区中的光的LED 102G(绿)阵列的形式，在这些LED与分色棱镜之间放置有一个透镜阵列201G。透镜阵列201G由一个透镜单元阵列(未示出)构成，它与图2(b)中所示红光光源的透镜单元阵列相同。
绿光光源中的透镜单元202G被设计成在LED 102G(绿)的峰值发射波长上只有很小的色差。另外，在其表面上形成有一层防反射膜，这样就可使其表面对该波长的反射达到最小。
蓝光光源被放置成一个可发出波长在蓝光区中的光的LED 102B(蓝)阵列的形式，在这些LED与分色棱镜之间放置有一个透镜阵列201B。透镜阵列201B由一个透镜单元阵列(未示出)构成，它与图2(b)中所示红光光源的透镜单元阵列相同。
蓝光光源中的透镜单元被设计成在LED 102B(蓝)的峰值发射波长上只有很小的色差。另外，在其表面上形成有一层防反射膜，这样就可使其表面对该波长的反射达到最小。
在本实施例所述的光源装置中，从各种颜色的LED所发出的发散光被透镜阵列转换成高度平行的平行光并被输入至分色棱镜，因为由分色棱镜合成的光具有高平行度，所以采用这种方法的光源装置也可发出高平行度的光。
在图2(a)中，LED由透明树脂模压成型，其顶端为透镜形状，但这种透镜形状并不总是必需的。(光源装置的第三个实施例)
本发明所述光源装置的第三个实施例是根据图3进行说明的。图3为该光源装置的俯视图。
在分色棱镜101的周边放置有一个可发出波长在红光区中的光的平板型荧光管301R(红)、一个可发出波长在绿光区中的光的平板型荧光管301G(绿)以及一个可发出波长在蓝光区中的光的平板型荧光管301B(蓝)。
这些各种颜色的荧光管301R、301G和301B构成了多个发光体，它们分别成为发出红光的荧光体、发出绿光的荧光体以及发出蓝光的荧光体。这些荧光管中的每一个都具有一平面尺寸，其发光面积为19mm×14mm数量级。荧光管的尺寸不受这个尺寸的限制，它可根据所需光源的尺寸而被相应改变。
另外，通过利用平板型荧光管301R、301G和301B作为光源，就可使出射光均匀地穿过规定的表面区域(它由一个设定值来确定，该设定值是根据在待被照亮的照亮体中的待被照亮的区域的尺寸而确定的)和透镜阵列或类似单元，这样就没有必要使用第二个实施例所述光源装置中所增加的那些LED 102R、102G和102B。因此就用一个简单的结构实现了突出的优点。
此外，也可根据表面面积的大小，使用多个相互平行放置的棒形荧光管。(光源装置的第四个实施例)
本发明所述光源装置的第四个实施例是根据图4进行说明的。图4(a)为该光源装置的俯视图；图4(b)为一红光光源的对角截面图。
在分色棱镜101的周边放置有一个可发出波长在红光区中的光的平板型荧光管301R(红)、一个可发出波长在绿光区中的光的平板型荧光管301G(绿)以及一个可发出波长在蓝光区中的光的平板型荧光管301B(蓝)。
在分色棱镜与上述各种颜色的光源之间插入了两个棱镜阵列401V和401H。各个棱镜阵列都由沿一个方向延伸的尖顶形棱镜的各行构成。棱镜阵列401V和棱镜阵列401H被放置成使其各个棱镜的方向相互垂直。
在采用第三个实施例所述光源装置的情况下，从平板型荧光管发出的光被作为发散光而输入给分色棱镜。但是，在本实施例中，通过在荧光管前使用棱镜阵列，就可将光聚集在荧光管的法线方向上，这样就可将光源装置配置成在其正面方向上具有较高的亮度。
另外，通过在对应于各个颜色的棱镜阵列401H和分色棱镜101之间使用一反射偏振片，就可将从平板型荧光管301R、301G和301B发出的光的偏振方向对齐。利用这种技术，可使从分色棱镜101出射的光变成线性偏振光，在线性偏振光中，振动方向是一致的。(光源装置的第五个实施例)
本发明所述光源装置的第五个实施例是根据图5进行说明的。图5为该光源装置的俯视图。
在分色棱镜101的周边放置有一个可发出波长在红光区中的光的有机场致发光单元(EL)501R(红)、一个可发出波长在绿光区中的光的有机场致发光单元(EL)501G(绿)以及一个可发出波长在蓝光区中的光的有机场致发光单元(EL)501B(蓝)。
这些有机场致发光单元501R、501G和501B中的每一个都分别构成了一个发光层结构503R、503G和503B，在该发光层结构上层叠有一个玻璃衬底502、一个透明电极、一个有机薄膜层结构以及一个金属电极。该发光层结构被一密封衬底504密封。当受到一施加在透明电极与金属薄膜之间的直流电场激励时，有机薄膜层结构中的有机发光层将会光。至于有机发光薄膜所用的材料，则可利用一能发出红色光的材料来构成红光光源，利用一能发出绿色光的材料来构成绿光光源，以及利用一能发出蓝色光的材料来构成蓝光光源。
用于产生各种颜色的有机发光薄膜具有一个平面尺寸，其发光面积的数值在19mm×14mm的数量级。发光面积的大小不受这个尺寸的限制，它可根据所需光源的尺寸而被相应改变。
因此，通过使用有机EL单元501R、501G和501B，就可使一确定表面区域上具有更多的均匀光照射，因而本实施例比早先所述的使用LED 102R、102G和102B作为光源(例如，在第一个实施例中的光源装置)具有更大的优越性。另外，这些有机EL单元501R、501G和501B与在早先所述第四个实施例的光源装置中所采用的平板型荧光管301R、301G和301B相类似，它们都被归类为具有单色、基本连续光发射区域的面光源。(光源装置的第六个实施例)
本发明所述光源装置的第六个实施例是根据图6进行说明的。图6为该光源装置的俯视图。
在分色棱镜101的周边放置有一个可发出波长在红光区中的光的有机场致发光单元(EL)601R(红)、一个可发出波长在绿光区中的光的有机场致发光单元(EL)601G(绿)以及一个可发出波长在蓝光区中的光的有机场致发光单元(EL)601B(蓝)。
这些有机场致发光单元601R、601G和601B中的每一个都分别构成了一个发光层结构603R、603G和603B，在该发光层结构上层叠有一个玻璃衬底602、一个透明电极、一个有机薄膜层结构以及一个金属电极。该发光层结构被一密封衬底604密封。当受到一施加在透明电极与金属薄膜之间的直流电场激励时，有机薄膜层结构中的有机发光层将会光。至于有机发光薄膜所用的材料，则可利用一能发出红色光的材料来构成红光光源，利用一能发出绿色光的材料来构成绿光光源，以及利用一能发出蓝色光的材料来构成蓝光光源。
用于产生各种颜色的有机发光薄膜具有一个平面尺寸，其发光面积的数值在19mm×14mm的数量级。发光面积的大小不受这个尺寸的限制，它可根据所需光源的尺寸而被相应改变。
本实施例中的基本结构与图5所示第五个实施例中的光源装置的结构相同。但是，其有机薄膜层结构却有所不同，即，在第六个实施例中，其有机薄膜层结构中含有一个光学谐振结构。利用这个光学谐振结构，就可缩窄有机EL单元601R、601G和601B所发出的光的频谱宽度并提高其颜色的纯度。而且在有机EL单元法线方向(正面方向)上的亮度也会得到提高。(光源装置的第七个实施例)
本发明所述光源装置的第七个实施例是根据图7进行说明的。此处采用了相同的符号来表示与第六个实施例中的光源装置相同的组成部分。
第七个实施例中所采用的光源为面光源，具体来说，它采用了一个可发出红色光的有机EL单元601R、一个可发出绿色光的有机EL单元601G以及一个可发出蓝色光的有机EL单元601B。与第六个实施例中的光源装置相同，这些发光单元601R、601G和601B中的每一个都构成了一个光学谐振结构。从这三种颜色的发光单元601R、601G和601B发出的光被分色棱镜合成。但是，在第七个实施例所述的光源装置中，在分色棱镜101与各发光单元601R、601G和601B之间分别配置有由四分之一波片(1/4λ片)604R、604G和604B及反射偏振片605R、605G和605B构成的偏振变换单元607R、607G和607B。
四分之一波片604R和反射偏振片605R被放置在可发出红光的有机EL单元601R的前面，四分之一波片604G和反射偏振片605G被放置在可发出绿光的有机EL单元601G的前面，四分之一波片604B和反射偏振片605B被放置在可发出蓝光的有机EL单元601B的前面。各反射偏振片605R、605G和605B的作用是使以一个第一方向振动的线性偏振光通过，并反射以垂直于第一方向的第二方向振动的线性偏振光。
现在将以发出绿色光的有机EL单元601G为例，对偏振变换单元607R、607G和607B的作用进行说明。
此处假设从有机EL单元601G发出的右旋圆偏振光(由图中的R表示)被四分之一波片604G转换成作为线性偏振光的p偏振光(由图中的P表示)。还假设反射偏振片605G能够使p偏振光P通过，那么该p偏振光P就可通过反射偏振片605G。
另一方面，从有机EL单元601G发出的左旋圆偏振光(由图中的L表示)被四分之一波片604G转换成s偏振光(由图中的S表示)，s偏振光是与p偏振光相垂直的线性偏振光。s偏振光被反射偏振片605G反射，又被四分之一波片604G转换回左旋圆偏振光，并被返回至有机EL单元601G。
当受到有机EL单元的阴极电极等反射时，返回至有机EL单元601G的左旋圆偏振光将被转换成右旋圆偏振光，然后它又被四分之一波片604G转换成p偏振光。通过这种方式，从有机EL单元601G发出的光就被转换成线性偏振光，而且其偏振方向也被由四分之一波片604G和反射偏振片605G构成的偏振变换单元607G对齐。
这种用于对从有机EL单元601R、601G和601B发出的光的极性进行转换的技术在国际公开WO97/43686和国际公开WO97/12276中得到了揭示。
四分之一波片604G和反射偏振片605G可以分别是仅在绿光波长带之内起作用的单元，或者它们也可以是在包含有红、绿和蓝光的可见光范围之内起作用的单元。
类似地，从可以发出红光的有机EL单元601R和可以发出蓝光的有机EL单元601B发射出来的光也都被转换成线性偏振光P，而且它们的偏振方向也被偏振变换单元607R和607B调整到一致。
与红色相对应的四分之一波片604R和反射偏振片605R，或者与蓝色相对应的四分之一波片604B和反射偏振片605B可以分别是仅在红光或蓝光波长带之内起作用的单元，或者它们也可以是在包含有红、绿和蓝光的可见光范围之内起作用的单元。
已经变成线性偏振光的红、绿和蓝光被分色棱镜101合成，并被作为振动方向已一致的线性偏振光而从分色棱镜101输出。(显示装置的第一个实施例)
本发明所述显示装置的第一个实施例是根据图8进行说明的。图8为该显示装置的主光学系统的俯视图。
在液晶显示单元701的背面放置有如图4中光源的第四个实施例所述的光源装置。该光源装置由分色棱镜101、平板型荧光管301R(红)、平板型荧光管301G(绿)和平板型荧光管301B(蓝)以及棱镜阵列401V和401H构成。由红、绿和蓝色光合成的白光被射在液晶显示单元701上。
在液晶显示单元701上显示的图像被一投影透镜705放大并投影在一个屏幕706上。
液晶显示单元701具有一个液晶层703，它被夹在两个玻璃衬底704之间，在液晶层703上的各个像素中形成有滤色器702R、702G和702B。为了便于理解，图中没有画出用于驱动液晶的线路或单元。
液晶显示单元701上显示区的大小为，例如，18.3×13.7mm(0.9英寸对角线)。可以根据需要而改变该显示区的大小，但也应对各种颜色光源的发光区的大小进行改变以适合显示区的大小。
在采用第四个实施例所述平板型荧光管作为光源装置的各种颜色光源装置中，可以在分色棱镜和棱镜阵列之间放置多个反射偏振片。(显示装置的第二个实施例)
本发明所述显示装置的第二个实施例是根据图9至图11进行说明的。图9为该显示装置的主光学系统的俯视图；图10为该显示装置中的显示控制器的详细结构框图；图11为一个时序图，它用于说明光源发光和液晶显示单元显示的时序。
在液晶显示单元801的背面放置有如图2中光源装置的第二个实施例所述的光源装置。该光源装置由分色棱镜101、LED 102R(红)、LED 102G(绿)和LED 102B(蓝)以及棱镜阵列201R、201G和201B构成。
各种颜色LED的发光以及液晶显示单元的驱动都受一个显示控制电路802的控制。
图10中给出了显示控制电路802的详细结构框图。该显示控制电路802配备有与各种颜色R、G和B相对应的帧存储器810。图像数据被临时保存在各色帧存储器810中。一同步信号提取单元812可从保存在帧存储器810内的图像数据中提取出同步信号，并且信号的同步是由从时钟814发出的时钟信号来实现的。通过这种结构，就可将同步信号输出至一个输出时序发生器816，并可将其输出至一个用于控制液晶显示单元801的驱动的图像输出控制器818和一个用于控制各色光发光单元的驱动的开关控制器820。
输入图像数据被从帧存储器810输入至图像输出控制器818，并且根据上述同步信号，就可通过利用一个LCD(液晶器件)供电电路822所提供的电能，将规定的图像形成于液晶显示单元801上。
与此同时，在开关控制器820中，为了使与液晶显示单元801所显示的图像相对应的各色发光单元发光，信号将被顺序地切换并输出至R驱动器824、G驱动器826和B驱动器828。这样，按RGB所规定的顺序(并与液晶显示单元801的图像显示顺序相同步)而进行的LED 102R、102G和102B的顺序发光就得到了重复。
参考图11对这种控制方法进行说明。红色图像成分、绿色图像成分和蓝色图像成分被顺序地显示在液晶显示单元801的一个区域之内。LED发光的时序和液晶显示单元上图像显示的时序受到控制，以便在显示红色图像成分时使LED 102R发光、在显示绿色图像成分时使LED 102G发光以及在显示蓝色图像成分时使LED 102B发光。
通过按照这种方法进行颜色的顺序显示，并利用人眼的滞后效应，就没有必要再为液晶显示单元配备滤色器。图8第一个实施例所述显示装置的液晶显示单元701中所使用的滤色器可吸收除了它们的各发射波长的光以外的各种波长的光，但是，与之相比，在本实施例所述的颜色顺序显示的情况中，从光源照射到屏幕的光的利用率得到了提高。
另外，在图8所示显示装置的第一个实施例中，可以采用上述颜色顺序显示方案来代替在液晶显示单元701中使用滤色器，由此可使光的利用率得到提高。
还有，在利用上述颜色顺序驱动进行彩色图像的显示时，从RGB光源发出的光是在穿过分色棱镜101之后才被输出的，从而可使多种颜色光源的光轴相重合，而且液晶显示单元可被多种颜色的光源在同一方向上照亮，其原因是可以实现这样一种好处，即，它可使色彩不再依赖于视角。(显示装置的第三个实施例)
本发明所述显示装置的第三个实施例是根据图12进行说明的。图12为该显示装置的主光学系统的俯视图。
在液晶显示单元701的背面放置有如图1中第一个实施例所述的光源装置。该光源装置由分色棱镜101、LED 102R(红)、LED 102G(绿)和LED 102B(蓝)构成，而且液晶显示单元701被由红、绿和蓝色光合成的白光照亮。
本实施例中的显示装置是这样一种显示装置，利用它可以看到穿过透镜1001并被液晶显示单元701放大的虚像。(显示装置的第四个实施例)
本发明所述显示装置的第四个实施例是根据图13进行说明的。
在液晶显示装置606的背面放置有如图7中光源装置的第七个实施例所述的光源装置。
该光源装置含有有机EL单元601R、601G和601B，它们构成了一个光学谐振结构。在有机EL单元601R、601G和601B的前面分别放置有四分之一波片604R、604G和604B以及反射偏振片605R、605G和605B。
如在第七个实施例的光源装置中所述的那样，从分色棱镜101输出的光是线性偏振光P，其振动方向已调为一致。
液晶显示单元606配备有一个输入侧偏振片610P和一个输出侧偏振片610A。但是，通过将输入侧偏振片610P的透射轴与线性偏振光P中的振动方向对齐，就可减少偏振片610P对光的吸收，从而使穿过液晶显示单元606的光的量得到了增加，而且从光源装置发出的光也可得到液晶显示单元606的有效调制。
在液晶显示单元606上显现的图像被一个投影透镜放大并投射到屏幕609上。
在液晶显示单元606的各个像素中配备有滤色器的情况下，通过让有机EL单元601R、601G和601B同时发光并用白光照亮该液晶显示单元，就可对彩色图像进行投影。
另一方面，在液晶显示单元606没有配备滤色器的情况下，则可通过在一个帧内顺序地使用如显示装置的第二个实施例所述的用于点亮红、绿和蓝色EL单元601R、601G和601B的一个颜色顺序驱动来产生彩色图像显示。
另外，在利用上述颜色顺序驱动来显示彩色图像的情况下，各色光源的光轴都重合在一起，并且照明是同一方向上进行的，其原因是可以实现这样一种好处，即，它可使色彩不再依赖于视角。(显示装置的第五个实施例)
本发明所述显示装置的第五个实施例是根据图14进行说明的。图14为该显示装置的主光学系统的俯视图。
图14中的显示装置与图13所示的显示装置具有相同的光源装置和液晶显示装置结构，其区别仅在于，本实施例在透镜1001和观察者的眼睛1002之间放置了一个半透反射镜1101。
该半透反射镜1101可将液晶显示单元701的放大图像叠加在外部世界1102上。
如果不需要观察外部世界，则可用一个全反射镜来代替该半透反射镜。
在实施例方面中，更具体地说，在显示装置的实施例方面中，用于完成颜色顺序驱动的各个光源不限于仅为类似于LED的点光源，它也可以是面光源，如：有机EL单元或平板型荧光管，等等。
在上述各实施例中，就显示装置的形式而言，对其所作的说明是以透射型液晶显示单元为例的。但是，本发明不仅限于该点或该处，在本发明所提供的光学器件中还包括了：可以对光源发出的光进行反射的反射型液晶显示单元，或能够利用一可变形反射镜来形成图像的光阀，或者可反射外界发出的光的光调制单元(如，空间调制单元)，等等。这些光学器件和光源结合起来以作为光调制单元或装置。
工业应用
根据上述本发明的光源装置，通过分别在红、绿和蓝光的波长上提供可最大化发射效率的光源，并用一个分色棱镜对这些光源发出的光进行合成，就能实现这样一种好处，即，可利用结构较小的光源装置来产生明亮的白光。
通过利用这样一种光源装置来照亮光调制单元(如液晶显示单元)，就能实现这样一种好处，即，可以使显示装置具有较小的结构。另外，通过顺序点亮红、绿和蓝色光源，并且使将要在液晶显示单元或其它光调制单元上显示的红色图像成分、绿色图像成分和蓝色图像成分与上述顺序达到同步，就能实现这样一种好处，即，它可使含有单一光调制单元的小显示装置的亮度得到提高。

Claims (28)

1.一种光源装置，包括：
用于发出第一种颜色光的第一光源；
用于发出第二种颜色光的第二光源；和
用于发出第三种颜色光的第三光源；其特征在于：
从所述第一光源发出的光、从所述第二光源发出的光和从所述第三光源发出的光被彩色合成光学系统所合成。
2.权利要求1所述的光源装置，其特征在于所述第一种颜色是从橙色到红色范围内的一种颜色，所述第二种颜色是从绿色到黄绿色范围内的一种颜色，而所述第三种颜色是在蓝色区内的一种颜色。
3.权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于所述彩色合成光学系统是分色棱镜。
4.权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是发光二极管。
5.权利要求4所述的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源中以二维方式分别配置多个所述发光二极管。
6.权利要求5所述的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源以及所述彩色合成光学系统之间配置透镜。
7.权利要求5所述的光源装置，其特征在于在所述第一、第二和第三光源以及所述彩色合成光学系统之间配置透镜阵列单元。
8.权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源中的每一个均为面光源。
9.权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是平板型荧光管。
10.权利要求9所述的光源装置，其特征在于在平板型荧光管和彩色合成光学系统之间配置棱镜阵列单元。
11.权利要求9所述的光源装置，其特征在于所述棱镜阵列单元各由两个互相垂直的棱镜阵列构成。
12.权利要求9所述的光源装置，其特征在于在第一光源和彩色合成光学系统之间配置第一偏振变换单元，在第二光源和彩色合成光学系统之间配置第二偏振变换单元，在第三光源和彩色合成光学系统之间配置第三偏振变换单元。
13.权利要求12所述的光源装置，其特征在于所述偏振变换单元为反射型偏振片。
14.权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二和第三光源是平板型场致发光单元。
15.权利要求14所述的光源装置，其特征在于所述场致发光单元是有机场致发光单元，其中发光层是有机薄膜。
16.权利要求14所述的光源装置，其特征在于所述有机场致发光单元在其发光层结构中包括光谐振器。
17.权利要求14至16中任一项所述的光源装置，其特征在于在所述第一光源和所述彩色合成光学系统之间设置了第一偏振变换单元，在所述第二光源和所述彩色合成光学系统之间设置了第二偏振变换单元，在所述第三光源和所述彩色合成光学系统之间设置了第三偏振变换单元。
18.权利要求17所述的光源装置，其特征在于，所述偏振变换单元是由四分之一波片和反射偏振片构成；而所述反射偏振片设置在朝向所述彩色合成光学系统单元的一侧上。
19.权利要求1至18中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二、第三光源同时发光。
20.权利要求1至18中任一项所述的光源装置，其特征在于所述第一、第二、第三光源依次重复地发光。
21.显示装置，其具有：
光调制单元；和
权利要求1至20中任一项所述的光源装置；其特征在于：
从所述光源装置中发出的光在所述光调制单元中被调制；和
调制后的光被投影透镜放大和显示。
22.权利要求21所述的显示装置，其特征在于所述光调制单元是透射型液晶元件；所述光源装置被配置在液晶元件的对面；而形成在液晶元件中的图像被投影透镜放大和显示。
23.权利要求22所述的显示装置，其特征在于，可以看到由液晶显示单元所显示图像的放大后的虚像。
24.权利要求22所述的显示装置，其特征在于，在构成液晶显示单元的像素中形成有滤色器。
25.权利要求22所述的显示装置，其特征在于，所述光调制单元是反射型光调制单元，而所述光源装置与所述光调制单元反射表面相对地配置。
26.显示装置，其具有：
光调制单元；和
权利要求1-20中任一项所述的光源装置；其特征在于：
从所述光源装置发出的光在所述光调制单元中被调制；
调制后的光被投影透镜放大和显示为图像；
所述光调制单元用时分方法形成第一彩色成分图像、第二彩色成分图像、第三彩色成分图像；
在所述光源装置中的所述第一光源在形成所述第一彩色成分图像的时间段内被点亮，接着所述第二光源在形成所述第二彩色成分图像的时间段内被点亮，然后所述第三光源在形成所述第三彩色成分图像的时间段内被点亮；和
通过顺序地显示所述光调制单元中的所述第一、第二、第三彩色成分图像，并通过顺序点亮与那些顺序显示相对应的所述第一、第二和第三光源，就可显示彩色图像。
27.权利要求26所述的显示装置，其特征在于，所述光调制单元是透射型液晶元件；所述光源装置被配置在所述液晶元件的对面；而形成在液晶元件中的图像被所述投影透镜放大和显示。
28.权利要求26所述的显示装置，其特征在于，可以看到由所述液晶显示单元所形成图像的放大后的虚像。
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