CN100367076C - 发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有可合成从紧凑光源发射的光束的改进的彩色合成棱镜的发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备。该发光单元包括：第一、第二和第三光源单元，分别用于发射不同波段的第一、第二和第三光束；第一三棱镜，包括第一光束经其入射的第一入射面、透射或反射入射光的第一出射/反射面、以及第一和第二光束入射到其上的第二入射面；第二三棱镜，包括第三光束经其入射的第三入射面、透射或反射入射光的第二出射/反射面以及允许第一、第二和第三光束经其入射的第四入射面；第一彩色滤光器，形成于第二入射面上，用于反射第一光束并透射第二光束；和第二彩色滤光器，形成于第四入射面上，用于反射第三光束并透射第一和第二光束。

Description

发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备
本申请要求于2004年11月27日在韩国知识产权局提交的第10-2004-98361号韩国专利申请的优先权，该申请公开于此以资参考。
技术领域
本发明总体构思涉及一种发光的发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备，更具体地讲，涉及一种具有合成紧凑光源发射的光的改进的棱镜的发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备。
背景技术
通常，发光单元包括在一个方向上发光的光源以及将光源发射的光投影的照明光学系统。发光单元被广泛用于使用不能发光的成像装置(例如，液晶显示(LCD)装置或数字微镜装置(DMD))来生成图像的投影型图像显示设备中。
近几年来，已开发出使用小型发光装置，如发光二极管(LED)或激光二极管，作为光源的发光单元和投影型图像显示设备。
由于小型发光装置可发射红色、蓝色和绿色波长的光束，因此使用该小型发光装置的单面板投影型彩色图像显示设备不需要用于获得彩色图像的另外的色轮。然而，为了发射各种颜色的光束，需要多个小型发光装置和将各种颜色的光束合成的结构。
图1示出传统的发光单元。参照图1，传统的发光单元包括：第一LED光源11、第二LED光源12和第三LED光源13，这些光源位于不同的位置并且分别发射红色、蓝色和绿色波长的光束；和三色棱镜20，使第一LED光源11、第二LED光源12和第三LED光源13发射的光束沿着彼此相同的路径传播。
三色棱镜20包括：第一棱镜P1、第二棱镜P2和第三棱镜P3；第一彩色滤光器21，位于第一棱镜P1和第三棱镜P3之间；和第二彩色滤光器25，位于第二棱镜P2和第三棱镜P3之间。第一彩色滤光器21和第二彩色滤光器25根据入射光的波长选择性地透射或反射该入射光。例如，第一彩色滤光器21反射红色波长的第一光束R，而透射绿色波长的第二光束G和蓝色波长的第三光束B。第二彩色滤光器25反射第三光束B，而透射第一光束R和第二光束G。
因此，基于临界角全反射原理，从第一LED光源11入射到第一棱镜P1的出射面20a的第一光束R被全反射，并到达第一彩色滤光器21。第一光束R被第一彩色滤光器21反射，然后被透射通过第一棱镜P1的出射面20a。第二光束G被顺次透射通过第二彩色滤光器25和第一彩色滤光器21，并沿着与第一光束R的路径相同的路径传播。基于临界角全反射原理，第三光束B在第三棱镜P3的面向第一棱镜P1的表面20b上被全反射，从而被引导向第二彩色滤光器25，被第二彩色滤光器25反射，透射通过第一棱镜P1和第三棱镜P3，然后沿着与第一光束R和第二光束G相同的路径传播。因此，分别从位于不同位置的第一LED光源11、第二LED光源12和第三LED光源13发射的第一光束R、第二光束G和第三光束B被合成为沿着彼此相同的路径传播。
为了在第三棱镜P3的表面20b上使第三光束B全反射，第一棱镜P1和第三棱镜P3彼此间隔开预定的距离，从而在它们之间形成空气间隙Gair。即，为了引起临界角全反射，不仅第三棱镜P3的表面20b和第三光束B之间必须存在角度，而且第三棱镜P3和周围的介质之间必须存在折射率差异。
第二棱镜P2需要使从第二LED光源12到第一棱镜P1的出射面的光路的长度等于从第一LED光源11和第三LED光源13到第一棱镜P1的出射面20a的光路的长度。即使多个光束的光路彼此不同，使用具有窄的角分布的光源的发光单元也引起很少的光损失。
然而，第二棱镜P2的使用增加了三色棱镜20的总尺寸，因此难以小型化并增加了光损失和制造成本。
发明内容
本发明总体构思提供一种具有可提高光效率的简单的彩色合成棱镜的发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备。
本发明总体构思的另外方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述变得明显，或者可通过实施本发明总体构思而了解。
本发明总体构思的前述和/或其它方面可通过提供一种发光单元被实现，该发光单元包括：第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元、第一三棱镜、第二三棱镜、第一彩色滤光器和第二彩色滤光器。所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元用于发射不同波段的第一光束、第二光束和第三光束。所述第一三棱镜包括：第一入射面，从第一光源单元发射的第一光束入射通过该第一入射面；第一出射/反射面，相对于第一入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第二入射面，由第一出射/反射面反射的第一光束以及从第二光源单元发射的第二光束入射到其上。所述第二三棱镜包括：第三入射面，从第三光源单元发射的第三光束入射通过该第三入射面；第二出射/反射面，相对于第三入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第四入射面，面向第一出射/反射面并与第一出射/反射面间隔开预定的距离，并且允许由第二出射/反射面反射的第三光束以及被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束入射通过该第四入射面。所述第一彩色滤光器形成于第二入射面上，用于反射从第一出射/反射面入射的第一光束并透射第二光束，以使第一光束和第二光束被引导向第一出射/反射面。所述第二彩色滤光器形成于第四入射面上，用于反射从第二出射/反射面入射的第三光束并透射从第一出射/反射面发射的第一光束和第二光束，以使第一光束、第二光束和第三光束被引导向第二出射/反射面。
本发明总体构思的前述和/或其它方面也可通过提供一种发光单元被实现，该发光单元包括：第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元以及彩色合成棱镜。所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元用于分别发射每个都具有不同波长的第一光束、第二光束和第三光束。所述彩色合成棱镜包括：第一三棱镜，具有分别用于接收第一光束和第二光束的第一入射面和第二入射面，并具有用于反射第一光束并在彼此相同的方向上输出接收的第一光束和第二光束的第一出射/反射面；和第二三棱镜，具有用于接收第三光束的第三入射面和用于接收第一光束和第二光束的第四入射面，并具有用于反射第三光束并沿着共同的路径输出第一光束、第二光束和第三光束的第二出射/反射面，该第四入射面面向第一出射/反射面并保留第一出射/反射面的一部分不被第二三棱镜所掩盖，。
本发明总体构思的前述和/或其它方面也可通过提供一种发光单元被实现，该发光单元包括：第一三棱镜；第二三棱镜，与第一三棱镜间隔开预定的距离；第一光源单元和第二光源单元，位于第一三棱镜的不同的表面，用于分别将具有第一预定波长和第二预定波长的第一光束和第二光束直接发射到第一三棱镜内，第一光源单元和第二光源单元之一具有位于主线上的多个光源，所述主线不与第一三棱镜的相应的表面平行；第三光源，位于第二三棱镜的表面，用于将具有第三预定波长的第三光束直接发射到第二三棱镜内；第一彩色滤光器，形成于第一三棱镜上，用于根据第一预定波长和第二预定波长来反射和透射第一光束和第二光束，以将第一光束和第二光束引导向第二三棱镜；和第二彩色滤光器，形成于第二三棱镜上，用于根据第一预定波长、第二预定波长和第三预定波长来反射和透射第一光束、第二光束和第三光束，以沿着共同的路径引导第一光束、第二光束和第三光束。
本发明总体构思的前述和/或其它方面也可通过提供一种投影型图像显示设备被实现，该投影型图像显示设备包括：发光单元、成像装置、屏幕和投影透镜单元。所述发光单元具有：第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元、第一三棱镜、第二三棱镜、第一彩色滤光器和第二彩色滤光器。所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元用于分别发射不同波段的第一光束、第二光束和第三光束。所述第一三棱镜包括：第一入射面，从第一光源单元发射的第一光束入射通过该第一入射面；第一出射/反射面，相对于第一入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第二入射面，由第一出射/反射面反射的第一光束以及从第二光源单元发射的第二光束入射到其上。所述第二三棱镜包括：第三入射面，从第三光源单元发射的第三光束入射通过该第三入射面；第二出射/反射面，相对于第三入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第四入射面，面向第一出射/反射面并与第一三棱镜的第一出射/反射面间隔开预定的距离，并且允许由第二出射/反射面反射的第三光束以及被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束入射通过该第四入射面。所述第一彩色滤光器形成于第一三棱镜的第二入射面上，用于反射从第一出射/反射面入射的第一光束并透射第二光束，以使第一光束和第二光束被引导向第一出射/反射面。所述第二彩色滤光器形成于第二三棱镜的第四入射面上，用于反射从第二出射/反射面入射的第三光束并透射被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束，以使第一光束、第二光束和第三光束被引导向第二出射/反射面。所述成像装置从由发光单元入射的第一光束、第二光束和第三光束创建对应于输入图像信号的图像。所述投影透镜单元将由成像装置创建的图像放大并投影到所述屏幕上。
本发明总体构思的前述和/或其它方面也可通过提供一种投影型图像显示设备被实现，该投影型图像显示设备包括：发光单元和显示装置。所述发光单元包括：第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元，分别用于发射不同波长的第一光束、第二光束和第三光束；第一三棱镜，具有分别用于接收第一光束和第二光束的第一入射面和第二入射面，并具有用于反射第一光束并在彼此相同的方向上输出接收的第一光束和第二光束的第一出射/反射面；和第二三棱镜，具有用于接收第三光束的第三入射面和用于接收第一光束和第二光束的第四入射面，并具有用于反射第三光束并沿着共同的路径输出第一光束、第二光束和第三光束的第二出射/反射面，所述第四入射面面向第一出射/反射面并保留第一出射/反射面的一部分不被第二三棱镜所掩盖。所述显示装置显示与由第二三棱镜沿着预定的路径输出的光束对应的图像。
附图说明
从下面结合附图对实施例的描述，本发明总体构思的这些和/或其他方面和优点将变得清楚并且更容易理解，在附图中：
图1是示出传统的发光单元的光学布局的示意图；
图2是示出根据本发明总体构思的实施例的发光单元的光学布局的示意图；
图3是示出根据本发明总体构思的实施例的图2的发光单元的光源单元的透视图；
图4是示出图3的光源单元的侧视图；
图5是示出图4的光源单元的阵列的透视图；
图6是示出根据本发明总体构思的另一实施例的图2的发光单元的光源单元的示意性剖视图；
图7是根据本发明总体构思的另一实施例的发光单元的光学布局的示意性剖视图；
图8是示出根据本发明总体构思的实施例的投影型图像显示设备的光学布局的示意性剖视图；
图9是示出根据本发明总体构思的另一实施例的投影型图像显示设备的光学布局的示意性剖视图；和
图10是示出根据本发明总体构思的另一实施例的投影型图像显示设备的光学布局的示意性剖视图。
具体实施方式
现在，将详细说明本发明总体构思的实施例，其例子示于附图中，在附图中相同的标号始终表示相同的部件。下面将参照附图描述这些实施例以解释本发明总体构思。
图2示出根据本发明总体构思的发光单元。参照图2，发光单元包括：光源单元100，包括用于发射不同波段的光束的第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130；和彩色合成棱镜200，用于合成第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130发射的光束以使所述光束沿着彼此相同的路径传播。
根据各个光束的不同波长，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130相对于彩色合成棱镜200位于不同的位置。例如，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130可分别发射蓝色波长的第一光束L1、红色波长的第二光束L2和绿色波长的第三光束L3。
彩色合成棱镜200合成发射的第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3，以使第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3可沿着彼此相同的路径传播。彩色合成棱镜200包括第一三棱镜210和第二三棱镜220以及第一彩色滤光器231和第二彩色滤光器235。第一光束L1和第三光束L3分别以直角入射到第一三棱镜210和第二三棱镜220，而第二光束L2以非直角入射到第一三棱镜210。当第二光束L2被发射时，它不平行于第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3的所述相同的路径。
第一三棱镜210包括第一入射面211和第二入射面215以及第一出射/反射面213。第一入射面211面向第一光源单元110，并允许第一光源单元110发射的第一光束L1被发射通过该第一入射面211。第一出射/反射面213相对于第一入射面211倾斜，并根据入射光的入射角度透射或反射该入射光。即，第一出射/反射面213基于临界角全反射原理反射以大于临界角θc的角度入射的光，而透射以小于临界角θc的角度入射的光。第一三棱镜210由透明材料制成，其折射率大于周围的介质(例如空气)的折射率。第一出射/反射面213相对于第一入射面211倾斜预定的角度，以使通过第一入射面211的第一光束L1以大于临界角θc的角度入射到第一出射/反射面213上。从而，经第一入射面211入射到第一出射/反射面213上的第一光束L1被第一出射/反射面213反射从而被引导向第二入射面215。第一出射/反射面213的一部分用于向着第一彩色滤光器231反射第一光束L1，并且没有被第二三棱镜220掩盖。第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每个可包括排列或布置在主线(main line)上的多个光源，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130之一的主线不平行于各自的入射面。例如，如图2所示，第二光源单元120的主线不平行于第二入射面215。
第二入射面215面向第二光源单元120。因此，第二光源单元120发射的第二光束L2经第二入射面215进入第一三棱镜210中。经第一入射面211进入第一三棱镜210并被第一出射/反射面213反射的第一光束L1入射到第二入射面215上。入射到第二入射面215上的第一光束L1被形成于第二入射面215上的第一彩色滤光器231反射，从而与经第二入射面215进入第一三棱镜210的第二光束L2一起被引导向第一出射/反射面213。这里，第二入射面21 5以这样的方式布置：第一光束L1和第二光束L2以小于临界角θc的角度从第二入射面215入射到第一出射/反射面213上。因此，从第二入射面215入射到第一出射/反射面213的第一光束L1和第二光束L2被透射通过第一出射/反射面213从而向着第二三棱镜220传播。
第一彩色滤光器231形成于第二入射面215上，反射由第一出射/反射面213反射的第一光束L1并透射第二光束L2，以使第一光束L1和第二光束L2被引导向第一出射/反射面213。
例如，如果第一光束L1是蓝色波长的光束，第二光束L2是绿色波长的光束，那么第一彩色滤光器231被彩色涂覆以透射波长大于第一预定波长的光并反射波长小于第一预定波长的光，所述第一预定波长在蓝光波长和绿光波长之间。因此，第一彩色滤光器231反射蓝色波长的第一光束L1，透射绿色波长的第二光束L2。
第二三棱镜220包括第三入射面221和第四入射面225以及第二出射/反射面223。第三入射面221面向第三光源单元130，并允许第三光源单元130发射的第三光束L3被发射通过该第一入射面221。第二出射/反射面223相对于第三入射面221倾斜，并根据入射光的入射角度透射或反射该入射光。即，第二出射/反射面223基于临界角全反射原理反射以大于临界角θc的角度入射的光，而透射以小于临界角θc的角度入射的光。为了此目的，第二三棱镜220由透明材料制成，其折射率大于周围的介质(例如空气)的折射率。第二出射/反射面223相对于第三入射面221倾斜预定的角度，以使通过第三入射面221的第三光束L3以大于临界角θc的角度入射到第二出射/反射面223。因此，经第三入射面221入射到第二出射/反射面223的第三光束L3被第二出射/反射面223反射从而被引导向第四入射面225。
第四入射面225面向第一三棱镜210的第一出射/反射面213，并与第一出射/反射面213间隔开预定的距离以使在第一出射/反射面213和第四入射面225之间形成空气间隙Gair。由于在第一三棱镜210和周围的介质之间存在折射率差异，因此基于临界角全反射原理，入射光可被第一出射/反射面213透射通过或反射。被透射通过第一出射/反射面213的第一光束L1和第二光束L2以及被第二出射/反射面223反射的第三光束L3入射到第四入射面225。第二彩色滤光器235形成于第四入射面225上。这里，入射到第四入射面225上的第三光束L3被第二彩色滤光器235反射从而被引导向第二出射/反射面223，而第一光束L1和第二光束L2被透射通过第二彩色滤光器235从而被引导向第二出射/反射面223。
第四入射面225以这样的方式布置：第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3以小于临界角θc的角度从第四入射面225入射到第二出射/反射面223。因此，从第四入射面225入射到第二出射/反射面223的第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3沿着彼此相同的路径透射通过第二出射/反射面223。在投影型图像显示设备或相似的设备中，第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3可被用作照明光。
第二彩色滤光器235形成于第四入射面225上，反射由第二出射/反射面223反射的第三光束L3，并透射第一光束L1和第二光束L2，从而第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3被引导向第二出射/反射面223。
例如，如果第一光束L1是蓝色波长的光束，第二光束L2是绿色波长的光束，第三光束L3是红色波长的光束，那么第二彩色滤光器235被彩色涂覆以反射波长大于第二预定波长的光并透射波长小于第二预定波长的光，所述第二预定波长在绿色波长和红色波长之间。因此，第二彩色滤光器235透射波长小于第二预定波长的蓝色波长的第一光束L1和绿色波长的第二光束L2，而反射波长大于第二预定波长的红色波长的第三光束L3。
图2的实施例的使用两个三棱镜210和220的彩色合成棱镜200可具有比使用三个棱镜的传统的三色棱镜的结构更简单的结构。因此，可减小发光单元的总尺寸并可降低制造成本。另外，与传统的棱镜相比，彩色合成棱镜200可减少光损失并提高光效率。
图3和图4示出根据本发明总体构思的在第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中可用的光学模块140。第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每个可包括一个或多个如图3和图4所示的光学模块140。
参照图3和图4，光学模块140包括具有反射面的准直仪150和用于发射预定波长的光的光源160。准直仪150包括抛物线形状的第一反射面151和具有正方形截面的玻璃杆155。光源160是包括至少一个发光二极管(LED)或激光二极管的紧凑光源。光源的发光部分位于第一反射面151的焦点F处或其附近。可通过将玻璃杆155的一部分加工为抛物面形状并在抛物面部分的表面上形成反射涂层来形成第一反射面151。准直仪150还可包括第二反射面153，可通过在面向第一反射面151的区域形成反射涂层来形成第二反射面153，所述区域不包括从光源160直接发射的光透射通过的区域G。
因此，在光源160发射的光中，预定的辐射角度范围之内的光束被第一反射面151反射，然后被变换为平行光束。该平行光束穿过玻璃杆155并传播通过出射面157。由于光源160的发光部分不是点而是具有预定的面积，因此整个发光部分不能够位于第一反射面151的焦点F处。因此，由光源160发射并被第一反射面151反射的光束中的一些被引导向第二反射面153。第二反射面153向着出射面157反射入射光束。由于根据本实施例的光学模块140使用第一反射面151而不是透镜来准直光源160发射的光束，因此光学模块140可防止由于使用透镜时而导致的约束，如光学扩展量(etendue)引起的低效率。
尽管在本实施例中准直仪150使用玻璃杆155，但是本发明总体构思不不限于此。可选地，抛物线形状的反射面可形成于空心光隧的一侧而不是玻璃杆155上，并且该反射面可通过内反射来形成。
如图5所示，发光单元的第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每个可具有光学模块140阵列。参照图5，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130的光学模块140阵列可分别发射蓝色、绿色和红色波长的光束。因此，如果同时或顺次驱动第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130，那么可发射蓝色、绿色和红色波长的光束，并且还可发射由这些光束组合形成的所有颜色的光。从而，如果该发光单元用于投影型图像显示设备，那么该投影型图像显示设备可在没有色轮的情况下发射彩色光。
图6示出根据本发明总体构思的另一实施例的第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130的每个的构造。参照图6，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每个可包括用于发射预定波长的光的光源170和用于将光源170发射的光聚焦的微透镜180。这里，光源170可以是包括一个或多个LED或激光二极管的紧凑光源。微透镜180可包括一个透镜或透镜组件181，该透镜组件181具有对应于光源170的LED或激光二极管布置的多个微透镜。
尽管上面将第一光束L1、第二光束L2和第三光束L3分别描述为蓝色、绿色和红色波长的光束，但是本发明总体构思不限于此。即，可通过改变第一滤光器231和第二滤光器235进行各种修改。
图7示出根据本发明总体构思的另一实施例的发光单元。参照图7，发光单元包括：光源单元100，包括用于发射不同波段的光束的第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130；和彩色合成棱镜200’，用于合成第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130发射的光束以使所述光束沿着彼此相同的路径传播。
与图2中的实施例的发光单元相比，图7中的实施例的发光单元的特点在于彩色合成棱镜200’还包括校正棱镜240。
校正棱镜240位于第二光源单元120和第一三棱镜210的第二入射面215之间，并且折射并透射第二光源单元120发射的第二光束L2以校正第二光束L2的角度。校正棱镜240包括第五入射面241和出射面245。第五入射面241面向第二光源单元120并允许第二光源单元120发射的第二光束L2通过。出射面245相对于第五入射面241倾斜，并且折射并透射通过第五入射面241的第二光束L2。彩色合成棱镜200’的校正棱镜240可解决第一三棱镜210和第二三棱镜220之间的凹进部分的空间限制，第二光源单元120安装在所述凹进部分上。即，校正棱镜240可被置于第一三棱镜210和第二三棱镜220之间的凹进部分上，而第二光源单元120可面向校正棱镜240的第五入射面241安装在校正棱镜240的外部，从而第二光源单元120可相对于彩色合成棱镜200’容易地进行光学布置。校正棱镜240可与第一三棱镜210间隔开。
图8示出根据本发明总体构思的实施例的投影型图像显示设备。参照图8，投影型图像显示设备包括：发光单元500；成像装置550，用于从由发光单元500输出的光创建对应于输入图像信号的图像；和投影透镜单元560，用于将成像装置550创建的图像放大并投影到屏幕570上。
发光单元500包括多个位于不同位置的光源单元和用于合成所述光源单元发射的多个光束的彩色合成棱镜。由于在结构方面图8中的发光单元500与图2中的发光单元基本上相同，因此将不给出发光单元500的详细解释。尽管图8中的发光单元被示为与图2中的发光单元基本上相同，但是可选地图8中的发光单元可与图7中的发光单元基本相同。发光单元500的所述多个光源单元可被顺次开启或关闭以顺次发射蓝色、绿色和红色波长的光束。因此，在使用单面板成像装置的图8中的投影型图像显示设备中，可使用发光单元500代替色轮(未示出)来获得彩色图像。
成像装置550为每一象素选择性地反射入射均匀光束以创建图像。成像装置550可以是反射型液晶显示(LCD)装置、透射型LCD装置或数字微镜装置(DMD)。反射型LCD装置和透射型LCD装置使用入射光的偏振特性来形成图像，而DMD不使用所述偏振特性。因此，如果DMD被用作成像装置550，则不需要单独的偏振转换单元或偏振器。
如图8所示，DMD被用作成像装置550。DMD包括独立驱动的微镜的二维阵列，并通过根据输入图像信号为每个象素独立地设置反射角度来生成图像。分束器540可被置于发光单元500和成像装置550之间，用于改变从发光单元500输出的光的传播路径。分束器540以这样的方式改变入射光的路径：从发光单元500入射的光被引导向成像装置550，并且在成像装置550中创建并入射到分束器540上的图像被引导向屏幕570。分束器540可以是利用临界角全反射特性来改变光路的临界角棱镜。
投影透镜单元560面向分束器540，放大由成像装置550创建并经分束器540入射到其上的图像，并将放大的图像投影到屏幕570上。
如图8所示，投影型图像显示设备还可包括光学积分器520，其位于发光单元500和分束器540之间以使从发光单元500输出的光均匀。光学积分器520可以是使从发光单元500输出并入射到其中的光全反射的长方体玻璃杆521。在这种情况下，会聚透镜单元510可被置于发光单元500和玻璃杆521之间，用于将发光单元输出的光会聚到长方体玻璃杆521内。会聚透镜单元510可由一个或多个透镜构成，以将从发光单元500输出并入射到其上的光向玻璃杆521会聚。
如图8所示，投影型图像显示设备还可包括位于玻璃杆521和分束器540之间的中继透镜单元530。中继透镜单元530可由一个或多个将玻璃杆521发射的均匀光中继到分束器540的透镜构成，分束器540将中继的光引导向在其上形成图像的DMD。
图9示出根据本发明总体构思的另一实施例的投影型图像显示设备。参照图9，投影型图像显示设备包括：发光单元600；成像装置650，用于从发光单元600输出的光创建对应于输入图像信号的图像；和投影透镜单元660，用于将由成像装置650创建的图像放大并投影到屏幕670上。
由于在结构方面图9中的实施例的发光单元600与图2中的实施例的发光单元基本相同，因此将不给出其详细解释。尽管图9中的发光单元被示为与图2中的发光单元基本相同，但是可选地，图9中的发光单元可与图7中的发光单元相同。
成像装置650为每一象素选择性地反射入射均匀光束以创建图像。在图9中的实施例中，利用入射光的偏振特性来形成图像的反射型LCD装置被用作成像装置。
偏振分束器640可被置于发光单元600和成像装置650之间，用于改变从发光单元600输出的光的传播路径。偏振分束器640以这样的方式改变入射光的路径：从发光单元600输出的光被引导向成像装置650，并且由成像装置650创建并入射到偏振分束器上的图像被引导向屏幕670。偏振转换单元630可被置于发光单元600和偏振分束器640之间，用于改变从发光单元600输出的光的偏振方向并将具有特定偏振的光引导向偏振分束器640。偏振转换单元630包括多个小型偏振分束器和四分之一波片，并将从发光单元600输出并入射到其上的光改变为具有特定偏振的光。偏振转换单元630的结构是公知的，因此将不给出其详细解释。
所述投影型图像显示设备还可包括光学积分器620，用于对发光单元600输出的光进行积分以提供均匀的光。光学积分器620可包括具有一个或多个透镜的复眼(fly-eye)透镜阵列，每个所述透镜具有彼此相邻的多个复眼形或圆柱形透镜胞。
图10示出根据本发明总体构思的另一实施例的投影型图像显示设备。参照图10，投影型图像显示设备包括：发光单元700；成像装置740，用于从发光单元700输出的光创建对应于输入图像信号的图像；和投影透镜单元760，用于将由成像装置740创建的图像放大并投影到屏幕770上。
由于在结构方面图10的实施例的发光单元700与图2的实施例的发光单元基本相同，因此将不给出其详细解释。尽管图10的发光单元被示为与图2的发光单元基本相同，但是可选地，图10的发光单元可与图7的发光单元相同。
成像装置740通过为每一象素选择性地反射入射均匀光束来形成图像。在图10的实施例中，利用从发光单元700输出的光的偏振特性来形成图像的透射型LCD装置被用作成像装置740。因此，与图8和图9中所示的投影型图像显示设备不同，图10中所示的投影型图像显示设备不需要分束器。
偏振转换单元730可被置于发光单元700和成像装置740之间。如图10所示，投影型图像显示设备还可包括光学积分器720，用于对发光单元700输出的光进行积分以提供均匀的光。光学积分器720可包括具有一个或多个透镜的复眼透镜阵列，每个所述透镜具有彼此相邻的多个复眼形或圆柱形透镜胞。
如上所述，根据本发明总体构思的实施例的发光单元包括具有两个三棱镜的彩色合成棱镜，其在结构方面比传统的带有三个三棱镜的三色棱镜更简单，因此减小了总尺寸并降低了制造成本。另外，与传统的发光单元相比，根据本发明总体构思的发光单元可减少光损失并提高光效率。另外，根据本发明总体构思的实施例的使用反射面来准直光的光源单元可防止由于使用透镜时导致的约束，如光学扩展量，而引起的低效率。
此外，通过使用如上所述的发光单元，可使根据本发明总体构思的实施例的投影型图像显示设备紧凑，从而提高了光效率。
尽管以显示和描述了本发明总体构思的几个实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离权利要求及其等同物所限定的本发明总体构思的原则和精神的情况下，可在这些实施例中进行改变。

Claims (23)

1.一种发光单元，包括：
第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元，用于分别发射不同波段的第一光束、第二光束和第三光束；
第一三棱镜，包括：
第一入射面，从第一光源单元发射的第一光束入射通过该第一入射面；
第一出射/反射面，相对于第一入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和
第二入射面，由第一出射/反射面反射的第一光束以及从第二光源单元发射的第二光束入射到其上；
第二三棱镜，包括：
第三入射面，从第三光源单元发射的第三光束入射通过该第三入射面；
第二出射/反射面，相对于第三入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和
第四入射面，面向第一出射/反射面并与第一三棱镜的第一出射/反射面间隔开预定的距离，并且允许由第二出射/反射面反射的第三光束以及被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束入射通过该第四入射面；
第一彩色滤光器，形成于第一三棱镜的第二入射面上，用于反射从第一出射/反射面入射的第一光束并透射第二光束，以使第一光束和第二光束被引导向第一出射/反射面；和
第二彩色滤光器，形成于第二三棱镜的第四入射面上，用于反射从第二出射/反射面入射的第三光束并透射被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束，以使第一光束、第二光束和第三光束被引导向第二出射/反射面。
2.如权利要求1所述的发光单元，其中，所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元中的每个包括：
一个或多个光学模块，用于发射平行光，每个所述光学模块包括准直仪，所述准直仪具有反射面和位于反射面之内用于发射预定波长的光的光源。
3.如权利要求2所述的发光单元，其中，所述光源包括：
一个或多个发光二极管和一个或多个激光二极管之一。
4.如权利要求1所述的发光单元，其中，所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元中的每个包括：
光源，用于发射预定波长的光；和
微透镜，用于会聚从光源发射的光并将所述光变换为平行光。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发光单元，还包括：
校正棱镜，位于第二光源单元和第一三棱镜的第二入射面之间，用于折射并透射从第二光源单元发射的第二光束以校正第二光束的角度。
6.如权利要求5所述的发光单元，其中，所述校正棱镜包括：
第五入射面，面向第二光源单元，允许第二光束入射通过；和
出射面，相对于第五入射面倾斜，用于折射并透射被入射通过第五入射面的第二光束。
7.如权利要求1所述的发光单元，其中，从第二光源单元发射的第二光束不垂直于第一三棱镜的第二入射面。
8.一种发光单元，包括：
第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元，用于分别发射每个都具有不同波长的第一光束、第二光束和第三光束；和
彩色合成棱镜，包括：
第一三棱镜，具有分别用于接收第一光束和第二光束的第一入射面和第二入射面，并具有用于反射第一光束并在彼此相同的方向上输出接收的第一光束和第二光束的第一出射/反射面；和
第二三棱镜，具有用于接收第三光束的第三入射面和用于接收第一光束和第二光束的第四入射面，并具有用于反射第三光束并沿着共同的路径输出第一光束、第二光束和第三光束的第二出射/反射面，所述第四入射面面向第一出射/反射面并保留第一出射/反射面的一部分不被第二三棱镜所掩盖；
第一彩色滤光器，位于第一三棱镜的第二入射面上，用于反射第一光束并透射第二光束，从而将第一光束和第二光束引导向第一出射/反射面；和
第二彩色滤光器，位于第二三棱镜的第四入射面上，用于反射第三光束并透射第一光束和第二光束，从而将第一光束、第二光束和第三光束引导向第二出射/反射面。
9.如权利要求8所述的发光单元，其中，所述彩色合成棱镜包括：
校正棱镜，位于第二光源单元和第一三棱镜之间并与第一三棱镜间隔开，用于校正从第二光源单元发射的第二光束。
10.如权利要求8至9中任一项所述的发光单元，其中，所述第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元中的至少一个包括：
多个光源，彼此间隔开来；和
微透镜，具有对应于各个光源的多个透镜，所述多个透镜形成整体式单体。
11.一种投影型图像显示设备，包括：
发光单元，包括：
第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元，用于分别发射不同波段的第一光束、第二光束和第三光束；
第一三棱镜，包括：第一入射面，从第一光源单元发射的第一光束入射通过该第一入射面；第一出射/反射面，相对于第一入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第二入射面，由第一出射/反射面反射的第一光束以及从第二光源单元发射的第二光束入射到其上；
第二三棱镜，包括：第三入射面，从第三光源单元发射的第三光束入射通过该第三入射面；第二出射/反射面，相对于第三入射面倾斜，用于根据入射光的入射角度透射或反射该入射光；和第四入射面，面向第一出射/反射面并与第一三棱镜的第一出射/反射面间隔开预定的距离，并且允许由第二出射/反射面反射的第三光束以及被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束入射通过该第四入射面；
第一彩色滤光器，形成于第一三棱镜的第二入射面上，用于反射从第一出射/反射面入射的第一光束并透射第二光束，以使第一光束和第二光束被引导向第一出射/反射面；和
第二彩色滤光器，形成于第二三棱镜的第四入射面上，用于反射从第二出射/反射面入射的第三光束并透射被透射通过第一出射/反射面的第一光束和第二光束，以使第一光束、第二光束和第三光束被引导向第二出射/反射面；
成像装置，用于从由所述发光单元入射的第一光束、第二光束和第三光束创建对应于输入图像信号的图像；
屏幕；和
投影透镜单元，用于将由成像装置创建的图像放大并投影到所述屏幕上。
12.如权利要求11所述的投影型图像显示设备，还包括：
光学积分器，位于发光单元和成像装置之间，用于对从发光单元入射到光学积分器中的第一光束、第二光束和第三光束进行积分以输出均匀光。
13.如权利要求12所述的投影型图像显示设备，其中，所述光学积分器包括：
长方体玻璃杆，用于将从发光单元入射到其中的第一光束、第二光束和第三光束全反射。
14.如权利要求12所述的投影型图像显示设备，其中，所述光学积分器包括：
复眼透镜阵列，包括一个或多个透镜，所述透镜的每个具有彼此相邻的多个复眼形或圆柱形透镜胞。
15.如权利要求12至14中任一项所述的投影型图像显示设备，其中，所述成像装置包括：
反射型成像装置，用于选择性地反射从光学积分器发射的均匀光以创建所述图像；和
分束器，位于光学积分器和成像装置之间，用于改变入射光的路径以使从光学积分器入射的均匀光被引导向成像装置并且由成像装置创建的图像被引导向投影透镜单元。
16.如权利要求15所述的投影型图像显示设备，其中，所述反射型成像装置包括：
数字微镜装置，并且所述分束器包括完全内反射镜，所述完全内反射镜将从光学积分器入射的均匀光向着数字微镜装置全反射并透射由数字微镜装置创建的图像。
17.如权利要求15所述的投影型图像显示设备，还包括：
偏振转换单元，位于光学积分器和分束器之间，用于将均匀光的偏振方向转换为特定的偏振并将具有所述特定偏振的均匀光引导向分束器，
其中，所述反射型成像装置是反射型液晶显示装置，并且所述分束器是根据入射光的偏振方向透射或反射该入射光的偏振分束器。
18.如权利要求12至14中任一项所述的投影型图像显示设备，还包括：
偏振转换单元，位于光学积分器和成像装置之间，用于将均匀光的偏振方向转换为特定的偏振并将具有所述特定偏振的均匀光引导向成像装置，
其中，所述成像装置是透射型液晶显示装置，该透射型液晶显示装置选择性地透射从光学积分器发射的均匀光以创建图像。
19.如权利要求11至14中任一项所述的投影型图像显示设备，其中，所述发光单元还包括：
校正棱镜，位于第二光源单元和第一三棱镜的第二入射面之间，用于折射并透射从第二光源单元发射的第二光束以校正第二光束的角度。
20.如权利要求19所述的投影型图像显示设备，其中，所述校正棱镜包括：
第五入射面，面向第二光源单元并允许第二光束入射通过；和
出射面，相对于第五入射面倾斜，用于折射并透射被入射通过第五入射面的第二光束。
21.一种投影型图像显示设备，包括：
发光单元，包括：
第一光源单元、第二光源单元和第三光源单元，用于分别发射不同波长的第一光束、第二光束和第三光束；
第一三棱镜，具有分别用于接收第一光束和第二光束的第一入射面和第二入射面，并具有用于反射第一光束并在彼此相同的方向上输出接收的第一光束和第二光束的第一出射/反射面；和
第二三棱镜，具有用于接收第三光束的第三入射面和用于接收第一光束和第二光束的第四入射面，并具有用于反射第三光束并沿着共同的路径输出第一光束、第二光束和第三光束的第二出射/反射面，所述第四入射面面向第一出射/反射面并保留第一出射/反射面的一部分不被第二三棱镜所掩盖；
第一彩色滤光器，位于第一三棱镜的第二入射面上，用于反射第一光束并透射第二光束，从而将第一光束和第二光束引导向第一出射/反射面；和
第二彩色滤光器，位于第二三棱镜的第四入射面上，用于反射第三光束并透射第一光束和第二光束，从而将第一光束、第二光束和第三光束引导向第二出射/反射面；和
显示装置，用于显示与由第二三棱镜沿着预定的路径输出的光束对应的图像。
22.如权利要求21所述的投影型图像显示设备，其中，所述显示装置包括：
显示单元，用于形成与从第二三棱镜输出的光束对应的图像；
投影透镜单元，用于放大所述图像并将放大的图像投影；和
屏幕，用于显示投影的图像。
23.如权利要求22所述的投影型图像显示设备，其中，所述显示单元包括数字微镜装置、反射型液晶显示器或透射型液晶显示器之一。
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