JP3963107B2 - 光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に表示されている画像を拡大投写する表示装置における光源装置の構成と、その光源装置を用いた表示装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子の画像を拡大投写して表示を行う投写型液晶表示装置を小型化する第一の従来技術として、特開平５−１３０４９号公報に開示されている技術を挙げることができる。この公報では、ダイクロイックプリズムの周囲に３枚の液晶表示素子が配置され、各液晶表示素子の背面に配置されたそれぞれ発光色が異なる平板状蛍光管で液晶表示素子を照明し、ダイクロイックプリズムで合成された各色の画像を投写レンズでスクリーンに投写する表示装置の構成が開示されている。
【０００３】
また、投写型液晶表示装置を小型化するための第二の従来技術として、液晶表示素子を１枚だけ使い、その背面からメタルハライドランプのようなランプで液晶表示素子を照明し、液晶表示素子の画像を投写レンズでスクリーンに投写する構成を挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第一の従来技術では液晶表示素子を３枚用いているので、コストが高くなるという問題があるとともに、３枚の液晶表示素子の画像のずれを抑えるための調整機構が必要となり、表示装置の更なる小型化が難しいという問題点がある。
【０００５】
また、上記の第二の従来技術では、光源が白色光源であるので、カラー画像を投写するためには液晶表示素子の画素にカラーフィルタが必要となり、色を生成するためには赤、緑、青の３画素が必要となって表示画像の解像度が低下するとともに、カラーフィルタでは透過波長以外の光は吸収されるので表示画像が暗くなるという問題点がある。また、メタルハライドランプを点灯させるためには高電圧が必要となり、電源回路が大きくなるので表示装置の小型化が難しいという問題点もある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するもので、表示装置を小型化するために液晶表示素子は一枚とし、光源装置をコンパクトにすることによって表示装置全体を小型化することを目的としている。更には、液晶表示素子を一枚とした表示装置においても、光源装置からの光の利用効率が高く、かつ解像度が高い画像を表示できる表示装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光源装置は、第一の色で発光する第一の光源と、第二の色で発光する第二の光源と、第三の色で発光する第三の光源とを備え、前記第一の光源からの光と、前記第二の光源からの光と、前記第三の光源からの光とを色合成光学系で合成することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、各色において発光効率が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明るい白色光源を構成できるという効果を有する。
【０００９】
請求項２記載の光源装置は、請求項１記載の光源装置において、前記第一の色が橙から赤の領域の色、前記第二の色が緑から黄緑の領域の色、前記第三の色が青の領域の色であることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、各色において発光効率が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明るい白色光源を構成できるという効果を有する。
【００１１】
請求項３に記載の光源装置は、請求項１又は請求項２に記載の光源装置において、前記色合成光学系がダイクロイックプリズムであることを特徴としている。ダイクロイックプリズムによって、光量ロスがほとんどない状態で３色の光軸を一致させることができる。
【００１２】
請求項４記載の光源装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源が発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、３Ｖ程度の低い直流電源で光源を点灯できるので、電源部分も含めて小型の白色光源を構成できるという効果を有する。
【００１４】
請求項５記載の光源装置は、請求項４記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源のそれぞれにおいて複数の前記発光ダイオードが２次元的に配列されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、面状に発光する小型の白色光源を構成できるという効果を有する。
【００１６】
請求項６記載の光源装置は、請求項５に記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源と前記色合成光学系との間にレンズが配置されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、発光ダイオードからの発散光を平行性の高い光に変換することができ、光の平行性の高い小型の白色光源を構成できるという効果を有する。
【００１８】
請求項７記載の光源装置は、請求項５記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源と前記色合成光学系との間にレンズアレイ素子が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、複数の発光ダイオードからの発散光を平行性の高い光に変換することができ、光の平行性の高い小型の白色光源を構成できるという効果を有する。
【００２０】
請求項８に記載の光源装置は、請求項１乃至３のいずれか一項記載の光源装置において、前記第一、第二及び第三の光源がいずれも面状光源であることを特徴とする。ここで、面状光源とは、実質的に連続した単一の発光領域を持つ光源であり、表示した縦横に幅のある領域に対して均一な発光量で発光させることができ、光量むらを防止することができる。
【００２１】
請求項９記載の光源装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源が平板型蛍光管であることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、各色において発光効率が高い発光素子からの光を合成できるので、小型で明るい白色光源を構成できる。また、面状に発光する薄型の蛍光管を用いることができるので、光源装置を小型化できる。
【００２３】
請求項１０記載の光源装置は、請求項９記載の光源装置において、前記平板型蛍光管と前記色合成光学系との間にプリズムアレイ素子が配置されていることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、正面方向の輝度を向上させることができ、正面方向に明るい光源装置を構成できるという効果を有する。
【００２５】
請求項１１記載の光源装置は、請求項９記載の光源装置において、前記プリズムアレイ素子が、互いに直交する２つのプリズムアレイから構成されることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、正面方向の輝度を向上させることができ、正面方向に明るい光源装置を構成できるという効果を有する。
【００２７】
請求項１２に記載の光源装置は、請求項９記載の光源装置において、前記第一の光源と前記色合成光学系との間に第一の偏光変換素子が配置され、前記第二の光源と前記色合成光学系との間に第二の偏光変換素子が配置され、前記第三の光源と前記色合成光学系との間に第三の偏光変換素子が配置されていることを特徴とする。光の偏光方向を一致させることにより、光源装置から出射する光が光学特性に偏光依存性を設ける光学部材を通過するときの光量ロスを軽減することができる。
【００２８】
請求項１３に記載の光源装置は、請求項１２に記載の光源装置において、前記偏光変換素子が反射型偏光板であることを特徴とする。反射型偏光板により、望ましい方向に振動する偏光は透過され、それに直交する偏光光源側に戻される。光源内において散乱する際に偏光方向が変化するが、望ましい方向へ振動するように変換された偏光は反射型偏光板を透過できるようになる。このように反射型偏光板と光源との間での反射、散乱を繰り返すことにより、光源から放射される偏光していない光は、反射型偏光板によって反射型偏光板の透過軸方向の振動方向が揃った偏光に変換される。
【００２９】
請求項１４記載の光源装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光源装置において、前記第一、第二および第三の光源が平板状の電界発光素子であることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、面状で薄型の発光素子を用いることができるので、光源装置を小型化できるという効果を有する。
【００３１】
請求項１５記載の光源装置は、請求項１４記載の光源装置において、前記電界発光素子が、有機薄膜を発光層とする有機電界発光素子であることを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、直流電源で光源を点灯できるので、電源部分も含めて小型の白色光源を構成できるという効果を有する。
【００３３】
請求項１６に記載の光源装置は、請求項１４記載の光源装置において、前記有機電界発光素子が、発光層構造に光学的共振器を備えていることを特徴とする。
【００３４】
上記構成によれば、光学的共振器構造によって、有機電界発光素子から放射される光のスペクトル幅を狭くして色の純度を向上させることができるとともに、有機電界発光素子の法線方向（正面方向）への輝度を向上させることができるという効果を有する。
【００３５】
請求項１７に記載の光源装置は、請求項１４乃至請求項１６に記載の光源装置において、前記第一の光源と前記色合成光学系との間に第一の偏光変換素子が配置され、前記第に光源と前記色合成光学系との間に第二の偏光変換素子が配置され、前記第三の光源と前記色合成光学系との間に第三の偏光変換素子が配置されていることを特徴とする。複数の光源から放射される光の偏光方向を揃えることができるので、光学特性に偏光依存性を有する光変調素子等の光学素子の光源として用いることにより、光学素子での光のロスを低減することができる。
【００３６】
請求項１８に記載の光源装置は、請求項１７に記載の光源装置において、前記偏光変換素子が、１／４波長フィルムと反射型偏光板とから構成され、前記光源側に１／４波長フィルムが配置され、前記色合成光学系素子側に反射型偏光板が配置されていることを特徴とする。偏光変換素子をこのような構造とすることにより、鏡面反射構造を備えた光源である電界発光素子と偏光変換素子との間の光の反射により、偏光変換素子を射出する光の振動方向を特定の方向に揃えることができる。
【００３７】
請求項１９記載の光源装置は、請求項１乃至１８の何れか１項記載の光源装置において、前記第一、第二、および第三の光源が同時に点灯することを特徴とする。
【００３８】
上記構成によれば、光源装置からの放射光を白色とすることができる効果を有する。
【００３９】
請求項２０記載の光源装置は、請求項１乃至１８の何れか１項記載の光源装置において、前記第一、第二、および第三の光源が順番に点灯を繰返すことを特徴とする。
【００４０】
上記構成によれば、色順次表示方式の表示装置の光源装置として用いることができるという効果を有する。
【００４１】
請求項２１記載の表示装置は、光変調素子と、前記請求項１乃至請求項２０の何れか１項記載の光源装置を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して表示することを特徴とする。
【００４２】
上記構成によれば、小型の投写型液晶表示装置を構成できるという効果を有する。
【００４３】
請求項２２に記載の発明は、前記請求項２１に記載の表示装置において、前記光変調素子が透過型の液晶素子であり、該液晶素子の一方の面に対向して前記光源装置が設けられ、前記液晶素子に形成された画像を投写レンズで拡大して表示することを特徴とする。
【００４４】
液晶素子であるため、高解像度の画像を表示でき、投写レンズで拡大表示しても、充分に鮮明に画像を得ることができる。
【００４５】
請求項２３記載の表示装置は、前記請求項２２に記載の表示装置において、液晶表示素子に表示された画像の拡大された虚像を観察することを特徴とする。
【００４６】
上記構成によれば、小型のヘッドマウントディスプレイのような虚像観察型の液晶表示装置を構成できるという効果を有する。
【００４７】
請求項２４記載の表示装置は、請求項２２記載の表示装置において、前記液晶表示素子を構成する画素にカラーフィルタが形成されていることを特徴ととする。
【００４８】
上記構成によれば、カラー表示が可能な小型の液晶表示装置を構成できるという効果を有する。
【００４９】
請求項２５に記載の表示装置は、請求項２２に記載の表示装置において、前記光変調素子が反射型の光変調素子であり、該光変調素子の反射面に対向して前記光源装置が設けられていることを特徴とする。光変調素子の反射面に対向して光源装置を設けたため、コンパクトな画像表示装置を得ることができる。
【００５０】
請求項２６記載の表示装置は、光変調素子と、前記請求項１乃至請求項２０の何れか１項記載の光源装置を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して画像を表示する表示装置であって、前記光変調素子が、第一の色成分の画像、第二の色成分の画像、及び第三の色成分の画像を時分割で形成し、前記第一の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第一の光源を点灯させ、続いて前記第二の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第二の光源を点灯させ、続いて前記第三の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第三の光源を点灯させ、前記光学変調素子における前記第一、第二及び第三の色成分の順次表示と、その順次表示に対応した前記第一、第二及び第三の光源の順次点灯によってカラー画像を表示させることを特徴とする。
【００５１】
上記構成によれば、カラー表示が可能で、かつ、表示画像が明るい小型の投写型液晶表示装置を構成できる。また、カラー表示が可能で、かつ、表示画像が明るい小型の虚像観察型液晶表示装置を構成できる。
【００５２】
請求項２７に記載の表示装置は、請求項２６記載の表示装置において、前記光変調素子が透過型の液晶素子であり、該液晶素子の一方の面に対向して前記光源装置が設けられ、液晶素子に形成された画像を投写レンズで拡大して表示することを特徴とする。液晶素子による画像形成は、高解像度であるため、拡大投影しても鮮明な画像を得ることができる。
【００５３】
請求項２８に記載の表示装置は、前記請求項２６に記載の表示装置において、前記液晶素子に形成された画像の拡大された虚像を観察することを特徴とする。光量ロスが軽減し、かつ高解像度の画像を形成することで、例えば、大型のスクリーン等に投影された虚像であっても、鮮明な画像を得ることができる。
【００５４】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る光源装置とその光源装置を備えた表示装置を添付の図面を参照しながら説明する。
（光源装置としての第１の実施形態）
本発明の光源装置の第１の実施形態を図１に基づき説明する。図１（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図１（ｂ）は赤色光源を色合成光学系としてのダイクロイックプリズム側から見た平面図である。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、発光ダイオード（ＬＥＤ）の２次元配列から構成される赤色光源、緑色光源および青色光源が配置されている。赤色光源は、基板１０３に赤色領域の波長で発光するＬＥＤ（赤）１０２Ｒが固定された構造であり、直流電源１０４からスイッチ１０５および可変抵抗器１０６を介してＬＥＤ（赤）１０２Ｒに電力が供給される。
【００５５】
ＬＥＤ（赤）１０２Ｒとしては、ピーク発光波長が６２０ｎｍのＬＥＤを用いることができる。この場合、発光色はオレンジ色に見えるが、オレンジ色も赤色に含めることとする。本実施形態における赤色光源は、図１（ｂ）に示すように、横５個、縦４個の合計２０個のＬＥＤの配列から構成される。 ＬＥＤは、先端がレンズ形状となっている透明樹脂でモールドされた形状となっており、その直径は５ｍｍ程度である。ＬＥＤの個数は必要とされる光源の大きさに依存し、用途によっては１個でも良い。
【００５６】
緑色光源は、基板１０３に緑色領域の波長で発光するＬＥＤ（緑）１０２Ｇが固定された構造であり、直流電源１０４からスイッチ１０５および可変抵抗器１０６を介してＬＥＤ（緑）１０２Ｇに電力が供給される。ＬＥＤの個数は図１（ｂ）に示した赤色光源の場合と同じように、横５個、縦４個の合計２０個である。ＬＥＤ（緑）１０２Ｇとしては、ピーク発光波長が５５５ｎｍのＬＥＤを用いることができる。この他、黄緑色に見える発光色も緑色に含めることとする。
【００５７】
青色光源は、基板１０３に青色領域の波長で発光するＬＥＤ（青）１０２Ｂが固定された構造であり、直流電源１０４からスイッチ１０５および可変抵抗器１０６を介してＬＥＤ（青）１０２Ｂに電力が供給される。ＬＥＤの個数は図１（ｂ）に示した赤色光源の場合と同じように、横５個、縦４個の合計２０個である。ＬＥＤ（青）１０２Ｂとしては、ピーク発光波長が４７０ｎｍのＬＥＤを用いることができる。
【００５８】
赤色光源から出た光はダイクロイックプリズム１０１の赤反射ミラーで反射される。青色光源から出た光はダイクロイックプリズム１０１の青反射ミラーで反射される。緑色光源から出た光はダイクロイックプリズム１０１を透過する。このようにして、ダイクロイックプリズム１０１において、光源が配置されていない面から赤、緑および青の光が合成されて射出される。
【００５９】
各色のＬＥＤに供給される電流を制御することによって、ダイクロックプリズム１０１で合成される光の色を白色とすることができ、白色光源を構成することができる。また、スイッチ１０５によって点灯する光源を選択し、赤、緑あるいは青のいずれかの単色を発光させることによって単色の光源装置とすることができる。また、スイッチ１０５によって点灯する光源を２つ選択し、赤、緑あるいは青のいずれか２つの色を合成することも可能である。
（光源装置としての第２の実施形態）
本発明の光源装置の第２の実施形態を図２に基づき説明する。図２（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図２（ｂ）は赤色光源をダイクロイックプリズム側から見た平面図である。図２（ｂ）では、レンズアレイ２０１Ｒを構成する各レンズ要素２０２Ｒに対応するＬＥＤ（赤）１０２Ｒが点線で描かれている。なお、図２（ａ）では、図１（ａ）に描かれているような光源の電気回路は省略されている。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、発光ダイオード（ＬＥＤ）の２次元配列から構成される赤色光源、緑色光源および青色光源が配置されている。
【００６０】
赤色光源は、赤色領域の波長で発光するＬＥＤ（赤）１０２Ｒの配列と、これらのＬＥＤとダイクロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ２０１Ｒから構成される。レンズアレイ２０１Ｒはレンズ要素２０２Ｒの配列から構成される。レンズ要素２０２Ｒの開口形状は矩形である。一つのレンズ要素２０２Ｒは一つのＬＥＤ（赤）１０２Ｒに対応し、ＬＥＤから放射される発散光をコリメートし、平行性の高い光をダイクロイックプリズムに入射させる機能を有する。赤色光源におけるレンズ要素２０２Ｒは、ＬＥＤ（赤）１０２Ｒのピーク発光波長に対して収差が小さくなるように設計され、また、その波長において表面での反射が最低になるように反射防止膜が形成されている。
【００６１】
緑色光源は、緑色領域の波長で発光するＬＥＤ（緑）１０２Ｇの配列と、これらのＬＥＤとダイクロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ２０１Ｇとから構成される。レンズアレイ２０１Ｇは、図２（ｂ）に示されている赤色光源の場合と同様にレンズ要素（図示省略）の配列から構成される。緑色光源におけるレンズ要素は、ＬＥＤ（緑）１０２Ｇのピーク発光波長に対して収差が小さくなるように設計され、また、その波長において表面での反射が最低になるように反射防止膜が形成されている。
【００６２】
青色光源は、青色領域の波長で発光するＬＥＤ（青）１０２Ｂの配列と、これらのＬＥＤとダイクロイックプリズムとの間に配置されたレンズアレイ２０１Ｂとから構成される。レンズアレイ２０１Ｂは、図２（ｂ）に示されている赤色光源の場合と同様にレンズ要素（図示諸略）の配列から構成される。青色光源におけるレンズ要素は、ＬＥＤ（青）１０２Ｂのピーク発光波長に対して収差が小さくなるように設計され、また、その波長において表面での反射が最低になるように反射防止膜が形成されている。
【００６３】
本実施形態の光源装置では、各色のＬＥＤから放射された発散光は、レンズアレイによって平行性の高い光に変換されてダイクロイックプリズムへ入射するので、ダイクロイックプリズムで合成された光の平行性も高く、放射光の平行性が高い光源装置を提供できる。図２（ａ）ではＬＥＤの形状として、先端がレンズ形状となっている透明樹脂でモールドされた形状を示しているが、レンズ形状は必ずしも必要ではない。
（光源装置としての第３の実施形態）
本発明の光源装置の第３の実施形態を図３に基づき説明する。図３は光源装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、赤領域の波長で発光する平板型蛍光管（赤）３０１Ｒ、緑領域の波長で発光する平板型蛍光管（緑）３０１Ｇ、および青領域の波長で発光する平板型蛍光管（青）３０１Ｂが配置されている。
【００６４】
各色の蛍光管３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂのそれぞれは、発光体として赤色で発光する蛍光体、緑色で発光する蛍光体、青色で発光する蛍光体を備えている。各蛍光管は、その発光領域が１９ｍｍ×１４ｍｍ程度となるような平面的な大きさとなっている。蛍光管の大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要とされる光源の大きさに応じて変更すれば良い。また、平板型蛍光管３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂを光源として適用することによって、所定の面積（照明されるべき被照明体において照明されるべき領域の大きさによるものであり、設定値に基づく。）に亘り、均一に発光することができ、前記光源装置としての第２の実施形態のようにＬＥＤ１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを用いた場合に付加されるレンズアレイ等が不要となる。このため、簡単な構造で優れた効果が得られる。なお、面積によっては、棒状の蛍光管であってもよく、この棒状の蛍光管を並列配置すればよい。
（光源装置としての第４の実施形態）
本発明の光源装置の第４の実施形態を図４に基づき説明する。図４（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図４（ｂ）は赤色光源の斜視図である。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、赤領域の波長で発光する平板型蛍光管（赤）３０１Ｒ、緑領域の波長で発光する平板型蛍光管（緑）３０１Ｇ、および青領域の波長で発光する平板型蛍光管（青）３０１Ｂが配置されている。
【００６５】
それぞれの色の光源とダイクロイックプリズムとの間には、２枚のプリズムアレイ４０１Ｖ、４０１Ｈが挿入されている。それぞれのプリズムアレイは、一方向に延びた屋根状のプリズムの配列から構成されている。プリズムアレイ４０１Ｖとプリズムアレイ４０１Ｈは、それぞれのプリズムの方向が互いに直交するように配置される。光源装置としての第３の実施形態の場合には、平板型蛍光管から出た光は発散光としてダイクロイックプリズムに入射するが、本実施形態のようにプリズムアレイを蛍光管の前面に配置することによって、光を蛍光管の法線方向へ集めることができ、正面方向での輝度が高い光源装置を構成することができる。なお、各色に対応したプリズムアレイ４０１Ｈとダイクロイックプリズム１０１との間に反射型偏光板を配置することによって、平板型蛍光管３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂから放射された光の偏光方向を揃えることができる。このような技術により、ダイクロイックプリズム１０１から出射される光を振動方向が揃った直線偏光とすることができる。
（光源装置としての第５の実施形態）
本発明の光源装置の第５の実施形態を図５に基づき説明する。図５は光源装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、赤領域の波長で発光する有機電界（ＥＬ）素子（赤）５０１Ｒ、緑領域の波長で発光する有機ＥＬ素子（緑）５０１Ｇ、および青領域の波長で発光する有機ＥＬ素子（青）５０１Ｂが配置されている。
【００６６】
各色の有機ＥＬ素子５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂのそれぞれは、ガラス基板５０２上に透明電極、有機薄膜層構造、および金属電極が積層された発光層構造５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂを備えている。発光層構造は封止基板５０４によって封止される。透明電極と金属薄膜との間に印加される直流電界によって有機薄膜層構造中の有機発光膜が発光する。有機発光膜の材料として赤色で発光する材料を用いれば赤色光源、緑色で発光する材料を用いれば緑色光源、青色で発光する材料を用いれば青色光源を構成することができる。各色の有機発光膜は、その発光領域が１９ｍｍ×１４ｍｍ程度となるような平面的な大きさとなっている。発光領域の大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要とされる光源の大きさに応じて変更すれば良い。
【００６７】
このように、有機ＥＬ素子５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂを用いることにより、前述（例えば、光源装置としての第１の実施形態）のＬＥＤ１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを光源として適用するのに比べ、ある面積にわたって均一発光することができるという優位性を持つ。なお、この有機ＥＬ素子５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂは、前記光源装置としての第４の実施形態で適用した平板型蛍光管３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂと同類であり、実質的に連続した単一の発光領域を持つ面状光源として分類されるものである。
（光源装置としての第６の実施形態）
本発明の光源装置の第６の実施形態を図６に基づき説明する。図６は光源装置を上面から見た図である。ダイクロイックプリズム１０１の周囲には、赤領域の波長で発光する有機電界（ＥＬ）素子（赤）６０１Ｒ、緑領域の波長で発光する有機ＥＬ素子（緑）６０１Ｇ、および青領域の波長で発光する有機ＥＬ素子（青）６０１Ｂが配置されている。
【００６８】
各色の有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂのそれぞれは、ガラス基板６０２上に透明電極、有機薄膜層構造、および金属電極が積層された発光層構造６０３Ｒ、６０３Ｇ、６０３Ｂを備えている。発光層構造は封止基板６０４によって封止される。透明電極と金属薄膜との間に印加される直流電界によって有機薄膜層構造中の有機発光膜が発光する。有機発光膜の材料として赤色で発光する材料を用いれば赤色光源、緑色で発光する材料を用いれば緑色光源、青色で発光する材料を用いれば青色光源を構成することができる。各色の有機発光膜は、その発光領域が１９ｍｍ×１４ｍｍ程度となるような平面的な大きさとなっている。発光領域の大きさはこの大きさに限定されるものではなく、必要とされる光源の大きさに応じて変更すれば良い。
【００６９】
このように、本実施形態の基本的な構成は図５に示した光源装置としての第５の実施形態と同じであるが、有機薄膜層構造が異なっており、有機薄膜層構造に光学的共振器構造を備えている。光学的共振器構造によって、有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂから放射される光のスペクトル幅を狭くして色の純度を向上させることができるとともに、有機ＥＬ素子の法線方向（正面方向）への輝度を向上させることができる。
（光源装置としての第７の実施形態）
本発明の光源装置の第７の実施形態を図７に基づき説明する。なお、光源装置としての第６の実施形態と同一構成部分については同一の符号を付すこととする。この第７の実施形態で適用される光源は、面状光源としての赤色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｒ、緑色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｇ、青色で発光する有機ＥＬ発光素子６０１Ｂであり、それぞれの発光素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂは光源装置としての第６の実施形態と同様に光学的共振器構造を備えている。これらの３色の発光素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂからの光はダイクロイックプリズム１０１で合成されるが、この光源装置の第７の実施形態では、各発光素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂとダイクロイックプリズム１０１との間には、１／４波長フィルム（１／４λ板）６０４Ｒ、６０４Ｇ、６０４Ｂと反射型偏光板６０５Ｒ、６０５Ｇ、６０５Ｂとから構成される偏光変換素子６０７Ｒ、６０７Ｇ、６０７Ｂが配置されている。
【００７０】
赤色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｒの前面には、１／４波長フィルム６０４Ｒと反射型偏光板６０５Ｒとが配置され、緑色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｇの前面には、１／４波長フィルム６０４Ｇと反射型偏光板６０５Ｇとが配置され、青色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｂの前面には、１／４波長フィルム６０４Ｂと反射型偏光板６０５Ｂとが配置される。反射型偏光板６０５Ｒ、６０５Ｇ、６０５Ｂは、それぞれ第１の方向に振動する直線偏光は透過し、第１の方向に直交する第２の方向に振動する直線偏光は反射する機能を有する。
【００７１】
偏光変換素子６０７Ｒ、６０７Ｇ、６０７Ｂの機能を、緑色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｇを例にとって説明する。有機ＥＬ素子６０１Ｇからの右回りの円偏光（図中のＲで表示）は１／４波長フィルム６０４Ｇで直線偏光であるｐ偏光（図中のＰで表示）に変換されるものとする。反射型偏光板６０５Ｇがｐ偏光Ｐを透過させることができるとすると、このｐ偏光は反射型偏光板６０５Ｇを透過する。一方、有機ＥＬ素子６０１Ｇからの左回り円偏光（図中のＬで表示）は１／４波長フィルム６０４Ｇによってｐ偏光に直交する直線偏光であるｓ偏光（図中のＳで表示）に変換される。ｓ偏光は反射型偏光板６０５Ｇで反射され、１／４波長フィルム６０４Ｇによって再び左回り円偏光に変換されて有機ＥＬ素子６０１Ｇに戻される。
【００７２】
有機ＥＬ素子６０１Ｇに戻された左回り円偏光は有機ＥＬ素子の陰極電極などで反射される際に右回り円偏光に変換され、今度は１／４波長フィルム６０４Ｇによってｐ偏光に変換される。このようにして、有機ＥＬ素子６０１Ｇから放射された光が、１／４波長フィルム６０４Ｇと反射型偏光板６０５Ｇとから構成される偏光変換素子６０７Ｇによって偏光方向の揃った直線偏光に変換される。このような有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂからの放射光の偏光変換技術は、国際公開ＷＯ９７／４３６８６或いは国際公開ＷＯ９７／１２２７６に開示されている。
【００７３】
１／４波長フィルム６０４Ｇと反射型偏光板６０５Ｇはそれぞれ緑色の波長帯域だけにおいて機能する素子であってもよいし、赤、緑、青を含む可視光の波長領域にわたって機能する素子であってもよい。赤色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｒ、青色で発光する有機ＥＬ素子６０１Ｂからの放射光も同様にして、偏光変換素子６０７Ｒ、６０７Ｂによって振動方向が揃った直線偏光（Ｐ）に変換される。
【００７４】
赤色に対応する１／４波長フィルム６０４Ｒと、反射型偏光板６０５Ｒ、或いは青色に対応する１／４波長フィルム６０４Ｂと、反射型偏光板６０５Ｂはそれぞれ赤色、或いは青色の波長帯域だけにおいて機能する素子であってもよいし、赤、緑、後を含む可視光の波長領域にわたって機能する素子であってもよい。直線偏光となった赤、緑、青の光はダイクロイックプリズム１０１で合成され、振動方向が揃った直線偏光としてダイクロイックプリズム１０１から出射される。（表示装置としての第１の実施形態）
本発明の表示装置の第１の実施形態を図８に基づき説明する。図８は表示装置の主要な光学系を上面から見た図である。液晶表示素子７０１の背面には、図４に示した光源としての第４の実施形態で説明した光源装置を配置する。光源装置は、ダイクロイックプリズム１０１、平板状蛍光管（赤）３０１Ｒ、平板状蛍光管（緑）３０１Ｇ、平板状蛍光管（青）３０１Ｂ、およびプリズムアレイ４０１Ｖ、４０１Ｈから構成され、赤色、緑色および青色が合成された白色光で液晶表示素子７０１を照明する。
【００７５】
液晶表示素子７０１に表示された画像は投写レンズ７０５によって拡大され、スクリーン７０６に投写される。液晶表示素子１０１はガラス基板７０４に挟持された液晶層７０３を持ち、カラー画像を表示するために画素ごとにカラーフィルタ７０２Ｒ、７０２Ｇ、７０２Ｂが形成されている。この図では、図を見易くするために液晶を駆動する素子や配線などは省いて描いてある。
【００７６】
液晶表示素子７０１の表示領域は例えば１８．３×１３．７ｍｍ（対角で０．９インチ）である。表示領域の大きさは必要に応じて変更することができるが、表示領域の大きさに合わせて各色の光源の発光領域の大きさを変更する必要がある。なお、光源装置の第４の実施形態において述べたように平板型蛍光管を用いた各色の光源装置において、プリズムアレイとダイクロイックプリズムとの間に反射型偏光板を設けても良い。
（表示装置としての第２の実施形態）
本発明の表示装置の第２の実施形態を図９乃至図１１に基づき説明する。図９は表示装置の主要な光学系を上面から見た図であり、図１０は表示装置の制御回路の詳細を示すブロック図であり、図１１は光源の点灯と液晶表示素子の表示のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００７７】
液晶表示素子８０１の背面には、図２に示した光源装置としての第２の実施形態で説明した光源装置を配置する。光源装置は、ダイクロイックプリズム１０１、ＬＥＤ（赤）１０２Ｒ、ＬＥＤ（緑）１０２Ｇ、ＬＥＤ（青）１０２Ｂ、および、レンズアレイ２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂから構成される。各色のＬＥＤの点灯と液晶表示素子の駆動は表示制御回路８０２で制御される。図１０には、表示制御回路８０２の詳細図が示されている。この表示制御回路８０２には、ＲＧＢそれぞれに対応してフレームメモリ８１０が設けられており、画像データは、各色毎に一旦フレームメモリ８１０に記憶される。フレームメモリ８１０に記憶された画像データからは、同期信号抽出部８１２によって同期信号が取り出され、クロック８１４からのクロック信号によって同期がとられるようになっている。同期信号は、出力タイミング発生部８１６に出力され、液晶表示素子８０１の駆動を制御する画像出力制御部８１８と、各色の発光素子の駆動を制御する切換制御部８２０へ出力されるようになっている。
【００７８】
画像出力制御部８１８には、前記フレームメモリ８１０から画像データが入力され、前記同期信号に基づいてＬＣＤ（液晶素子）用電源回路８２２からの電源によって、液晶表示素子８０１へ所定の画像を形成する。一方、切換制御部８２０では、液晶表示素子８０１で表示される画像に対応する色の発光素子を点灯させるべく、Ｒドライバ８２４、Ｇドライバ８２６、Ｂドライバ８２８へ順次切替えて信号を出力する。これにより、各ＬＥＤ１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂは、光源用電源回路８３０からの電源によって、ＲＧＢが所定の順番（液晶表示素子８０１への画像表示順と同期して）で順次点灯を繰り返す。
【００７９】
この制御の方法を図１１を用いて説明する。液晶表示素子８０１には１フィールド内で赤成分の画像、緑成分の画像および青成分の画像が順番に表示される。赤成分の画像が表示されている間は赤色のＬＥＤ１０２Ｒが点灯し、緑成分の画像が表示されている間は緑色のＬＥＤ１０２Ｂが点灯し、青成分の画像が表示されている間は青色のＬＥＤ１０２Ｂが点灯するようにＬＥＤの点灯と液晶表示素子に表示される画像のタイミングが制御される。
【００８０】
このような人の眼の残像効果を利用した色順次表示を行なうことにより、液晶表示素子にカラーフィルタを備える必要がなくなる。図８に示した表示装置としての第１の実施形態における液晶表示素子７０１に用いられているカラーフィルタは該当透過波長の光以外の波長の光は吸収するが、これに対して、本実施形態のような色順次カラー表示の場合には光源からスクリーンまでの光の利用効率をより高めることができる。
【００８１】
なお、図８に示す表示装置の第１の実施形態においても、液晶表示素子７０１にカラーフィルタを用いる代わりに上述した色順次表示方式を採用して光の利用効率を高めることができる。また、上記のような色順次駆動によるカラー画像の表示においては、ＲＧＢの光源から光がダイクロイックプリズム１０１を経て出射されるので各色の光源の光軸が一致し、各色の光源で液晶表示素子を同一の方向から照明できるので、色の視覚依存性が無い、という効果がある。
（表示装置としての第３の実施形態）
本発明の表示装置の第３の実施形態を図１２に基づき説明する。図１２は表示装置の主要な光学系を上面から見た図である。液晶表示素子７０１の背面には、図１に示した第１の実施形態の光源装置を配置する。光源装置は、ダイクロイックプリズム１０１、ＬＥＤ（赤）１０２Ｒ、ＬＥＤ（緑）１０２Ｇ、ＬＥＤ（青）１０２Ｂから構成され、赤色、緑色および青色が合成された白色光で液晶表示素子７０１を照明する。本実施形態の表示装置は、レンズ１００１を通して液晶表示素子７０１の拡大された虚像を見る表示装置である。
（表示装置としての第４の実施形態）
本発明の表示装置の第４の実施形態を図１３に基づき説明する。液晶表示装置６０６の背面に図７で示した光源装置としての第７の実施形態で説明した光源装置を配置する。光源装置は、光学的共振構造を備えた有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂであり、各有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂの前面には１／４波長フィルム６０４Ｒ、６０４Ｇ、６０４Ｂ及び反射型偏光板６０５Ｒ、６０５Ｇ、６０５Ｂが配置されている。
【００８２】
光源装置としての第７の実施形態で説明したように、ダイクロイックプリズム１０１から出射される光は振動方向が揃った直線偏光Ｐである。液晶表示素子６０６は入射側の偏光板６１０Ｐと出射側の偏光板６１０Ａを備えているが、入射側の偏光板６０６Ｐの透過軸を直線偏光Ｐの振動方向と合わせることにより、偏光板６１０Ｐでの光の吸収を減らすことができ、液晶表示素子６０６を透過できる光量を増加させることができ、光源装置からの光を有効に液晶表示素子６０６で変調させることができる。
【００８３】
液晶表示素子６０６に表示される画像は投写レンズ６０８によってスクリーン６０９に拡大投写される。液晶表示素子６０６が画素毎にカラーフィルターを備えている場合には、赤、緑、青の有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂを同時に点灯して白色光で液晶表示素子を照明すればカラー画像の投写ができる。
【００８４】
一方、液晶表示素子６０６がカラーフィルターを備えていない場合には、表示装置としての第２の実施形態で説明したような赤、緑、青の有機ＥＬ素子６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂを１フレーム内で順番に点灯する色順次駆動によってカラー画像の表示を行うことができる。なお、上記のような色順次駆動によるカラー画像の表示においては、各色の光源の光軸が一致し、かつ同一の方向から照明できるので、色の視覚依存性が無い、という効果がある。
（表示装置としての第５の実施形態）
本発明の表示装置の第５の実施形態を図１４に基づき説明する。図１４は表示装置の主要な光学系を上面から見た図である。図１３に示した表示装置とは、レンズ１００１と観察者の眼１００２との間にハーフミラー１１０１が配置されている部分だけが異なり、光源装置や液晶表示装置の構成は図１３と同じである。
【００８５】
ハーフミラー１１０１によって、液晶表示素子７０１の拡大された像を外界１１０２に重ねて見ることができる。外界を見る必要がなければハーフミラーのかわりに全反射ミラーを用いても良い。なお、実施の形態、特に表示装置の実施の形態において、色順次駆動させるときに適用した光源は、ＬＥＤ等の点状光源に限らず、有機ＥＬ素子、平板状蛍光管等の面状光源であってもよい。
【００８６】
以上説明した実施形態においては、表示装置の形態として、透過型の液晶表示素子を利用した例について説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、光源からの光を反射する反射型の液晶表示素子、または、変形可能なミラーで画素が形成されたライトバルブ又は空間変調素子のような外部からの光を反射するタイプの光変調デバイス等が光変調部材・手段として光源と組み合わされた光学装置も本発明によって提供される。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光源装置によれば、赤、緑、青のそれぞれの波長において発光効率が最大化された光源を備え、それぞれの光源からの光をダイクロイックプリズムで合成することにより、明るい白色光を生成できる小型の光源装置を構成することができるという効果を有する。
【００８８】
このような光源装置によって液晶表示素子等の光変調素子を照明することにより、小型の表示装置を構成することができるという効果を有する。さらには、赤、緑、青のそれぞれの光源を順番に点灯させ、これに同期させて液晶表示素子等の光変調素子に赤、緑、青の各成分の画像を表示させることにより、一枚の光変調素子から成る小型の表示装置の明るさを向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源装置の第１の実施形態における光学系を説明する図であり、図１（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図１（ｂ）は赤色光源をダイクロイックプリズム側から見た平面図である。
【図２】本発明の光源装置の第２の実施形態における光学系を説明する図であり、図２（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図２（ｂ）は赤色光源をダイクロイックプリズム側から見た平面図である。
【図３】本発明の光源装置の第３の実施形態における光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図である。
【図４】本発明の光源装置の第４の実施形態における光学系を説明する図であり、図４（ａ）は光源装置を上面から見た図であり、図４（ｂ）は赤色光源の斜視図である。
【図５】本発明の光源装置の第５の実施形態における光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図である。
【図６】本発明の光源装置の第６の実施形態における光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図である。
【図７】本発明の光源装置の第７の実施形態における光学系を説明する図であり、光源装置を上面から見た図である。
【図８】本発明の表示装置の第１の実施形態における主要な光学系を上面から見た図である。
【図９】本発明の表示装置の第２の実施形態における主要な光学系を上面から見た図である。
【図１０】図９に示す表示制御装置の詳細図である。
【図１１】本発明の表示装置の第２の実施形態において、光源の点灯と液晶表示素子の表示のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の表示装置の第３の実施形態における主要な光学系を上面から見た図である。
【図１３】本発明の表示装置の第４の実施形態における主要な光学系を上面から見た図である。
【図１４】本発明の表示装置の第５の実施形態における主要な光学系を上面から見た図である。
【符号の説明】
１０１：ダイクロイックプリズム、１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂ：ＬＥＤ、１０３：基板、１０４直流電源、１０５：スイッチ、１０６：可変抵抗器、２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ：レンズアレイ、２０２Ｒ：レンズ要素、３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂ：平板型蛍光管、４０１Ｖ、４０１Ｈ：プリズムアレイ、５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ：有機ＥＬ素子、５０２：ガラス基板、５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂ：発光層構造、５０４：封止基板、６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂ：有機ＥＬ素子、６０３Ｒ、６０３Ｇ、６０３Ｂ：発光層構造、７０１，８０１：液晶表示素子、７０２Ｒ、７０２Ｇ、７０２Ｂ：カラーフィルタ、７０３：液晶層、７０４：ガラス基板、７０５：投写レンズ、７０６：スクリーン、８０２：表示制御回路、１００１：レンズ、１００２： 眼、１１０１：ハーフミラー、１１０２：外界。

Claims (16)

1. 第一の色で発光する発光部を有する第一の光源と、
   第二の色で発光する発光部を有する第二の光源と、
   第三の色で発光する発光部を有する第三の光源と、
   前記第一の色で発光する発光部からの光と、前記第二の色で発光する発光部からの光と、前記第三色で発光する発光部からの光と、を合成するための色合成光学系と、
   前記第一の色で発光する発光部からの発散光を、光源の法線方向に集める第一の集光素子と、
   前記第二の色で発光する発光部からの発散光を、光源の法線方向に集める第二の集光素子と、
   前記第三の色で発光する発光部からの発散光を、光源の法線方向に集める第三の集光素子と、
   前記第一の集光素子から前記色合成光学系に対して出射される光のうち、他方の振動方向の光を一方の振動方向の光に変換して一方の振動方向の光に揃えるための第一の偏光変換素子と、
   前記第二の集光素子から前記色合成光学系に対して出射される光のうち、他方の振動方向の光を一方の振動方向の光に変換して一方の振動方向の光に揃えるための第二の偏光変換素子と、
   前記第三の集光素子から前記色合成光学系に対して出射される光のうち、他方の振動方向の光を一方の振動方向の光に変換して一方の振動方向の光に揃えるための第三の偏光変換素子と、
   を備え、
   前記第一の偏光変換素子は、前記一方の振動方向の直線偏光は透過し、前記他方の振動方向の直線偏光は反射する反射型偏光板を有し、
   前記第二の偏光変換素子は、前記一方の振動方向の直線偏光は透過し、前記他方の振動方向の直線偏光は反射する反射型偏光板を有し、
   前記第三の偏光変換素子は、前記一方の振動方向の直線偏光は透過し、前記他方の振動方向の直線偏光は反射する反射型偏光板を有し、
   振動方向が揃った合成光を前記色合成光学系から出射させることを特徴とする光源装置。
2. 前記第一の色が橙から赤の領域の色、前記第二の色が緑から黄緑の領域の色、前記第三の色が青の領域の色であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記色合成光学系がダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
4. 前記第一、第二および第三の光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の光源装置。
5. 前記第一、第二および第三の光源のそれぞれにおいて複数の前記発光ダイオードが２次元的に配列されていることを特徴とする請求項４記載の光源装置。
6. 前記第一、第二および第三の集光素子は、レンズを備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
7. 前記第一、第二および第三の集光素子は、レンズアレイ素子を備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
8. 前記第一乃至第三の偏光変換素子は、それぞれ１／４波長フィルムを備え、前記光源側に前記１／４波長フィルムが配置され、前記色合成光学系素子側に前記反射型偏光板が配置されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
9. 前記第一、第二および第三の光源が同時に点灯することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の光源装置。
10. 前記第一、第二および第三の光源が順番に点灯を繰返すことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光源装置。
11. 光変調素子と、請求項１乃至請求項１０の何れか１項記載の光源装置と、を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して表示する表示装置。
12. 前記光変調素子が透過型の液晶素子であり、該液晶素子の一方の面に対向して前記光源装置が設けられ、前記液晶素子に形成された画像を投写レンズで拡大して表示することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
13. 液晶表示素子に表示された画像の拡大された虚像を観察する請求項１２記載の表示装置。
14. 前記液晶表示素子を構成する画素にカラーフィルタが形成されていることを特徴とする請求項１２記載の表示装置。
15. 前記光変調素子が反射型の光変調素子であり、該光変調素子の反射面に対向して前記光源装置が設けられていることを特徴とする請求項１２記載の表示装置。
16. 光変調素子と、請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の光源装置と、を有し、前記光源装置からの光を前記光変調素子において変調し、変調された光を投写レンズで拡大して画像を表示する表示装置であって、
    前記光変調素子が、第一の色成分の画像、第二の色成分の画像、及び第三の色成分の画像を時分割で形成し、
    前記第一の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第一の光源を点灯させ、続いて前記第二の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第二の光源を点灯させ、続いて前記第三の色成分の画像が形成されている期間に前記光源装置の第三の光源を点灯させ、
    前記光学変調素子における前記第一、第二及び第三の色成分の順次表示と、その順次表示に対応した前記第一、第二及び第三の光源の順次点灯によってカラー画像を表示させることを特徴とする表示装置。

Images