CN1334487A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种视频显示装置,该装置对来自光源的光束有高的利用效率,并且可以提供均匀的图象。该视频显示装置包括一个光源部件,具有多个耦合光学元件,用于把从多个光源发射的光转变成为基本上平行的光束,并且能够在某个预定位置上对已穿过的耦合光学元件的光进行凝聚,该视频显示装置还包括对被凝聚的光的密度分布进行均匀化的一个光学积分器,以及一个光阀。

Description

显示装置

本发明涉及以高彩色再生能力投影一幅静止或者活动图画的视频显示装置。

在实际中通常使用投影型的视频显示装置，该装置利用从某个光源发射的光，把一幅静止或者活动的图画投影并且显示在屏幕上。

常规上被广泛使用的投影型视频显示装置通常具有如图1所示的这样一种配置。参阅图1，投影型的视频显示装置包括具有旋转的抛物面形状反射面的反射板100，位于反射板100的焦点位置上的光源101，积分器102，红色分光镜103R，绿色分光镜103G，反射镜103B，以及一个立方形的彩色合成棱镜104。

视频显示器进一步包括反射镜105R，用于反射由红色分光镜反射的红色光线，以便被引入彩色合成棱镜104的预定平面104R，并且包括反射镜105B，用于反射由反射镜103B反射的蓝色光线，以便被引入与平面104R平行的彩色合成棱镜104的另一个平面104B。彩色合成棱镜104这样安排，使得由绿色分光镜103G反射的绿色光线被引入与平面104R和平面104B垂直的平面104G上。一对光学路径长度调节透镜106和107分别被放在绿色分光镜103G和反射镜103B之间、以及反射镜103B和反射镜105B之间。

视频显示装置进一步包括被放在反射镜105R和彩色合成棱镜104的平面104R之间的红光阀108R，放在反射镜105R和红光阀108R之间的红色透镜109R，放在绿色分光镜103G和彩色合成棱镜104的平面104G之间的绿光阀108G，放在绿色分光镜103G和绿光阀108G之间的绿色透镜109G，放在反射镜105B和彩色合成棱镜104的平面104B之间的蓝光阀108B，以及放在反射镜105B和蓝光阀108B之间的蓝色透镜109B。

视频显示装置进一步包括位于与平面104G平行的彩色合成棱镜104的另一个平面对面的投影器透镜110。

在具有上述配置的常规视频显示器中，诸如氙灯或者金属卤灯这样的白光灯被用作光源101。从光源101发出的光被反射板100反射，然后，在紫外线和红外线通过切割滤色器(图中没有显示)从光中除去之后，通过积分器102被引入红色分光镜103R。在被引入红色分光镜103R的光线中，红色光线的成分被红色分光镜103R和反射镜105R反射，然后穿过透镜109R和红光阀108R，这样就被引入到彩色合成棱镜104。而被引入红色分光镜103R的光线中，除红色光线以外的其它色彩的光线成分通过红色分光镜103R，并且被引入绿色分光镜103G。

在被引入绿色分光镜103G的光中，绿色的光线成分被绿色分光镜103G反射，并且通过绿色透镜109G和绿光阀108G被引入彩色合成棱镜104。而在被引入绿色分光镜103G的光线中，除绿色光线以外的其它色彩的光线成分通过绿色分光镜103G，并且通过光学路径长度调整透镜106被引入反射镜103B。

被引入反射镜103B的光，即，蓝色的光线成分，被反射镜103B反射并且穿过光学路径长度调整透镜107，此后，进一步受反射镜105B反射，然后通过蓝色透镜109B和蓝光阀108B被引入彩色合成棱镜104。

被引入彩色合成棱镜104的彩色光线成分被彩色合成棱镜104合成，并且通过投影器透镜110投射在透光型或者反射型的屏幕上。

在常规的视频显示器中，由于单一种类的光源单独被自己用作光源101，被包括在从光源101发射的光中的波长有些偏向一个侧面，因此，要获得由彩色分光镜103R和103G以及反射镜103B分离的三种彩色光线成分平衡好的光量比率是很困难的。因此，也就很难增加常规视频显示器的彩色再现性。更进一步，由于用在常规视频显示器中的白光灯在高精度的亮度调节中有困难，并以某个固定的亮度发光，因此，独立地为每种红、绿和蓝色光线成分调整亮度是困难的。

更进一步，在常规的视频显示器中，从被用作光源101的白光灯中发射的光束有环形的截面。相比之下，被光正常照射的光阀108R、108G和108B为长方形。因此，为了把光线均匀地引入到光阀108R、108G和108B，入射到每个光阀的光束的直径被设置为大于每个光阀的对角线的长度。因而，存在的问题是：从光源101照射的光的照射效率是很低的。

因此，已经提出使用另一种视频显示装置，该显示器使用多个灯作为其光源，或者为三种基本色彩中的每一种使用多个半导体发光元件，诸如发光二极管或者激光二极管。

图2给出了一个XY色度图，说明CRT(阴极射线管)的磷光体的彩色再生范围，使用发光二极管的视频显示装置和NTSC(国家电视系统委员会)系统的显示装置。从XY色度图中可以看出，其中的发光二极管被用作光源，其彩色再生范围大于CRT的磷光体或者NTSC系统的显示装置的彩色再生范围。

然而，由于从多个光源发射的光线有角度，产生了来自光轴外部的非轴光。如果非轴光被包括在从光源发射的光中，就很难把光均匀地照射在光阀上。更进一步，由于光照射到光阀的外面，光的照射效率也很不利地受到损害。

本发明的一个目的是提供一种视频显示装置，其中，具有很好色彩纯度的多种白光灯、或者多个半导体发光元件被用作光源，从该光源发射的光能够均匀和有效地引入到某个光阀。

为了达到本发明的目的，提供了包括光源部件、积分器以及光阀的视频显示装置。光源部件包括多个光源部分，每个部分包括一个光源，由半导体发光元件或者白光灯以及把从光源部分发射的光转换为基本上平行的光的耦合光学元件形成的，并且可以这样操作：在整个照明系统的光轴上的某个预定的焦点位置上对已穿过耦合光学元件的来自光源部分的光进行浓缩。积分器被放在光源部件的焦点位置上，并且对由光源部件发射的光进行平面内光强度分布的均匀化。光阀基本上为长方形，并且，其平面内光强度分布已经由积分器均匀化的光被照射在光阀上。

采用这种视频显示装置，由于从多个光源部分发射的光被浓缩并且引入光阀，必要时，可以增加光源部分的数目以方便地增加光量。更进一步，由于来自多个光源部分的光在整个照明系统的光轴上的预定焦点位置上被浓缩，并且积分器被放在焦点位置上，因此，光可以均匀地被照射在光阀上，并且，从光源部分发射的光可以有效地被引入光阀。

可以得到三原色的平衡光量比率，并且，利用多个不同类型的白光灯或者多个色彩不纯良好的半导体发光元件，就可以高精度地调节亮度。因此，这样的视频显示装置可以被形成，以便展示其高亮度、高彩色再现性和高性能。

通过下面的描述和附加的权利要求书，结合附图，本发明的上述和其它目的、特性和优点将变得明显，在附图中，相同的图像部分或者元件由相同的引用符号表示。

图1是一个示意图，表示一种投影型的常规的视频显示装置；

图2说明不同常规视频显示装置的彩色再生范围；

图3给出了应用本发明的视频显示装置的配置的一个例子；

图4是一个示意图，表示被放在图3的视频显示装置中的照明光学系统配置的一个例子；

图5表示放在图3的视频显示装置中的发光二极管的配置的一个例子；

图6说明图3的视频显示装置的光学系统的一种几何关系；

图7说明图3的视频显示装置在光阀上的照明条件；

图8说明在图2的视频显示器中的光阀上，θ_LED1/NA_EYE1和光的照射效率之间关系；

图9A和9B说明当光分别平行地和倾斜地被输入光轴时放在图3的视频显示装置的光源部件中聚光透镜的焦点位置，而图9C则说明多个光源部分和聚光透镜之间的位置关系；

图10说明光源部分和积分器之间的位置关系，在这里，图3的视频显示装置包括聚光透镜；

图11表示图3的视频显示装置，在这里，多个光源部分被放在一个半球上，而无须配置聚光透镜；

图12说明光源部分和积分器之间的一种位置关系，在这里，图3的视频显示装置不包括聚光透镜；

图13表示应用本发明的另一个视频显示装置的配置的例子；

图14表示极化转换元件配置的一个例子，该元件可以设置在根据本发明的视频显示装置中。

参阅图3，该图给出了应用本发明的一个视频显示装置。所示的视频显示装置一般被表示为1，并且包括立方形的二色性棱镜2，放在二色性棱镜2的平面2G对面的绿色照明光学系统3G，放在垂直于平面2G的二色性棱镜2的平面2R对面的红色照明光学系统3R，以及放在平行于平面2R的二色性棱镜2的平面2B对面的蓝色照明光学系统3B。

视频显示装置1进一步包括放在平行于平面2G的二色性棱镜2余下的平面对面的投影器透镜4。当输入被二色性棱镜2从照明光学系统3G、3R和3B发射的光中合成的光时，投影器透镜4具有投影的功能，作为诸如在透光型或者反射型的屏幕(未示出)上的一幅静止或者活动的图画这样的视频。应当注意，投影器透镜4可以有类似于广泛地被常规使用的视频显示装置的结构，因此，投影器透镜4的详尽描述在下列的描述中被省略。

视频显示装置1具有如上所述的这样一种配置。在视频显示装置1中，红光、绿光和蓝光分别从红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B中被发射，并且互相独立地被引入二色性棱镜2。三种色彩的光的光线被二色性棱镜2合成，然后被引入投影器透镜4。在视频显示装置1中，由于不同色彩的光的光线以这种方式相互独立地从照明光学系统中被发射，因此，每种色彩的再现性或者亮度能以高精度被调整。

对上述的红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B，下面将更详细地给予描述。应当注意，由于红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B可以具有基本上类似的配置，下面描述的照明光学系统3代表了红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B。

参阅图4，照明光学系统3包括具有多个光源部分10的光源部件11，可以在整个照明系统的光轴上的一个预定位置上对来自光源部分10的光进行凝聚，包括放在光源部件11焦点位置上的积分器12，第一聚光透镜13，第二聚光透镜14和光阀15。照明光学系统3被这样安排，使得其中的光阀15可以面对视频显示装置1的二色性棱镜2。

每个光源部分10包括发光二极管16作为光源，以及一个耦合透镜17，用于把从发光二极管16发射的光改变成为基本上平行的光。在光源部件11中，由发光二极管16形成的每个光源部分10和耦合透镜17被放在一个平面上。光源部件11进一步包括聚光透镜18，用于在整个照明光学系统光轴的预定位置上对来自光源部分10的光进行凝聚。

积分器12被放在光源部件11的聚光透镜18的焦点位置上，并且具有对从光源部件11发射的光进行平面内光学强度分布均匀化的功能。积分器12由第一蝇眼透镜19和第二蝇眼透镜20组成。第一蝇眼透镜19和第二蝇眼透镜20被安排为共轭，并且形成远心光学系统。

第一聚光透镜13和第二聚光透镜14具有凝聚并且将已穿过积分器12的光引入光阀15的功能。

在照明光学系统3中，从发光二极管16发射的光通过耦合透镜17改变成为基本上平行的光。由于发光二极管16形成平面照明，就存在来自光轴外面的非轴光。已穿过耦合透镜17的光被聚光透镜18折射，并且被引入积分器12。积分器12使非轴光的角度分布相对于光轴一致，以便使平面内的光学强度分布均匀化。已经通过积分器12的光被引入第一聚光透镜13。

在照明光学系统3中，第一聚光透镜13和第二聚光透镜14被放在共轭位置上，于是形成了如上所述远心光学系统。然后，已穿过第一聚光透镜13和第二聚光透镜14并且被转换的光又被引入到光阀15。

照明光学系统3按如上所述的方式被构成，而红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B基本上具有类似于照明光学系统3的配置。然而，红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B被这样构成，使得红色、绿色和蓝色的光束由此分别被引入到二色性棱镜2。更具体地，例如，作为光源的发光二极管16可以发射红色、绿色和蓝色的光。另外，例如，照明光学系统3可以包括各种各样的滤色器，这样，从发光二极管16发射的光可以利用滤色器，在波长上转换为红色、绿色和蓝色的光。

视频显示装置1中的红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B中的每个都包括一个光阀15。照射在每个照明光学系统3中的光阀15上的红、绿或者蓝色的光束通过光阀15在空间上进行调节，然后输入二色性棱镜2。被输入二色性棱镜2的红、绿和蓝色光束被二色性棱镜2合成，然后通过投影器透镜4投影在屏幕上。

采用具有上述配置的视频显示装置1，由于从光源部分10发射的光被凝聚并且被输入到光阀15，可以增加光源部分10的数目，以便如果必要的话可以方便地增加光量。更进一步，由于来自光源部分10的光在整个照明系统光轴上的某个预定的焦点位置上被凝聚，而且积分器12被放在该焦点位置上，因此，光能够均匀地被照射在光阀15上，并且来自光源部分10的光能有效地被输入到光阀15。

应当注意，对于上述视频显示装置1中光源部分10的光源，诸如激光二极管这样的各种各样的半导体发光元件，或者诸如像金属卤灯或者氢卤灯这样的放电灯一类的白光灯，可以被用来代替发光二极管16。在白光灯用作光源的地方，各种各样的滤色器可以被用来把白光在波长上转换为红、绿和蓝色的光束，这些光束被照射在二色性棱镜2上。

当发光二极管16在没有使用各种滤色器的情况下被用来直接发射红、绿和蓝色的光束时，对于红色的半导体发光元件，可以使用像GaAlAs、GaAsP或者AlGaPAs这样的GaP型、GaAs型或者AlAs型混合半导体。对于绿色的半导体发光元件，可以使用像InGaN或者AlInGaN这样的GaN型或者ZnSe型的混合半导体。更进一步，对于蓝色的半导体发光元件，可以使用诸如InGaN或者AlInGaN这样的GaN型、ZnSe型或者SiC型的混合半导体。

更进一步，在根据本发明的视频显示装置1中，作为光源部分10的光源的发光二极管16可以包括反射镜(反射器)21，用于反射光使之朝着一个方向被发射，如图5所示。反射镜21的使用增加了从发光二极管16发射的光的利用效率，并且使之有可能以低的输出功率来显示明亮的视频。应当注意，有效的光凝聚特性可以通过这种方式为光源配置反射镜来获得，光源部分10可以不包括耦合透镜17。

进而，在上述的视频显示装置1中，具有凝聚从光源发射的光的功能的各种耦合光学元件，可以被用来替代耦合透镜17。更进一步，虽然视频显示装置1使用聚光透镜来使光折射，但即使用具有衍射活动的Fresnel透镜来替换这里的每个聚光透镜，也能预料到一种类似的结果。

下面将描述相对于上述视频显示装置1中的发光二极管16和单独的透镜的位置的最佳几何关系。

首先，结合图6描述发光二极管16和适合于对从发光二极管16发射的光均匀化并且取得对光阀15高的照射效率的各透镜之间的几何关系。在这里，是对光阀15的次要侧面方向进行描述的。用于下列描述的下标“1”表示光阀15的次要的侧面方向，而下标“2”则表示光阀15的主要侧面方向。

这里，发光二极管16的长度用r₁表示，耦合透镜17的有效焦距用f_LED表示，而耦合透镜17的有效数值孔径用NA_LED表示，发光二极管16的光学耦合效率η_LED由下列的表达式1代表：

η_LED＝NA_LED2(表达式1)

下面的式子2表示相对于光轴的非轴光角度的最大值θ_LED1：

θ_LED1＝r₁/(2f_LED)(表达式2)

下面的式子3给出了已经通过耦合透镜17的光的出口光孔直径D_LED1：

D_LED1＝2NA_LED×f_LED(表达式3)

从上面给出的表达式2和3，可以得到下面的表达式4：

D_LED1＝NA_LED×r₁/θ_LED1(表达式4)

接着，用N1表示第一和第二蝇眼透镜19和20元件透镜的数目，用f_EYE表示第一和第二蝇眼透镜19和20的有效焦距，并且用NA_EYE1表示第一和第二蝇眼透镜19和20的有效数值孔径，用下面的式子5表示出口光孔直径D_LED1：

D_LED1＝2N1×f_EYE×NA_EYE1(表达式5)

同时，用f_C表示第一和第二聚光镜13和14的有效焦距，并且用θ_LV1表示被照射在光阀15上的光相对于光轴的角度的最大值，用下面的式子6表示出口光孔直径D_LED1：

D_LED1＝2f_C×θ_LV1(表达式6)

这里用L_LV1表示光阀15的长度，由下面的式子7给出：

2f_C×NA_EYE1＝L_LV1(表达式7)

在这里，从上面给出的式子6和7中，可以得到下面的式子8：

NA_EYB1＝L_LV1×θ_LV1/D_LED1(表达式8)

接着，从上面给出的式子4和8中，可以得到下面的式子9：

NA_EYE1＝θ_LED1×L_LV1×θ_LV1/(NA_LED×r₁)(表达式9)

接着，从上面的式子9又可以得出下面的式子10：

θ_LED1/NA_EYE1＝r₁/L_LV1×NA_LED/θ_LV1(表达式10)

在这里，当检测对光阀15的照射条件时，第二蝇眼透镜20是最有意义的。如图7所示，已经通过第一蝇眼透镜19的一个元件透镜19a然后又进入第二蝇眼透镜20的对应元件透镜20a的光被照射在光阀15上。然而，已经通过第一蝇眼透镜19的元件透镜19a，但进入第二蝇眼透镜20的一个相邻元件透镜20b的光并没有被照射在光阀15上。

图8说明了非轴光的倾角θ_LED1和第一及第二蝇眼透镜19及20的有效的数值孔径NA_EYE1之间的比例与在光阀15上的照射效率之间的关系。

因此，在光阀15上的照射条件由下列的表达式11给出：

θL_ED1/NA_EYE1≤1(表达式11)

当θ_LED1/NA_EYE1≤1时，所有从发光二极管16发射的光都照射在光阀15上，但是，当θ_LED1/NA_EyE1＞1时，从发光二极管16发射的部分光照射在光阀15的外面，并且，这将降低光照射效率。

在这里，从上面给出的表达式10和11中可以得到以下的表达式12：

r1≤L_LV1×θ_LV1/NA_LED(表达式12)

按如上所述这样一种方式所获得的表达式12将其自身归结拉格朗日-亥姆霍兹方程，该方程表示对象的量度和图象的量度之间的关系。

应该注意到，虽然上面的描述涉及光阀15的次要侧面方向，但上面给出的关系同样适用于光阀15的主要侧面方向。因此，为了保证在光阀15上的高光照射效率，下列的表达式13也更适宜主要侧面方向：

r2≤L_Lv2×θ_LV2/NA_LED(表达式13)

从上面的描述中，为了允许从发光二极管16中发射的光有效地照射在光阀15上，发光二极管16的发光区的整个区域S最好设置为小于(L_LV1×θ_LV1/NA_LED)×(L_LV2×θ_LV2/NA_LED)。

一般地，当光阀15例如为透光型时，对光阀15的照射光相对于光轴的最大角度θ_LV1和θ_LV2受到液晶对比度、投影器透镜的视角等的限制，类似于与次要和主要的侧面方向有关的因素。另外，其中的光阀15为反射型时，最大角θ_LV1和θ_LV2受到入射角的对比度(取决于极化棱镜)等等的限制，类似于与次要和主要侧面方向有关的因素。因此，多数情况下，最大角度θ_LV1和θ_LV2表示为关系θ_LV1＝θ_LV2。此外，通常由于对于等于光阀15主要和次要侧面方向的有效数值孔径相等，因此，r₁和r₂的比率等于L_LV1和L_LV2的比率。

因此，由光源部件11的多个发光二极管16形成的发光区最好具有类似光阀15的样式。这使得来自发光二极管16的光可以没有损失地被引入光阀15，于是，就能够保证来自发光二极管16的光的高利用率。

应当注意，在视频显示装置1中，不仅光源部件11的发光区，而且积分器12的第一和第二蝇眼透镜19和20的元件透镜，最好具有与光阀15类似的样式。这可以保证来自发光二极管16的光具有较高的利用效率。

这里，上述光阀15的次要侧面方向的长度L_LV1和主要侧面方向的长度L_LV2，可以分别是视频实际被显示的显示部分(即需要照明的部分)的次要侧面方向和主要侧面方向的长度。然而，实际上，由于失常可能造成非均匀照明，就存在这种可能性：不是被光照明的部分可能出现在光阀15的外围部分。更进一步，站在制造商的位置上，考虑到该区幅度的边际，光被照射的照射区最好被设置为稍微大于显示部分。

因此，在视频显示装置1中，次要侧面方向上的显示部分的长度最好小于次要侧面方向上光阀15的长度L_LV1，而主要侧面方向中的显示部分的长度小于主要侧面方向上光阀15的长度L_LV2。

这里，照射区被设置为稍微大于显示部分，视频实际上不被显示在光不可能照射到的外围部分上，而在显示部分的整个区域上可以得到高的照射效率。更特别地，考虑到失常、在制造上的边际以及其它因素，光阀15的次要侧面方向上的长度L_LV1和主要侧面方向上的长度L_LV2最好被设置为大于次要侧面方向和主要侧面方向上的显示部分的长度约5-10％。另外，考虑到用于定位的边际，光阀15的次要侧面方向的长度L_LV1和主要侧面方向的长度L_LV2可以被设置为等于光阀15的设备外部轮廓，或者被设置为大于次要侧面方向和主要侧面方向中的外部轮廓的长度约5-10％。

例如，发光二极管16的发光区基本上是长方形，其次要侧面方向的长度是r₁，而其主要侧面方向的长度是r2。另外，发光二极管16的发光区最好具有与光阀15相同的样式。这里，发光二极管16的发光区具有与光阀15相同的样式，光没有损失地照射在光阀15上，并且可以期望得到较高的照射效率。

下面将描述光源部件11的光源部分10与聚光透镜18之间的几何关系。

如果进入光源部件11的聚光透镜18中的光线的角度相等，则其图象在基本上相同的位置上形成。更具体来说，如果平行(0度角)于图9A所示光轴的光线进入聚光透镜18，则入射光线在在焦点位置形成在光轴上从聚光透镜18展开长度为L的图象。同时，当光线在相对于如图9B所示的光轴θ度角进入聚光透镜18时，入射光线在光轴的垂直方向、距离为Y的位置上形成图象。在该例子中的距离Y等于焦点的距离L和入射角θ的积。

因此，这里，大量的发光二极管16被放在聚光透镜18的入射侧面的平面上，如图9C所示，即使来自发光二极管16的光线被输入到聚光透镜18的不同位置上，也可以在焦点位置上形成单一的光束。因此，在视频显示装置1中，多个发光二极管16和相应的耦合透镜17被放在光源部件11各自的平面中，而积分器12被放在聚光透镜18的焦点位置上，使得上面结合图6的描述能够得到满足。

在这里讨论这样一种情况：聚光透镜18的焦距由L表示，从整个照明系统的光轴到每个光源部分10的距离用H表示，如图10所示。

如图10所示，来自从光轴开始距离H的位置上的光源部分10的光线被聚光透镜18凝聚，并且在某个预定的角度被输入到积分器12中。在这种情况下，如果对积分器12的入射角相当大，则例如，入射到第一蝇眼透镜19的元件透镜19a的光线就不能被引入到与元件透镜19a配对的第二蝇眼透镜20的元件透镜20a中。因而，积分器12的功能下降并且照射在光阀15上的光量也减少。

在积分器12中，使入射到第一蝇眼透镜19的单元透镜19a的光被引入到与单元透镜19a配对的第二蝇眼透镜20的单元透镜20a旁边的单元透镜20b的限制角度大约是15度。因此，视频显示装置1最好能满足下列的表达式14：

|H/L|＜0.27(表达14)

换句话说，入射到视频显示装置1的光线的角度范围值|H/L|最好小于tan15°，即小于0.27。这消除了照射在光阀15上的光量的其他可能的下降，并且增加了来自光反射二极管16的光的利用率。

顺便提一下，在上面的叙述中，聚光透镜18设置在光源部件11中，并且把多个光源部分10放在一个平面上。然而，本发明并不局限于这种特殊的形式。例如，照明光学系统3可以按另外的方式构成，如图11所示，使得光源部件11不包括聚光透镜18，但是，把多个光源部分10放在光源部件11焦点位置为中心的半球上，积分器12被放在这样的焦点位置上，使得来自光源部分10的光可以被引入到积分器12中。

在这种情况下，放置光源部分10的半球的半径，即，从每个光源部分10到焦点位置的距离，用L表示，而从每个光源部分10到焦点位置的距离，用H表示，如图12所示。上面给出的表达式14最好与上面结合图10所述的一样被满足。

更进一步，在上面的描述中，视频显示装置1在红色照明光学系统3R、绿色照明光学系统3G和蓝色照明光学系统3B的每个照明光学系统3中都包括一个光阀15。然而，本发明并不局限于这种具体形式。例如，由二色性棱镜2在色彩上合成的光，可以单个板的形式输入到光阀15。

在这种情况下，第一聚光透镜13包括，如图13所示，立方形的二色性棱镜2，放在二色性棱镜2的平面2G对面的绿色光源部件11G，放在与表面2G垂直的二色性棱镜2的另一个表面2R对面的红色光源部件11R，以及放在与表面2R平行的二色性棱镜2的另一个的表面2B对面的蓝色光源部件11B。这里，红色光源部件11R、绿色光源部件11G和蓝色光源部件11B对应上述的光源部件11，并且，分别把红、绿和蓝色光束引入二色性棱镜2。

视频显示装置1进一步包括放在平行于平面2G、第一和第二聚光透镜13和14、光阀15、以及投影器透镜4的二色性棱镜2的另一个平面对面的积分器12。

在如图13所示的视频显示装置1中，从光源部件11R、11G和11B发射的红、绿和蓝色光束被引入二色性棱镜2。被输入二色性棱镜2的红、绿和蓝色光束在色彩上由二色性棱镜2合成。色彩合成的光穿过积分器12、第一和第二聚光透镜13和14，并且被照射在光阀15上。照射在光阀15上的光被光阀15在空间上进行调节。被空间调节的光穿过光阀15并且通过投影器透镜4被投射在屏幕上。

这里的视频显示装置1也具有如上所述的这样一种配置，由于从每个光源部分10发射的光被凝聚和引入到相应的光阀15中，当必要时，可以增加光源部分10的数目以便增加光量。更进一步，由于来自光源部分10的光在整个照明系统的光轴的某个预定的焦点位置上被凝聚，并且积分器12被放在焦点位置上，光可以均匀地被照射在光阀15上，并且从光源部分10发射的光可以有效地被引入到光阀15。

本发明也可以被应用到包括极化转换的视频显示装置。

以这种方式可以得到包括极化转换的视频显示装置，例如，通过至少在光源部件11和积分器12之间的一个位置上，在第一蝇眼透镜19和第二蝇眼透镜20之间的另一个位置上，并且在积分器12和光阀15之间的进一步位置上，为上述的视频显示装置提供如图14所示的这样一种极化转换单元50。

参阅图14，例如，可以由极化光束分离器50a和半波极化板50b形成极化转换单元50。被引入极化转换单元50的光首先进入极化光束分离器50a。在被引入极化光束分离器50a的光中，其极化方向垂直于入射平面的S极化光被极化光束分离器50a的反射平面反射，并且被引入半波极化板50b中。半波极化板50b对进入其中的光的极化平面进行旋转。另一方面，在被引入极化光束分离器50a的光中，其极化方向平行于入射平面的P极化光穿过极化光束分离器50a并且一直向前。

如上所述，由于视频显示装置1包括这样一种极化转换单元50，通过极化转换把每个光束分裂成两个光束，因此，显然使用了双倍数目的发光二极管16。因此，如上所述，在使用这样的极化转换的地方，光源部件11的发光二极管16的发光区的整个区域最好被设置为小于(L_LV1×θ_LV1/NA_LED)×(L_LV2×θ_LV2/NA_LED)的1/2。

在视频显示装置1中，由于光源部件11的发光区的整个区域可以通过极化转换而被减少一半，不但可以预期该装置的最小化，而且还可以用一半的功率得到相等的亮度。因而，可以为降低功率消耗而形成该装置。

更进一步，在上面的描述中，虽然光阀15被假定是一种透光型的光阀，但本发明并不局限于这种特殊的配置，而反射型的光阀也可以选择使用。

例如，作为一种透光型的光阀，STN(超级双绞向列)液晶显示元件，铁电体液晶显示元件，或者高分子弥散型液晶显示元件都可以被使用。另外，还可以使用其中的液晶在简单或者有源字模中被驱动的元件。

同时，作为一个反射型的光阀，例如，反射型的液晶显示元件，其中，TN(双绞向列)方式的液晶，铁电体液晶，高分子弥散型液晶等等，由玻璃衬底或者硅衬底上设置的驱动电极或者驱动有源元件驱动。另外，还可以使用这样的液晶显示元件，其中，通过光电导胶片被照射的光将一个电压运用于液晶。此外，还可以选择使用诸如光栅光阀这样的反射型显示元件，具有使其形状或者状态变化响应作用于其上的电场的结构。

虽然本发明的最佳实施例是使用具体的术语来描述的，但这样的描述仅仅是为了说明，而且应该理解，可以在不脱离后面的权利要求书的实质和范围的情况下进行修改和变化。

Claims (11)

1.一种视频显示装置，包括：

包括多个光源部分的光源部件，每个光源部分包括由半导体发光元件或者白光灯形成的光源，以及用于把从所述光源发射的光转换为基本上平行的光的耦合光元件，所述光源能够对来自所述光源部分、并已穿过耦合光学元件的光在整个照明系统的光轴的预定焦点位置上进行凝聚；

放在所述光源部件的焦点位置上的积分器，对从所述光源部件发射的光的平面内光密度分布进行均匀化；以及

基本上为长方形的光阀，其平面内光强度分布已经由所述积分器均匀化的光被照射在其上。

2.根据权利要求1的视频显示装置，其中，所述光源部件进一步包括聚光透镜，并且所述光源部分被这样设置在所述光源部件的平面上，使得来自所述光源部分的光在预定的焦点位置上被所述的聚光透镜凝聚。

3.根据权利要求2的视频显示装置，其中，所述聚光透镜的焦点距离用L表示，并且，从整个照明系统的光轴到每个所述光源部分的光轴的最大距离用H表示，所述光源部件被这样设计，以便满足下式给出的关系：

|H/L|＜0.27。

4.根据权利要求2的视频显示装置，其中，以相对于整个光照明系统的光轴、在所述光阀上照射的光的角度，在其次要侧面方向上的所述光阀的最大值用θ₁表示，其主要侧面方向上的所述光阀的最大值由θ₂表示，在次要侧面方向上的所述光阀的长度由L₁表示，在主要侧面方向上的所述光阀的长度由L₂表示，并且所述聚光透镜的有效数值孔径由NAc表示，所述光源部件被这样设计，使得所述光源部分的发光区的面积S满足下式：

S≤(L₁×θ₁/NA_c)×(L₂×θ₂/NA_c)。

5.根据权利要求1的视频显示装置，其中，所述光源部分被放在以焦点位置为中心的半球上，使得来自所述光源部分的光可以在焦点位置上被凝聚。

6.根据权利要求4的视频显示装置，其中，从所述光源部分到焦点位置的距离用L表示，并且，从整个照明系统的光轴到每个所述光源部分的光轴的最大距离用H表示，所述光源部件被这样设计，以便满足下式：

|H/L|＜0.27。

7.根据权利要求5的视频显示装置，其中，以相对于整个光照明系统的光轴、在所述光阀上照射的光的角度，在其次要侧面方向上的所述光阀的最大值用θ₁表示，其主要侧面方向上的所述光阀的最大值由θ₂表示，在次要侧面方向上的所述光阀的长度由L₁表示，在主要侧面方向上的所述光阀的长度由L₂表示，从所述光源部分到焦点位置的距离用L表示，并且，从整个照明系统的光轴到每个所述光源部分的光轴的最大距离用H表示，所述光源部件被这样设计，使得所述光源部分的发光区的面积S满足下式：

S≤(L₁×θ₁×L/H)×(L₂×θ₂×L/H)。

8.根据权利要求1的视频显示装置，其中，所述光源是由发光二极管或者激光二极管形成的。

9.根据权利要求1的视频显示装置，其中，所述光源部件包括反射镜，用于从一个方向上反射从光源发射的光。

10.根据权利要求1的视频显示装置，其中，由所述光源部件的所述光源部分形成的发光区具有基本上类似于所述光阀的平面形状。

11.根据权利要求1的视频显示装置，进一步包括极化转换元件，至少被设置在所述光源部件和所述积分器之间的位置、所述积分器的内部的另一个位置、以及所述积分器和所述光阀之间的进一步的位置中的一个位置上。

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