CN100473894C - 照明系统及采用该照明系统的背光装置 - Google Patents

照明系统及采用该照明系统的背光装置 Download PDF

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Abstract

一种照明系统，其作为背光装置的光源，通过混合从发光二极管射出的三原色光而射出白光，所述照明系统包括：射出第一原色光的第一光源(22R)；射出第二原色光的第二光源(22G)；射出第三原色光的第三光源(22B)；用于折射分别在第一光源(22R)射出第一原色光、第二光源(22G)射出第二原色光以及第三光源(22B)射出第三原色光中包括的发散光以形成平行光的光学装置(23R、23G、23B)；以及用于通过根据各原色光的光学性质选择性地透射或反射经这些光学装置射出的第一原色光、第二原色光和第三原色光而使其混合并作为白光输出的三角棱镜(24、25)或分色棱镜(26)。

Description

照明系统及采用该照明系统的背光装置
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示器(LCD)的背光装置。具体地，本发明涉及一种用作背光装置光源的照明装置，以及采用该照明装置的背光装置。
背景技术
形成液晶显示器的背光装置的背光单元主要包括光源，以及引导从光源射出的光而使该光以面内光发射(in-plane light radiation)形式发射的光导板。将由所述光源射出的光自一横向表面引导到光导板板内，并使其通过面内发射从光导板的主表面之一射出，从而照明液晶显示板。通过面内光发射从光导板射出的照明光是透射通过设置到背光单元的光漫射片或透镜片的光，从而可在液晶显示板的整个表面上实现均匀的面内光发射。
采用例如荧光管或发光二极管(LED)等作为背光单元的光源。特别地，采用发光二极管作为安装到尺寸小、厚度薄的电子装备上的光源。例如，在大小为几英寸量级的安装在便携式小尺寸电子装置(如移动电话、PDA(个人数据助理)或数码相机)中的液晶显示板的背光装置内，采用芯片型白光发光二极管作为光源。
在用于照明大尺寸液晶显示板(如PC(个人电脑)或电视接收机的显示器)的背光光源中，采用磷光灯(如CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯))作为光源。
该CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯)的问题在于：在能耗或使用寿命方面比LED差，或是由于使用了密封于其中的气体水银而可能对全球环境造成不利影响。
因此，提出采用发光二极管作为照明大尺寸液晶显示器(如PC或电视接收机的显示器)的背光单元的光源。该背光光源必须产生白光。但是，用作照明小尺寸液晶显示板的背光单元的光源的白光发光二极管设计为通过涂覆在蓝光发光二极管上的磷光材料产生白光。该白光发光二极管的发光效率比CCFL的发光效率低大约1/6到1/10，因而难以用于大尺寸液晶显示器。
因此，还提出使用分别射出三原色光(即红光、绿光、蓝光)的发光二极管并混合从发光二极管射出的这些红光、绿光、蓝光而获得白光。通过使用三种发光二极管产生白光，可确保获得足够的亮度，同时发光效率方面的降低也可低于前述白光发光二极管。
参照图19，现说明采用分别射出红光、绿光、蓝光的发光二极管111R、111G和111B作为光源的背光单元110，其构造用于以面内发射方式照明透射型液晶显示板120。特别指出，在不需区分发光二极管111R、111G和111B的情况下，将其统称为发光二极管111。
背光单元110包括：作为光源的发光二极管111R、111G和111B，引导由光源射出的光的光导板112，光漫射片113，第一透镜片114和第二透镜片115。所述光漫射片与第一和第二透镜片以所述顺序依次层叠在光导板112的光发射面上。
在图19中，每种发光二极管111R、111G和111B只示出一个。但是，实际上设置与液晶显示板120尺寸匹配的用于面内发光和照明的多组发光二极管。
作为背光单元110的光源，发光二极管111R、111G和111B分别射出红光Lr、绿光Lg和蓝光Lb。分别由发光二极管111R、111G和111B射出的红光Lr、绿光Lg和蓝光Lb通过经由光导光路部116和反射光路部117而自发地色彩混合，然后以白光形式射在光导板112上。光导光路部116和反射光路部117用于为由发光二极管111R、111G和111B分别射出的红光Lr、绿光Lg和蓝光Lb设置必要空间，以便所述光通过自发的色彩混合而混色。
图20示出沿图19所示的A-A线截取的剖视图。参照图20，通过适当设置光导光路部116的宽度和/或反射光路部117的半径，限定了红光Lr、绿光Lg和蓝光Lb通过自发的色彩混合而混色所需的必要空间。光导光路部116和反射光路部117由折射率足以实现入射光有效地引导到光导板112的材料形成。
入射在光导板112上的白光在光导板112内发生全反射而被引导通过光导板112。在光导板112的光反射面112b上形成棱镜图案和/或点图案，以便有效地入射光的前进方向改变到朝向内部光发射面112c的方向。以小于临界入射角的入射角入射在内部光发射面112c上的光通过这些图案从内光发射面112c射出。
从内部光发射面112c射出的光存在面内光体积分布变化显著的问题。因此，使这些光入射到光漫射片113上，从而均化面内光体积分布。从光漫射片113射出的光入射在第一透镜片114和第二透镜片115上，从而被偏转而在与内部光发射面112c的法线方向对应的方向上前进。
通过使从光导板112的内部光发射面112c射出并穿过光漫射片113的光通过第一透镜片114和第二透镜片115，可有效提高背光单元110的前侧亮度。
同时，在JP实用新型公开平7-36347和JP专利申请Kohyo 2002-540458中都分别描述了具有作为光源射出红光、绿光、蓝光的发光二极管，并且与参照图19和20说明的背光单元110所不同的一种背光装置。
在图19和20所示的背光单元110中，以增加光导板112的厚度的方式设置光导光路部116和反射光路部117，从而使从发光二极管111射出的红、绿、蓝色光的自发的色彩混合。
这样，如果将所述背光单元110安装到液晶显示板120而形成液晶显示器，该显示器的厚度会显著提高。
如果照明装置使用射出三原色光(即红光、绿光和蓝光)的发光二极管作为照明大尺寸液晶显示板的背光单元的光源并且三色混合在一起形成白光，则必须随着液晶显示板尺寸的增加，提高所使用的照明装置的数量，以设置所需亮度。因此，需要降低每个照明装置的成本并提高光利用效率。
因而，需要采用廉价且特性存在变化的发光二极管来代替昂贵的发光二极管。但是，如果使用这种廉价的发光二极管，则不可能用现有技术的照明装置产生高色纯度的白光。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可解决常规技术的上述问题的新型的照明装置，以及一种采用该照明装置的背光装置。
本发明的另一个目的是提供一种用作背光装置光源的新型的照明装置以及一种使用该照明装置实现薄的显示器厚度的背光装置，该照明装置采用分别射出红光、绿光、蓝光的廉价而高效率的发光二极管，通过色彩混合射出高色纯度的白光。
本发明提供一种照明装置，包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射在从第一光源发射的第一原色光，从第二光源发射的第二原色光中以及在从第三光源发射的第三原色光中所包括的发散光以准直所述发散光的光学装置；以及用于通过根据各原色光的光学性质选择性的透射和反射而色彩混合从所述光学装置发射的第一原色光、第二原色光以及第三原色光以形成白光的色彩混合装置。
本发明还提供一种照明装置，包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；具有用于反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；具有用于反射经由第二透镜发射的第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；以及具有成字母X的构形彼此交叉布置的第一波长选择透射/反射面和第二波长选择透射/反射面的分色棱镜。第一波长选择透射/反射面透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射被第一三角棱镜的第一光反射面反射的第一原色光，而第二波长选择透射/反射面透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射被第二三角棱镜的第二光反射面反射的第二原色光。分色棱镜混合第一到第三原色光而形成白光，并发射由此形成的白光。分色棱镜、第一三角棱镜和第二三角棱镜在夹有空气层的状态下彼此接近地布置。
本发明还提供一种照明装置，包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于发射第三原色光的第四光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；用于折射从第四光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第四透镜；具有第一光反射面以反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一三角棱镜；具有第二光反射面以反射经由第二透镜发射的第二原色光的第二三角棱镜；以及包括第一透射/反射面和第二透射/反射面的第一分束棱镜。第一透射/反射面反射被第一光反射面反射的第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在垂直于第一偏振面的第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第三透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第二透射/反射面透射第一原色光，反射第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第三透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第一和第二透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉。该照明装置还包括具有第三透射/反射面和第四透射/反射面的第二分束棱镜。第三透射/反射面反射被第二光反射面反射的第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第四透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第四透射/反射面透射第二原色光，反射第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第四透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第三和第四透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉。该照明装置还包括布置在第一分束棱镜与第二分束棱镜之间的波片，用于将透射通过第一透射/反射面的第一原色光在第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在第一偏振面内偏振的线偏振光，并用于将透射通过第三透射/反射面的第二原色光在第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在第一偏振面内偏振的线偏振光。
第一分束棱镜与第一三角棱镜通过空气层彼此靠近布置，同时第二分束棱镜与第二三角棱镜通过空气层彼此靠近布置，而第一分束棱镜与第二三角棱镜通过波片和空气层彼此靠近布置。第一分束棱镜将第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与第三原色光在第一偏振面和第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。第二分束棱镜将第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与第三原色光在第一偏振面和第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。
本发明还提供一种照明装置，包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；具有光反射面以反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一反射片；具有第一波长选择透射/反射面以透射被第一反射片的光反射面反射的第一原色光并反射通过第二透镜发射的第二原色光的第一分束片；以及具有第二波长选择透射/反射面以透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射经由第一分束片发射的第一原色和第二原色光的第二分束片。第二分束片混合第一、第二和第三色光形成白光；该照明装置还包括具有角度选择透射/反射面的光学片，其根据入射角反射以不小于预定入射角入射的光并透射以小于预定入射角入射的光。光学片布置在第二分束片的下游且横跨由第三透镜和第二分束片形成的光轴，并用于发射由第二分束片色彩混合而得到的白光。
本发明还提供一种背光装置，包括光导板，用于引导从其光入射面入射的光而在作为光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，所述光导板具有通过面内发射从光发射面发射光的光导面，其中该背光装置包括以预定间距设置在光导板的光入射面侧的多个照明装置。每个照明装置包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射在从第一光源发射的第一原色光，从第二光源发射的第二原色光中以及在从第三光源发射的第三原色光中所包括的发散光以准直发散光的光学装置；以及用于通过根据各原色光的光学性质选择性的透射和反射而色彩混合从光学装置发射的第一原色光、第二原色光以及第三原色光并发射成为白光的混合光的色彩混合装置。
本发明还提供一种背光装置，包括光导板，用于引导从其光入射面入射的光而在作为光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，光导面通过面内发射从光发射面发射光，其中该背光装置包括以预定间距设置在光导板的光入射面侧的多个照明装置。每个照明装置包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；具有用于反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；具有用于反射经由第二透镜发射的第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；以及分色棱镜，具有成字母X的构形彼此交叉布置的第一波长选择透射/反射面和第二波长选择透射/反射面。第一波长选择透射/反射面透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射被第一三角棱镜的第一光反射面反射的第一原色光，而第二波长选择透射/反射面透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射被第二三角棱镜的第二光反射面反射的第二原色光。分色棱镜混合第一到第三原色光形成白光，并发射由此形成的白光。分色棱镜、第一三角棱镜和第二三角棱镜在夹有空气层的状态下彼此接近地布置。
本发明还提供一种背光装置，包括光导板，用于引导从其光入射面入射的光而在作为光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，光导板通过面内发射从光发射面发射光，其中该背光装置包括以预定间距设置在光导板的光入射面侧的多个照明装置。每个照明装置包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于发射所述第三原色光的第四光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；用于折射从第四光源发射的第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第四透镜；具有第一光反射面以反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一三角棱镜；具有第二光反射面以反射经由第二透镜发射的第二原色光的第二三角棱镜；以及包括第一透射/反射面和第二透射/反射面的第一分束棱镜。第一透射/反射面反射被第一光反射面反射的第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在垂直于第一偏振面的第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第三透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第二透射/反射面透射第一原色光，反射第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第三透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第一和第二透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉。该照明装置还包括具有第三透射/反射面和第四透射/反射面的第二分束棱镜。第三透射/反射面反射被第二光反射面反射的第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第四透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第四透射/反射面透射第二原色光，反射第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由第四透镜发射的第三原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光以及在第二偏振面内偏振的线偏振光。第三和第四透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉。该照明装置还包括布置在第一分束棱镜与第二分束棱镜之间的波片，用于将透射通过第一透射/反射面的第一原色光在第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在第一偏振面内偏振的线偏振光，并用于将透射通过第三透射/反射面的第二原色光在第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在第一偏振面内偏振的线偏振光。第一分束棱镜与第一三角棱镜通过空气层彼此靠近布置，第二分束棱镜与第二三角棱镜通过空气层彼此靠近布置，而第一分束棱镜与第二三角棱镜通过波片和空气层彼此靠近布置。第一分束棱镜将第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与第三原色光在第一偏振面和第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。第二分束棱镜将第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与第三原色光在第一偏振面和第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。
本发明还提供一种背光装置，包括光导板，用于引导从其光入射面入射的光而在作为光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，光导面通过面内发射从光发射面发射光，其中该背光装置包括以预定间距设置在光导板的光入射面侧的多个照明装置。每个照明装置包括：用于发射第一原色光的第一光源；用于发射第二原色光的第二光源；用于发射第三原色光的第三光源；用于折射从第一光源发射的第一原色光中包括的发散光的第一透镜；用于折射从第二光源发射的第二原色光中包括的发散光的第二透镜；用于折射从第三光源发射的第三原色光中包括的发散光的第三透镜；具有光反射面以反射经由第一透镜发射的第一原色光的第一反射片；具有第一波长选择透射/反射面以透射被第一反射片的光反射面反射的第一原色光并反射通过第二透镜发射的第二原色光的第一分束片；具有第二波长选择透射/反射面以透射经由第三透镜发射的第三原色光并反射经由第一分束片发射的第一和第二原色光的第二分束片，第二分束片混合第一、第二和第三原色光形成白光；以及具有角度选择透射/反射面的光学片，该光学片反射以不小于预定入射角入射的光并透射以小于预定入射角入射的光。该光学片布置在第二分束片的后方且横跨由第三透镜和第二分束片形成的光轴。光学片发射由第二分束片色彩混合而得到的白光。
根据本发明，通过混合由光源射出的三原色光而获得白光，可在液晶显示板上以面内光发射方式射出高纯度的白光。
另外，根据本发明，趋于发散地从光源射出的三原色光被准直，可抑制否则可因在光混合前的阶段引导光通过色彩混合装置中造成的光分量的损失，从而提高光源产生的光的利用效率。
另外，色彩混合装置通过根据三原色光的光学性质选择性地透射和反射光而将三原色光混合在一起产生白光。因此，即使使用特性存在变化的廉价的光源，如廉价的发光二极管时，也可提高通过色彩混合获得的白光的色纯度。
例如，如果分色棱镜、分束棱镜或分束片用作色彩混合装置且通过在这些光学元件上形成的薄膜进行透射和反射，可通过改变所要形成的膜厚或薄膜材料类型控制光透射或光反射的条件，从而确保方便提高色纯度的调整。
通过采用适于将从色彩混合装置发射的白光的全部引导到光导板的光发射面的光学元件，即使与色彩混合装置的光发射面相比显著减少光导板的光入射面的厚度，也不会降低光利用效率。
如果使用本发明的背光装置照射设有滤色器的液晶显示板，可重现CIE色品图内NTSC(全国电视系统委员会)系统的色度范围的大约100到120％。因此，可处理色域比NTSC更广的sYCC的色彩重现范围。
本发明的其它目的和特定优势可通过其优选实施例的以下参照附图进行的说明而显见。
附图说明
图1是从光发射面侧观察的本发明的背光单元的前视图。
图2是从光发射面侧观察的形成所述背光单元的图1的光导板的剖视图。
图3是示出安装有照明装置的背光单元的前侧视图。
图4是示出安装有具有菲涅耳透镜的照明装置的背光单元的前侧视图。
图5A是示出设置到增加光学元件的照明装置的背光单元的前侧视图，图5B是沿图5A的B-B线的剖视图。
图6是示出增加光学元件的照明装置的侧视图。
图7A是示出一示例背光单元的主要部分的前侧视图，其中增加到照明装置的光学元件由一反射镜形成。图7B是沿图7A的B-B线的剖视图，图7C是示出反射镜位置不同的背光单元的剖视图。
图8A是示出设置到照明装置的另一示例背光单元的主要部分的前侧视图，增加了光学元件，图8B是沿图8A的B-B线的剖视图。
图9是示出设置到照明装置的增加光学元件的背光单元的前侧视图，从光发射面侧观察该背光单元。
图10是示出在光导板的光入射面上形成的光漫射区域与光反射区域。
图11是示出光导板的光入射面上形成的光漫射区域漫射光的剖视图。
图12是示出在光导板的一侧安装有照明装置的背光单元的前侧视图，从光发射面侧观察背光单元。
图13示出在光导板的每个相对横向侧部安装有照明装置的背光单元的前侧视图。
图14是示出采用两个发射绿光的光源的照明装置的前侧视图。
图15是示出将菲涅耳透镜增加到聚光透镜的照明装置的前侧视图。
图16是示出使用波长选择透射/反射片的照明装置的前侧视图。
图17是示出使用波长选择透射/反射片并且将菲涅耳透镜增加到聚光透镜的照明装置的前侧视图。
图18是示出另一个使用波长选择透射/反射片的照明装置的前侧视图。
图19是示出常规的背光单元的分解透视图。
图20是示出常规的背光单元的剖视图。
具体实施方式
现将参照附图详细描述根据本发明的照明装置和背光装置。
首先，说明作为本发明实施例的构成背光装置的背光单元。
参照图1，背光单元30至少包括光导板10、光源单元20A和光源单元20B。背光单元30形成照明大图像尺寸的透射型液晶显示板(例如17英寸的透射型液晶显示板)的背光单元。
如图1所示，光导板10是透明板，具有例如9:16的高宽比，以及沿垂直于图纸平面方向的预定厚度。与17英寸的液晶显示板一致，光导板10的尺寸也为例如17英寸。
应注意光导板10的尺寸由采用光导板10的背光单元30照明的液晶显示板的尺寸决定，而本发明不局限于文中为说明而给出的特定尺寸。
构成光导板10的材料可由体现光透射特性的热塑树脂，如异丁烯树脂、苯乙烯树脂或聚碳酸酯树脂，以及丙烯酸树脂形成。光导板10最好由具有高光透射性的合成树脂(例如丙烯酸酯树脂)形成，并通过注塑成型该合成树脂材料而制备。光导板10引导从光入射面11A和11B入射的光以将该被引导的光从在它的一个主表面上形成的光发射面12出射。
在与具有前述光发射面12的主表面相对的光导板10的主表面上形成的光反射面13形成有例如棱镜图案或点图案等形式的刻痕，以有效地将光导板10内引导的光的方向转换到朝向光发射面12的向上的方向，不过为简化起见，未示出这些刻痕。通过所述棱镜图案或点图案，入射在光导板10上的光均匀地从光发射面12射出，使得光导板10以面内发射方式发射光。
参照图1，背光单元30设置有与光导板10的两个纵向侧边上形成的光入射面11A、11B相对的光源单元20A、20B。每个光源单元21A、20B都各自设置有多个照明装置21A1-21A12以及21B1-21B12。这些照明装置以预定间距沿光导板10的纵向方向布置。
在下文中，在无需区分分别构成光源20A、20B的照明装置21A1-21A12以及21B1-21B12的情况下，则将它们统称为照明装置。
光源单元20A的照明装置21A1-21A12与光源单元20B的照明装置21B1-21B12都是同样的结构，每个都设置有射出三原色(即红、绿、蓝色光)的发光二极管以及用于混合从这些发光二极管射出的红光、绿光、蓝光以形成白光的色彩混合装置。下面将描述照明装置21的详细结构。
由照明装置21A、21B的色彩混合而获得的白光从光导板10的光入射面11A、11B入射在光导板10上，并且在该光导板10内全反射而被引导。由此被引导的光的前进方向通过形成在光反射面13上的棱镜图案或点图案被改变为向上的方向，从而从光发射面12发射。
图2示出沿图1的A-A线截取的光导板10的剖视图。图1中未示出的反射片15粘接到光导板10的光反射面13，如图2所示。在光导板的与它的光反射面13相对的光发射面12上，依次层叠光漫射片16、第一透镜片17和第二透镜片18，如图2所示。
反射片15反射光，所述光在光导板10板内全反射而被引导，或者该光可从光反射面13逸出到光导板10外部而再次返回光导板10板内。这抑制了可能因从光导板10逸到外部而损失的光分量。
光漫射片16漫射从光导板10的光发射面12发射的光，以形成均匀的光。第一透镜片17和第二透镜片18用于向光导板10的前侧面会聚从光漫射片16发射的光。
背光单元30能够通过布置在光导板10上的反射片15、光漫射片16、第一透镜片17和第二透镜片18获得足够的前侧亮度。
现说明照明装置21的结构。照明装置21采用分色棱镜，所述分色棱镜具有两个可根据波长差异选择性地透射和反射光的波长选择透射/反射面，用作用于混合从各个发光二极管射出的红光、绿光、蓝光而形成白光的色彩混合装置。
可采用多种照明装置作为构成用于根据本发明的背光单元30的光源单元20A、20B的照明装置。以下说明可用做本发明的照明装置的几个例子。
作为这种照明装置之一，现说明照明装置21。参照图3，照明装置21包括：发光二极管22R、22G和22B，布置在发光二极管22R、22G和22B的发光表面侧上的聚光透镜23R、23G和23B，三角棱镜24、25以及分色棱镜26。三角棱镜24、25分别布置在聚光透镜23R和23B的光发射面侧上，而分色棱镜26布置在聚光透镜23G的光发射面侧上。
在下文中，在不必区分发光二极管22R、22G和22B以及聚光透镜23R、23G和23B的情况下，它们将分别被统称为发光二极管22和聚光透镜23。
分色棱镜26与三角棱镜24、25布置为有空气层Air插入，以防止它们彼此接触。尽管在图3中以夸大的比例示出空气层Air，实际上它是测微(micrometric)量级的一层，以将被引导光的损失限制为最小值。空气层Air可通过在三角棱镜24与分色棱镜26之间以及三角棱镜25与分色棱镜26之间放置塑料珠而形成，每个塑料珠的直径为0.5μm量级。
三角棱镜24、25与分色棱镜26用作色彩混合装置，聚光透镜23向该色彩混合装置提供由发光二极管22射出的光，然后该色彩混合装置混合所述光产生白光。
发光二极管22R、22G和22B射出波长范围分别为红光、绿光和蓝光的光。只要满足上述要求，可使用任何合适的可用作发光二极管22R、22G和22B的发光二极管。例如，可使用指定所射出光的方向性样式的高穹(High-Dome)型形状，低穹(Low-Dome)型形状或扁平(Flat)型形状的发光二极管。
作为例子，用于照明装置21的发光二极管22R、22G和22B的设计参数如下所示：
发光二极管22R：红色(所发光颜色)，625nm(中心波长)，高穹型(形状)及1W(功耗)
发光二极管22G：绿色(所发光颜色)，530nm(中心波长)，高穹型(形状)及3W(功耗)
发光二极管22B：品蓝色(所发光颜色)，455nm(中心波长)，高穹型(形状)及3W(功耗)
聚光透镜23R、23G和23B分别会聚从发光二极管22R、22G和22B射出的红光、绿光、蓝光，并使光分别入射到三角棱镜24、分色棱镜26上以及三角棱镜25上。由于分别从发光二极管22R、22G和22B射出的红光、绿光、蓝光是具有使光放射性发散的方向性的发散光，因此聚光透镜23R、23C和23B折射光而形成准直光。实际上，占光总量的百分之几的一定量的光未被完全准直而是以适度发散趋势的光的形式从聚光透镜23R、23G和23B发射。
通过聚光透镜23准直由发光二极管22射出发散光，可在混合前阶段抑制否则会从位于下游的三角棱镜24、25和分色棱镜26散射的光从各个棱镜散射，在所述棱镜中，混合在一起形成的白光被引导通过各个棱镜。因此提高由发光二极管22发射的光的利用效率。
聚光透镜23是球面或非球面透镜，并可由光学玻璃如BK-7(SCHOTT制造的产品的商品名)，NBFD13(HOYA制造的产品的商品名)或SF11(SCHOTT制造的产品的商品名)形成。
聚光透镜23的表面可用减反射膜(AR涂覆膜)涂覆，以降低自透镜表面的反射，从而提高透射率。例如聚光透镜23可用MgF2制成的单层减反射涂覆膜涂覆，或用多层电介质膜多层涂覆其表面。
在聚光透镜23R、23G和23B的光入射面侧上，可设置菲涅耳透镜27R、27G和27B，作为光入射面的透镜，如图4所示。如果不需区分各菲涅耳透镜，则将它们统称为菲涅耳透镜27。
菲涅耳透镜27由以多个环形台阶形式形成的多个同心成形的棱镜构成，并通过丙烯酸树脂注塑成型制备。通过在聚光透镜23前的阶段中布置菲涅耳透镜27，可有效表现聚光透镜23的功能，即折射发散光以形成准直光的功能。
通过在聚光透镜23前的阶段中布置菲涅耳透镜27，如图4所示，聚光透镜23能在不依赖聚光透镜23是球面透镜还是非球面透镜的情况下准直发散光。如果聚光透镜23是非球面透镜，又使用菲涅耳透镜27，发散光可更有效地转化成准直光。
如果以与聚光透镜23组合的方式使用菲涅耳透镜27，可由廉价的聚碳酸酯树脂代替昂贵的光学玻璃来形成聚光透镜23。如果，以与聚光透镜23组合的方式使用菲涅耳透镜27时，聚光透镜23由聚碳酸酯树脂形成，可获得与只使用由光学玻璃形成的聚光透镜23的情况等效的良好效果。
也可用与设置到聚光透镜23的相同的减反射膜(AR涂覆膜)涂覆菲涅耳透镜27，以降低透镜表面的反射并提高透射率。
也可以以带有菲涅耳透镜27的透镜的形式形成聚光透镜23，使菲涅耳透镜形成聚光透镜23的光入射面。菲涅耳透镜27的菲涅耳表面也可为球面形或非球面形的。
再次参见图3，说明照明装置21的结构。三角棱镜24、25都是直角棱镜，底部形状为直角等边三角形，并分别设置在聚光透镜23R和23B的光发射面侧。分别在三角棱镜24和25的斜面24b和25b上形成反射膜，用于反射或全反射从光入射面24a和25a入射的光以将由此被反射的光分别引导到光发射面24c和25c。
例如，可将铝或银汽相淀积在斜面24b和25b上，以形成反射膜。如果将银汽相淀积在斜面24b和25b上，则汽相淀积一保护膜(如SiO2膜)，以防止汽相淀积的银层的氧化。
分色棱镜26是立方形棱镜，设置在聚光透镜23G的光发射面侧上。
分色棱镜26包括第一波长选择透射/反射面28和第二波长选择透射/反射面29。第一波长选择透射/反射面透射波长不高于由发光二极管22G射出的绿光的可见光并反射其它波长范围的可见光，即由发光二极管22R射出的红光，而第二波长选择透射/反射面透射波长高于绿光的可见光并反射其它波长范围的可见光，即由发光二极管22B射出的蓝光。第一波长选择透射/反射面与第二波长选择透射/反射面布置成成字母X的形式彼此交叉。
分色棱镜26的第一和第二波长选择透射/反射面是由薄膜形成方法(如真空淀积方法或溅射方法)形成的多层电介质膜。因此，可通过根据例如所使用的各个发光二极管22的特性，以不同材料类型或膜厚形成多层电介质膜，从而自由控制光透射与光反射的波长范围(即，截止波长范围)。
例如，由于与所使用的发光二极管相关的特性上的差异，由发光二极管22R射出的红光的波长范围与由发光二极管22G射出的绿光的波长范围部分重叠。重叠的波长范围内的光呈现人眼可察的既非红色调又非绿色调的色调。绿光与蓝光也同样如此，有类似的重叠的波长范围。
如果红光、绿光、蓝光混合在一起形成白光，从液晶显示板的滤色器发射的光的色纯度会降低。所述重叠的波长范围可被滤除，以显著提高色纯度，尽管亮度会略有降低。
可设计各个发光二极管22的发光特性，使其各自色彩的波长范围不互相重叠。但是，这必然显著提高成本。利用其中可通过调整构成分色棱镜26的第一波长选择透射/反射面28和第二波长选择透射/反射面29的多层电介质膜来控制色纯度的照明装置21，可使用廉价的、特性存在变化的发光二极管作为发光二极管22。
分色棱镜26还可用减反射膜(AR涂覆膜)(如电介质多层涂覆膜)涂覆它的表面，以降低反射并提高透射率。
利用该分色棱镜26，由发光二极管22G射出，并经由聚光透镜23G入射在分色棱镜上的绿光透射通过第一和第二波长选择透射/反射面28和29。
此外，利用该分色棱镜26，由发光二极管22R射出，并经由聚光透镜23R和三角棱镜24入射在分色棱镜上的红光被第一波长选择透射/反射面28反射。
另外，分色棱镜26通过第二波长选择透射/反射面29反射由发光二极管22B射出并经由聚光透镜23B和三角棱镜25入射在分色棱镜上的蓝光，产生由绿、红和蓝光混合而成的白光，并发射由此产生的白光。
现说明其间有空气层Air插入以防止彼此紧密接触的分色棱镜26和三角棱镜24、25。由于三角棱镜24与分色棱镜26之间设置空气层Air与在三角棱镜25与分色棱镜26之间设置空气层Air的效果完全可看作一样，所以以下只对三角棱镜24和分色棱镜26进行描述。
首先，说明三角棱镜24与分色棱镜26布置为密切接触的状态下的情况。在这种情况中，以不小于临界角的角度入射在光发射面24c上的光分量在不被光发射面24c全反射的情况下从中透射，从而从分色棱镜26的光入射面26b进入分色棱镜26。由于该光分量入射在分色棱镜26上且保持了它的不小于临界角的入射角，因此该光分量没有入射在第一波长选择透射/反射面28上，而作为红光从光发射面26d发射，如此降低了光利用效率。
因此，如果三角棱镜24与分色棱镜26设置有空气层Air的插入，如上所述，从聚光透镜23R发射的红光是完全准直光，入射在三角棱镜24的光入射面24a上的光在斜面24b上全反射并以垂直于光发射面24c的方向发射，从而入射到分色棱镜26的第一波长选择透射/反射面28上。
如果从聚光透镜23R发射的红光不是完全准直光而是有略趋发散地入射在三角棱镜24的光入射面24a上，则红光反复地全反射和反射，直至它从光发射面24c发射。此时入射在光发射面24c上的光中，以超过临界角的角度入射的分量在光发射面24c上全反射并被斜面24b反射。被斜面24b反射的光入射到分色棱镜26的光入射面26b上，并在没有入射到第一波长选择透射/反射面28上的情况下入射，以与从光发射面26d发射的白光混合。因此，与分色棱镜26和三角棱镜24彼此紧密接触的情况不同，可在不影响光利用效率的情况下产生白光。
同时，在减小液晶显示器的厚度的技术趋势下，提出了减少背光单元30的厚度(即，光导板10的厚度)的要求。
但是，由光源单元20A和20B形成的照明装置21的尺寸由发光二极管22的形状大致决定，用于发射色彩混合而得到的白光的发射开口的尺寸至少等于分色棱镜26的光发射面26d的面积是必需的。由此，如果光导板10的厚度适合光发射面26d的形状，光导板10的厚度就不可能减少。如果减少光导板10厚度，白光会因为形状不一致而从光发射面26d漏出，由此显著降低光利用效率。
参照图5A和5B，照明装置21在它与光导板10之间设置有光学元件31，作为用于将分色棱镜26的光发射面26d的形状与光导板10的厚度匹配的适配器。
图5A示出光导板10的光发射面12的前侧视图，图5B示出沿图5A的B-B线的剖视图。光学元件31具有与分色棱镜26的光发射面26d同外延的光入射面31a。光学元件31具有一矩形的光发射面31b，其形式为一边宽度W等于图5A所示的分色棱镜26的横向宽度W，对边宽度(厚度)d等于图5B所示光导板10的厚度d。
即，根据光导板10的厚度，光学元件31的光发射面31b的面积小于光入射面的面积，且光学元件31大体上为梯形，从光入射面31a以预定角度逐渐变窄。
参照图6，从分色棱镜26的光发射面26d发射的白光，入射到光学元件31的光入射面31a上，并且在光学元件31的成角度的光反射面31c、31d上全反射而被引导，直到经光发射面31b入射在光导板10的光入射面11B和11A上。
由此，被光学元件31的光反射面31c、31d全反射并从光发射面31b发射的白光，以相对光导板10的垂直方向的小角度入射在光导板10的光入射面11A、11B上。
入射在光导板10上的白光，以在光导板10板内全反射的方式被引导。由此被引导的光转向，使得现在光经由在光导板10的光反射面13上形成的棱镜图案和/或点图案向上传播到光发射面12，如前所述。此时，完全平行于光导板10的光导方向的光分量被引导通过光导板10，而不在其内全反射。这些光分量没有入射在光反射面13上，即，没有入射在点图案上或棱镜图案上，因而不向上转向到光发射面12。因此，这些光分量会造成从光导板10的光发射面12发射的光的前表面亮度降低。
如此，使用以全反射方式引导从分色棱镜26发射的白光并使由此反射的白光入射在光导板10上的光学元件31，以便减少完全平行于光导板10的光导方向的光分量，从而提高前侧亮度。
可使用光学玻璃、白板玻璃或丙烯酸树脂作为光学元件31的材料，控制其折射率，使得从分色棱镜26发射并入射到所述光学元件上的白光将发生全反射。
对于照明装置21，如图7A和7B所示，由两个反射镜32A、32B构成的光学元件32可用于代替光学元件31。该反射镜32A、32B都是由例如白玻璃板构成的板形基板形成，所述板形基板的一个表面用反射膜涂覆。带有该反射膜的反射镜的表面用作反射面32a、32b。形成反射面32a、32b的反射膜由汽相淀积铝或银形成。如果反射膜由银汽相淀积形成，在反射膜上由汽相淀积形成例如SiO2等保护膜，以防止反射膜的氧化。反射膜32a、32b也可由将淀积在卷纸片上的铝或银膜粘接到由例如白玻璃板形成的基板上而形成。如果使用其上有铝或银膜的卷纸片，由于卷纸片可一次粘接到大面积上，因此，可大量生产反射镜32A、32B。
反射镜32A、32B设置成使得它们的反射面32a、32b倾斜的角度与光学元件31的光反射面31c、31d的角度相同。光学元件32以反射或全反射方式向光导板10引导从分色棱镜26发射的白光。另外，光学元件32起与光学元件31相同的作用，因此省略对它的详细说明。
在照明装置21中，可使用如图7A和7B所示的两个反射镜33A、33B形成光学元件33，其中的一个反射镜，即，反射镜33B布置为它的反射面33b平行于光导板10的光导方向，而另一个反射镜，即，反射镜33A布置在倾斜位置，如图7C所示。在这种情况中，反射镜33A倾斜，使得它在分色棱镜26一侧与相对的反射镜33B隔开与光发射面26d的宽度相等的距离，而在光导板10一侧与反射镜33B隔开与光导板10的厚度d相等的距离。图7C所示的光学元件33具有与图7A和7B所示的光学元件31、32相同的功能。因此，参考对图7A和7B所示的光学元件31、32的说明，省略详细说明。
照明装置21可设置有光学元件34，如图8A和8B所示，替代先前参照图5和6说明的光学元件31。该光学元件34由同样形状的一对第一和第二光学元件35、36组合而成，如图8B所示。
第一和第二光学元件35、36的近端分别设置有光入射面35a、36a。从分色棱镜26的光发射面26d射出的白光入射在该光入射面上。光入射面35a、36a的组合形状与分色棱镜26的光发射面26d的形状一致。根据光导板10的厚度，设置到第一和第二光学元件35、36的远端的光发射面35b、36b的面积被选择为小于光入射面35a、36a的面积。为实现远端和近端的形状，第一和第二光学元件35、36的剖面为梯形，即，剖面从光入射面35a和36a朝光发射面35b和36b逐渐变窄。
从分色棱镜26的光发射面26d发射的白光从光入射面35a和36a入射在第一和第二光学元件35和36上，在光反射面35c和35d上以及在光反射面36c和36d上全反射而被引导，直到光从光入射面35a和36a入射在光导板10的光入射面11A、11B。
由于这里所使用的光学元件34由两个光学元件，即第一和第二光学元件35和36构成，与前述单片光学元件31的情况相比，以预定角度入射在光导板10上入射到形成于光反射面13上的点图案和/或棱镜图案上的光分量显著提高。因此，完全平行于光导板10的光导方向的光分量可更有效地减少，从而显著增加前侧亮度。
具有光学元件31、32、33或34的照明装置21面向光导板10的光入射面11A、11B，如图9所示。安装布置在光入射面11A一侧的各照明装置21，以及布置在光入射面11B一侧的各照明装置21，使得其白光发射面彼此对准，且光导板10在其间。布置在光入射面11A、11B的多个照明装置21分别沿光入射面11A、11B彼此以预定间距并置，从而分别构成光源单元20A、20B。布置在光入射面11A、11B的各照明装置21发射通过色彩混合从各个发光二极管发射的红光、绿光、蓝光而获得的白光。
同时，在光导板10的光入射面11A和11B上可粘接光学片(如光漫射片或棱镜片)，以均衡在面内光发射状态下从光导板10的光发射面12发射的白光的亮度分布。
图10示出通过在光导板10的光入射面11A、11B上粘接光学片(如光漫射片或棱镜片)形成的光漫射区域5的状态，其中光源单元20A、20B由先前参照图5和6所述的设置有光学元件31的照明装置21形成。通过将光学片粘贴到光导板10的光入射面11A、11B的与构成光学装置21的光学元件31的光发射面31b接触的区域，形成光漫射区域5。因此，每个光漫射区域5的横向宽度W等于光学元件31的横向宽度W。
参照图11，通过以层叠方式依次将光漫射片5a、第一棱镜片5b和第二棱镜片5c粘接到光导板10的光入射面11A、11B，形成每个光漫射区域5。因此，当从光学元件31的光反射面31d发射的白光入射在光漫射区域5上时，光漫射区域5使光横跨光导板10随机地漫射，从而导入光导板10板内。
如果在光导板10内缺少前述光漫射区域5，从光学元件31的光反射面31d发射的光不易沿光导板10的横向方向漫射，由此光不能在均匀的面内光发射状态下发射，并可存在显而易见的亮度分布问题。即，从光发射面12发射的光存在亮度变化，例如，斑纹亮度变化，其中所发射的光呈现局部亮区域和局部暗区域。
通过设置带有光漫射区域5的光导板10，可沿光导板10的整个横向区域漫射光，以抑制上述的问题。
同时，光漫射区域5由光漫射片5a、第一棱镜片5b和第二棱镜片5c依次层叠而成。但是，本发明并不限于该光学片的组合，例如，在实现上述光漫射效应的情况下，上述任何一种光学片可由自身形成，或多个这种光学片可形成在一起。
可使用能够提高亮度的如BEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)，RBEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)或DBEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)这样的膜，作为用于形成光漫射区域5的第一棱镜片5b和第二棱镜片5c。
参照图10，在光导板10的光入射面11A和11B的没有设置光漫射区域5的区域内形成反射区域6。该反射区域6通过粘贴其上汽相淀积铝或银的反射片形成。
如果在光导板10上不设反射区域6，从光入射面11A入射却被引导到相对侧的光入射面11B的白光会泄露，而不是从光发射面12射出。
反射区域6主要通过反射来抑制从相对侧光入射面入射并在光导板内引导的白光泄露到光导板10的外部而不是从光发射面12射出，从而可显著提高由发光二极管22射出的光的利用效率。
照明装置21相对于光导板10的布置不局限于图1或9所示。例如，多个照明装置21可只布置在一个光入射面，例如光入射面11A上，如图12所示。在这种情况中，所述多个照明装置21还可以预定间距沿光入射面11A并排布置。即，可只用图9所示的光源单元20A形成图12所示的背光单元40。
在这种情况中，前述光漫射区域5和反射区域6只形成在光入射面11A上。在光入射面11B上，可通过在适当位置粘贴反射片形成类似于反射区域6的反射区域7。该反射区域7抑制从照明装置21发射并引导通过光导板10体而不从光发射面12射出的白光，或者抑制由反射区域6反射的白光从光导板10泄露到外部，从而提高从发光二极管22发射的光的利用效率。
在图1或9所示的背光单元30中，布置为白光发射面互相面对的两个照明装置21中的一个可沿布置照明装置21的光导板10的横向方向偏置二分之一节距(1/2节距)，使得白光发射面不互相面对。通过相对光导板10的光入射面11A、11B将两个照明装置21的白光发射面布置成以二分之一节距偏置地互相面对，可减少亮度变化。
例如，图9所示的光源单元20A在它的安装位置不偏置，而相对侧的光源单元20B沿光导板10的横向方向，即，沿图13中的箭头X1所示方向偏置二分之一节距，从而形成光源单元20C。通过偏置二分之一节距，需要去掉一个照明装置21。因此，光源单元20C由11个照明装置21C1到21C11组成。即，背光单元50可使用光源单元20A和20C，如图13所示。
在这种情况中，可在光入射面11A和11B上形成前述光漫射区域5和反射区域6。背光单元40和50的照明装置21可用图1所示的任何一个光学元件31到34，如图1所示背光单元30的情况。
即，本发明不局限于相对光导板10设置照明装置21，可采用任何合适的背光单元的设置。
光源单元20A、20B可使用照明装置21以外的其它照明装置，即，具有以下构造的两种照明装置中的任意一种。一种是发射通过由采用两个分束棱镜的色彩混合装置混色而获得的白光的照明装置，另一种则是发射通过由采用包括可根据波长差异选择性地透射或反射光的波长选择透射/反射面的光学片的色彩混合装置混色而获得的白光的照明装置。
首先，参照图14，说明采用两个分束棱镜作为色彩混合装置来混合由各个发光二极管射出的红光、绿光、蓝光以形成白光的照明装置61。
参照图14，照明装置61包括：发光二极管62R、62G1、62G2和62B，分别布置在发光二极管62R、62G1、62G2和62B的光发射面上的聚光透镜63R、63G1、63G2和63B，三角棱镜64、65，分束棱镜66、67以及半波片68。三角棱镜64、65分别布置在聚光透镜63R和63B的光发射侧上，而分束棱镜66、67分别布置在聚光透镜63G1、63G2的光发射侧上。
在下文中，在无需区分发光二极管62R、62G1、62G2和62B，也无需区分聚光透镜63R、63G1、63G2和63B的情况下，将发光二极管和聚光透镜分别统称为发光二极管62和聚光透镜63。
三角棱镜64与分束棱镜66布置为其间有空气层Air，使得棱镜不会彼此紧密接触。三角棱镜65与分束棱镜67也布置为其间有空气层Air，使得棱镜不会彼此紧密接触。尽管在图14中夸大示出了空气层Air，实际上它是微米量级的，以最小化被引导光的损失。空气层Air可通过在三角棱镜64与分束棱镜66之间以及三角棱镜65与分束棱镜67之间放置数个塑料珠而形成，每个塑料珠的直径为0.5μm量级。
在分束棱镜66与67之间设置半波片68，并使其附接于分束棱镜66或分束棱镜67。在图14中，该半波片68附接于分束棱镜67。设置有半波片68的分束棱镜67与分束棱镜66之间也安装有空气层Air以防止彼此紧密接触，也如图14所示。
三角棱镜64、65及分束棱镜66、67用作色彩混合装置，以便由聚光透镜63向其提供从发光二极管62射出的光并混色产生白光。
由于设置于三角棱镜64、65及分束棱镜66、67的空气层Air的功能类似于在图1所示的照明装置21的三角棱镜24和分色棱镜26之间设置的空气层Air的功能，省略它的详细说明。
发光二极管62R、62B分别射出波长范围为红光和蓝光的光。发光二极管62G1、62G2都射出波长范围为绿光的光。
在使用的发光二极管满足前述条件的情况下，都可使用任何合适的发光二极管作为发光二极管62R、62G1、62G2和62B。例如，可使用指定所射出光的方向性样式的高穹(High-Dome)、低穹(Low-Dome)或平板(Flat)型的发光二极管。
以下所示为发光二极管62R、62G1、62G2和62B的设计参数，用作照明装置61的例子。
发光二极管62R：红色(所发光颜色)；625nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，1W
发光二极管62G1：绿色(所发光颜色)；530nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，3W
发光二极管62G2：绿色(所发光颜色)；530nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，3W
发光二极管62B：品蓝色(所发光颜色)；455nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，3W
聚光透镜63R、63G1、63G2和63B分别会聚分别由发光二极管62R、62G1、62G2和62B射出的红光、绿光、绿光和蓝光，以使这些光分别入射在三角棱镜64、分束棱镜66、67上和三角棱镜65上。由于分别由发光二极管62R、62G1、62G2和62B射出的红光、绿光、绿光和蓝光是发散光，其具有使光放射式发射的方向性，这些光被聚光透镜63R、63G1、63G2和63B折射，从而转化成准直光。实际上，百分之几的光未被完全转化成准直光，而是作为有略趋发散光从聚光透镜63R、63G1、63G2和63B发射。
由于聚光透镜63准直由发光二极管62射出的发散光，可在混合前阶段抑制否则会从下游侧的三角棱镜64、65和分束棱镜66、67散射的光泄露到外部，其中在所述棱镜中，光被引导通过各个棱镜时混合形成白色。因此提高由发光二极管62发射的光的利用效率。
聚光透镜23是球面或非球面透镜，并可由光学玻璃如BK-7(SCHOTT制造的产品的商品名)，NBFD13(HOYA制造的产品的商品名)或SF1(SCHOTT制造的产品的商品名)形成。
在聚光透镜63的表面上涂覆减反射膜(AR涂覆膜)，以降低该透镜表面的反射率并提高透射率。可对聚光透镜63的表面施加例如由MgF2形成的单层减反射涂层或由多层电介质膜形成的多层涂层。
在聚光透镜63R、63G1、63G2和63B的光入射面上，可形成菲涅耳透镜69R、69G1、69G2和69B，作为聚光透镜63的透镜，如图15所示。
在不需区分菲涅耳透镜69R、69G1、69G2和69B的情况下，可将它们统称为菲涅耳透镜69。
各菲涅耳透镜69分别为由以多个环形台阶形式集合在一起的多个同心棱镜组成的棱镜，并通过丙烯酸树脂的注塑成型制备。通过在聚光透镜63之前布置菲涅耳透镜69，如图15所示，可有效表现聚光透镜63的功能，即将发散光折射成准直光的功能。
如图15所示，菲涅耳透镜69可在不依赖聚光透镜63是球面镜还是非球面镜的情况下使用。如果聚光透镜63是非球面镜，且使用菲涅耳透镜69，发散光可更有效地转化成准直光。
如果与聚光透镜63组合使用菲涅耳透镜69，可使用比昂贵的光学玻璃便宜的聚碳酸酯树脂作为聚光透镜63的材料。如果与聚光透镜63组合使用菲涅耳透镜69，由聚碳酸酯树脂模制得到的聚光透镜63可获得与只使用由光学玻璃模制的聚光透镜63的情况等效的效果。
可对菲涅耳透镜69施加减反射膜(AR涂覆膜)，以降低透镜表面的反射并提高透射率。
也可以以带有菲涅耳透镜69的透镜形式模制聚光透镜63，使得该菲涅耳透镜69起到聚光透镜的光入射面的作用。菲涅耳透镜69的菲涅耳表面可根据需要为球面形或非球面形。
再次参考图14，说明照明装置61的结构。三角棱镜64、65都是直角棱镜，底面形状为直角等边三角形，并设置在聚光透镜63R、63B的光发射面上。在三角棱镜64和65的各个斜面64b和65b上形成反射膜，反射或全反射从光入射面64a、65a入射的光，以将反射光引导到光发射面64c、65c。
可通过例如在斜面64b、65b上汽相淀积铝或银形成反射膜。如果被在斜面64b和65b上汽相淀积银，则汽相淀积一保护膜(如SiO2膜)，以防止汽相淀积的银氧化。
分束棱镜66、67是分别在聚光透镜63G1、63G2的光发射面上设置的立方形棱镜。
分束棱镜66包括第一透射/反射面66B和第二透射/反射面66R。第一透射/反射面透射波长不小于由发光二极管62G1射出的绿光的波长的可见光，反射其它波长的可见光的线偏振光，即由发光二极管62B射出且在第一偏振面内偏振的蓝光，并透射在垂直于第一偏振面的第二偏振面内偏振的同一可见光的线偏振光。第二透射/反射面66R透射波长不大于由发光二极管62G1射出的绿光的波长的可见光，反射其它波长的可见光的线偏振光，即由发光二极管62R射出且在第一偏振面内偏振的红光，并透射在第二偏振面内偏振的同一可见光的线偏振光。第一和第二透射/反射面布置成成字母X的形式彼此交叉。
为便于说明，在本实施例中，在第一偏振面偏振的线偏振光为S线偏振光或S偏振光，而在第二偏振面偏振的线偏振光为P线偏振光或P偏振光。
第一透射/反射面66B和第二透射/反射面66R透射作为由发光二极管62G1射出的绿光的彼此正交的线偏振光的S偏振光和P偏振光。
分束棱镜67包括第一透射/反射面67R和第二透射/反射面67B。第一透射/反射面透射波长不大于由发光二极管62G2射出的绿光的波长的可见光，反射其它波长的可见光的S偏振光，即由发光二极管62R射出的红光，并透射同一可见光的P偏振光；第二透射/反射面67B透射波长不小于由发光二极管62G2射出的绿光的波长的可见光，反射其它波长的可见光的S偏振光并透射其它波长的可见光的P偏振光，即由发光二极管62B射出的蓝光的P偏振光。第一和第二透射/反射面布置成成字母X的形式彼此交叉。
第一透射/反射面67B和第二透射/反射面67R透射作为由发光二极管62G2射出的绿光的彼此正交的线偏振光的S偏振光和P偏振光。
分束棱镜66的第一透射/反射面66B和第二透射/反射面66R以及分束棱镜67的第一透射/反射面67R和第二透射/反射面67B是由薄膜形成方法(如真空淀积方法或溅射方法)形成的多层电介质膜。因此，可通过根据例如所使用的发光二极管62的特性，改变层叠形成的膜结构、层叠的膜的材料类型或膜厚等来自由控制透射与反射的波长范围(即截止波长范围)。
用这种方式，从各个发光二极管62射出的红光、绿光和蓝光互相重叠的波长范围可被截止，以提高从照明装置61发射的白光的色纯度。
尽管可将各发光二极管62的发光特性设计为使所述各二极管的波长范围不互相重叠，但是这会使成本非常高。利用照明装置61，可调整构成分束棱镜66的第一透射/反射面66B和第二透射/反射面66R、以及分束棱镜67的第一透射/反射面67R和第二透射/反射面67B的多层电介质膜，从而控制色纯度。因此，可使用价廉的特性存在变化的发光二极管作为发光二极管62。
分束棱镜66和67的表面可用减反射膜(AR涂覆膜)，如多层电介质膜(AR涂覆膜)涂覆，以降低反射并提高透射率。
半波片68将通过分束棱镜66的第二透射/反射面66R透射的红光的P偏振光转化成S偏振光，该S偏振光是在垂直于P偏振光的偏振面内偏振的线偏振光。该半波片68还将通过分束棱镜67的第一透射/反射面67B透射的蓝光的P偏振光转化成S偏振光。
分束棱镜66通过第一透射/反射面66B以及第二透射/反射面66R透射由发光二极管62G1射出并经由聚光透镜63G1入射在分束棱镜66上的绿光。
分束棱镜66通过它的第二透射/反射面66R反射由发光二极管62R射出并经由聚光透镜63R和三角棱镜64入射在分束棱镜66上的红光的S偏振光。
分束棱镜66还通过它的第一透射/反射面66B反射由发光二极管62B射出并经由聚光透镜63B、三角棱镜65、分束棱镜67及经由半波片68入射在该分束棱镜上的蓝光的S偏振光，从而生成通过绿光、红光的S偏振光及蓝光的S偏振光色彩混合而获得的白光，并发射由此生成的白光。
分束棱镜67通过它的第一透射/反射面67R和第二透射/反射面67B透射由发光二极管62G2射出并经由聚光透镜63G2入射在分束棱镜67上的绿光。
分束棱镜67还通过它的第二透射/反射面67B透射由发光二极管62B射出并通过聚光透镜63B和三角透镜65入射在该分束棱镜上的蓝光的S偏振光。
分束棱镜67还在第一透射/反射面67R上反射由发光二极管62R射出并经由聚光透镜63R、三角棱镜64、分束棱镜66及经由半波片68入射在该分束棱镜上的红光的S偏振光，从而生成通过绿光、蓝光的S偏振光及红光的S偏振光色彩混合而获得的白光，并发射由此生成的白光。
在该照明装置61中，可使用参照图5到8所说明的使照明装置21适合光导板10厚度的光学元件31、32、33或34。由于白光从第一分束棱镜66和第二分束棱镜67发射，每个所述棱镜可与光学元件31到34中的一个关联。第一分束棱镜66和第二分束棱镜67的白光发射面可被当作一个白光发射面并可由与所述单白光发射面匹配的光学元件31、32、33或34制成。
通过设置带有光学元件31、32、33或34的照明装置61，可显著提高以面内光发射形式从光导板10的光发射面12发射的白光的前表面亮度。
参照图16，说明采用具有波长选择透射/反射面的光学片的作为将由发光二极管射出的红光、绿光、蓝光混合成白光的色彩混合装置的照明装置71。
参照图16，照明装置71包括：发光二极管72R、72G和72B，分别在发光二极管72R、72G和72B的发光表面上设置的聚光透镜73R、73G和73B，分别设置到聚光透镜73R、73G和73B的光发射面侧的平板形反射镜74和平板形分束片75、76，平板形反射镜77、78，以及平板形光学片79。
另外，在不必区分发光二极管72R、72G和72B或区分聚光透镜73R、73G和73B的情况下，将它们分别统称为发光二极管72或聚光透镜73。
反射镜74和分束片75、76分别布置在聚光透镜73R、73G和73B的后部，使得它们各自的主表面相对聚光透镜73R、73G和73的光轴倾斜45°角。参照图16，互相平行地布置倾斜上述角度的反射镜74和分束片75、76。
反射镜77被布置成，使其反射面77a指向聚光透镜73，并分别相对反射镜74和分束片75倾斜135°和45°角。
反射镜78被布置成面向分束片76，使它的反射面78a平行于聚光透镜73B的光轴。反射镜78相对分束片76以45°角布置。
光学片79被布置成，其光学表面79a面向聚光透镜73，并分别相对分束片75和76倾斜135°和45°角。
发光二极管72R、72G和72B射出波长范围分别为红光、绿光和蓝光的光。若符合上述条件，可使用任何满足上述要求的发光二极管作为发光二极管72R、72G和72B。例如，可使用指定所射出光的方向性样式的形状为高穹(High-Dome)，低穹(Low-Dome)或平板(Flat)型的发光二极管。
作为例子，用于照明装置71的发光二极管72R、72G和72B的设计参数如下所示：
发光二极管72R：红色(所发光颜色)；625nm(中心波长)；Flat(形状)；功耗，1W
发光二极管72G：绿色(所发光颜色)；530nm(中心波长)；Flat(形状)；功耗，3W
发光二极管72B：品蓝色(所发光颜色)；455nm(中心波长)；Flat(形状)；功耗，3W
聚光透镜73R、73G和73B分别会聚分别从发光二极管72R、72G和72B射出的红光、绿光和蓝光，使这些光入射在反射镜74、分束片75上和分束片76上。分别由发光二极管72R、72G和72B射出的红光、绿光和蓝光是具有使光放射式散开的方向性的发散光。因此，该光被聚光透镜73R、73C和73B折射从而转化成准直光。实际上，百分之几的光未完全转化成准直光而是以略趋发散光的形式从聚光透镜73R、73G和73B发射。
由于聚光透镜73准直由发光二极管72射出的发散光，可在混合前阶段抑制否则会从下游阶段的反射镜74和分束片75、76散射的光泄露出去，其中红光、绿光和蓝光被引导通过所述反射镜和各个棱镜而混合在一起形成白光。由此，提高由发光二极管72射出的光的利用效率。
每个聚光透镜73是球面或非球面透镜，并可由光学玻璃如BK-7(SCHOTT制造的产品的商品名)，NBFD13(HOYA制造的产品的商品名)或SF1(SCHOTT制造的产品的商品名)制成。
可对聚光透镜73的表面施加减反射膜(AR涂覆膜)，以降低透镜表面的反射并提高透射率。可对聚光透镜73的表面应用例如MgF2的单层减反射膜或多层电介质膜的多层膜。
在聚光透镜73R、73G和73B的光入射面侧上，可安装菲涅耳透镜80R、80G和80B，作为各自聚光透镜73的透镜，如图17所示。另外，若不必区分菲涅耳透镜80R、80G和80B，可将它们统称为菲涅耳透镜80。
菲涅耳透镜80由以多个环形台阶形式形成的多个同心成形的棱镜构成，并通过丙烯酸树脂注塑成型制备。通过在聚光透镜73前的阶段中布置菲涅耳透镜80，可有效表现聚光透镜73的功能，即折射发散光从而将该光转化成准直光的功能。
如图17所示，可不依赖聚光透镜73是球面形透镜还是非球面形透镜地使用菲涅耳透镜80。如果非球面形透镜用作聚光透镜73，又使用菲涅耳透镜80，发散光可更有效地转化成准直光。
如果以与聚光透镜73组合的方式使用菲涅耳透镜80，可由廉价的聚碳酸酯树脂代替昂贵的光学玻璃形成聚光透镜73。如果以与聚光透镜73组合的方式使用菲涅耳透镜80，且聚光透镜73由聚碳酸酯树脂形成，可获得与只使用由光学玻璃形成的聚光透镜73的情况等效的良好效果。
菲涅耳透镜80也可用与设置到聚光透镜73的相同的减反射膜(AR涂覆膜)涂覆，以降低透镜表面的反射并提高透射率。
聚光透镜73也可作为带有菲涅耳透镜80的透镜而形成，使得菲涅耳透镜起到光入射面的作用。菲涅耳透镜80的菲涅耳表面也可根据需要为球面形或非球面形。
再次参考图16，将继续对照明装置71结构的说明。通过在由例如白板玻璃形成的反射镜74的基板的一个表面上设置反射膜，形成反射面74a。该反射镜74布置在聚光透镜73R的光发射面上，如上所述，使得作为反射镜的主表面的反射面74a相对聚光透镜73R的光轴以45°角倾斜。
在反射镜74的反射面74a上通过例如汽相淀积施加例如铝或银的反射膜。如果在反射面74a上通过汽相淀积施加银反射膜，则通过汽相淀积施加保护膜(如SiO2)，以阻止汽相淀积的银反射膜氧化。反射面74a可由在卷纸片上汽相淀积铝或银的薄膜并将所得卷纸片粘接到反射面而使用。如果使用其上汽相淀积铝或银的卷纸片，由于允许一次汽相淀积的面积增加，可实现大批量生产。
反射镜74的反射面74a反射或全反射从聚光透镜73R发射的红光，以将所得光发射到分束片75。
分束片75、76分别布置在聚光透镜73G和74B的光发射面侧上，使得它们的主表面相对聚光透镜73G和74B的光轴成45°角。
分束片75包括波长选择透射表面75a和波长选择透射/反射面75b。波长选择透射表面透射发光二极管72R射出并经由聚光透镜73R被反射镜74反射的红光波长范围的可见光，而波长选择透射/反射面进一步透射通过波长选择透射表面75a透射的红光、并反射由发光二极管72G射出并经由聚光透镜73G入射在其上的绿光波长范围的可见光。
分束片76包括波长选择透射表面76a和波长选择透射/反射面76b。波长选择透射表面透射发光二极管72B射出并经由聚光透镜73B入射在其上的蓝光波长范围的可见光，而波长选择透射/反射面进一步透射通过波长选择透射表面76a透射的蓝光并反射分别由发光二极管72R和72G射出并经由分束片75入射在其上的红光和绿光。
分束片75的波长选择透射表面75a和波长选择透射/反射面75b以及分束片76的波长选择透射表面76a和波长选择透射/反射面76b是由薄膜形成方法(如真空淀积方法或溅射方法)形成的多层电介质膜。因此，可随根据所使用的发光二极管72的特性改变层叠膜的结构、材料类型或膜厚形成多层电介质膜而自由选择透射或反射的波长范围(即截止波长范围)。
如此，通过滤除从发光二极管72射出的红光、绿光和蓝光的互相重叠的波长范围，可提高从照明装置71发射的白光的色纯度。
各个发光二极管72的发光特性可设计为使得各自色彩的波长范围不互相重叠。但是，这必然提高成本。利用其中可通过调整构成分束片75的波长选择透射表面75a和波长选择透射/反射面75b以及分束片76的波长选择透射表面76a和波长选择透射/反射面76b的多层电介质膜来控制色纯度的照明装置71，可使用廉价的、特性存在变化的发光二极管作为发光二极管72。
以这种方式，蓝光透射通过分束片76的波长选择透射表面76a，而红和绿光被它的波长选择透射/反射面76b反射，使得蓝、红、绿光混合在一起形成白光。
反射镜77、78是由金属板形成的基板，在它们的一个表面上淀积反射膜，以分别形成反射面77a和78a。
反射镜77反射趋于发散且未准直地从聚光透镜73R发射而没有入射在反射镜74的反射面74a上的红光，以及被反射镜74的反射面74a反射而未入射在分束片75上的红光，使得如此被反射的光入射在分束片75的波长选择透射表面75a上。
反射镜78反射趋于发散且未准直地从聚光透镜73B发射而没有入射在分束片76上的蓝光，使得如此被反射的光入射在分束片76的波长选择透射表面76a上。
在反射镜77、78的反射面77a、78a上有例如铝或银淀积的反射膜。如果银反射膜汽相淀积在反射面77a、78a上，则进一步汽相淀积例如SiO2的保护膜，以防止汽相淀积银反射膜的氧化。反射面77a可由在卷纸片上汽相淀积铝或银的薄膜并将所得卷纸片粘接到反射面而使用。如果使用其上汽相淀积铝或银的卷纸片，由于允许一次汽相淀积的面积增加，可实现大批量生产。
光学片79包括：由例如光学玻璃或丙烯酸树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))形成的板形基板；以及由淀积在该基板上的光学薄膜组成的光学表面79a。光学表面79a具有入射角依赖性，从而，根据光入射在光学表面79a上的角度确定透射入射光还是反射入射光。如果光入射在光学表面79a上的角度大于一预定值，则光学表面79a反射入射光，否则透射该光。
例如，使从分束片76发射的红光、绿光、蓝光色彩混合而获得的白光以大约0°的入射角入射在光学表面79a上。光学片79的光学表面79a透射并发射该白光。
在透射通过分束片75的红光和被分束片75反射的绿光中，从分束片发射的趋于发散光以大于上述白光的入射角入射在光学片79的光学表面79a上。光学片79的光学表面79a反射该红、绿光，使得如此被反射的光入射在分束片76的波长选择透射/反射面76b上。
被光学片79的光学表面79a反射而入射到分束片76的波长选择透射/反射面76b上的红、绿光被反射并与透射透过波长选择透射表面76a的蓝光混合而形成白光。
因此，根据入射角来透射或反射入射光的光学片79的光学表面79a能充分利用否则可能从分束片76泄露的红、绿光，从而可提高从发光二极管72射出的光的利用效率。
光学片79的光学表面79a是由薄膜形成方法，如真空淀积方法或溅射方法形成的多层电介质膜。减反射膜(AR涂覆膜)可施加于光学片79的光学表面79a以降低表面反射并提高透射率。
分束片75通过波长选择透射表面75a和波长选择透射/反射面75b透射由发光二极管72R射出并经由聚光透镜73R和反射镜74入射在该分束片上的红光。
分束片75还通过波长选择透射/反射面75b反射由发光二极管72G射出并经由聚光透镜73G入射在其上的绿光。
分束片76通过波长选择透射表面76a和波长选择透射/反射面76b透射由发光二极管72B射出并经由聚光透镜73B入射在其上的蓝光，同时通过波长选择透射/反射面76b反射透射通过分束片75的红光和被分束片75反射的绿光，形成由蓝、红、绿光混合而得到的白光，并发射所形成的白光。
在上述照明装置71中，可使用参照图5到8所说明的用于使照明装置21适合光导板10厚度的光学元件31、32、33或34。在照明装置71中，光学元件31、32、33或34在光学片79的后部设置。
对于包括光学元件31、32、33或34的照明装置71，可显著提高从光导板10的光发射面12发射的白光的前表面亮度。
与照明装置21、61相比，照明装置71不使用昂贵的光学元件做棱镜，因此可以降低成本。例如，在低成本、高利用效率地制备照明装置71时，该照明装置可与聚光透镜73和菲涅耳透镜80配合，如图17所示。
对于照明装置71，采用菲涅耳透镜80，聚光透镜可由廉价的聚碳酸酯树脂形成，因此可以非常低的成本制备照明装置。
参照图16和17说明的照明装置71使用具有波长选择透射/反射面的光学片作为色彩混合装置，用于混合由发光二极管射出的红光、绿光、蓝光以形成白光。以相似的方式，具有波长选择透射/反射面的光学片可用于组成图18所示的照明装置81。
图18所示的照明装置81包括：发光二极管82R、82G和82B；分别布置在发光二极管82R、82G和82B的光发射面侧上的聚光透镜83R、83G和83B；布置在聚光透镜83R、83G和83B的光发射面侧上的光学片84；分别布置在聚光透镜83R、83G和83B的光发射面侧上的平板形反射镜85和平板形分束片86、87，光学片84夹在两者之间；平板形反射镜88、89；以及平板形光学片90。
在不必区分发光二极管82R、82G和82B或区分聚光透镜83R、83G和83B的情况下，将它们分别统称为发光二极管82和聚光透镜83。
反射镜85和平板形分束片86、87分别布置在聚光透镜83R、83G和83B的后部，其间插入光学片84，使得它们各自的主表面相对聚光透镜83R、83G和83的光轴以45°角倾斜。在保持上述倾斜角度的情况下，反射镜85和平板形分束片86、87互相平行地布置，如图18所示。
反射镜88的布置使得它的反射面88a面向聚光透镜83并分别相对反射镜85倾斜135°角以及相对分束片86倾斜45°角。反射镜88的尺寸大于设置到照明装置71的反射镜77，并且其面积足以掩盖聚光透镜83R。
反射镜89布置为面向分束片87，使得它的反射面89a平行于聚光透镜83B的光轴，并且相对分束片87以45°角倾斜。
光学片90布置为它的光学表面90a面向聚光透镜83，并分别相对分束片86和87以135°和45°的角度倾斜。
发光二极管82R、82G和82B射出波长范围分别为红光、绿光和蓝光的光。任何满足上述要求的发光二极管都可用作发光二极管82R、82G和82B。例如，可使用指定所射出光的方向性图案的形状为高穹(High-Dome)、低穹(Low-Dome)或平板(Flat)型的发光二极管。
作为例子，用于照明装置81的发光二极管82R、82G和82B的设计参数如下所示：
发光二极管82R：红色(所发光颜色)；625nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，1W
发光二极管82G：绿色(所发光颜色)；530nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，3W
发光二极管82B：品蓝色(所发光颜色)；455nm(中心波长)；Low-Dome(形状)；功耗，1W
聚光透镜83R、83G和83B分别会聚分别由发光二极管82R、82G和82B射出的红光、绿光、蓝光，使该光经由光学片84分别入射在反射镜85、分束片86上和分束片87上。
由于分别由发光二极管82R、82G和82B射出的红光、绿光和蓝光是方向性使得光放射式散开的发散光，所以这些光被聚光透镜83R、83C和83B折射从而转化成准直光。实际上，百分之几的光未完全转化成准直光而是以略趋发散光的形式从聚光透镜83R、83G和83B发射。
由于聚光透镜83准直由发光二极管82射出的发散光，可在混合前阶段抑制否则会从下游阶段的反射镜85和分束片86、87散射的光泄露出去，其中混合形成白色的光被引导通过各个棱镜。因此，提高由发光二极管82射出的光的利用效率。
聚光透镜83是球面或非球面透镜，并可由光学玻璃如BK-8(SCHOTT制造的产品的商品名)，NBFD13(HOYA制造的产品的商品名)或SF1(SCHOTT制造的产品的商品名)形成。
减反射膜(AR涂覆膜)可施加于聚光透镜83的表面，以降低透镜表面上的反射并提高透射率。例如MgF2的单层减反射膜或多层电介质膜的多层膜可施加于聚光透镜83的表面。
在聚光透镜83R、83G和83B的光入射面侧上，可安装菲涅耳透镜93R、93G和93B，如图18所示。菲涅耳透镜93通过以环形台阶形式层叠多个同心成形的棱镜获得。另外，在不必区分菲涅耳透镜93R、93G和93B的情况下，可将它们统称为菲涅耳透镜93。
通过在聚光透镜83的光入射面上形成菲涅耳透镜93，如图18所示，可有效表现聚光透镜83的功能，即折射发散光从而形成准直光的功能。
在聚光透镜83的光入射面上形成的菲涅耳透镜93可如图18所示形成，而不依赖聚光透镜83是球面透镜还是非球面透镜。菲涅耳透镜93的菲涅耳表面可根据需要为球面形或非球面形。
如果聚光透镜83是非球面形透镜，并且在聚光透镜83的光入射面侧上形成菲涅耳透镜93，发散光可更有效地转化成准直光。
如果在聚光透镜83的光入射面侧上以这种方式形成菲涅耳透镜93，可用廉价的聚碳酸酯树脂代替昂贵的光学玻璃作为聚光透镜83的材料。如果在聚光透镜83的光入射面侧上形成菲涅耳透镜93，即使聚光透镜83由聚碳酸酯树脂模制得到，可获得与只使用由光学玻璃模制得到的聚光透镜83的情况等效的良好效果。
菲涅耳透镜93都可设置有减反射膜(AR涂覆膜)，以降低透镜表面的反射并提高透射率。
反射镜85包括通过在由例如白板玻璃形成的基板的一个表面上设置反射膜形成的反射面85a。该反射镜85布置在聚光透镜83R的光发射面侧上，使得作为反射镜的主表面的反射面85a相对聚光透镜83R的光轴以45°角倾斜，如上所述。
在反射镜85的反射面85a上汽相淀积例如铝或银的反射膜。如果在反射面85a上汽相淀积银反射膜，则汽相淀积例如SiO2的保护膜，以防止银反射膜氧化。反射面85a可由在卷纸片上汽相淀积铝或银形成薄膜并将所形成薄膜粘接到反射镜上而制备。如果使用带有汽相淀积的铝或银的卷纸片，可提高一次汽相淀积的面积，因此可实现大批量生产。
替代地，可通过在透明膜上汽相淀积前述反射膜而形成反射镜85，所述透明膜的厚度为例如200到300μm，使得该膜即使如上布置也可自行支撑。
在上述任意一种情况中，在该金属反射膜上可汽相淀积增反膜，以进一步提高汽相淀积的金属反射膜的反射率。
反射镜85的反射面85a反射或全反射从聚光透镜83R发射的红光以将该光朝分束片86发射。
分束片86、87分别布置在聚光透镜83G和85B的光发射面侧上，使得该分束片的主表面分别相对聚光透镜83G和85B的光轴以45°角倾斜。
分束片86包括波长选择透射表面86a和波长选择透射/反射面86b。波长选择透射表面透射发光二极管82R射出并经由聚光透镜83R被反射镜85反射的红光波长范围的可见光，而波长选择透射/反射面进一步透射通过波长选择透射表面86a透射的红光并反射由发光二极管82G射出并经由聚光透镜83G入射在其上的绿光波长范围的可见光。
分束片87包括：波长选择透射表面87a，用于透射发光二极管82B射出并经由聚光透镜83B入射在其上的蓝光波长范围的可见光；以及波长选择透射/反射面87b，用于进一步透射通过波长选择透射表面87a透射的蓝光并反射分别由发光二极管82R和82G射出并从分束片86发射的红光和绿光。
分束片86的波长选择透射表面86a和波长选择透射/反射面86b以及分束处87的波长选择透射表面87a和波长选择透射/反射面87b是由薄膜形成方法(如真空淀积方法或溅射方法)形成的多层电介质膜。因此，可通过根据例如所使用的发光二极管82的特性改变层叠膜的膜结构、材料类型或膜厚而自由控制透射和反射的波长范围，即截止波长范围。
用这种方式，可滤除从各个发光二极管82射出的红光、绿光和蓝光的互相重叠的波长范围，以提高从照明装置81发射的白光的色纯度。
尽管可设计各个发光二极管82的发光特性使二极管的波长范围不互相重叠，但这种设计会非常昂贵。对于照明装置81，可调整构成分束片86的波长选择透射表面86a和波长选择透射/反射面86b以及分束片87的波长选择透射表面87a和波长选择透射/反射面87b的多层电介质膜来控制色纯度。由此，可使用廉价的、特性存在变化的发光二极管作为发光二极管82。
因此，通过分束片87的波长选择透射表面87a透射蓝光，以及通过它的波长选择透射/反射面87b反射红和绿光，蓝、红、绿光可混合在一起形成白光。
反射镜88包括例如金属片的基板，在它的两个表面上形成反射膜以形成反射面88a和88a。
反射镜88由它的反射面88a反射趋于发散且未准直地从聚光透镜83R发射而没有入射在反射镜85的反射面85a上的红光，以及被反射镜85的反射面85a反射而未入射在分束片86上的光，使得如此被反射的光入射在分束片86的波长选择透射表面86a上。
当照明装置81安装在光导板10上时，反射镜88的另一反射面88b布置在光导板的光入射面11A或11B上。该反射面88b给出与参照图10所说明的在光导板10的光入射面11A或11B上形成的反射区域6相同的良好效果。
即，反射面88b通过反射来抑制入射在光导板10上并由其引导且未从光发射面12发射的白光从光导板10泄露出去，从而显著提高由发光二极管82射出的光的利用效率。
反射镜89包括例如金属片的基板，在它的一个表面上形成反射膜，以形成反射面89a。
反射镜89反射趋于发散且未准直地从聚光透镜83B发射且没有入射在分束片87上的蓝光，使得如此被反射的光入射在分束片87的波长选择透射表面87a上。
反射镜88、89的反射面88a、88b和89a由在各自基板上汽相淀积铝或银的反射膜形成。如果反射面88a、88b和89a由汽相淀积银反射膜形成，进一步汽相淀积例如SiO2的保护膜，以防止汽相淀积反射膜的氧化。反射面88a、88b和89a还可由将其上带有汽相淀积的铝或银的卷纸片粘接到基板表面而形成。如果使用其上汽相淀积铝或银的卷纸片，由于允许一次汽相淀积的面积增加，反射膜可大量生产。
光学片90包括：由例如光学玻璃或丙烯酸树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))形成的基板；以及淀积在其上形成光学表面90a的光学薄膜。光学表面90a具有入射角依赖性，从而，透射入射光还是反射入射光取决于入射光的入射角。如果入射光的入射角大于一预定值，则光学表面90a反射入射光，否则透射该光。
例如，使从分束片87发射的红光、绿光、蓝光色彩混合而获得的白光以大约0°的入射角入射在光学表面90a上。光学片90的光学表面90a透射并发射该白光。
另一方面，透射通过分束片86的红光，以及被分束片86反射并趋于发散地发射的绿光以大于前述白光的入射角入射在光学片90的光学表面90a上。光学片90的光学表面90a反射该红、绿光，使得该光入射在分束片87的波长选择透射/反射面87b上。
被光学片90的光学表面90a反射并入射在分束片87的波长选择透射/反射面87b上的红、绿光被反射并与透射通过波长选择透射表面87a的蓝光混合而形成白光。
由于根据入射角来透射或反射入射光的光学片90的光学表面90a能充分利用否则可能从分束片87泄露的红、绿光的分量，所以可有效利用从发光二极管82射出的光。
由薄膜形成技术，如真空淀积方法或溅射方法形成的多层电介质膜形成光学片90的光学表面90a。光学片90的光学表面90a可用减反射膜(AR涂覆膜)涂覆，以降低反射并提高透射率。
在光学片90的光学表面90a上，可以类似的方式形成参照图10和11所说明的在光导板10的光入射面11A、11B上形成的光漫射区域5。照明装置81的光漫射区域由在例如光发射面90b上粘接第一棱镜片91和第二棱镜片92形成，以造成在光导板10的面内方向上漫射通过混合获得的白光的光漫射效应。本发明不局限于这种片的组合，而是倘若所使用的光学片可如上所述有效地漫射光，可单独或组合使用任何合适的光学片。
例如BEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)，RBEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)或DBEFF系列(SUMITOMO 3M制造的产品的商品名)这样能提高亮度的膜可用作第一棱镜片91和第二棱镜片93。
分束片86通过它的波长选择透射表面86a和它的波长选择透射/反射面86b透射由发光二极管82R射出并经由聚光透镜83R、光学片84和反射镜85入射在其上的红光。
分束片86还由它的波长选择透射/反射面86b反射由发光二极管82G射出并经由聚光透镜83G和光学片84入射在其上的绿光。
分束片87由它的波长选择透射表面87a和波长选择透射/反射面87b透射由发光二极管82B射出并经由聚光透镜83B和光学片84入射在其上的蓝光，同时由它的波长选择透射/反射面86b反射透射通过分束片86的红、绿光，以便由蓝、红、绿光混合而产生白光，并发射所产生的白光。
在上述照明装置81中，可使用参照图5到8所说明的用于使照明装置21适合光导板10厚度的光学元件31、32、33或34。在照明装置81中，光学元件31、32、33或34设置在光学片90的已粘接有第一和第二棱镜片91和92的光发射面90b的后部。
利用包括光学元件31、32、33或34的照明装置81，以面内发射状态从光导板10的光发射面发射的白光的前表面亮度可显著提高。
当用参照图14到18说明的照明装置61、71或81与光导板10形成背光单元时，可使用图9、12或13所示的任何相对光导板10布置照明装置21的方式设置。由于设置到光入射面11A或11B的光漫射区域5，反射区域6或反射面7以类似的方式形成，可抑制亮度波动，以提供均匀的面内光发射，从而显著提高由设置到各自照明装置的发光二极管射出的光的利用效率。
当用照明装置21、61、71或81形成背光单元，并用于照明具有滤色器的液晶显示板时，可重现CIE色品图内NTSC(全国电视系统委员会)系统的色度范围的大约100到120％，使得可获得sYCC的色彩重现范围，其色域比NTSC更广。
注意本发明并不局限于光从光导板10的横向侧入射的所谓边光型背光单元，而是可例如用于照明装置直接布置在也用作光漫射板的光导板的下方的下设式背光单元。
本发明并不局限于以上参照绘图所描述的实施例，对于本领域的技术人员显见，可在不背离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下进行各种改变或替换。
工业应用性
根据本发明的照明装置可用作背光装置的光源，该背光装置既而可用作液晶显示器的光源。
本发明包括于2003年12月15日在日本专利局申请的日本专利申请JP2003-417337中的主题内容，其全部内容在此引用作为参考。

Claims (79)

1.一种照明装置，包括
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；
具有用于反射经由所述第一透镜发射的所述第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；
具有用于反射经由所述第二透镜发射的所述第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；
分色棱镜，其具有成字母X的构形彼此交叉布置的第一波长选择透射/反射面和第二波长选择透射/反射面，所述第一波长选择透射/反射面透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射被所述第一三角棱镜的所述第一光反射面反射的所述第一原色光；所述第二波长选择透射/反射面透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射被所述第二三角棱镜的所述第二光反射面反射的所述第二原色光；所述分色棱镜混合所述第一到第三原色光以形成白光并发射由此形成的白光；
所述分色棱镜、所述第一三角棱镜和第二三角棱镜在夹有空气层的状态下彼此接近地布置。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，进一步包括：
光学元件，所述光学元件引导由所述分色棱镜混合为白光的光入射在光导板的光入射面上而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，并以面内光发射方式从所述光发射面发射由此被引导的光，从所述分色棱镜发射的所述白光由所述光学元件引导，使得所述白光全部入射在所述光导板的所述光入射面上。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述分色棱镜的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的所述白光入射在所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述光学元件是相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述分色棱镜的光发射面发射的白光反射而被引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
5.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述光学元件是由沿所述光导板的厚度方向布置的第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元；
所述第一光学模块包括：从所述分色棱镜的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述分色棱镜的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
由所述第一和第二光入射面形成的所述光学模块单元的白光入射面具有与所述分色棱镜的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜是球面或非球面透镜。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一光源、第二光源和第三光源是发光二极管。
9.一种照明装置，包括：
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于发射所述第三原色光的第四光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；
用于折射从所述第四光源发射的所述第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第四透镜；
具有用于反射经由所述第一透镜发射的所述第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；
具有用于反射经由所述第二透镜发射的所述第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；
包括第一透射/反射面和第二透射/反射面的第一分束棱镜，所述第一透射/反射面反射被所述第一光反射面反射的所述第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在垂直于所述第一偏振面的第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光，所述第二透射/反射面透射所述第一原色光，反射所述第二原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光；所述第一和第二透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉；
包括第三透射/反射面和第四透射/反射面的第二分束棱镜，所述第三透射/反射面反射被所述第二光反射面反射的所述第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第四透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光，所述第四透射/反射面透射所述第二原色光，反射所述第一原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第四透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光；所述第一和第二透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉；以及
布置在所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜之间的波片，用于将透射通过所述第一透射/反射面的所述第一原色光在所述第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并用于将透射通过所述第三透射/反射面的所述第二原色光在所述第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在所述第一偏振面内偏振的线偏振光；其中，
所述第一分束棱镜与所述第一三角棱镜通过空气层彼此靠近布置；
所述第二分束棱镜与所述第二三角棱镜通过空气层彼此靠近布置；并且其中，
所述第一分束棱镜与所述第二三角棱镜通过所述波片和空气层彼此靠近布置；
所述第一分束棱镜将所述第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与所述第三原色光在所述第一偏振面和所述第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光；所述第二分束棱镜将所述第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与所述第三原色光在所述第一偏振面和所述第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其中，进一步包括：
光学元件，所述光学元件引导由所述第一分束棱镜与第二分束棱镜混合成白光的光入射在光导板的光入射面上而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，并以面内光发射方式从所述光发射面发射由此被引导的光，从所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜发射的所述白光由所述光学元件引导，使得所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜发射的所述白光全部入射在所述光导板的所述光入射面上。
11.根据权利要求10所述的照明装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的白光入射在所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
12.根据权利要求10所述的照明装置，其中，所述光学元件是相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且在从所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜的光发射面发射的白光被反射时将其引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
13.根据权利要求10所述的照明装置，其中，所述光学元件是由沿所述光导板的厚度方向布置的第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元；
所述第一光学模块包括：从所述第一和第二分束棱镜的光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述第一和第二分束棱镜的光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
所述光学模块的由所述第一和第二光入射面形成的白光入射面具有与所述第一和第二分束棱镜的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
14.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜是球面或非球面透镜。
15.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
16.根据权利要求9所述的照明装置，其中，所述第一光源、第二光源、第三光源和第四光源是发光二极管。
17.一种照明装置，包括：
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光以形成准直光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光以形成准直光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光以形成准直光的第三透镜；
具有反射经由所述第一透镜发射的第一原色光的光反射面的第一反射片；
具有用于透射被所述第一反射片的所述光反射面反射的所述第一原色光并反射通过所述第二透镜发射的所述第二原色光的第一波长选择透射/反射面的第一分束片；
具有用于透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射经由所述第一分束片发射的所述第一原色光和第二原色光的第二波长选择透射/反射面的第二分束片，所述第二分束片混合所述第一、第二和第三色光以形成白光；以及
具有根据入射角反射以不小于预定入射角入射的光并透射以小于所述预定入射角入射的光的角度选择透射/反射面的光学片，所述光学片布置在所述第二分束片的下游且横跨由所述第三透镜和所述第二分束片形成的光轴，并用于发射由所述第二分束片色彩混合而得到的所述白光。
18.根据权利要求17所述的照明装置，其中，进一步包括：
光学元件，所述光学元件引导由所述第二分束片色彩混合而获得并从所述光学片发射的所述白光入射在光导板的光入射面上而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面全反射，并以面内光发射形式从所述光发射面发射所述光，从所述光学片发射的所述白光被所述光学元件引导，使得从所述光学片发射的所述白光全部入射在所述光导板的所述光入射面上。
19.根据权利要求18所述的照明装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述光学片的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的白光入射在所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
20.根据权利要求18所述的照明装置，其中，所述光学元件是相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且在使从所述光学片的光发射面发射的白光反射而被引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
21.根据权利要求18所述的照明装置，其中，所述光学元件是由第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元，两者相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置；
所述第一光学模块包括：从所述光学片的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述光学片的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
所述光学模块的由所述第一和第二光入射面形成的白光入射面具有与所述光学片的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
22.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜是球面或非球面透镜。
23.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
24.根据权利要求17所述的照明装置，其中，进一步包括：
用于在使所述光入射在所述第一分束片上的方向上反射未入射在所述第一分束片上的所述第一原色光的第二反射片，以及在使所述光入射在所述第二分束片上的方向上反射未入射在所述第二分束片上的所述第三原色光的第三反射片。
25.根据权利要求24所述的照明装置，其中，所述第二反射面包括：反射面，所述反射面引导由所述第二分束片色彩混合成白光并从所述光学片发射的光入射在光导板的光入射面上而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，并以面内光发射形式从所述光发射面发射由此引导的光，所述白光被反射到所述光导板板内而不会从所述光导板泄露出去。
26.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述第一、第二和第三光源是发光二极管。
27.根据权利要求17所述的照明装置，其中，在发射所述白光的所述光学片的光发射面上设置光漫射区域，当由所述第二分束片混合成白光并从所述光学片发射的光入射在光导板的光入射面上时，所述光漫射区域引导从所述光入射面入射的光而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，并用于以面内光发射形式从所述光发射面发射光，由所述第二分束片的色彩混合而获得的所述白光的方向被所述光漫射区域改变到所述光导板的面内方向。
28.根据权利要求27所述的照明装置，其中，所述光漫射区域由粘接棱镜片形成。
29.根据权利要求17所述的照明装置，其中，所述第一反射片是其上通过在发射所述白光的所述光学片的光发射面上汽相淀积反射膜而形成所述光反射面来反射所述第一原色光的膜。
30.一种背光装置，包括光导板，所述光导板引导从其光入射面入射的光而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，所述光导面通过面内发射从所述光发射面发射光，所述背光装置包括：
以预定间距设置在所述光导板的光入射面侧的多个照明装置，每个所述照明装置包括：
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光的第三透镜；
具有用于反射经由所述第一透镜发射的所述第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；
具有用于反射经由所述第二透镜发射的所述第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；
分色棱镜，具有成字母X的构形彼此交叉布置的第一波长选择透射/反射面和第二波长选择透射/反射面，所述第一波长选择透射/反射面透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射被所述第一三角棱镜的所述第一光反射面反射的所述第一原色光；所述第二波长选择透射/反射面透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射被所述第二三角棱镜的所述第二光反射面反射的所述第二原色光；所述分色棱镜混合所述第一到第三原色光以形成白光，并发射由此形成的白光；
所述分色棱镜、所述第一三角棱镜和第二三角棱镜在夹有空气层的状态下彼此接近地布置。
31.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述照明装置包括：光学元件，当由所述分色棱镜色彩混合而获得的白光入射在所述光导板的所述光入射面上时，所述光学元件引导从所述分色棱镜发射的所述白光，使得所述白光全部入射在所述光导板的所述光入射面上。
32.根据权利要求31所述的背光装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述分色棱镜的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的所述白光入射在所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
33.根据权利要求31所述的背光装置，其中，所述光学元件相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述分色棱镜的光发射面发射的白光反射而被引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
34.根据权利要求31所述的背光装置，其中，所述光学元件是由沿所述光导板的厚度方向布置的第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元；
所述第一光学模块包括：从所述分色棱镜的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述分色棱镜的所述光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
由所述第一和第二光入射面形成的所述光学模块单元的白光入射面具有与所述分色棱镜的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
35.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜和第三透镜是球面或非球面透镜。
36.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
37.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一光源、第二光源和第三光源是发光二极管。
38.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的一对相对的横向侧部。
39.根据权利要求38所述的背光装置，其中，在所述光导板包括作为所述光入射面的一对相对的横向侧部的情况下，以预定间距布置在一个所述光入射面上的多个照明装置的白光发射面以及以所述预定间距布置在另一个所述光入射面上的多个照明装置的白光发射面布置为偏离二分之一节距，不互相面对，所述光导板夹在其间。
40.根据权利要求30所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的所述横向侧部之一。
41.根据权利要求30所述的背光装置，其中，在所述光导板的所述光入射面上设置光漫射区域，用于改变由所述照明装置的所述分色棱镜色彩混合而获得的所述白光的方向，使得所述白光沿所述光导板的面内方向漫射。
42.根据权利要求41所述的背光装置，其中，所述光漫射区域由在所述光导板的所述光入射面上重叠粘接光漫射片及棱镜片而形成。
43.根据权利要求41所述的背光装置，其中，在所述光导板的所述光入射面上所述光漫射区域以外的区域中设置光反射区域，用于反射在所述光导板内引导的白光，使得被引导的所述白光不会从所述光导板泄露出去。
44.根据权利要求43所述的背光装置，其中，所述反射区域通过粘接反射片形成。
45.一种背光装置，包括光导板，所述光导板引导从光导板的光入射面入射的光而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，所述光导面通过面内发射从所述光发射面发射光，所述背光装置包括：
以预定间距设置在所述光导板的光入射面侧的多个照明装置，每个所述照明装置包括：
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于发射所述第三原色光的第四光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光的第三透镜；
用于折射从所述第四光源发射的所述第三原色光中包括的发散光的第四透镜；
具有用于反射经由所述第一透镜发射的所述第一原色光的第一光反射面的第一三角棱镜；
具有用于反射经由所述第二透镜发射的所述第二原色光的第二光反射面的第二三角棱镜；
包括第一透射/反射面和第二透射/反射面的第一分束棱镜，所述第一透射/反射面反射被所述第一光反射面反射的所述第一原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在垂直于所述第一偏振面的第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光，所述第二透射/反射面透射所述第一原色光，反射所述第二原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光；所述第一和第二透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉；
包括第三透射/反射面和第四透射/反射面的第二分束棱镜，所述第三透射/反射面反射被所述第二光反射面反射的所述第二原色光在第一偏振面内偏振的线偏振光，透射在第二偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第四透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光，所述第四透射/反射面透射所述第二原色光，反射所述第一原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并透射经由所述第四透镜发射的所述第三原色光在所述第一偏振面内偏振的线偏振光以及在所述第二偏振面内偏振的线偏振光；所述第三和第四透射/反射面布置为成字母X的构形彼此交叉；以及
布置在所述第一分束棱镜与所述第二分束棱镜之间的波片，用于将透射通过所述第一透射/反射面的所述第一原色光在所述第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在所述第一偏振面内偏振的线偏振光，并用于将透射通过所述第三透射/反射面的所述第二原色光在所述第二偏振面内偏振的线偏振光转化成在所述第一偏振面内偏振的线偏振光；所述第一分束棱镜与所述第一三角棱镜通过空气层彼此靠近布置；所述第二分束棱镜与所述第二三角棱镜通过空气层彼此靠近布置；所述第一分束棱镜与所述第二三角棱镜通过所述波片和空气层彼此靠近布置；
所述第一分束棱镜将所述第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与所述第三原色光在所述第一偏振面和所述第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光；
所述第二分束棱镜将所述第一和第二原色光在各自第一偏振面内偏振的线偏振光与所述第三原色光在所述第一偏振面和所述第二偏振面内偏振的线偏振光混合形成白光，并发射由此形成的白光。
46.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述照明装置进一步包括一光学元件，当由所述第一分束棱镜和第二分束棱镜混合成白光的光入射在所述光导板的光入射面上时，所述白光被所述光学元件引导，使得从所述第一分束棱镜和所述第二分束棱镜发射的所述白光入射在所述光导板的所述光入射面上。
47.根据权利要求46所述的背光装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述第一分束棱镜和所述第二分束棱镜的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的所述白光入射在所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
48.根据权利要求46所述的背光装置，其中，所述光学元件是相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一和第二分束棱镜的光发射面发射的白光反射而被引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
49.根据权利要求46所述的背光装置，其中，所述光学元件是由沿所述光导板的厚度方向布置的第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元；
所述第一光学模块包括：从所述第一和第二分束棱镜的光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述第一和第二分束棱镜的光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
由所述第一和第二光入射面形成的所述光学模块的白光入射面具有与所述第一和第二分束棱镜的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
50.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜是球面或非球面透镜。
51.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
52.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一光源、第二光源、第三光源和第四光源是发光二极管。
53.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的一对相对的横向侧部。
54.根据权利要求53所述的背光装置，其中，在所述光导板包括所述光导板作为所述光入射面的一对相对的横向侧部的情况下，以预定间距布置在一个所述光入射面上的所述多个照明装置的白光发射面以及以所述预定间距布置在另一个所述光入射面上的所述多个照明装置的白光发射面布置为偏离二分之一节距，不互相面对，所述光导板夹在其间。
55.根据权利要求45所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的横向侧部之一。
56.根据权利要求45所述的背光装置，其中，在所述光导板的所述光入射面上设置光漫射区域，用于改变由所述照明装置的所述第一分束棱镜和第二分束棱镜色彩混合而获得的所述白光的方向，使得所述白光沿所述光导板的面内方向漫射。
57.根据权利要求56所述的背光装置，其中，所述光漫射区域由在所述光导板的所述光入射面上重叠粘接光漫射片及棱镜片而形成。
58.根据权利要求56所述的背光装置，其中，在所述光入射面上所述光漫射区域以外的区域中设置光反射区域，用于反射在所述光导板内引导的白光，使得所述白光不会从所述光导板泄露出去。
59.根据权利要求58所述的背光装置，其中，所述反射区域通过粘接反射片形成。
60.一种背光装置，包括光导板，所述光导板引导从光导板的光入射面入射的光而在作为所述光导板的一个和另一个主表面的光发射面和光反射面之间全反射，所述光导面通过面内发射从所述光发射面发射光，所述背光装置包括：
以预定间距设置在所述光导板的光入射面侧的多个照明装置，每个所述照明装置包括：
用于发射第一原色光的第一光源；
用于发射第二原色光的第二光源；
用于发射第三原色光的第三光源；
用于折射从所述第一光源发射的所述第一原色光中包括的发散光的第一透镜；
用于折射从所述第二光源发射的所述第二原色光中包括的发散光的第二透镜；
用于折射从所述第三光源发射的所述第三原色光中包括的发散光的第三透镜；
具有反射经由所述第一透镜发射的所述第一原色光的光反射面的第一反射片；
具有透射被所述第一反射片的所述光反射面反射的第一原色光并反射通过所述第二透镜发射的所述第二原色光的第一波长选择透射/反射面的第一分束片；
具有透射经由所述第三透镜发射的所述第三原色光并反射经由所述第一分束片发射的所述第一和第二原色光的第二波长选择透射/反射面的第二分束片，所述第二分束片混合所述第一、第二和第三原色光形成白光；以及
具有反射以不小于预定入射角入射的光并透射以小于所述预定入射角入射的光的角度选择透射/反射面的光学片，所述光学片布置在所述第二分束片的后方且横跨由所述第三透镜和所述第二分束片形成的光轴，所述光学片发射由所述第二分束片色彩混合而得到的所述白光。
61.根据权利要求60所述的背光装置，其中，进一步包括：
光学元件，当由所述第二分束棱镜混合成白光并从所述光学片发射的光入射在所述光导板的光入射面上时，从所述光学片发射的所述白光被所述光学元件引导，使得所述白光全部从所述光学片入射在所述光导板的所述光入射面上。
62.根据权利要求61所述的背光装置，其中，所述光学元件是光学模块，包括：与发射白光的所述光学片的光发射面形状相同的白光入射面，从所述光发射面发射的所述白光入射在所述光导板的所述白光入射面上；与所述白光入射面相对布置并且至少一个边的长度等于所述光导板厚度的白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述白光发射面的一对反射面。
63.根据权利要求61所述的背光装置，其中，所述光学元件是相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且在使从所述光学片的光发射面发射的白光反射而被引导到所述光导板的所述光入射面的一对反射镜。
64.根据权利要求61所述的背光装置，其中，所述光学元件是由沿所述光导板的厚度方向布置的第一光学模块和第二光学模块构成的光学模块单元；
所述第一光学模块包括：从所述光学模块的光发射面发射的所述白光入射其上的第一白光入射面；与所述第一白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第一白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第一白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第一白光发射面的一对第一反射面；
所述第二光学模块包括：从所述光学片的光发射面发射的所述白光入射其上的第二白光入射面；与所述第二白光入射面相对布置并且至少一个边的长度不大于所述光导板厚度的第二白光发射面；以及相对所述光导板的厚度方向以预定倾斜布置并且使从所述第二白光入射面入射的所述白光全反射而被引导到所述第二白光发射面的一对第二反射面；并且其中，
由所述第一和第二光入射面形成的所述光学模块的白光入射面具有与所述光学片的所述光发射面相同的形状；所述第一和第二光发射面布置为被限制在所述光导板的所述光入射面内。
65.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜是球面或非球面透镜。
66.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的光入射面上设置有菲涅耳透镜。
67.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述照明装置包括用于在使所述光入射在所述第一分束片上的方向上反射未入射在所述第一分束片上的所述第一原色光的第二反射片，以及在使所述光入射在所述第二分束片上的方向上反射未入射在所述第二分束片上的所述第三原色光的第三反射片。
68.根据权利要求67所述的背光装置，其中，所述第二反射面具有反射面，用于将被引导通过所述光导板的所述白光反射到所述光导板板内，使得所述白光不会从所述光导板泄露出去。
69.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一光源、第二光源和第三光源是发光二极管。
70.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的一对相对的横向侧部。
71.根据权利要求70所述的背光装置，其中，在所述光导板包括所述光导板作为所述光入射面的一对相对的横向侧部的情况下，以预定间距布置在一个所述光入射面上的多个照明装置的白光发射面以及以所述预定间距布置在另一个所述光入射面上的多个照明装置的白光发射面布置为偏离二分之一节距，不互相面对，所述光导板夹在其间。
72.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述光导板的所述光入射面是所述光导板的所述横向侧部之一。
73.根据权利要求60所述的背光装置，其中，在所述光导板的所述光入射面上设置光漫射区域，用于改变由所述第二分束片色彩混合而获得的所述白光的方向，使得所述白光沿所述光导板的面内方向漫射。
74.根据权利要求73所述的背光装置，其中，所述光漫射区域由在所述光导板的所述光入射面上重叠粘接光漫射片及棱镜片而形成。
75.根据权利要求73所述的背光装置，其中，在所述光导板的所述光入射面上所述光漫射区域以外的区域中设置光反射区域，用于反射在所述光导板内被引导的白光，使得所述白光不会从所述光导板泄露出去。
76.根据权利要求75所述的背光装置，其中，所述反射区域通过粘接反射片形成。
77.根据权利要求60所述的背光装置，其中，在发射所述白光的所述照明装置的所述光学片的所述光发射面上设置所述光漫射区域用于在所述光导板的面内方向上漫射由所述第二分束片色彩混合而获得的所述白光的方向。
78.根据权利要求77所述的背光装置，其中，所述光漫射区域由在发射所述白光的所述光学片的光发射面上粘接棱镜片而形成。
79.根据权利要求60所述的背光装置，其中，所述照明装置的所述第一反射片是其上通过汽相淀积反射膜而形成所述光反射面以反射所述第一原色光的膜。
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