CN1779504A - 发光单元以及使用该发光单元的投影型显示设备 - Google Patents

Abstract

发光单元，包括：第一、第二、第三和第四光源单元，发射不同波段的第一、第二、第三和第四光束；六面体彩色合成棱镜，将第一、第二、第三和第四光束合成，从而将它们沿着关于彼此相同的路径传播。彩色合成透镜包括：第一、第二、第三和第四入射面；出射面；第一二向色镜，将第一光束反射向出射面，并透射第二光束、第三光束和第四光束；第二二向色镜，将第二光束反射向出射面，并透射第一、第三和第四光束；第三二向色镜，将第四光束反射向出射面，并透射第一、第二和第三光束。投影型图像显示设备，包括：发光单元；图像形成装置，对应于输入图像信号来生成图像；投影透镜单元，将由图像形成装置生成的图像放大并投影到屏幕上。

Description

发光单元以及使用该发光单元的投影型显示设备

本申请要求2004年11月27日在韩国专利局提交的第10-2004-98362号韩国专利申请的优先权，该申请完全公开与此，以资参考。

                          技术领域

本发明总体构思涉及一种用于发射光的发光单元以及使用该发光单元的投影型图像显示设备，更具体地讲，涉及一种具有改进的棱镜的发光单元以及使用该发光单元的投影型图像显示设备，该改进的棱镜将从小型光源发射的光合成。

                          背景技术

通常，发光单元包括：光源，在一个方向上发射光；发光光学系统，传输从光源发射的光。发光单元被广泛地用于采用不能发射光的图像形成装置(例如液晶显示(LCD)装置或者数字微镜装置(DMD))的投影型图像显示设备中。

近年来已经开发出了采用小发光装置比如发光二极管、激光二极管作为光源的投影型图像显示设备和发光单元。

由于小发光装置可以发射红色波长、蓝色波长和绿色波长的光束，所以使用小发光装置的单面板投影型彩色图像显示设备不会为了得到彩色图像而需要附加的色轮。然而，为了发射不同的彩色光束，需要用于合成不同的彩色光束的结构和多个小发光装置。

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，位于不同的位置并且分别发射红色波长、蓝色波长和绿色波长的光束；三向色棱镜20，沿着相同的路径传播从第一LED光源11、第二LED光源12、第三LED光源13发射的光束。

三向色棱镜20包括：第一棱镜P₁、第二棱镜P₂和第三棱镜P₃；第一彩色滤光片21，位于第一棱镜P₁和第三棱镜P₃之间；第二彩色滤光片25，位于第二棱镜P₂和第三棱镜P₃之间。第一彩色滤光片21和第二彩色滤光片25根据入射光的波长来选择性地透射或反射入射光。例如，第一彩色滤光片21反射红色波长的第一光束R并且透射绿色波长的第二光束G和蓝色波长的第三光束B。第二彩色滤光片25反射第三光束B并且透射第一光束R和第二光束G。

因此，基于临界角完全反射的原理，从第一LED光源11入射到第一棱镜P1的出射表面20a上的第一光束R被全反射，从而被导向第一彩色滤光片21。第一光束R被第一彩色滤光片21反射，然后透射穿过第一棱镜P₁的出射表面20a。顺序地，第二光束G透射穿过第二彩色滤光片25和第一彩色滤光片21并沿着与第一光束R相同的路径传播。基于临界角全反射的原理，第三光束B在面对第一棱镜P₁的第三棱镜片P₃的表面20b上被全反射，从而被导向第二彩色滤光片25，接着被第二彩色滤光片25反射，透射穿过第一棱镜P₁和第三棱镜P₃，随后沿着与第一光束R和第二光束G相同的路径传播。这样，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、第三光束B被合成，从而沿着相同路径传播。

其间，为了在第三棱镜P₃的表面20b上全反射第三光束B，第一棱镜P1和第三棱镜P₃彼此间隔预定的距离以在其间形成气隙G_air。即，为了造成临界角全反射，在第三棱镜P₃和其周围的媒质之间必须存在折射率差异，也必须存在在第三棱镜P₃的表面20b和第三光束B之间的角度。

因此，当采用呈现三色的棱镜20合成从多个光源发射的光束时，难以建立三色的棱镜20的光学配置(optical arrangment)。

此外，当采用三向色棱镜20合成光束时，由于三向色棱镜20的光学布置，难以使用用于发射除了红色光束、蓝色光束和绿色光束之外的光束例如黄色光束、红紫色光束和蓝绿色光束的附加光源。因此，在传统的发光单元中所允许的色域是受限制的。

这样，由于使用传统的发光单元的投影型图像显示设备通过合成三种颜色的光束来产生图像，所以由于这种传统的发光单元的限制而导致难以利用光源来发射四种或更多种彩色的光束。

                          发明内容

本发明总体构思提供了一种具有改进的彩色合成棱镜的发光单元以及使用该发光单元的投影型图像显示设备，该改进的彩色合成棱镜提供了扩展的色域。

本发明总体构思的另外的方面将在以下的描述中部分地被提出，并且另外的部分通过描述将是清楚的，或者可以通过总的发明构思的实施而得知。

本发明的前述和/或其它方面通过提供一种如下发光单元而实现，该发光单元包括：第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元，用于发射不同波段的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；六面体彩色合成棱镜，用于将从第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元发射出的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束合成，从而将第一光束、第二光束、第三光束和第四光束沿着关于彼此相同的路径传播。彩色合成棱镜包括：第一入射面和第二入射面，彼此相对并且允许第一光束和第二光束分别通过它们入射；第三入射面，与第一入射面和第二入射面相邻，并且允许第三光束通过它入射；第四入射面，与第一入射面、第二入射面和第三入射面相邻，并且允许第四光束通过它入射；出射面，与第一入射面、第二入射面和第四入射面相邻从而与第三入射面相对，并且允许第一光束、第二光束、第三光束和第四光束通过它发射；第一二向色镜，用于将通过第一入射面入射的第一光束反射向出射面，并透射第二光束、第三光束和第四光束；第二二向色镜，用于将通过第二入射面入射的第二光束反射向出射面，并透射第一光束、第三光束和第四光束；第三二向色镜，用于将通过第四入射面入射的第四光束反射向出射面，并透射第一光束、第二光束和第三光束。

本发明总体构思的上述的和/或其它方面也可通过提供一种如下发光单元实现，该发光单元包括：六面体棱镜；第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元，每个位于六面体棱镜的不同的外表面，用于将具有第一预定波长、第二预定波长、第三预定波长和第四预定波长的光发射到六面体棱镜中；多个二向色镜，位于六面体棱镜内部，用于根据第一预定波长、第二预定波长、第三预定波长和第四预定波长来反射和透射由第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元发射的光，以沿着共同的光路径从六面体棱镜输出由第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元发射的光。

本发明总体构思的上述的和/或其它方面也可通过提供一种如下发光单元实现，该发光单元包括：四个或更多的发光单元，用于发射具有不同预定波长的光束；彩色合成单元，包括通过布置而形成六面体的多个棱镜，用于接收由发光单元发射的光束，并且用于反射和透射光束，以将光束沿着关于彼此相同的路径输出。

本发明总体构思的上述的和/或其它方面也可通过提供一种如下的投影型图像显示设备来实现，该投影型图像显示设备包括发光单元，该发光单元包括用于发射具有不同波段的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束的第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元；六面体彩色合成棱镜，用于将从第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元发射的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束合成，以将第一光束、第二光束、第三光束和第四光束沿着关于彼此相同的路径传播；图像形成装置，用于对应于输入的图像信号来产生图像，该输入图像信号来自从发光单元传播的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；屏幕；投影透镜单元，用于将由图像形成装置产生的图像放大并投影到屏幕上。

本发明总体构思的上述的和/或其它方面也可通过提供一种如下的图像投影设备来实现，该图像投影设备包括：发光单元，包括多个光源，用于发射具有多个预定波长的光束；六面体形合成棱镜，用于通过其多个外表面来接收由多个光源发射的光束，并且用于将接收的光束合成以沿着预定的路径将光束输出；显示装置，用于与由六面体形合成透镜沿着预定的路径输出的光束对应来显示图像。

                          附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和优点将变得明显且更加容易理解，其中：

图1是示出传统的发光单元的光学布置的示意图；

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置的示意性透视图；

图3是示出图2的发光单元的彩色合成棱镜的分解透视图；

图4是示出图2的发光单元的主视图；

图5是示出图2的发光单元的侧视图；

图6至图8是分别示出图2的发光单元的第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜的反射率与波长的比值的曲线图；

图9是示出图2的发光单元的光源单元的透视图；

图10是示出图2的发光单元的光源单元的侧视图；

图11是示出由图2的发光单元合成的光的色域的曲线图；

图12是示出根据本发明总体构思的另一个实施例的发光单元的光学布置的示意性透视图；

图13是示出根据本发明总体构思的一个实施例的投影型图像显示设备的光学布置的示意图；

图14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配置的示意图；

图15是示出根据本发明总体构思的又一实施例的投影型图像显示设备的光学配置的示意图。

                     具体实施方式

现在将详细地参考本发明总体构思的实施例，该实施例的例子在附图中示出，其中，相同的标号始终指相同的元件。下面参照附图描述实施例以解释本发明总体构思。

图2至图5示出根据本发明总体构思的实施例的发光单元。参照图2至图5，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多个光源单元110、120、130和140；彩色合成棱镜200，用于将从光源单元100发射的光束合成以将光束沿着关于彼此相同的路径传播。

在本实施例中，光源单元100分为位于不同位置并且发射具有不同波长的光束的第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140。第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140分别发射蓝色波段的第一光束L₁、红色波段的第二光束L₂、绿色波段的第三光束L₃和蓝绿色波段的第四光束L₄。

彩色合成棱镜200将第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄合成，以使它们沿着关于彼此相同的路径传播。彩色合成棱镜200为六面体形例如正六面体。此外，如图3中所示，彩色合成棱镜200是8个棱镜的结合，第一二向色镜271、第二二向色镜273、第三二向色镜275可以安装在彩色合成棱镜200中。

限定六面体彩色合成棱镜200的六个面中的四个面被用作第一入射面210、第二入射面220、第三入射面230和第四入射面240，并且该六个面中的一个面被用作出射面260。第一二向色镜271、第二二向色镜273、第三二向色镜275形成在彩色合成棱镜200的内部，用于反射或透射分别通过第一入射面210、第二入射面220、第三入射面230和第四入射面240发射而射入六面体彩色合成棱镜200的第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄，使得第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄通过出射面260被射出到六面体彩色合成棱镜200。

如图2、图4和图5所示，彩色合成棱镜200的第一入射面210允许第一光束L₁通过它入射。彩色合成棱镜200的第二入射面220是面对第一入射面210并与第一入射面210分隔开的面，并且允许第二光束L₂通过它入射。彩色合成棱镜200的第三入射面230是与第一入射面210和第二入射面220相邻的面，并且允许第三光束L₃通过它入射。彩色合成棱镜200的第四入射面240是与第一入射面210、第二入射面220和第三入射面230相邻的面，并且允许第四光束L₄通过它入射。

彩色合成棱镜200的出射面260是与第一入射面210、第二入射面220和第四入射面240相邻而与第三入射面230相对的面，并且允许第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄通过它发射。

第一二向色镜271将从第一入射面210入射的第一光束L₁反射向出射面260，并透射第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄。因此，第一二向色镜271具有用于反射第一光束L₁的面，该面形成在六面体彩色合成棱镜200的第一对角截面上并且以相对于第一入射面210和出射面260倾斜的方式延伸。

图6是示出第一二向色镜271的反射率关于入射到其上的光束的波长的曲线图。参照图6，第一二向色镜271是彩色涂覆的，用于透射比在蓝色波长和蓝绿色波长之间的第一预定波长更长的波长的光束，并且反射比第一预定波长短的波长的光束。因此，第一二向色镜271反射大约460nm的蓝色波长的第一光束L₁，并且透射比蓝色波长长的红色波长的第二光束L₂、绿色波长的第三光束L₃、蓝绿色波长的第四光束L₄。

第二二向色镜273为彩色涂覆的，用于将通过第二入射面220入射到其上的第二光束L₂反射向出射面260，并透射第一光束L₁、第三光束L₃和第四光束L₄。因此，第二二向色镜273具有用于反射第二光束L₂的面，该面形成在六面体彩色合成棱镜200的第二对角截面上并且以相对于第二入射面220和出射面260倾斜的方式延伸。

图7是示出第二二向色镜273的反射率关于入射到其上的光束的波长的曲线图。参照图7，第二二向色镜273反射比在绿色波长和红色波长之间的第二预定波长长的波长的光束，并且透射比第二预定波长短的波长的光束。因此，第二二向色镜273反射大约630nm的红色波长的第二光束L₂，并且透射比红色波长短的蓝色波长的第一光束L₁、绿色波长的第三光束L₃和蓝绿色波长的第四光束L₄。

第三二向色镜275为彩色涂覆的，用于将通过第四入射面240入射到其上的第四光束L₄反射向出射面260，并透射第一光束L₁、第二光束L₂和第三光束L₃。因此，第三二向色镜275具有用于反射第四光束L₄的面，该面形成在六面体彩色合成棱镜200的第三对角截面上并且以相对于第四入射面240和出射面260倾斜的方式延伸。

图8是示出第三二向色镜275的反射率关于入射到其上的光束的波长的曲线图。参照图8，第三二向色镜275反射在蓝色波长和绿色波长之间的第三预定波长的光束，并且透射比第三预定波长短或者长的光束。即，第三二向色镜275反射大约500nm的蓝绿色波长的第四光束L₄，并且透射除了蓝绿色波长之外的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。

第一光源110、第二光源120、第三光源130和第四光源140的每个包括一个或多个如图9和图10中示出的光学模块。

参照图9和图10，光学模块150包括具有反射面的准直仪160和用于发射预定波长的光束的光源170。准直仪160可包括具有抛物面形的第一反射面161和具有方截面的玻璃杆165。光源170可为包括至少一个发光二极管(LED)或者激光二极管的小型光源。光源170的发光部分位于第一反射面161的焦点F处或在焦点F的附近。可通过将玻璃杆165的一部分处理成抛物面形并且反射涂覆(reflection-coat)玻璃杆165的抛物面部分来形成第一反射面161。准直仪160还可包括由反射涂覆区域形成的面对第一反射面161的第二反射面163，不包括直接从光源170发射的光束透射通过的区域G。

因此，从光源170发射的光束中的在预定辐射角度范围内的光束被第一反射面161反射，然后转换为平行光束。由于光源170的发光部分不是一个点而具有预定的面积，所以整个发光部分不能位于第一反射面161的焦点F处。因此，一些从光源170发射并被第一反射面161反射的光束向着第二反射面163传播。第二反射面163将入射光束反射向光出射面167。由于根据本实施例的光学模块150采用第一反射面161代替透镜来使得从光源170发射的光束准直，所以可以防止当使用透镜时由于例如通量照度比的约束而导致的低效。

虽然在本实施例中准直仪160采用玻璃杆165，但是本发明总体构思不限于此。具有抛物面形的反射面可形成在空心光导管的而不是玻璃杆165的一侧上，并且反射面可通过内部的反射形成。

此外，如图2中所示，第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140的每个可具有光学模块150的阵列。在这种情况下，第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140的光学模块150阵列分别发射蓝色波长、红色波长、绿色波长和蓝绿色波长的光束。因此，如果第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140被同时或者顺序地驱动，就可发射蓝色波长、红色波长、绿色波长和蓝绿色波长的光束并且可发射由这些颜色的结合产生的所有颜色的光。因此，如果将该发光单元应用于投影型图像显示设备，则投影型图像显示设备可不使用色轮而发射出彩色的光。

如上所述，由于图2的实施例的发光单元包括六面体彩色合成棱镜200以及在彩色合成棱镜200内部的第一二向色镜271、第二二向色镜273和第三二向色镜275，所以发光单元可使用第一光源单元110、第二光源单元120、第三光源单元130和第四光源单元140来发射不同波段的第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄，从而增大了色域。

虽然在图2的实施例中示出的第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄分别具有蓝色波长、红色波长、绿色波长和蓝绿色波长，但是本发明总体构思不限于此。即，通过改变第一二向色镜271、第二二向色镜273和第三二向色镜275的布置可做各种不同的变型。

图11是示出由图2的发光单元合成的光的色域的曲线图。参照图11，传统的发光单元发射红色波长、蓝色波长和绿色波长的三种光束，图2的发光单元发射红色波长、蓝色波长、绿色波长和蓝绿色波长的四种光束。当与传统的发光单元相比时，图2的发光单元具有更广的色域。

图12示出根据本发明的另一个实施例的发光单元。参照图12，发光单元包括光源单元100′和彩色合成棱镜200′，该光源单元100′包括用于发射不同波段的光束的多个光源单元110、120、130、140和170，该彩色合成棱镜200′用于将从光源单元100′发射的光束合成，以将光束沿着关于彼此相同的路径传播。

图12的实施例的发光单元与图2的实施例的发光单元相似，除了图12的发光单元的光源单元100′还包括用于发射第五光束L₅的第五光源单元170，图12的发光单元的彩色合成棱镜200′还包括第五光束L₅通过其入射的第五入射面250以及第四二向色镜277之外。因此，图12的发光单元提供了比图2的发光单元更广的色域。

从第五光源单元170发射的第五光束L₅是与第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄的波长不同的光束。例如，第五光束L₅可为红紫色光束。第五光束L₅通过其入射的第五入射面250与第一入射面210、第二入射面220和第三入射面230以及出射面260相邻并面对第四入射面240。第四二向色镜277为彩色涂覆的，用于将通过第五入射面250入射的第五光束L₅反射向出射面260，并透射第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃和第四光束L₄。因此，不同波长的第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃、第四光束L₄和第五光束L₅被合成并且沿着关于彼此相同的路径发射，从而增大了色域。

虽然在图12的实施例中示出的第一光束L₁、第二光束L₂、第三光束L₃、第四光束L₄和第五光束L₅分别具有蓝色波长、红色波长、绿色波长、蓝绿色波长和红紫色波长，但是本发明总体构思不限于此。即，通过改变第一二向色镜271、第二二向色镜273、第三二向色镜275和第四二向色镜277的布置可做各种不同的变型。

图13示出了根据本发明总体构思的投影型图像显示设备。参照图13，根据此实施例的投影型图像显示设备包括：发光单元500；图像形成装置550，用于产生与由从发光单元500发射的光输入的输入信号相应的图像；投影透镜单元560，用于将由图像形成装置550产生的图像放大并投影到屏幕570上。

发光单元500包括：多个光源单元，位于不同位置；合成透镜，用于将从光源单元发射的多个光束合成。由于发光单元500与图2和图12中的发光单元的一个在结构上基本一致，所以将不给出详细的解释。发光单元500的多个光源单元顺序地被开启或关闭，以顺序地发射红色波长、蓝色波长、绿色波长和蓝绿色波长的四种光束或者红色波长、蓝色波长、绿色波长、蓝绿色波长和红紫色波长的五种光束。因此，在采用单面板图像形成装置的投影型图像显示设备中，可采用发光单元500代替色轮(未示出)来得到彩色的图像。

图像形成装置550选择性地反射对于每个象素入射均匀的光束以产生图像。图像形成装置550可为反射型液晶显示(LCD)装置、透射型LCD装置或者数字微镜装置(DMD)。这里，反射型LCD装置或透射型LCD装置采用入射均匀的光束的偏振特性来形成图像，然而DMD不采用这种偏振特性。这样，如果将DMD用作图像形成装置550，就不需要单独的偏振转换单元或者偏振器。

当在图13中将DMD用作图像形成装置时，DMD包括被独立驱动的微镜的二维阵列，并且DMD根据输入信号独立地设置每个象素的反射角度。分束器540可位于发光单元500和图像形成装置550之间，以改变入射光的传播路径。分束器540改变入射光的路径，使得从发光单元500入射到其上的光束被导向图像形成装置550，并且从图像形成装置550入射的光束被导向屏幕570。分束器540可为临界角棱镜，该临界角棱镜可以根据临界角全反射特性来改变光束的路径。

投影透镜单元560面对分束器540，并且将由图像形成装置550形成并通过分束器540入射的图像放大，而且将放大的图像投影到屏幕570上。

此外，图13中示出的投影型图像显示设备还可包括位于发光单元500和分束器540之间的光积分器520，用于使得从发光单元500入射到其上的光束均匀。光积分器520可以是将入射光束全反射的长方形平行六面体玻璃杆521。在这种情况下，聚光透镜单元510可位于发光单元500和玻璃杆521之间以将从发光单元500发射的光束聚焦到玻璃杆521。聚光透镜单元510可由一个或多个透镜形成，可将入射平行光束聚焦而且使聚焦的光束入射到玻璃杆521上。

此外，在图13中示出的投影型图像显示设备还可包括位于玻璃杆521和分束器540之间的转象透镜单元530。转象透镜530可由一个或多个透镜形成，该透镜将从玻璃杆521发射的均匀光转象到其上形成图像的DMD。

图14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14，投影型图像显示设备包括：发光单元600；图像形成装置650，用于对应于输入图像信号来产生图像，该输入图像信号来自从发光单元600入射的光；投影透镜单元660，用于将通过图像显示装置650产生的图像放大并投影到屏幕670上。

由于图14的发光单元600可与图2和图12中示出的发光单元的一个在结构上基本一致，所以将不给出对其详细的解释。

图像形成装置650选择性地反射对于每个象素来说入射均匀的光束以产生图像。在图14的实施例中，采用入射均匀光束的偏振特性来形成图像的反射型LCD装置被用作图像形成装置650。

偏振分束器640可位于发光单元600和图像形成装置650之间，以改变入射光的传播路径。偏振分束器640改变入射光的传播路径，使得从发光单元600入射的光束被导向图像形成装置650，从图像形成装置650入射的光束被导向屏幕670。偏振转换单元630可位于发光单元600和偏振分束器640之间，以改变入射光的偏振方向并且以特定的偏振将光导向偏振分束器640。偏振转换单元630包括多个小偏振分束器和四分之一波片，并且偏振转换单元630将大部分的非偏振的光改变为具有特定偏振的光。偏振转换单元630的结构是众所周知的，因此将不给出详细的解释。

在图14中示出的投影型图像显示设备还可包括光积分器620，用于将从发光单元600入射的光积分以提供均匀的光。光积分器620可包括复眼透镜阵列，该复眼阵列包括一个或多个透镜，每个透镜具有彼此相邻的复眼形或圆柱状透镜胞。

图15示出根据本发明总体构思的又一个实施例的投影型图像显示设备。参照图15，投影型图像显示设备包括：发光单元700；图像形成装置740，用于相应于输入图像信号来产生图像，该输入图像信号来自从发光单元700入射的光；投影透镜单元760，将通过图像形成装置740产生的图像放大并投影到屏幕770上。

由于发光单元700与图2和图12中示出的发光单元的一个在结构上基本一致，所以将不给出对其详细的解释。

图像形成装置740选择性地反射对于每个象素来说入射均匀的光束以产生图像。在图15的实施例中，利用入射光的偏振特性来形成图像的透射型LCD装置被用作图像形成装置740。与图13和图14中示出的投影型图像显示设备相比，在此实施例中不需要分束器。

由于透射型LCD装置利用偏振特性来形成图像，所以偏振转换单元730可位于发光单元700和图像显示装置740之间。在图15中示出的投影型图像显示设备还可包括光积分器720，该光积分器720使得从发光单元入射的光均匀。光积分器720可包括复眼阵列，该复眼阵列包括一个或多个透镜，每个透镜具有彼此相邻的复眼形或圆柱状透镜胞。

如上所述，由于根据本发明总体构思的实施例的发光单元采用六面体彩色合成棱镜将四种光束或五种光束合成，并将合成的光沿着关于彼此相同的路径来发射，所以光学布置可比在传统的三色棱镜的结构中更容易实现、可增大色域并且可发射各种颜色的光束。

如上所述，由于根据本发明总体构思的实施例的光源单元采用反射表面代替透镜来使得光束准直，所以可以防止当使用透镜时由于例如通量照度比的约束而导致的低效。

如上所述，由于根据本发明总体构思的实施例的投影型图像显示设备使用如上所述的发光单元，所以投影型图像显示设备可以被制成小型的。而且，由于投影型图像显示设备采用发射不同波段光束的第一光源单元至第四光源单元或者第一光源单元至第五光源单元，所以它可不需要附加的色轮而得到彩色图像。

虽然已经显示和描述了本发明总体构思的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求及其等同物限定其范围的总的发明构思的精神和原则的情况下，可做各种改变。

Claims (32)

1、一种发光单元，包括：

第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元，用于发射不同波段的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；

六面体彩色合成棱镜，用于将从所述第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元发射出的所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束合成，从而将所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束沿着相同的路径传播，

其中，所述彩色合成棱镜包括：

第一入射面和第二入射面，彼此相对并且允许所述第一光束和第二光束分别通过它们入射；

第三入射面，与所述第一入射面和第二入射面相邻并且允许所述第三光束通过它入射；

第四入射面，与所述第一入射面、第二入射面和第三入射面相邻并且允许所述第四光束通过它入射；

出射面，与所述第一入射面、第二入射面和第四入射面相邻从而与第三入射面相对并且允许所述第一光束至第四光束通过它射出；

第一二向色镜，用于将通过所述第一入射面入射的所述第一光束反射向所述出射面，并透射所述第二光束、第三光束和第四光束；

第二二向色镜，用于将通过所述第二入射面入射的所述第二光束反射向所述出射面，并透射所述第一光束、第三光束和第四光束；

第三二向色镜，用于将通过所述第四入射面入射的所述第四光束反射向所述出射面，并透射所述第一光束、第二光束和第三光束。

2、如权利要求1所述的发光单元，其中，所述第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜分别由形成在所述六面体彩色棱镜的第一对角截面、第二对角截面和第三对角截面上并以相对于出射面倾斜的方式延伸的第一表面、第二表面和第三表面构成，以分别反射所述第一光束、第二光束和第四光束。

3、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、第三光源单元和第四光源单元的每个包括一个或多个光学模块，以发射平行光束，所述光学模块的每个包括具有反射面的准直器和位于所述反射面内部的用于发射预定波长的光的光源。

4、如权利要求3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或者一个或多个激光二极管。

5、如权利要求1至权利要求4中的任一项所述的发光单元，其中，所述第一光束是蓝色光束，所述第一二向色镜是彩色涂覆的，用于反射所述蓝色光束。

6、如权利要求1至权利要求5中的任一项所述的发光单元，其中，所述第二光束是红色光束，所述第二二向色镜是彩色涂覆的，用于反射所述红色光束。

7、如权利要求1至权利要求6中的任一项所述的发光单元，其中，所述第四光束是蓝绿色光束，所述第三二向色镜是彩色涂覆的，用于反射所述蓝绿色光束。

8、如权利要求1至权利要求7中的任一项所述的发光单元，还包括第五光源单元，用于发射与第一光束、第二光束、第三光束和第四光束不同的波长的第五光束，

其中，所述彩色合成棱镜还包括：第五入射面，与所述第一入射面、第二入射面和第三入射面以及所述出射面相邻从而与所述第四入射面相对，并且允许所述第五光束通过它入射；第四二向色镜，用于将通过所述第五入射面入射的所述第五光束反射向所述出射面，并透射所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，而所述第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜透射所述第五光束。

9、如权利要求8所述的发光单元，其中，所述第五光束是红紫色光束，所述第四二向色镜是彩色涂覆的，用于反射所述红紫色光束。

10、一种发光单元，包括：

六面体棱镜；

第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元，每个位于所述六面体棱镜不同的外表面，用于将具有第一预定波长、第二预定波长、第三预定波长和第四预定波长的光发射到所述六面体棱镜中；

多个二向色镜，位于所述六面体棱镜内部，用于根据所述第一预定波长、第二预定波长、第三预定波长和第四预定波长来反射和透射由所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元发射的光，以沿着共同的光径从六面体棱镜输出由所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元和第四发光单元发射的光。

11、如权利要求10所述的发光单元，其中，所述多个二向色镜是沿着所述六面体棱镜的对角设置的。

12、如权利要求10所述的发光单元，其中，所述多个二向色镜包括：

第一二向色镜，用于将具有所述第一预定波长的光反射向所述共同的路径，并透射具有所述第二预定波长、第三预定波长和第四预定波长的光；

第二二向色镜，用于将具有所述第二预定波长的光反射向所述共同的路径，并透射具有所述第一预定波长、第三预定波长和第四预定波长的光；

第三二向色镜，用于将具有所述第四预定波长的光反射向所述共同的路径，并透射具有所述第一预定波长、第二预定波长和第三预定波长的光。

13、如权利要求12所述的发光单元，其中，所述第三发光单元将具有所述第三预定波长的光以所述公共的光路径的方向发射入所述六面体棱镜。

14、如权利要求10至权利要求13中的任一项所述的发光单元，还包括：

第五发光单元，位于所述六面体棱镜不同的外表面，用于将具有第五预定波长的光发射入所述六面体棱镜，其中，所述多个二向色镜根据所述第五预定波长来反射和透射由所述第五发光单元发射的光，以将所述光沿着所述公共的光路径输出。

15、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、第三光源单元和第四光源单元，用于发射不同波段的第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；

六面体彩色合成棱镜，用于将从所述第一源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元发射的所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束合成，以将所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束沿着相同的路径传播，所述彩色合成棱镜包括：

第一入射面和第二入射面，彼此相对并且允许所述第一光束和第二光束分别通过它们入射；

第三入射面，与所述第一入射面和第二入射面相邻并且允许所述第三光束通过它入射；

第四入射面，与所述第一入射面、第二入射面和第三入射面相邻，并且允许所述第四光束通过它入射；

出射面，与所述第一入射面、第二入射面和第四入射面相邻从而与所述第三入射面相对，并且允许所述第一光束至第四光束通过它发射；

第一二向色镜，用于将通过所述第一入射面入射的所述第一光束反射向所述出射面，并透射所述第二光束、第三光束和第四光束；

第二二向色镜，用于将通过所述第二入射面入射的所述第二光束反射向所述出射面，并透射所述第一光束、第三光束和第四光束；

第三二向色镜，用于将通过所述第四入射面入射的所述第四光束反射向出射面，并透射所述第一光束、第二光束和第三光束。

图像形成装置，用于对应于输入图像信号来产生图像，所述输入图像信号来自从所述发光单元传播的所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束；

屏幕；

投影透镜单元，用于将由所述图像形成装置产生的图像放大并投影到所述屏幕上。

16、如权利要求15所述的投影型图像显示设备，其中，所述第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜分别由形成在所述六面体彩色棱镜的第一对角截面、第二对角截面和第三对角截面上并以相对于所述出射面倾斜的方式延伸的第一表面、第二表面和第三表面构成，以分别反射所述第一光束、第二光束和第四光束。

17、如权利要求15所述的投影型图像显示设备，其中，所述第一光源单元、第二光源单元、第三光源单元和第四光源单元的每个包括一个或多个光学模块，以发射平行光束，所述光学模块的每个包括具有反射面的准直器和位于所述反射面内部的用于发射预定波长的光的光源。

18、如权利要求15至权利要求17中的任一项所述的投影型图像显示设备，其中，所述光源包括一个或多个发光二极管或者一个或多个激光二极管。

19、如权利要求15至权利要求18中的任一项所述的投影型图像显示设备，其中，所述第一光束、第二光束和第四光束分别包括蓝色、红色和蓝绿色光束，并且所述第一至第三二向色镜为彩色涂覆的，用于分别反射所述蓝色、红色和蓝绿色光束。

20、如权利要求15至权利要求18中的任一项所述的投影型图像显示设备，还包括第五光源单元，用于发射与所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束不同波长的第五光束，

其中，所述彩色合成棱镜还包括：第五入射面，与所述第一入射面、第二入射面和第三入射面以及所述出射面相邻从而与所述第四入射面相对，并且允许所述第五光束通过它入射；第四二向色镜，用于将通过所述第五入射面入射的所述第五光束反射向所述出射面，并且用于透射所述第一光束至第四光束，而所述第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜透射所述第五光束。

21、如权利要求20所述的投影型图像显示设备，其中，所述第五光束包括红紫色光束，所述第四二向色镜为彩色涂覆的，用于反射所述红紫色光束。

22、如权利要求15至权利要求21中的任一项所述的投影型图像显示设备，还包括：光积分器，位于所述发光单元和所述图像形成装置之间，用于使得从所述发光单元传播的所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束成为均匀光。

23、如权利要求22所述的投影型图像显示设备，其中，所述光积分器包括用于全反射所述第一光束、第二光束、第三光束和第四光束的长方形平行六面体玻璃杆。

24、如权利要求22所述的投影型图像显示设备，其中，所述光积分器包括复眼透镜阵列，所述复眼透镜阵列包括一个或多个透镜，每个所述透镜包括彼此相邻排列的多个复眼形或圆柱状透镜胞。

25、如权利要求22所述的投影型图像显示设备，其中，所述图像形成装置包括反射型图像形成装置，用于选择性地将从所述光积分器发射的所述均匀光反射，以产生图像，所述图像形成装置还包括：

分束器，位于所述发光单元和所述图像形成装置之间，用于改变所述均匀光和所述图像的路径，使得从所述积分器入射的所述均匀光被导向所述图像形成装置，并且由所述图像形成装置产生的图像被导向所述屏幕。

26、如权利要求25所述的投影型图像显示设备，其中，所述反射型图像形成装置包括数字微镜装置，所述分束器包括全内反射镜，用于将从所述光积分器入射的所述均匀光全反射向所述数字微镜装置，并且用于透射由所述数字微镜装置产生的所述图像。

27、如权利要求25所述的投影型图像显示设备，还包括：

偏振转换单元，位于所述发光单元和所述分束器之间，用于转换入射光的偏振方向，以将具有特定偏振的所述均匀光导向所述分束器，

其中，所述反射型图像形成装置包括反射型液晶显示装置，所述分束器包括偏振分束器，用于根据偏振方向来透射或反射所述均匀光和所述图像。

28、如权利要求22至权利要求27中的任一项所述的投影型图像显示设备，还包括：

偏振转换单元，位于所述发光单元和所述图像形成装置之间，用于转换所述均匀光的偏振方向，以将具有特定偏振的所述均匀光导向所述图像形成装置，

其中，所述图像形成装置包括透射型液晶显示装置，用于选择性地透射从所述光积分器发射的所述均匀光以产生图像。

29、一种图像投影设备，包括：

发光单元，包括：

多个光源，用于发射具有多个预定波长的光束；

六面体形合成棱镜，用于通过其多个外表面来接收由所述多个光源发射的光束，并且用于将所述接收的光束合成以将所述光束沿着预定的路径输出；

显示装置，用于对应于由所述六面体形合成棱镜沿着所述预定的路径输出的所述光束来显示图像。

30、如权利要求29所述的图像投影设备，其中，所述六面体形合成棱镜包括：

多个棱镜，布置为形成六面体；

多个二向色镜，位于所述多个棱镜之间，用于根据所述多个预定波长来反射和透射所述输入光。

31、如权利要求29所述的图像投影设备，其中，所述显示装置包括：

显示单元，用于对应于从所述六面体形合成棱镜输出的所述光束来形成所述图像；

投影透镜单元，用于放大所述图像并且投影所述放大的图像；

屏幕，用于显示所述投影的图像。

32、如权利要求31所述的图像投影设备，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者透射型液晶显示器中的一个。

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