JP2000056410A - 光源装置および表示装置 - Google Patents
光源装置および表示装置Info
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Abstract
に用いられる光源装置を小型化し、表示装置も小型化す
る。 【解決手段】 赤色で発光するLED102Rの配列か
ら成る赤色光源、緑色で発光するLED102Gの配列
から成る緑色光源、および青色で発光するLED102
Bの配列から成る青色光源が、ダイクロイックプリズム
101の周囲に配置されている。それぞれの光源から出
た光はダイクロイックプリズムで合成されて白色光とな
る。このような構成の光源装置で液晶表示素子を照明
し、投写型液晶表示装置などを構成する。
Description
示されている画像を拡大投写する表示装置における光源
装置の構成と、その光源装置を用いた表示装置の構成に
関する。
を行う投写型液晶表示装置を小型化する第一の従来技術
として、特開平5−13049号公報に開示されている
技術を挙げることができる。この公報では、ダイクロイ
ックプリズムの周囲に3枚の液晶表示素子が配置され、
各液晶表示素子の背面に配置されたそれぞれ発光色が異
なる平板状蛍光管で液晶表示素子を照明し、ダイクロイ
ックプリズムで合成された各色の画像を投写レンズでス
クリーンに投写する表示装置の構成が開示されている。
めの第二の従来技術として、液晶表示素子を1枚だけ使
い、その背面からメタルハライドランプのようなランプ
で液晶表示素子を照明し、液晶表示素子の画像を投写レ
ンズでスクリーンに投写する構成を挙げることができ
る。
第一の従来技術では液晶表示素子を3枚用いているの
で、コストが高くなるという問題があるとともに、3枚
の液晶表示素子の画像のずれを抑えるための調整機構が
必要となり、表示装置の更なる小型化が難しいという問
題点がある。
白色光源であるので、カラー画像を投写するためには液
晶表示素子の画素にカラーフィルタが必要となり、色を
生成するためには赤、緑、青の3画素が必要となって表
示画像の解像度が低下するとともに、カラーフィルタで
は透過波長以外の光は吸収されるので表示画像が暗くな
るという問題点がある。また、メタルハライドランプを
点灯させるためには高電圧が必要となり、電源回路が大
きくなるので表示装置の小型化が難しいという問題点も
ある。
で、表示装置を小型化するために液晶表示素子は一枚と
し、光源装置をコンパクトにすることによって表示装置
全体を小型化することを目的としている。更には、液晶
表示素子を一枚とした表示装置においても、光源装置か
らの光の利用効率が高く、かつ解像度が高い画像を表示
できる表示装置を提供することを目的としている。
は、第一の色で発光する第一の光源と、第二の色で発光
する第二の光源と、第三の色で発光する第三の光源とを
備え、前記第一の光源からの光と、前記第二の光源から
の光と、前記第三の光源からの光とを色合成光学系で合
成することを特徴とする。
が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明る
い白色光源を構成できるという効果を有する。
の光源装置において、前記第一の色が橙から赤の領域の
色、前記第二の色が緑から黄緑の領域の色、前記第三の
色が青の領域の色であることを特徴とする。
が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明る
い白色光源を構成できるという効果を有する。
は請求項2に記載の光源装置において、前記色合成光学
系がダイクロイックプリズムであることを特徴としてい
る。ダイクロイックプリズムによって、光量ロスがほと
んどない状態で3色の光軸を一致させることができる。
請求項3の何れか1項記載の光源装置において、前記第
一、第二および第三の光源が発光ダイオードであること
を特徴とする。
源で光源を点灯できるので、電源部分も含めて小型の白
色光源を構成できるという効果を有する。請求項5記載
の光源装置は、請求項4記載の光源装置において、前記
第一、第二および第三の光源のそれぞれにおいて複数の
前記発光ダイオードが2次元的に配列されていることを
特徴とする。
白色光源を構成できるという効果を有する。
載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光
源と前記色合成光学系との間にレンズが配置されている
ことを特徴とする。
発散光を平行性の高い光に変換することができ、光の平
行性の高い小型の白色光源を構成できるという効果を有
する。
の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源
と前記色合成光学系との間にレンズアレイ素子が配置さ
れていることを特徴とする。
からの発散光を平行性の高い光に変換することができ、
光の平行性の高い小型の白色光源を構成できるという効
果を有する。
至3のいずれか一項記載の光源装置において、前記第
一、第二及び第三の光源がいずれも面状光源であること
を特徴とする。ここで、面状光源とは、実質的に連続し
た単一の発光領域を持つ光源であり、表示した縦横に幅
のある領域に対して均一な発光量で発光させることがで
き、光量むらを防止することができる。
請求項3の何れか1項記載の光源装置において、前記第
一、第二および第三の光源が平板型蛍光管であることを
特徴とする。
が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明る
い白色光源を構成できる。また、面状に発光する薄型の
蛍光管を用いることができるので、光源装置を小型化で
きる。
載の光源装置において、前記平板型蛍光管と前記色合成
光学系との間にプリズムアレイ素子が配置されているこ
とを特徴とする。
させることができ、正面方向に明るい光源装置を構成で
きるという効果を有する。
載の光源装置において、前記プリズムアレイ素子が、互
いに直交する2つのプリズムアレイから構成されること
を特徴とする。
させることができ、正面方向に明るい光源装置を構成で
きるという効果を有する。
記載の光源装置において、前記第一の光源と前記色合成
光学系との間に第一の偏光変換素子が配置され、前記第
二の光源と前記色合成光学系との間に第二の偏光変換素
子が配置され、前記第三の光源と前記色合成光学系との
間に第三の偏光変換素子が配置されていることを特徴と
する。光の偏光方向を一致させることにより、光源装置
から出射する光が光学特性に偏光依存性を設ける光学部
材を通過するときの光量ロスを軽減することができる。
2に記載の光源装置において、前記偏光変換素子が反射
型偏光板であることを特徴とする。反射型偏光板によ
り、望ましい方向に振動する偏光は透過され、それに直
交する偏光光源側に戻される。光源内において散乱する
際に偏光方向が変化するが、望ましい方向へ振動するよ
うに変換された偏光は反射型偏光板を透過できるように
なる。このように反射型偏光板と光源との間での反射、
散乱を繰り返すことにより、光源から放射される偏光し
ていない光は、反射型偏光板によって反射型偏光板の透
過軸方向の振動方向が揃った偏光に変換される。
至請求項3の何れか1項記載の光源装置において、前記
第一、第二および第三の光源が平板状の電界発光素子で
あることを特徴とする。
を用いることができるので、光源装置を小型化できると
いう効果を有する。
記載の光源装置において、前記電界発光素子が、有機薄
膜を発光層とする有機電界発光素子であることを特徴と
する。
できるので、電源部分も含めて小型の白色光源を構成で
きるという効果を有する。
4記載の光源装置において、前記有機電界発光素子が、
発光層構造に光学的共振器を備えていることを特徴とす
る。
って、有機電界発光素子から放射される光のスペクトル
幅を狭くして色の純度を向上させることができるととも
に、有機電界発光素子の法線方向(正面方向)への輝度
を向上させることができるという効果を有する。
4乃至請求項16に記載の光源装置において、前記第一
の光源と前記色合成光学系との間に第一の偏光変換素子
が配置され、前記第に光源と前記色合成光学系との間に
第二の偏光変換素子が配置され、前記第三の光源と前記
色合成光学系との間に第三の偏光変換素子が配置されて
いることを特徴とする。複数の光源から放射される光の
偏光方向を揃えることができるので、光学特性に偏光依
存性を有する光変調素子等の光学素子の光源として用い
ることにより、光学素子での光のロスを低減することが
できる。
7に記載の光源装置において、前記偏光変換素子が、1
/4波長フィルムと反射型偏光板とから構成され、前記
光源側に1/4波長フィルムが配置され、前記色合成光
学系素子側に反射型偏光板が配置されていることを特徴
とする。偏光変換素子をこのような構造とすることによ
り、鏡面反射構造を備えた光源である電界発光素子と偏
光変換素子との間の光の反射により、偏光変換素子を射
出する光の振動方向を特定の方向に揃えることができ
る。
至18の何れか1項記載の光源装置において、前記第
一、第二、および第三の光源が同時に点灯することを特
徴とする。
を白色とすることができる効果を有する。
至18の何れか1項記載の光源装置において、前記第
一、第二、および第三の光源が順番に点灯を繰返すこと
を特徴とする。
装置の光源装置として用いることができるという効果を
有する。
と、前記請求項1乃至請求項20の何れか1項記載の光
源装置を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子
において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して
表示することを特徴とする。
装置を構成できるという効果を有する。
1に記載の表示装置において、前記光変調素子が透過型
の液晶素子であり、該液晶素子の一方の面に対向して前
記光源装置が設けられ、前記液晶素子に形成された画像
を投写レンズで拡大して表示することを特徴とする。
示でき、投写レンズで拡大表示しても、充分に鮮明に画
像を得ることができる。
22に記載の表示装置において、液晶表示素子に表示さ
れた画像の拡大された虚像を観察することを特徴とす
る。
ディスプレイのような虚像観察型の液晶表示装置を構成
できるという効果を有する。
記載の表示装置において、前記液晶表示素子を構成する
画素にカラーフィルタが形成されていることを特徴とと
する。
型の液晶表示装置を構成できるという効果を有する。
2に記載の表示装置において、前記光変調素子が反射型
の光変調素子であり、該光変調素子の反射面に対向して
前記光源装置が設けられていることを特徴とする。光変
調素子の反射面に対向して光源装置を設けたため、コン
パクトな画像表示装置を得ることができる。
と、前記請求項1乃至請求項20の何れか1項記載の光
源装置を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子
において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して
画像を表示する表示装置であって、前記光変調素子が、
第一の色成分の画像、第二の色成分の画像、及び第三の
色成分の画像を時分割で形成し、前記第一の色成分の画
像が形成されている期間に前記光源装置の第一の光源を
点灯させ、続いて前記第二の色成分の画像が形成されて
いる期間に前記光源装置の第二の光源を点灯させ、続い
て前記第三の色成分の画像が形成されている期間に前記
光源装置の第三の光源を点灯させ、前記光学変調素子に
おける前記第一、第二及び第三の色成分の順次表示と、
その順次表示に対応した前記第一、第二及び第三の光源
の順次点灯によってカラー画像を表示させることを特徴
とする。
かつ、表示画像が明るい小型の投写型液晶表示装置を構
成できる。また、カラー表示が可能で、かつ、表示画像
が明るい小型の虚像観察型液晶表示装置を構成できる。
6記載の表示装置において、前記光変調素子が透過型の
液晶素子であり、該液晶素子の一方の面に対向して前記
光源装置が設けられ、液晶素子に形成された画像を投写
レンズで拡大して表示することを特徴とする。液晶素子
による画像形成は、高解像度であるため、拡大投影して
も鮮明な画像を得ることができる。
項26に記載の表示装置において、前記液晶素子に形成
された画像の拡大された虚像を観察することを特徴とす
る。光量ロスが軽減し、かつ高解像度の画像を形成する
ことで、例えば、大型のスクリーン等に投影された虚像
であっても、鮮明な画像を得ることができる。
実施の形態に係る光源装置とその光源装置を備えた表示
装置を添付の図面を参照しながら説明する。 (光源装置としての第1の実施形態)本発明の光源装置
の第1の実施形態を図1に基づき説明する。図1(a)
は光源装置を上面から見た図であり、図1(b)は赤色
光源を色合成光学系としてのダイクロイックプリズム側
から見た平面図である。ダイクロイックプリズム101
の周囲には、発光ダイオード(LED)の2次元配列か
ら構成される赤色光源、緑色光源および青色光源が配置
されている。赤色光源は、基板103に赤色領域の波長
で発光するLED(赤)102Rが固定された構造であ
り、直流電源104からスイッチ105および可変抵抗
器106を介してLED(赤)102Rに電力が供給さ
れる。
光波長が620nmのLEDを用いることができる。こ
の場合、発光色はオレンジ色に見えるが、オレンジ色も
赤色に含めることとする。本実施形態における赤色光源
は、図1(b)に示すように、横5個、縦4個の合計2
0個のLEDの配列から構成される。 LEDは、先端
がレンズ形状となっている透明樹脂でモールドされた形
状となっており、その直径は5mm程度である。LED
の個数は必要とされる光源の大きさに依存し、用途によ
っては1個でも良い。
で発光するLED(緑)102Gが固定された構造であ
り、直流電源104からスイッチ105および可変抵抗
器106を介してLED(緑)102Gに電力が供給さ
れる。LEDの個数は図1(b)に示した赤色光源の場
合と同じように、横5個、縦4個の合計20個である。
LED(緑)102Gとしては、ピーク発光波長が55
5nmのLEDを用いることができる。この他、黄緑色
に見える発光色も緑色に含めることとする。
で発光するLED(青)102Bが固定された構造であ
り、直流電源104からスイッチ105および可変抵抗
器106を介してLED(青)102Bに電力が供給さ
れる。LEDの個数は図1(b)に示した赤色光源の場
合と同じように、横5個、縦4個の合計20個である。
LED(青)102Bとしては、ピーク発光波長が47
0nmのLEDを用いることができる。
ズム101の赤反射ミラーで反射される。青色光源から
出た光はダイクロイックプリズム101の青反射ミラー
で反射される。緑色光源から出た光はダイクロイックプ
リズム101を透過する。このようにして、ダイクロイ
ックプリズム101において、光源が配置されていない
面から赤、緑および青の光が合成されて射出される。
ことによって、ダイクロックプリズム101で合成され
る光の色を白色とすることができ、白色光源を構成する
ことができる。また、スイッチ105によって点灯する
光源を選択し、赤、緑あるいは青のいずれかの単色を発
光させることによって単色の光源装置とすることができ
る。また、スイッチ105によって点灯する光源を2つ
選択し、赤、緑あるいは青のいずれか2つの色を合成す
ることも可能である。 (光源装置としての第2の実施形態)本発明の光源装置
の第2の実施形態を図2に基づき説明する。図2(a)
は光源装置を上面から見た図であり、図2(b)は赤色
光源をダイクロイックプリズム側から見た平面図であ
る。図2(b)では、レンズアレイ201Rを構成する
各レンズ要素202Rに対応するLED(赤)102R
が点線で描かれている。なお、図2(a)では、図1
(a)に描かれているような光源の電気回路は省略され
ている。ダイクロイックプリズム101の周囲には、発
光ダイオード(LED)の2次元配列から構成される赤
色光源、緑色光源および青色光源が配置されている。
ED(赤)102Rの配列と、これらのLEDとダイク
ロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ20
1Rから構成される。レンズアレイ201Rはレンズ要
素202Rの配列から構成される。レンズ要素202R
の開口形状は矩形である。一つのレンズ要素202Rは
一つのLED(赤)102Rに対応し、LEDから放射
される発散光をコリメートし、平行性の高い光をダイク
ロイックプリズムに入射させる機能を有する。赤色光源
におけるレンズ要素202Rは、LED(赤)102R
のピーク発光波長に対して収差が小さくなるように設計
され、また、その波長において表面での反射が最低にな
るように反射防止膜が形成されている。
ED(緑)102Gの配列と、これらのLEDとダイク
ロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ20
1Gとから構成される。レンズアレイ201Gは、図2
(b)に示されている赤色光源の場合と同様にレンズ要
素(図示省略)の配列から構成される。緑色光源におけ
るレンズ要素は、LED(緑)102Gのピーク発光波
長に対して収差が小さくなるように設計され、また、そ
の波長において表面での反射が最低になるように反射防
止膜が形成されている。
ED(青)102Bの配列と、これらのLEDとダイク
ロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ20
1Bとから構成される。レンズアレイ201Bは、図2
(b)に示されている赤色光源の場合と同様にレンズ要
素(図示諸略)の配列から構成される。青色光源におけ
るレンズ要素は、LED(青)102Bのピーク発光波
長に対して収差が小さくなるように設計され、また、そ
の波長において表面での反射が最低になるように反射防
止膜が形成されている。
から放射された発散光は、レンズアレイによって平行性
の高い光に変換されてダイクロイックプリズムへ入射す
るので、ダイクロイックプリズムで合成された光の平行
性も高く、放射光の平行性が高い光源装置を提供でき
る。図2(a)ではLEDの形状として、先端がレンズ
形状となっている透明樹脂でモールドされた形状を示し
ているが、レンズ形状は必ずしも必要ではない。 (光源装置としての第3の実施形態)本発明の光源装置
の第3の実施形態を図3に基づき説明する。図3は光源
装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム
101の周囲には、赤領域の波長で発光する平板型蛍光
管(赤)301R、緑領域の波長で発光する平板型蛍光
管(緑)301G、および青領域の波長で発光する平板
型蛍光管(青)301Bが配置されている。
Bのそれぞれは、発光体として赤色で発光する蛍光体、
緑色で発光する蛍光体、青色で発光する蛍光体を備えて
いる。各蛍光管は、その発光領域が19mm×14mm
程度となるような平面的な大きさとなっている。蛍光管
の大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要
とされる光源の大きさに応じて変更すれば良い。また、
平板型蛍光管301R、301G、301Bを光源とし
て適用することによって、所定の面積(照明されるべき
被照明体において照明されるべき領域の大きさによるも
のであり、設定値に基づく。)に亘り、均一に発光する
ことができ、前記光源装置としての第2の実施形態のよ
うにLED102R、102G、102Bを用いた場合
に付加されるレンズアレイ等が不要となる。このため、
簡単な構造で優れた効果が得られる。なお、面積によっ
ては、棒状の蛍光管であってもよく、この棒状の蛍光管
を並列配置すればよい。 (光源装置としての第4の実施形態)本発明の光源装置
の第4の実施形態を図4に基づき説明する。図4(a)
は光源装置を上面から見た図であり、図4(b)は赤色
光源の斜視図である。ダイクロイックプリズム101の
周囲には、赤領域の波長で発光する平板型蛍光管(赤)
301R、緑領域の波長で発光する平板型蛍光管(緑)
301G、および青領域の波長で発光する平板型蛍光管
(青)301Bが配置されている。
ズムとの間には、2枚のプリズムアレイ401V、40
1Hが挿入されている。それぞれのプリズムアレイは、
一方向に延びた屋根状のプリズムの配列から構成されて
いる。プリズムアレイ401Vとプリズムアレイ401
Hは、それぞれのプリズムの方向が互いに直交するよう
に配置される。光源装置としての第3の実施形態の場合
には、平板型蛍光管から出た光は発散光としてダイクロ
イックプリズムに入射するが、本実施形態のようにプリ
ズムアレイを蛍光管の前面に配置することによって、光
を蛍光管の法線方向へ集めることができ、正面方向での
輝度が高い光源装置を構成することができる。なお、各
色に対応したプリズムアレイ401Hとダイクロイック
プリズム101との間に反射型偏光板を配置することに
よって、平板型蛍光管301R、301G、301Bか
ら放射された光の偏光方向を揃えることができる。この
ような技術により、ダイクロイックプリズム101から
出射される光を振動方向が揃った直線偏光とすることが
できる。 (光源装置としての第5の実施形態)本発明の光源装置
の第5の実施形態を図5に基づき説明する。図5は光源
装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム
101の周囲には、赤領域の波長で発光する有機電界
(EL)素子(赤)501R、緑領域の波長で発光する
有機EL素子(緑)501G、および青領域の波長で発
光する有機EL素子(青)501Bが配置されている。
501Bのそれぞれは、ガラス基板502上に透明電
極、有機薄膜層構造、および金属電極が積層された発光
層構造503R、503G、503Bを備えている。発
光層構造は封止基板504によって封止される。透明電
極と金属薄膜との間に印加される直流電界によって有機
薄膜層構造中の有機発光膜が発光する。有機発光膜の材
料として赤色で発光する材料を用いれば赤色光源、緑色
で発光する材料を用いれば緑色光源、青色で発光する材
料を用いれば青色光源を構成することができる。各色の
有機発光膜は、その発光領域が19mm×14mm程度
となるような平面的な大きさとなっている。発光領域の
大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要と
される光源の大きさに応じて変更すれば良い。
1G、501Bを用いることにより、前述(例えば、光
源装置としての第1の実施形態)のLED102R、1
02G、102Bを光源として適用するのに比べ、ある
面積にわたって均一発光することができるという優位性
を持つ。なお、この有機EL素子501R、501G、
501Bは、前記光源装置としての第4の実施形態で適
用した平板型蛍光管301R、301G、301Bと同
類であり、実質的に連続した単一の発光領域を持つ面状
光源として分類されるものである。 (光源装置としての第6の実施形態)本発明の光源装置
の第6の実施形態を図6に基づき説明する。図6は光源
装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム
101の周囲には、赤領域の波長で発光する有機電界
(EL)素子(赤)601R、緑領域の波長で発光する
有機EL素子(緑)601G、および青領域の波長で発
光する有機EL素子(青)601Bが配置されている。
601Bのそれぞれは、ガラス基板602上に透明電
極、有機薄膜層構造、および金属電極が積層された発光
層構造603R、603G、603Bを備えている。発
光層構造は封止基板604によって封止される。透明電
極と金属薄膜との間に印加される直流電界によって有機
薄膜層構造中の有機発光膜が発光する。有機発光膜の材
料として赤色で発光する材料を用いれば赤色光源、緑色
で発光する材料を用いれば緑色光源、青色で発光する材
料を用いれば青色光源を構成することができる。各色の
有機発光膜は、その発光領域が19mm×14mm程度
となるような平面的な大きさとなっている。発光領域の
大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要と
される光源の大きさに応じて変更すれば良い。
図5に示した光源装置としての第5の実施形態と同じで
あるが、有機薄膜層構造が異なっており、有機薄膜層構
造に光学的共振器構造を備えている。光学的共振器構造
によって、有機EL素子601R、601G、601B
から放射される光のスペクトル幅を狭くして色の純度を
向上させることができるとともに、有機EL素子の法線
方向(正面方向)への輝度を向上させることができる。 (光源装置としての第7の実施形態)本発明の光源装置
の第7の実施形態を図7に基づき説明する。なお、光源
装置としての第6の実施形態と同一構成部分については
同一の符号を付すこととする。この第7の実施形態で適
用される光源は、面状光源としての赤色で発光する有機
EL素子601R、緑色で発光する有機EL素子601
G、青色で発光する有機EL発光素子601Bであり、
それぞれの発光素子601R、601G、601Bは光
源装置としての第6の実施形態と同様に光学的共振器構
造を備えている。これらの3色の発光素子601R、6
01G、601Bからの光はダイクロイックプリズム1
01で合成されるが、この光源装置の第7の実施形態で
は、各発光素子601R、601G、601Bとダイク
ロイックプリズム101との間には、1/4波長フィル
ム(1/4λ板)604R、604G、604Bと反射
型偏光板605R、605G、605Bとから構成され
る偏光変換素子607R、607G、607Bが配置さ
れている。
面には、1/4波長フィルム604Rと反射型偏光板6
05Rとが配置され、緑色で発光する有機EL素子60
1Gの前面には、1/4波長フィルム604Gと反射型
偏光板605Gとが配置され、青色で発光する有機EL
素子601Bの前面には、1/4波長フィルム604B
と反射型偏光板605Bとが配置される。反射型偏光板
605R、605G、605Bは、それぞれ第1の方向
に振動する直線偏光は透過し、第1の方向に直交する第
2の方向に振動する直線偏光は反射する機能を有する。
Bの機能を、緑色で発光する有機EL素子601Gを例
にとって説明する。有機EL素子601Gからの右回り
の円偏光(図中のRで表示)は1/4波長フィルム60
4Gで直線偏光であるp偏光(図中のPで表示)に変換
されるものとする。反射型偏光板605Gがp偏光Pを
透過させることができるとすると、このp偏光は反射型
偏光板605Gを透過する。一方、有機EL素子601
Gからの左回り円偏光(図中のLで表示)は1/4波長
フィルム604Gによってp偏光に直交する直線偏光で
あるs偏光(図中のSで表示)に変換される。s偏光は
反射型偏光板605Gで反射され、1/4波長フィルム
604Gによって再び左回り円偏光に変換されて有機E
L素子601Gに戻される。
偏光は有機EL素子の陰極電極などで反射される際に右
回り円偏光に変換され、今度は1/4波長フィルム60
4Gによってp偏光に変換される。このようにして、有
機EL素子601Gから放射された光が、1/4波長フ
ィルム604Gと反射型偏光板605Gとから構成され
る偏光変換素子607Gによって偏光方向の揃った直線
偏光に変換される。このような有機EL素子601R、
601G、601Bからの放射光の偏光変換技術は、国
際公開WO97/43686或いは国際公開WO97/
12276に開示されている。
板605Gはそれぞれ緑色の波長帯域だけにおいて機能
する素子であってもよいし、赤、緑、青を含む可視光の
波長領域にわたって機能する素子であってもよい。赤色
で発光する有機EL素子601R、青色で発光する有機
EL素子601Bからの放射光も同様にして、偏光変換
素子607R、607Bによって振動方向が揃った直線
偏光(P)に変換される。
Rと、反射型偏光板605R、或いは青色に対応する1
/4波長フィルム604Bと、反射型偏光板605Bは
それぞれ赤色、或いは青色の波長帯域だけにおいて機能
する素子であってもよいし、赤、緑、後を含む可視光の
波長領域にわたって機能する素子であってもよい。直線
偏光となった赤、緑、青の光はダイクロイックプリズム
101で合成され、振動方向が揃った直線偏光としてダ
イクロイックプリズム101から出射される。 (表示装置としての第1の実施形態)本発明の表示装置
の第1の実施形態を図8に基づき説明する。図8は表示
装置の主要な光学系を上面から見た図である。液晶表示
素子701の背面には、図4に示した光源としての第4
の実施形態で説明した光源装置を配置する。光源装置
は、ダイクロイックプリズム101、平板状蛍光管
(赤)301R、平板状蛍光管(緑)301G、平板状
蛍光管(青)301B、およびプリズムアレイ401
V、401Hから構成され、赤色、緑色および青色が合
成された白色光で液晶表示素子701を照明する。
写レンズ705によって拡大され、スクリーン706に
投写される。液晶表示素子101はガラス基板704に
挟持された液晶層703を持ち、カラー画像を表示する
ために画素ごとにカラーフィルタ702R、702G、
702Bが形成されている。この図では、図を見易くす
るために液晶を駆動する素子や配線などは省いて描いて
ある。
8.3×13.7mm(対角で0.9インチ)である。
表示領域の大きさは必要に応じて変更することができる
が、表示領域の大きさに合わせて各色の光源の発光領域
の大きさを変更する必要がある。なお、光源装置の第4
の実施形態において述べたように平板型蛍光管を用いた
各色の光源装置において、プリズムアレイとダイクロイ
ックプリズムとの間に反射型偏光板を設けても良い。 (表示装置としての第2の実施形態)本発明の表示装置
の第2の実施形態を図9乃至図11に基づき説明する。
図9は表示装置の主要な光学系を上面から見た図であ
り、図10は表示装置の制御回路の詳細を示すブロック
図であり、図11は光源の点灯と液晶表示素子の表示の
タイミングを示すタイミングチャートである。
した光源装置としての第2の実施形態で説明した光源装
置を配置する。光源装置は、ダイクロイックプリズム1
01、LED(赤)102R、LED(緑)102G、
LED(青)102B、および、レンズアレイ201
R、201G、201Bから構成される。各色のLED
の点灯と液晶表示素子の駆動は表示制御回路802で制
御される。図10には、表示制御回路802の詳細図が
示されている。この表示制御回路802には、RGBそ
れぞれに対応してフレームメモリ810が設けられてお
り、画像データは、各色毎に一旦フレームメモリ810
に記憶される。フレームメモリ810に記憶された画像
データからは、同期信号抽出部812によって同期信号
が取り出され、クロック814からのクロック信号によ
って同期がとられるようになっている。同期信号は、出
力タイミング発生部816に出力され、液晶表示素子8
01の駆動を制御する画像出力制御部818と、各色の
発光素子の駆動を制御する切換制御部820へ出力され
るようになっている。
メモリ810から画像データが入力され、前記同期信号
に基づいてLCD(液晶素子)用電源回路822からの
電源によって、液晶表示素子801へ所定の画像を形成
する。一方、切換制御部820では、液晶表示素子80
1で表示される画像に対応する色の発光素子を点灯させ
るべく、Rドライバ824、Gドライバ826、Bドラ
イバ828へ順次切替えて信号を出力する。これによ
り、各LED102R、102G、102Bは、光源用
電源回路830からの電源によって、RGBが所定の順
番(液晶表示素子801への画像表示順と同期して)で
順次点灯を繰り返す。
る。液晶表示素子801には1フィールド内で赤成分の
画像、緑成分の画像および青成分の画像が順番に表示さ
れる。赤成分の画像が表示されている間は赤色のLED
102Rが点灯し、緑成分の画像が表示されている間は
緑色のLED102Bが点灯し、青成分の画像が表示さ
れている間は青色のLED102Bが点灯するようにL
EDの点灯と液晶表示素子に表示される画像のタイミン
グが制御される。
順次表示を行なうことにより、液晶表示素子にカラーフ
ィルタを備える必要がなくなる。図8に示した表示装置
としての第1の実施形態における液晶表示素子701に
用いられているカラーフィルタは該当透過波長の光以外
の波長の光は吸収するが、これに対して、本実施形態の
ような色順次カラー表示の場合には光源からスクリーン
までの光の利用効率をより高めることができる。
態においても、液晶表示素子701にカラーフィルタを
用いる代わりに上述した色順次表示方式を採用して光の
利用効率を高めることができる。また、上記のような色
順次駆動によるカラー画像の表示においては、RGBの
光源から光がダイクロイックプリズム101を経て出射
されるので各色の光源の光軸が一致し、各色の光源で液
晶表示素子を同一の方向から照明できるので、色の視覚
依存性が無い、という効果がある。 (表示装置としての第3の実施形態)本発明の表示装置
の第3の実施形態を図12に基づき説明する。図12は
表示装置の主要な光学系を上面から見た図である。液晶
表示素子701の背面には、図1に示した第1の実施形
態の光源装置を配置する。光源装置は、ダイクロイック
プリズム101、LED(赤)102R、LED(緑)
102G、LED(青)102Bから構成され、赤色、
緑色および青色が合成された白色光で液晶表示素子70
1を照明する。本実施形態の表示装置は、レンズ100
1を通して液晶表示素子701の拡大された虚像を見る
表示装置である。 (表示装置としての第4の実施形態)本発明の表示装置
の第4の実施形態を図13に基づき説明する。液晶表示
装置606の背面に図7で示した光源装置としての第7
の実施形態で説明した光源装置を配置する。光源装置
は、光学的共振構造を備えた有機EL素子601R、6
01G、601Bであり、各有機EL素子601R、6
01G、601Bの前面には1/4波長フィルム604
R、604G、604B及び反射型偏光板605R、6
05G、605Bが配置されている。
たように、ダイクロイックプリズム101から出射され
る光は振動方向が揃った直線偏光Pである。液晶表示素
子606は入射側の偏光板610Pと出射側の偏光板6
10Aを備えているが、入射側の偏光板606Pの透過
軸を直線偏光Pの振動方向と合わせることにより、偏光
板610Pでの光の吸収を減らすことができ、液晶表示
素子606を透過できる光量を増加させることができ、
光源装置からの光を有効に液晶表示素子606で変調さ
せることができる。
写レンズ608によってスクリーン609に拡大投写さ
れる。液晶表示素子606が画素毎にカラーフィルター
を備えている場合には、赤、緑、青の有機EL素子60
1R、601G、601Bを同時に点灯して白色光で液
晶表示素子を照明すればカラー画像の投写ができる。
ターを備えていない場合には、表示装置としての第2の
実施形態で説明したような赤、緑、青の有機EL素子6
01R、601G、601Bを1フレーム内で順番に点
灯する色順次駆動によってカラー画像の表示を行うこと
ができる。なお、上記のような色順次駆動によるカラー
画像の表示においては、各色の光源の光軸が一致し、か
つ同一の方向から照明できるので、色の視覚依存性が無
い、という効果がある。 (表示装置としての第5の実施形態)本発明の表示装置
の第5の実施形態を図14に基づき説明する。図14は
表示装置の主要な光学系を上面から見た図である。図1
3に示した表示装置とは、レンズ1001と観察者の眼
1002との間にハーフミラー1101が配置されてい
る部分だけが異なり、光源装置や液晶表示装置の構成は
図13と同じである。
素子701の拡大された像を外界1102に重ねて見る
ことができる。外界を見る必要がなければハーフミラー
のかわりに全反射ミラーを用いても良い。なお、実施の
形態、特に表示装置の実施の形態において、色順次駆動
させるときに適用した光源は、LED等の点状光源に限
らず、有機EL素子、平板状蛍光管等の面状光源であっ
てもよい。
置の形態として、透過型の液晶表示素子を利用した例に
ついて説明した。本発明はこれに限定されるものではな
く、光源からの光を反射する反射型の液晶表示素子、ま
たは、変形可能なミラーで画素が形成されたライトバル
ブ又は空間変調素子のような外部からの光を反射するタ
イプの光変調デバイス等が光変調部材・手段として光源
と組み合わされた光学装置も本発明によって提供され
る。
よれば、赤、緑、青のそれぞれの波長において発光効率
が最大化された光源を備え、それぞれの光源からの光を
ダイクロイックプリズムで合成することにより、明るい
白色光を生成できる小型の光源装置を構成することがで
きるという効果を有する。
等の光変調素子を照明することにより、小型の表示装置
を構成することができるという効果を有する。さらに
は、赤、緑、青のそれぞれの光源を順番に点灯させ、こ
れに同期させて液晶表示素子等の光変調素子に赤、緑、
青の各成分の画像を表示させることにより、一枚の光変
調素子から成る小型の表示装置の明るさを向上させるこ
とができるという効果を有する。
学系を説明する図であり、図1(a)は光源装置を上面
から見た図であり、図1(b)は赤色光源をダイクロイ
ックプリズム側から見た平面図である。
学系を説明する図であり、図2(a)は光源装置を上面
から見た図であり、図2(b)は赤色光源をダイクロイ
ックプリズム側から見た平面図である。
光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図
である。
光学系を説明する図であり、図4(a)は光源装置を上
面から見た図であり、図4(b)は赤色光源の斜視図で
ある。
光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図
である。
光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図
である。
光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図
である。
主要な光学系を上面から見た図である。
主要な光学系を上面から見た図である。
て、光源の点灯と液晶表示素子の表示のタイミングを示
すタイミングチャートである。
る主要な光学系を上面から見た図である。
る主要な光学系を上面から見た図である。
る主要な光学系を上面から見た図である。
G、102B:LED、103:基板、104直流電
源、105:スイッチ、106:可変抵抗器、201
R、201G、201B:レンズアレイ、202R:レ
ンズ要素、301R、301G、301B:平板型蛍光
管、401V、401H:プリズムアレイ、501R、
501G、501B:有機EL素子、502:ガラス基
板、503R、503G、503B:発光層構造、50
4:封止基板、601R、601G、601B:有機E
L素子、603R、603G、603B:発光層構造、
701,801:液晶表示素子、702R、702G、
702B:カラーフィルタ、703:液晶層、704:
ガラス基板、705:投写レンズ、706:スクリー
ン、802:表示制御回路、1001:レンズ、100
2: 眼、1101:ハーフミラー、1102:外界。
Claims (28)
- 【請求項1】 第一の色で発光する第一の光源と、第二
の色で発光する第二の光源と、第三の色で発光する第三
の光源とを備え、前記第一の光源からの光と、前記第二
の光源からの光と、前記第三の光源からの光とを色合成
光学系で合成することを特徴とする光源装置。 - 【請求項2】 前記第一の色が橙から赤の領域の色、前
記第二の色が緑から黄緑の領域の色、前記第三の色が青
の領域の色であることを特徴とする請求項1記載の光源
装置。 - 【請求項3】 前記色合成光学系がダイクロイックプリ
ズムであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載
の光源装置。 - 【請求項4】 前記第一、第二および第三の光源が発光
ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至請求項
3の何れか1項記載の光源装置。 - 【請求項5】 前記第一、第二および第三の光源のそれ
ぞれにおいて複数の前記発光ダイオードが2次元的に配
列されていることを特徴とする請求項4記載の光源装
置。 - 【請求項6】 前記第一、第二および第三の光源と前記
色合成光学系との間にレンズが配置されていることを特
徴とする請求項5記載の光源装置。 - 【請求項7】 前記第一、第二および第三の光源と前記
色合成光学系との間にレンズアレイ素子が配置されてい
ることを特徴とする請求項5記載の光源装置。 - 【請求項8】 前記第一、第二及び第三の光源がいずれ
も面状光源である請求項1記載の光源装置。 - 【請求項9】 前記第一、第二および第三の光源が平板
型蛍光管であることを特徴とする請求項1乃至請求項3
の何れか1項記載の光源装置。 - 【請求項10】 前記平板型蛍光管と前記色合成光学系
との間にプリズムアレイ素子が配置されていることを特
徴とする請求項9記載の光源装置。 - 【請求項11】 前記プリズムアレイ素子が、互いに直
交する2つのプリズムアレイから構成されることを特徴
とする請求項9記載の光源装置。 - 【請求項12】 前記第一の光源と前記色合成光学系と
の間に第一の偏光変換素子が配置され、前記第二の光源
と前記色合成光学系との間に第二の偏光変換素子が配置
され、前記第三の光源と前記色合成光学系との間に第三
の偏光変換素子が配置されていることを特徴とする請求
項9記載の光源装置。 - 【請求項13】 前記偏光変換素子が反射型偏光板であ
ることを特徴とする請求項12記載の光源装置。 - 【請求項14】 前記第一、第二および第三の光源が平
板状の電界発光素子であることを特徴とする請求項1乃
至請求項3のいずれか1項記載の光源装置。 - 【請求項15】 前記電界発光素子が、有機薄膜を発光
層とする有機電界発光素子であることを特徴とする請求
項14記載の光源装置。 - 【請求項16】 前記有機電界発光素子が、発光層構造
に光学的共振器を備えていることを特徴とする請求項1
4記載の光源装置。 - 【請求項17】 前記第一の光源と前記色合成光学系と
の間に第一の偏光変換素子が配置され、前記第に光源と
前記色合成光学系との間に第二の偏光変換素子が配置さ
れ、前記第三の光源と前記色合成光学系との間に第三の
偏光変換素子が配置されていることを特徴とする請求項
14乃至請求項16の何れか1項記載の光源装置。 - 【請求項18】 前記偏光変換素子が、1/4波長フィ
ルムと反射型偏光板とから構成され、前記光源側に1/
4波長フィルムが配置され、前記色合成光学系素子側に
反射型偏光板が配置されていることを特徴とする請求項
17記載の光源装置。 - 【請求項19】 前記第一、第二、および第三の光源が
同時に点灯することを特徴とする請求項1乃至請求項1
8の何れか1項記載の光源装置。 - 【請求項20】 前記第一、第二、および第三の光源が
順番に点灯を繰返すことを特徴とする請求項1乃至18
の何れか1項に記載の光源装置。 - 【請求項21】 光変調素子と、前記請求項1乃至請求
項20の何れか1項記載の光源装置を有し、前記光源装
置からの光を前記光変調素子において変調し、変調され
た光を投写レンズで拡大して表示する表示装置。 - 【請求項22】 前記光変調素子が透過型の液晶素子で
あり、該液晶素子の一方の面に対向して前記光源装置が
設けられ、前記液晶素子に形成された画像を投写レンズ
で拡大して表示する表示装置。 - 【請求項23】 液晶表示素子に表示された画像の拡大
された虚像を観察する請求項22記載の表示装置。 - 【請求項24】 前記液晶表示素子を構成する画素にカ
ラーフィルタが形成されていることを特徴とする請求項
22記載の表示装置。 - 【請求項25】 前記光変調素子が反射型の光変調素子
であり、該光変調素子の反射面に対向して前記光源装置
が設けられていることを特徴とする請求項22記載の表
示装置。 - 【請求項26】 光変調素子と、前記請求項1乃至請求
項20の何れか1項記載の光源装置を有し、前記光源装
置からの光を前記光変調素子において変調し、変調され
た光を投写レンズで拡大して画像を表示する表示装置で
あって、前記光変調素子が、第一の色成分の画像、第二
の色成分の画像、及び第三の色成分の画像を時分割で形
成し、前記第一の色成分の画像が形成されている期間に
前記光源装置の第一の光源を点灯させ、続いて前記第二
の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の
第二の光源を点灯させ、続いて前記第三の色成分の画像
が形成されている期間に前記光源装置の第三の光源を点
灯させ、前記光学変調素子における前記第一、第二及び
第三の色成分の順次表示と、その順次表示に対応した前
記第一、第二及び第三の光源の順次点灯によってカラー
画像を表示させることを特徴とする表示装置。 - 【請求項27】 前記光変調素子が透過型の液晶素子で
あり、該液晶素子の一方の面に対向して前記光源装置が
設けられ、液晶素子に形成された画像を投写レンズで拡
大して表示することを特徴とする請求項26項記載の表
示装置。 - 【請求項28】 前記液晶素子に形成された画像の拡大
された虚像を観察する請求項26記載の表示装置。
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