專利名稱：彩色合成光學器件、使用彩色合成光學器件的投射型顯示裝置、以及控制投射型顯示裝置 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以投影儀為代表的投射型顯示裝置，具體涉及用于合成多種顏色的光的技術。
背景技術：
在于顯示器件上放大并投影顯示影像的投射型顯示裝置中，需要的性能取決于使用目的而不相同。例如，當顯示諸如電影的全彩畫面時，希望較高的彩色再現性能。另一方面，當用于諸如會議的顯示時，需要較高的亮度以使得在明亮的室內也可看清。在投射型顯示裝置中，通常使用白色光源(其是諸如金屬鹵化物燈或高壓汞燈) 作為光源。當強調投射影像的彩色再現性時，會從光源的白色光提取具有較窄光譜寬度的三原色，即紅㈨、綠(G)及藍(B)。在此情況下，照明光學系統的光利用效率下降，由此投射影像變暗。另一方面，當要求較高的亮度時，三原色的光譜寬度被設定的較寬，并且來自白色光源的光被最大程度地使用。在此情況下，三原色的顏色純度降低，由此不能夠獲得較高的彩色再現性。因此，在投射型顯示裝置中要實現亮度以及彩色再現性兩者會存在問題。當從具有較寬帶光譜(具有約400nm至700nm的波長)的白色光提取用于彩色顯示的具有較好彩色純度的三原色的光時，未使用具有580nm附近的波長的黃色光。這是因為當將黃色光附加至綠色光時，綠色會變?yōu)辄S綠色，由此顏色純度會劣化。此外，當黃色光被附加至紅色光時，紅色會變?yōu)槌壬纱祟伾兌葧俅瘟踊?。當以此方式使用黃色光時，三原色的顏色純度會劣化，由此不能實現較高的彩色再現性。但是，相較于紅色或藍色光，人眼對黃色光的視覺敏感性更高，由此可有效地使用黃色光來獲得更亮的畫面。因此，在專利文獻1中揭示了一種顯示裝置，其允許在通過在光學路徑中插入顏色選擇器件而實現彩色影像顯示由此強調彩色再現性的顯示模式與通過從光學路徑去除彩色選擇器件而實現彩色影像的顯示由此強調亮度的顯示模式之間切換。根據專利文獻1，使用了顏色選擇器件，其由二向色濾光片構成，并且消除黃色光。 在其中顏色選擇器件被插入紅色(或綠色)光的光路中的狀態(tài)與其中顏色選擇器件從光路移除的狀態(tài)之間進行切換，并且根據照明光的顏色純度來控制在顯示器件上顯示的視頻信號，由此在強調彩色再現性的彩色影像顯示與強調亮度的彩色影像顯示之間實現切換。在顯示裝置中，除了亮度及彩色再現性之外，白平衡也是需要考慮的一個因素。通過合成紅、綠及藍三原色而獲得的白色光(W)必須保持在預定彩色范圍內。為了實現白平衡，當彩色混合各個紅色、綠色及藍色光時，設定光量的比率。如果三原色中一者的光較弱，則必須減弱其他兩種顏色的光量以實現平衡。因為這種限制，獲得的白色光的亮度會減弱。專利文獻2及3揭示了顯示裝置，其不僅在亮度及彩色再現性方面進行了改進，還通過利用來自諸如半導體光源(例如，發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD))或被稱為固態(tài)光源的光源的另一光源的光來替代來自白色光源的光的特定波帶的光，對白平衡進行了改進。根據專利文獻2，紅色波長分量的光量在被用作白色光源的高壓汞燈中較少。因此，使用發(fā)射紅色光的LED陣列光源作為紅色照明光。根據專利文獻3，通過為來自發(fā)射紅色光的半導體激光源的光使用全息圖器件，在來自白色光源的白色光內的具有較小光量的紅色波長分量的光被部分替代。如此使用主照明光以及輔助照明光可獲得具有極佳亮度、彩色再現性以及白平衡的顯示裝置。由諸如上述LED的固態(tài)光源實現的三原色的光的光譜的寬度比作為諸如現有高壓汞燈的放電燈的白色光源的光更窄。因此，固態(tài)光源具有即使不使用彩色濾光器也允許獲得較高彩色再現性的優(yōu)勢。此外，固態(tài)光源具有比放電燈更長的壽命，并且因為未使用汞，故著眼于環(huán)境是有利的。設置調光功能能夠根據條件精確地節(jié)省能量，該調光功能根據觀看顯示裝置的觀看條件是明還是暗或者根據顯示畫面是明還是暗來控制LED的電流量。與在點亮之后直至亮度達到可用狀態(tài)需要一定時間的放電燈相比，固態(tài)光源在被點亮之后可立即獲得較亮畫面。固態(tài)光源還例如通過除去了在重新點亮之前用于冷卻的等待時間而為用戶提供了更好的便利性。因為這里所述的固態(tài)光源的諸多優(yōu)點，使用固態(tài)光源作為投射型顯示裝置的光源。但是，當前不能夠通過單一 LED來獲得具有足夠亮度的發(fā)出光。因此，為了實現更高的亮度，已經提出了合成多種顏色的各種技術。例如，專利文獻4-6揭示了光源裝置，其通過分色鏡或分色棱鏡來對來自具有不同峰值波長的多個LED的光通量進行合成。這些專利文獻4-6所揭示的裝置利用波長的差異來通過分色鏡來合成彩色光。另一方面，專利文獻7及8揭示了光源裝置，其中在通過分色鏡來合成來自三個光源的彩色光的光源裝置中，三個光源中至少一者是其中具有不同峰值波長的多個光源被布置為陣列的光源。這些光源裝置對彩色光進行空間合成。合成彩色光的另一模式是采用偏振光的技術。例如，專利文獻9揭示了照明裝置， 在首先將來自發(fā)射具有隨機偏振方向的光的兩個光源的光轉換為具有垂直偏振方向的線性偏振光之后，通過偏振分束器來合成光。作為相關發(fā)明，專利文獻10揭示了一種光源裝置，其預先沿特定偏振方向設置各種彩色光，然后通過分色棱鏡來合成光。此外，專利文獻11揭示了一種投射型顯示裝置，其在通過分色棱鏡合成彩色時通過考慮對入射角的依賴性來選擇入射光的偏振方向。用于專利文獻11中描述的光源的彩色合成光學器件包括藍色反射多層膜以及紅色反射多層膜。圖IA示出了藍色反射多層膜的光譜反射特性，而圖IB示出了紅色反射多層膜的光譜反射特性。
如圖IA所示，藍色反射多層膜的S偏振光的截止波長為至少510nm，但不大于 540nm。相反，紅色反射多層膜的S偏振光的截止波長為至少540nm，但不大于560nm。來自綠色光閥(顯示器件)的光(P偏振光)進入藍色反射多層膜以及紅色反射多層膜，并且來自紅色及藍色光閥(顯示器件)的光(S偏振光)進入藍色反射多層膜以及紅色反射多層膜?，F有技術文獻專利文獻專利文獻1:專利文獻2 專利文獻3 專利文獻4 專利文獻5 專利文獻6 專利文獻7 專利文獻8 專利文獻9 專利文獻10
日本未審查專利申請公開號2000-347292(圖1) 日本未審查專利申請公開號2000-305040(圖1) 日本未審查專利申請公開號2002-296680(圖1) 日本未審查專利申請公開號2001-042431(圖1) 日本未審查專利申請公開號2005-321524(圖1) 日本未審查專利申請公開號2004-070018(圖5) 日本未審查專利申請公開號2004-325630(圖1) 日本未審查專利申請公開號2005-189277(圖1) 日本未審查專利申請公開號2006-337609(圖1) 日本未審查專利申請公開號2000-056410(圖7)
專利文獻11 日本未審查專利申請公開號Hl-302385(圖1)

發(fā)明內容
在使用LED作為紅色、綠色及藍色各自的光源的顯示裝置中，使用彩色合成光學器件，其合成來自各顏色LED的彩色光以獲得白色光，但該彩色合成光學器件存在下述問題。分色鏡被用作分離并合成彩色光的裝置。該分色鏡由介電多層膜形成，雖然具有光吸收量較小的優(yōu)點，但也存在入射角依賴性以及偏振依賴性的缺陷。入射角依賴性是指截止波長根據入射至分色鏡的角度而沿波長縮短的方向或波長延長的方向從設定值變化偏離。偏振依賴性是指P-偏振光及S-偏振光的截止波長不同。 盡管在垂直入射(入射角為0° )的情況下不存在入射角依賴性及偏振依賴性，但入射角的增大將導致變化量的增大，以及截止波長偏移遠離希望值的惡化。在透射光學系統中，還存在光學擴展量的限制，其由光源面積以及角度擴展決定。 如果未能使得作為光源面積與角度擴展的乘積的值小于等于顯示器件的面積與由投射透鏡的f值決定的接收角(立體角)的乘積的值，則將不能使用來自光源的光作為透射光。換言之，在透射光學系統中，對于LED的半導體芯片的面積以及LED的數量存在限制，此外，對于照明光的角擴散也存在限制。即使多個LED排列成陣列，也不能將亮度提高超過光學擴展量的極限。此外，因為LED的光學輸出特性對于紅色、綠色以及藍色而言均不相同，故必須限制其他顏色的LED的光學輸出以與具有最低性能的顏色的LED的光學輸出匹配。由此，不能允許其他顏色的LED以最佳的光學輸出性能進行顯示。即使結合使用專利文獻1-11中的技術，也很難獲得下述彩色合成光學器件，其能CN 102549477 A
夠以各顏色LED的最佳光學輸出性能進行顯示，并且可改進對于混合顏色的光學利用效率。例如，即使專利文獻11中公開的技術(其中在選擇入射光的偏振方向時考慮了分色鏡的偏振依賴性)在考慮到入射角依賴性及偏振依賴性而使用偏振來合成光(專利文獻 9)的裝置中得到應用，或在預先沿特定偏振方向將各顏色的光對準然后將光射入分色鏡 (專利文獻10)的裝置中得到應用，也不能夠對LED光源處所缺乏的彩色光進行補償，由此就不能夠消除光學擴展量的極限，并且不能夠使全部LED以最大程度的光學輸出效率來顯
7J\ ο在輔助照明光被用來補償專利文獻2或專利文獻3的亮度的情況下，因為不能夠使用被替代的基本光，并且在替代時會產生光學損耗，故光利用效率并未被提高。如果試圖通過在專利文獻5-8所示的白色光帶內通過合成四種顏色或六種顏色的光來獲得更亮的光通量，則會產生平行光通量之外的光，由此因入射角依賴性或偏振依賴性而導致光合成效率降低。本發(fā)明的目的在于提供一種彩色合成光學器件、一種設置有該彩色合成光學器件的投射型顯示裝置，以及一種顯示控制方法，其可解決上述問題，使得以LED的最大光學輸出性能進行顯示，并且在顏色混合時提高光學利用效率。為了實現上述目的，本發(fā)明的彩色合成光學器件包括出射表面；第一至第三入射表面；以及第一及第二膜，其被設置使得所述膜表面彼此相交，并且使得根據入射光的波長來選擇性地反射或透射所述入射光；其中所述第一膜使第一偏振可見光中至少具有特定波長帶的光透射，并且使其偏振狀態(tài)與所述第一偏振的偏振狀態(tài)不同的第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光反射；所述第二膜使所述第一偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射，并且使所述第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射；在作為三原色光的紅色、綠色及藍色的波長帶之外的帶范圍內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且所述第一偏振的所述特定波長帶的光以及所述第二偏振的所述特定波長帶的光從所述第一至第三入射表面的不同入射表面進入，并且經由所述第一及第二膜從所述出射表面離開。本發(fā)明的投射型顯示裝置，包括第一至第三光源；第一至第三顯示器件，其與所述第一至第三光源具有一一對應的關系，并且彩色光從對應的光源分別進入各個顯示器件；上述彩色合成光學器件，其中，從所述第二顯示器件進入至所述第二入射表面的第一偏振彩色光以及其偏振狀態(tài)與從所述第一及第三顯示器件進入所述第一及第三入射表面的所述第一偏振的狀態(tài)不同的第二偏振的彩色光分別從所述出射表面離開；并且
透射光學系統，其沿從所述彩色合成光學器件離開的光行進的方向設置，并且透射由所述第一至第三顯示器件顯示的影像；其中所述第一光源包括具有第一顏色的固態(tài)光源；所述第二光源包括具有與所述第一顏色不同的第二顏色的固態(tài)光源；所述第三光源包括具有與所述第一及第二顏色不同的第三顏色的固態(tài)光源；并且所述第一至第三光源中任一者還分別包括至少一種特定顏色，其在與被用作其他兩個光源中一者的所述固態(tài)光源的顏色對應的波長帶內具有峰值波長。本發(fā)明的顯示控制方法是一種投射型顯示裝置的顯示控制方法，所述投射型顯示裝置向第一顯示器件照射來自由第一顏色的固態(tài)光源及與所述第一顏色不同的第二顏色的固態(tài)光源構成的第一光源的光通量，向第二顯示器件照射來自由所述第二顏色的另一固態(tài)光源構成的第一光源的光通量，向第三顯示器件照射來自由與所述第一及第二顏色不同的第三顏色的固態(tài)光源構成的第三光源的光通量，并且利用上述彩色合成光學器件，來通過投射透鏡投射在所述第一至第三顯示器件中形成的影像；所述顯示控制方法包括當設定用于執(zhí)行強調彩色再現性的顯示的第一顯示模式時，根據在所述第一至第三光源中具有最小光學輸出的所述光源的發(fā)射光通量，來在所述第二顏色的所述固態(tài)光源未被點亮的情況下對剩余兩個光源的光學輸出進行控制；并且當設定用于執(zhí)行強調亮度的顯示的第二顯示模式時，點亮所述第一至第三光源的全部固態(tài)光源，并且根據將來自所述第二顏色的所述固態(tài)光源的發(fā)射光通量與來自所述第二顏色的其他固態(tài)光源的發(fā)射光通量相加而獲得的光通量，來對所述第一及第三顏色的所述固態(tài)光源的光學輸出進行控制。


圖IA是示出專利文獻11中描述的彩色合成光學器件的藍色反射多層膜的光譜反射特性的視圖。圖IB是示出專利文獻11中描述的彩色合成光學器件的紅色反射多層膜的光譜反射特性的視圖。圖2是示出作為本發(fā)明的第一示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。圖3A是示出對于圖2所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S偏振光的光譜透射特性的視圖。圖;3B是示出對于圖2所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S偏振光的光譜反射特性的視圖。圖4A是示出對于圖2所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S偏振光的光譜透射特性的視圖。圖4B是示出對于圖2所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S偏振光的光譜反射特性的視圖。圖5是示出利用圖2所示的彩色合成光學器件來合成顏色的光路的示例的示意圖。
圖6A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖2所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖6B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖2所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖7A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖2所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖7B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖2所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖8是示出其中利用圖2所示的彩色合成光學器件來合成彩色的光路的另一示例的示意圖。圖9A是示出紅色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖9B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖IOA是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖IOB是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖11是示出作為本發(fā)明的第二示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。圖12A是示出對于圖11所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖12B是示出對于圖11所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖13A是示出對于圖11所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖1 是示出對于圖11所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖14是示出利用圖11所示的彩色合成光學器件來合成顏色的光路的示例的示意圖。圖15A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖11所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖15B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖11所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖16A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖11所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖16B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖11所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖17是示出作為本發(fā)明的第三示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體
圖18A是示出對于圖17所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖18B是示出對于圖17所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖19A是示出對于圖17所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖19B是示出對于圖17所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖20是示出利用圖17所示的彩色合成光學器件來合成顏色的光路的示例的示意圖。圖21A是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖17所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖21B是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖17所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖22k是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖17所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖22B是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖17所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖23是示出作為本發(fā)明的第四示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。圖24A是示出對于圖23所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖24B是示出對于圖23所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖25A是示出對于圖23所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜透射特性的視圖。圖25B是示出對于圖23所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光及S 偏振光的光譜反射特性的視圖。圖沈是示出利用圖23所示的彩色合成光學器件來合成顏色的光路的示例的示意圖。圖27A是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖23所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖27B是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖23所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。圖28A是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖23所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖28B是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖17所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。
圖四是示出作為本發(fā)明的第五示例性實施例的投射型顯示裝置的構造的框圖。圖30是示出圖四所示的投射型顯示裝置的顯示器件的構造的框圖。圖31是示出圖四所示的投射型顯示裝置的光源的構造的框圖。圖32A是示出被用作圖四所示的投射型顯示裝置的光源的紅色LED模塊的構造的示意圖。圖32B是示出被用作圖四所示的投射型顯示裝置的光源的綠色LED模塊的構造的示意圖。圖32C是示出被用作圖四所示的投射型顯示裝置的光源的藍色LED模塊的構造的示意圖。圖33是示出作為本發(fā)明的第六示例性實施例的投射型顯示裝置的構造的框圖。圖34是示出圖33所示的投射型顯示裝置的控制裝置的構造的框圖。參考標號說明1 彩色合成光學器件Ia-Id直角棱鏡2a 第一分色鏡2b 第二分色鏡
具體實施例方式以下參考附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例。參考附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例的細節(jié)。第一示例性實施例圖2是示出本發(fā)明的第一示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。參考圖2，彩色合成光學器件1是由四個在形成直角的表面處接合在一起的直角棱鏡Ia-Id制成的交叉分色棱鏡。通過直角棱鏡Ia及Id的接合表面以及直角棱鏡Ib及 Ic的接合表面形成均勻第一面，并且由介電多層膜構成的第一分色鏡加形成在該第一面上。與第一面交叉的均勻第二面由直角棱鏡Ia及Ib的接合表面以及直角棱鏡Ic及Id的接合表面形成，并且由介電多層膜構成的第二分色鏡2b形成在該第二面上。換言之，形成第一分色鏡加及第二分色鏡2b使得其膜表面彼此相交。光從彩色合成光學器件1的四個側表面中的三個表面(各個直角棱鏡la，Ic及Id 的表面)進入，由此將顏色合成。S-偏振光(綠色+藍色)進入直角棱鏡Ia的表面(側表面)，并且S-偏振光(紅色)進入直角棱鏡Ic的與上述表面相對的表面(側表面)。P-偏振光(綠色)進入直角棱鏡Id的表面(側表面)。剩余側表面(直角棱鏡Ib的與直角棱鏡Id的表面相對的表面)是通過將從三個側表面進入的光進行合成而形成的光離開的出射表面。圖3A是示出對于第一分色鏡加的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。 圖:3B是示出對于第一分色鏡加的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。截止波長被定義為透射率或反射率變?yōu)?0 %時的波長。對于入射P-偏振光，第一分色鏡加的截止波長為400nm。在此情況下，第一分色鏡加主要透射而不反射具有400nm 或更高波長的P-偏振光的光。另一方面，對于入射S-偏振光，第一分色鏡加的截止波長為580nm。在此情況下，第一分色鏡加主要透射而不反射具有580nm或更高波長的S-偏振光的光。第一分色鏡加主要反射而不透射具有短于580nm的波長的S-偏振光的光。
如果第一分色鏡加的特性被表現為對于彩色光的作用，則對于藍色及綠色光，第一分色鏡加透射P-偏振光并且反射S-偏振光。換言之，第一分色鏡加用作藍色及綠色光的偏振分束器。此外，第一分色鏡加不會對紅色光起任何作用，并且透射P-偏振光及 S-偏振光。
圖4A是示出對于第二分色鏡2b的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。 圖4B是示出對于第二分色鏡2b的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。
第二分色鏡2b對于入射P-偏振光的截止波長為700nm。在此情況下，第二分色鏡 2b主要透射而不反射具有700nm或更短波長的P-偏振光。另一方面，第二分色鏡2b對于 S-偏振光的截止波長為580nm。在此情況下，第二分色鏡2b主要反射而不透射具有580nm 或更高波長的S-偏振光。此外，第二分色鏡2b主要透射而不反射具有短于580nm的波長的S-偏振光。
如果第二分色鏡2b的特性被表現為對彩色光的作用，則第二分色鏡2b不會對藍色及綠色光產生任何作用，并且會透射P-偏振光及S-偏振光。對于紅色光，第二分色鏡2b 透射P-偏振光并反射S-偏振光。換言之，對于紅色光，第二分色鏡2b起偏振分束器的作用。
對于第一分色鏡加及第二分色鏡2b的S-偏振光將截止波長設定為580nm的黃色帶與專利文獻11中揭示的分色棱鏡的光譜特性完全不同(參見圖IA及1B)。由于該差異，能夠對光學擴展量(etendue)的約束內不足的彩色光進行補償，以獲得良好的白平衡， 并且可最大程度地展示LED光源的光學輸出特性。以下將詳述該特性。
圖5是用于描述當利用圖2所示的彩色合成光學器件1來合成彩色光時的光路的平面圖。
彩色合成光學器件1的四個側面中的三個是入射表面，并且從這些入射表面入射的彩色光由第一分色鏡加及第二分色鏡2b合成。剩余表面為出射表面，并且合成彩色光從該出射表面離開。
在圖5中，盡管由箭頭實線表示的線示出了入射光通量的代表前進方向，但這并不意味著僅箭頭實線示出的線才是入射光線。入射光是下述光通量，其具有不大于彩色合成光學器件1的入射表面的橫截面，并且包括具有箭頭實線所示線之外的位置處的光線以及具有角分量的光線。
使用S-偏振光作為紅色光。紅色S-偏振光從直角棱鏡Ic的入射表面(圖5中， 位于圖下側的表面)入射在彩色合成光學器件1上。第一分色鏡加不會對紅色S-偏振光產生作用，由此紅色S-偏振光透射通過第一分色鏡加不發(fā)生變化。另一方面，第二分色鏡 2b將全部紅色S-偏振光反射。由此，如圖5所示，紅色S-偏振光的光通量被第二分色鏡 2b彎曲90度，然后從直角棱鏡Ib的出射表面離開。
使用P-偏振光及S-偏振光作為綠色光。綠色P-偏振光從直角棱鏡Id的入射表面(圖5中，位于圖左側的表面)射入彩色合成光學器件1。第一分色鏡加或第二分色鏡 2b均不會對綠色P-偏振光產生作用，由此綠色P-偏振光透射通過第一分色鏡加及第二分色鏡2b。已經透射通過第一分色鏡加及第二分色鏡2b的綠色P-偏振光從直角棱鏡Ib的出射表面離開。
使用S-偏振光作為藍色光。藍色S-偏振光從直角棱鏡Ia的入射表面(圖5中， 位于圖上側的表面)進入彩色合成光學器件1。綠色S-偏振光及藍色S-偏振光均從同一方向進入直角棱鏡Ia的入射表面。
第二分色鏡2b不會對藍色及綠色S-偏振光產生作用，并且由此藍色及綠色S-偏振光透射通過第二分色鏡2b而不會變化。但是，第一分色鏡加反射全部藍色及綠色S-偏振光。因此，藍色及綠色S-偏振光的光通量被第一分色鏡加彎曲90度，并從直角棱鏡Ib 的出射表面離開。
如上所述，可通過在第一分色鏡加及第二分色鏡2b中將從直角棱鏡Ia的入射表面入射的藍色S-偏振光、從直角棱鏡Ic的入射表面入射的紅色S-偏振光以及從直角棱鏡 Id的入射表面入射的綠色P-偏振光進行合成，來在本示例性實施例的彩色合成光學器件1 中獲得白色光。
圖6A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡加的P-偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖6B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡加的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為520nm，而藍色LED光源的峰值波長為460nm。
圖7A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡2b的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖7B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡2b的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為520nm，而藍色LED光源的峰值波長為460nm。
從圖6A及圖7A可見，第一分色鏡加及第二分色鏡2b對于綠色P-偏振光的截止波長充分分離。因此，即使截止波長因入射角依賴性而變化，綠色P-偏振光也不會被這些分色鏡加及2b反射。因此，不會發(fā)生因入射角依賴性而產生的損耗。
此外，如圖6B及圖7B所示，第一分色鏡加及第二分色鏡2b對于綠色S-偏振光及紅色S-偏振光的截止波長充分分離。因此，無論截止波長是否因入射角依賴性而變化， 紅色及綠色S-偏振光可由這些分色鏡加及2b合成而實際上不會存在損耗。
由此，將第一分色鏡加及第二分色鏡2b的截止波長設定至在彩色合成中不使用的黃色帶，由此對于以不同于平行光的角度入射的光可有效地合成彩色光。
對于紅色、綠色及藍色光的混合比率，當使用諸如LED的半導體光源分別作為紅色、綠色及藍色光源并且來自各半導體光源的紅色、綠色及藍色光被合成以獲得具有極佳白平衡的白色光時，藍色光學輸出通常大于其他顏色，并且綠色光學輸出小于其他顏色。在此情況下，藍色及紅色半導體光源的光學輸出被限制為與光學輸出相對較小的綠色半導體光源一致，由此獲得的白色光的光學輸出也不可避免地較小。
根據本示例性實施例的彩色合成光學器件，可由兩個不同方向合成綠色光。此外， 采用了其中光學輸出相對較大的藍色光量被減小而綠色光被增加的設置方式。因此，可以最佳的彩色混合比率來合成三原色，并且可以獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，可無限制地以最大程度展現三色LED的光學輸出。
本示例性實施例的彩色合成光學器件并不限于僅從兩個不同方向合成綠色光的設置方式。例如，如圖8所示，綠色及紅色P-偏振光也可從直角棱鏡Id的入射表面進入彩色合成光學器件1。類似于圖5所示的設置方式，綠色及藍色S-偏振光進入直角棱鏡Ia的入射表面，而紅色S-偏振光進入直角棱鏡Ic的入射表面。圖9A是示出紅色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡加的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖9B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第一分色鏡加的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm， 綠色LED光源的峰值波長為520nm，而藍色LED光源的峰值波長為460nm。圖IOA是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡2b的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖IOB是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于圖8所示的彩色合成光學器件的第二分色鏡2b的S 偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為520nm，而藍色LED光源的峰值波長為460nm。如圖9A及圖IOA所示，第一分色鏡加或第二分色鏡2b均不會對綠色及紅色P-偏振光產生作用。因此，從直角棱鏡Id的入射表面入射的綠色及紅色P-偏振光透射通過各個分色鏡加及2b而不會變化，然后離開直角棱鏡Ib的出射表面。此外，各個分色鏡2a及 2b對紅色、綠色及藍色S-偏振光的作用與圖5所示的設置方式下的情況相同。此外，第一分色鏡加及第二分色鏡2b對于綠色及紅色P-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，綠色及紅色P-偏振光都不會被這些分色鏡加及2b反射。因此，不會出現因入射角依賴性而產生的損耗。如圖9B及圖IOB所示，第一分色鏡加及第二分色鏡沘對于綠色S-偏振光及紅色S-偏振光的截止波長充分分離。因此，無論截止波長是否因入射角依賴性而變化，紅色及綠色S-偏振光可在這些分色鏡加及2b中合成而實際上不產生損耗。根據圖8所示的彩色合成光學器件，不僅綠色光可從兩個不同方向入射并合成， 紅色光也可從兩個不同方向入射并合成。在圖5及圖8所示的彩色合成光學器件中，可以采用藍色P-偏振光進入直角棱鏡 Id的入射表面的設置方式。在此情況下，藍色光可從兩個不同方向進入并合成。第二示例性實施例圖11是示出作為本發(fā)明的第二示例性實施例的彩色合成光學器件的設置方式的立體圖。參考圖11，與第一示例性實施例類似，彩色合成光學器件11是由四個在形成直角的表面處接合在一起的直角棱鏡Ila-Ild制成的交叉分色棱鏡。由介電多層膜構成的第一分色鏡1 及第二分色鏡12b形成在直角棱鏡Ila-Ild的接合表面上，由此彼此相交。光從彩色合成光學器件11的四個側表面中的三個表面(各個直角棱鏡11a，Ilc 及Ild的表面)進入，由此將顏色合成。S-偏振光(藍色)進入直角棱鏡Ia的表面，并且 S-偏振光(紅色+綠色)進入直角棱鏡Ic的與上述入射表面相對的表面。P-偏振光(綠色)進入直角棱鏡Id的表面(側表面)。通過將從三個側表面進入的光進行合成而形成的光從一個剩余側表面(直角棱鏡Ib的與直角棱鏡Id的表面相對的表面)離開。在圖2所示的第一示例性實施例的彩色合成光學器件1中，綠色及藍色S-偏振光從直角棱鏡Ia的入射表面進入彩色合成光學器件1。相反，在本示例性實施例的彩色合成光學器件11中，綠色S-偏振光與紅色S-偏振光一起并非從直角棱鏡Ila的入射表面，而是從與上述入射表面相對的直角棱鏡Ilc的入射表面進入彩色合成光學器件11。本示例性實施例的彩色合成光學器件11與第一示例性實施例的彩色合成光學器件1的差異就在于此。圖12A是示出對于第一分色鏡12a的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖12B是示出對于第一分色鏡12a的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。對于入射P-偏振光，第一分色鏡12a的截止波長為400nm。在此情況下，第一分色鏡1 主要透射而不反射具有400nm或更高波長的P-偏振光的光。另一方面，對于入射 S-偏振光，第一分色鏡1 的截止波長為490nm。在此情況下，第一分色鏡1 主要透射而不反射具有490nm或更高波長的S-偏振光的光。第一分色鏡1 主要反射而不透射具有短于490nm的波長的S-偏振光的光。如果第一分色鏡12a的特性被表現為第一分色鏡1 對于彩色光的作用，則對于藍色光，第一分色鏡1 透射P-偏振光并且反射S-偏振光。換言之，第一分色鏡1 用作藍色光的偏振分束器。另一方面，第一分色鏡1 不會對綠色光及紅色光起任何作用，并且透射P-偏振光及S-偏振光兩者。圖13A是示出對于第二分色鏡12b的P_偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖1 是示出對于第二分色鏡12b的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。第二分色鏡12b對于作為P-偏振光入射的光的截止波長為700nm。在此情況下， 第二分色鏡12b主要透射而不反射具有700nm或更短波長的P-偏振光。另一方面，第二分色鏡12b對于作為S-偏振光入射的光的截止波長為490nm。在此情況下，第二分色鏡12b 主要反射而不透射具有490nm或更高波長的S-偏振光。此外，第二分色鏡12b主要透射而不反射具有短于490nm的波長的S-偏振光。如果第二分色鏡12b的特性被表現為第二分色鏡12b對彩色光的作用，則第二分色鏡12b不會對藍色光產生任何作用，并且會透射P-偏振光及S-偏振光兩者。但是，對于綠色光及紅色光，第二分色鏡12b透射P-偏振光并反射S-偏振光。換言之，對于綠色光及紅色光，第二分色鏡12b起偏振分束器的作用。本示例性實施例的彩色合成光學器件11與專利文獻11中揭示的分色棱鏡的差異在于第一分色鏡1 及第二分色鏡12b對于S-偏振光的截止波長被設定為490nm，即藍色-綠色(青色)帶。由于該差異，在光學擴展量的限制內不足的彩色光可被補償，由此獲得良好的白平衡，并可以最大程度展現LED光源的光學輸出特性。以下將詳述該特征。圖14是示出當利用圖11所示的彩色合成光學器件11來合成彩色光時的光路的示例的平面圖。在彩色合成光學器件11的四個側表面中，三個表面為入射表面，并且從這些入射表面入射的彩色光被第一分色鏡1 及第二分色鏡12b合成。該剩余表面是出射表面，并且已經被合成的彩色光從該表面離開。在圖14中，盡管由箭頭實線表示的線分別示出了入射光通量的代表前進方向，但這并不意味著僅箭頭實線示出的線才是入射光線。入射光是下述光通量，其具有不大于彩色合成光學器件11的入射表面的橫截面，并且包括具有箭頭實線所示線之外的位置處的光線以及具有角分量的光線。
使用S-偏振光作為藍色光。藍色S-偏振光從直角棱鏡Ila的入射表面(圖11 中，位于圖上側的表面)入射在彩色合成光學器件11上。第二分色鏡12b不會對藍色S-偏振光產生作用，由此藍色S-偏振光透射通過第二分色鏡12b不發(fā)生變化。另一方面，第一分色鏡1 將全部藍色S-偏振光反射。由此，藍色S-偏振光的光通量被第一分色鏡12a 彎曲90度，然后從直角棱鏡lib的出射表面離開。使用P-偏振光及S-偏振光作為綠色光。綠色P-偏振光從直角棱鏡Ild的入射表面(圖14中，位于圖左側的表面)射入彩色合成光學器件11。第一分色鏡1 或第二分色鏡12b均不會對綠色P-偏振光產生作用，由此綠色P-偏振光透射通過分色鏡1 及 12b而不發(fā)生變化，然后從直角棱鏡lib的出射表面離開。使用S-偏振光作為紅色光。綠色及紅色S-偏振光從直角棱鏡Ilc的入射表面 (圖14中，位于圖下側的表面)進入彩色合成光學器件11。第一分色鏡1 不會對綠色及紅色S-偏振光產生作用，并且由此綠色及紅色S-偏振光透射通過第一分色鏡1 而不會變化。另一方面，第二分色鏡12b反射全部綠色及紅色S-偏振光。因此，綠色及紅色S-偏振光的光通量在第二分色鏡12b處彎曲90度，然后如圖14所示從直角棱鏡lib的出射表面離開。因此，根據本示例性實施例的彩色合成光學器件11，可以對藍色S-偏振光、綠色 P-偏振光及S-偏振光以及紅色S-偏振光進行合成以獲得白色光。圖15A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡1 的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖15B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡1 的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為450nm。圖16A是示出綠色LED光源的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡12b的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖16B是示出紅色、綠色及藍色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡12b的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為450nm。如圖15A及圖16A所示，第一分色鏡1 及第二分色鏡12b對于綠色P-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，綠色P-偏振光也不會被這些分色鏡1 及12b反射。因此，不會因入射角依賴性而產生損耗。如圖15B及圖16B所示，第一分色鏡1 及第二分色鏡12b對于藍色S-偏振光及綠色S-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，藍色及綠色S-偏振光也可在這些分色鏡1 及12b中被合成而實際上不產生損耗。因此，因為第一分色鏡1 及第二分色鏡12b的截止波長被設定為未在彩色合成中使用的藍色-綠色(青色)帶，故即使對于以不同于平行光的角度入射的光也可有效地進行合成。根據本示例性實施例，與第一示例性實施例類似，可從兩個不同方向來對綠色光進行合成。此外，采用降低光學輸出相對較大的紅色光量并增加綠色光的設置方式。因此， 可以最佳的彩色混合比率來合成三原色，并且可獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，可在不限制光學輸出的情況下最大程度地使三色LED進行顯示。本示例性實施例的彩色合成光學器件11并不限于僅合成來自兩個不同方向的綠
19色光的設置方式。例如，在圖11所示的彩色合成光學器件11中，藍色或紅色P-偏振光，甚至紅色及藍色P-偏振光可進入直角棱鏡Iid的綠色P-偏振光進入的入射表面。可根據這些形式的組合來設定混合的顏色。已知因為LED制造時出現的問題，LED的峰值波長會在大致士 10-20nm的范圍內變化。在第一示例性實施例中，分色鏡的截止波長被設定至黃色波長帶(至少560nm，但不大于600nm)，由此通過使用LED可進一步抑制彩色合成期間的損耗，其中綠色LED的峰值的變化會在較短波長一側發(fā)生。在第二示例性實施例中，分色鏡的截止波長被設定至藍色-綠色(青色)波長帶(至少480nm但不大于500nm)，由此通過使用LED (其中綠色LED的峰值波長朝向較長波長一側變化，而藍色LED的峰值波長朝向較短波長一側變化)可進一步降低彩色合成期間的損耗。由此可根據LED的峰值波長的變化來選擇彩色合成光學器件。此外，LED的光學輸出特性因制造問題甚至會發(fā)生更大的變化。當藍色LED的光學輸出相對較大時，與第一示例性實施例類似，藍色減少并且綠色增大。另一方面，當紅色 LED的光學輸出相對較大時，與第二示例性實施例類似，紅色減少并且綠色增大。此外，可通過向綠色P-偏振光的光路增加紅色或藍色P-偏振光來選擇各顏色光源的組合設置方式。因此，各示例性實施例的彩色合成光學器件可用于使得能夠利用峰值波長或光學輸出具有較大變化的LED。第三示例性實施例圖17是示出作為本發(fā)明的第三示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。參見圖17，與第一示例性實施例類似，彩色合成光學器件111是由四個在形成直角的表面處接合在一起的直角棱鏡Illa-Illd制成的交叉分色棱鏡。由介電多層膜構成的第一分色鏡11 及第二分色鏡112b形成在直角棱鏡Illa-Illd的接合表面上，由此彼此相交。光從彩色合成光學器件111的四個側表面中的三個表面(各個直角棱鏡111a， Illc及Illd的表面)進入，由此將顏色合成。S-偏振光(綠色)進入直角棱鏡Illa的表面，并且S-偏振光(紅色)進入直角棱鏡Illc的與上述入射表面相對的表面。P-偏振光 (藍色+綠色)進入直角棱鏡Illd的表面(側表面)。通過將從三個側表面進入的光進行合成而形成的光從一個剩余側表面(直角棱鏡Illb的與直角棱鏡Illd的表面相對的表面)離開。在圖2所示的第一示例性實施例的彩色合成光學器件1中，綠色及藍色S-偏振光入射至直角棱鏡Ia的入射表面，紅色S-偏振光入射至直角棱鏡Ic的入射表面，并且綠色 P-偏振光入射至直角棱鏡Id的入射表面。相反，在本示例性實施例的彩色合成光學器件 111中，綠色S-偏振光入射至直角棱鏡Illa的入射表面，紅色S-偏振光入射至直角棱鏡 Illc的入射表面，而藍色及綠色P-偏振光入射至直角棱鏡Illd的入射表面。換言之，本示例性實施例的彩色合成光學器件111與第一示例性實施例的彩色合成光學器件的差異在于，藍色P-偏振光及綠色P-偏振光入射至P-偏振光的透射光路，而綠色S-偏振光及紅色 S-偏振光分別入射至S-偏振光的反射光路。圖18A是示出對于第一分色鏡11 的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖18B是示出對于第一分色鏡11 的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。第一分色鏡11 主要透射而不反射作為P-偏振光進入的可見光帶的光。第一分色鏡11 相對于作為S-偏振光進入的光的截止波長為490nm及580nm。在此情況下，第一分色鏡11 主要透射而不反射具有不大于490nm的波長的S-偏振光以及具有至少580nm 的波長的S-偏振光。此外，第一分色鏡11 主要反射而不透射具有大于490nm的波長的 S-偏振光以及具有小于580nm的波長的S-偏振光。如果第一分色鏡11 的特性被表現為第一分色鏡11 對于彩色光的作用，則對于綠色光，第一分色鏡11 透射P-偏振光并且反射S-偏振光。換言之，第一分色鏡11 還用作綠色光的偏振分束器。另一方面，第一分色鏡11 不會對藍色光及紅色光起任何作用，并且透射P-偏振光及S-偏振光兩者。圖19A是示出對于第二分色鏡112b的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖19B是示出對于第二分色鏡112b的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。第二分色鏡112b對于作為P-偏振光入射的光的截止波長為700nm。在此情況下， 第二分色鏡112b主要透射而不反射具有700nm或更短波長的P-偏振光。另一方面，第二分色鏡112b對于作為S-偏振光入射的光的截止波長為580nm。在此情況下，第二分色鏡 112b主要反射而不透射具有580nm或更高波長的S-偏振光。相反，第二分色鏡112b主要透射而不反射具有短于580nm的波長的S-偏振光。如果第二分色鏡112b的特性被表現為第二分色鏡112b對彩色光的作用，則第二分色鏡112b不會對藍色及綠色光產生任何作用，并且會透射P-偏振光及S-偏振光兩者。 對于紅色光，第二分色鏡112b透射P-偏振光并反射S-偏振光。換言之，對于紅色光，第二分色鏡112b也起偏振分束器的作用。與專利文獻11 (參見圖IA及圖1B)中揭示的分色棱鏡的主要差異在于第一分色鏡11 及第二分色鏡112b對于S-偏振光的截止波長被設定為490nm的藍色-綠色(青色)帶以及580nm的黃色帶。由于該差異，在光學擴展量的限制內不足的彩色光可被補償， 由此獲得良好的白平衡，并可以最大程度展現LED光源的光學輸出特性。以下將詳述該特征。圖20是示出當利用圖17所示的彩色合成光學器件111來合成彩色光時的光路的示例的平面圖。如上所述，在彩色合成光學器件111的四個側表面中，三個表面為入射表面，并且光從這些入射表面入射以通過第一分色鏡11 及第二分色鏡112b合成彩色光。一個剩余表面是出射表面，并且已經在第一分色鏡11 及第二分色鏡112b處被合成的光從該出射表面離開。在圖20中，盡管由箭頭實線表示的線分別示出了入射光通量的代表前進方向，但這并不意味著僅箭頭實線示出的線才是入射光線。入射光是下述光通量，其具有不大于彩色合成光學器件111的入射表面的橫截面，并且包括具有箭頭實線所示線之外的位置處的光線以及具有角分量的光線。使用S-偏振光作為綠色光。綠色S-偏振光從直角棱鏡Illa的入射表面(圖20 中，位于圖上側的表面)入射在彩色合成光學器件111上。第二分色鏡112b不會對綠色 S-偏振光產生作用，由此綠色S-偏振光透射通過第二分色鏡112b不發(fā)生變化。相反，第一分色鏡11 將全部綠色S-偏振光反射。由此，如圖20所示，綠色S-偏振光的光路被第一分色鏡11 彎曲90度，并且被第一分色鏡11 反射的綠色S-偏振光從出射表面離開。使用S-偏振光作為紅色光。紅色S-偏振光從直角棱鏡Illc的入射表面(圖20 中，位于圖下側的表面)射入彩色合成光學器件111。第一分色鏡11 不會對紅色S-偏振光產生作用，并且由此紅色S-偏振光透射通過第一分色鏡11 而不會變化。相反，第二分色鏡112b反射全部紅色S-偏振光。因此，如圖20所示，紅色S-偏振光的光路在第二分色鏡112b處彎曲90度，并且在第二分色鏡112b處被反射的紅色S-偏振光從出射表面離開。使用P-偏振光作為藍色光，并且P-偏振光還被用作綠色光。藍色及綠色P-偏振光從直角棱鏡Illd的入射表面(圖20中，位于圖左側的表面)進入彩色合成光學器件 111。第一分色鏡11 或第二分色鏡112b均不會對藍色及綠色P-偏振光產生作用，由此藍色及綠色P-偏振光透射通過分色鏡11 及112b而不發(fā)生變化，然后從出射表面離開。如上所述，在本示例性實施例的彩色合成光學器件111中，可通過對藍色P-偏振光、綠色P-偏振光及S-偏振光以及紅色S-偏振光進行合成來獲得白色光。圖21A是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡11 的 P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖21B是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡11 的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED 光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為 450nmo圖22A是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡112b的 P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖22B是示出紅色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡112b的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED 光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為 450nmo如圖21A及圖22A所示，第一分色鏡11 及第二分色鏡112b對于藍色及綠色 P-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，藍色及綠色P-偏振光也不會被這些分色鏡11 及112b反射。因此，不會因入射角依賴性而產生損
^^ ο此外，如圖21B及圖21B所示，第一分色鏡11 及第二分色鏡112b對于紅色S-偏振光及綠色S-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，紅色及綠色S-偏振光也可在這些分色鏡11 及112b中被合成而實際上不產生損耗。由此通過將第一分色鏡11 及第二分色鏡112b的截止波長設定為未在彩色合成中使用的黃色以及藍色-綠色(青色)波長帶，可以對于以不同于平行光的角度入射的光進行有效地合成。與第一示例性實施例類似，本示例性實施例使得能夠從兩個不同方向來對綠色光進行合成。此外，采用降低光學輸出相對較大的藍色光量并增加綠色光的設置方式。因此， 可以最佳的彩色混合比率來合成三原色，并且可獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，可在不限制光學輸出的情況下最大程度地使三色LED進行顯示。第四示例性實施例圖23是示出作為本發(fā)明的第四示例性實施例的彩色合成光學器件的構造的立體圖。參見圖23，與第一示例性實施例類似，彩色合成光學器件121是由四個在形成直角的表面處接合在一起的直角棱鏡121a-121d制成的交叉分色棱鏡。由介電多層膜構成的第一分色鏡12 及第二分色鏡122b形成在直角棱鏡121a-121d的接合表面上，由此彼此相交。光從彩色合成光學器件121的四個側表面中的三個表面(各個直角棱鏡121a， 121c及121d的表面)進入，由此將顏色合成。S-偏振光(綠色)進入直角棱鏡121a的表面，并且S-偏振光(藍色)進入直角棱鏡121c的與上述入射表面相對的表面。P-偏振光 (紅色+綠色)進入直角棱鏡121d的表面。通過將從三個側表面進入的光進行合成而形成的光從一個剩余側表面(直角棱鏡121b的與直角棱鏡121d的表面相對的表面)離開。在圖2所示的第一示例性實施例的彩色合成光學器件1中，綠色及藍色S-偏振光入射至直角棱鏡Ia的入射表面，紅色S-偏振光入射至直角棱鏡Ic的入射表面，并且綠色 P-偏振光入射至直角棱鏡Id的入射表面。相反，在本示例性實施例的彩色合成光學器件 121中，綠色S-偏振光入射至直角棱鏡121a的入射表面，藍色S-偏振光入射至直角棱鏡 121c的入射表面，而紅色及綠色P-偏振光入射至直角棱鏡121d的入射表面。換言之，本示例性實施例的彩色合成光學器件121與第一示例性實施例的彩色合成光學器件的差異在于，紅色P-偏振光及綠色P-偏振光入射至P-偏振光的透射光路，而綠色S-偏振光及藍色 S-偏振光分別入射至S-偏振光的反射光路。圖24A是示出對于第一分色鏡12 的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖24B是示出對于第一分色鏡12 的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。第一分色鏡12 主要透射而不反射作為P-偏振光進入的可見光帶的光。第一分色鏡12 相對于作為S-偏振光進入的光的截止波長為490nm及580nm。在此情況下，第一分色鏡12 主要透射而不反射具有不大于490nm的波長的S-偏振光或具有至少580nm 的波長的S-偏振光。此外，第一分色鏡12 主要反射而不透射具有大于490nm的波長的 S-偏振光以及具有小于580nm的波長的S-偏振光。如果第一分色鏡12 的特性被表現為第一分色鏡12 對于彩色光的作用，則對于綠色光，第一分色鏡12 透射P-偏振光并且反射S-偏振光。換言之，第一分色鏡12 還用作綠色光的偏振分束器。第一分色鏡12 不會對藍色光及紅色光起任何作用，并且透射P-偏振光及S-偏振光兩者。圖25A是示出對于第二分色鏡122b的P-偏振光及S-偏振光的光譜透射特性的視圖。圖25B是示出對于第二分色鏡122b的P-偏振光及S-偏振光的光譜反射特性的視圖。第二分色鏡122b對于作為P-偏振光入射的光的截止波長為400nm。在此情況下， 第二分色鏡122b主要透射而不反射具有400nm或更高波長的P-偏振光。第二分色鏡122b 對于作為S-偏振光入射的光的截止波長為490nm。在此情況下，第二分色鏡122b主要反射而不透射具有490nm或更短波長的S-偏振光。此外，第二分色鏡122b主要透射而不反射具有長于490nm的波長的S-偏振光。如果第二分色鏡122b的特性被表現為第二分色鏡122b對彩色光的作用，則針對紅色及綠色光，第二分色鏡122b不會對P-偏振光及S-偏振光兩者產生任何作用，并且會將其透射。對于藍色光，第二分色鏡122b透射P-偏振光并反射S-偏振光。換言之，對于藍色光，第二分色鏡122b也起偏振分束器的作用。本示例性實施例與專利文獻11 (參見圖IA及圖1B)中揭示的分色棱鏡的主要差異在于第一分色鏡12 及第二分色鏡122b對于S-偏振光的截止波長被設定為490nm的藍色-綠色(青色)帶以及580nm的黃色帶。由于該差異，在光學擴展量的限制內不足的彩色光可被補償，由此獲得良好的白平衡，并可以最大程度展現LED光源的光學輸出特性。 以下將詳述該特征。圖沈是示出當利用圖23所示的彩色合成光學器件121來合成彩色光時的光路的示例的平面圖。如上所述，在彩色合成光學器件121的四個側表面中，三個表面為入射表面，并且光從這些入射表面入射以通過第一分色鏡12 及第二分色鏡122b合成彩色光。一個剩余表面是出射表面，并且已經在第一分色鏡12 及第二分色鏡122b處被合成的光從該出射表面離開。在圖沈中，盡管由箭頭實線表示的線分別示出了入射光通量的代表前進方向，但這并不意味著僅箭頭實線示出的線才是入射光線。入射光是下述光通量，其具有不大于彩色合成光學器件121的入射表面的橫截面，并且包括具有箭頭實線所示線之外的位置處的光線以及具有角分量的光線。使用S-偏振光作為綠色光。綠色S-偏振光從直角棱鏡121a的入射表面(圖沈中，位于圖上側的表面)入射在彩色合成光學器件121上。第二分色鏡122b不會對綠色 S-偏振光產生作用，由此綠色S-偏振光透射通過第二分色鏡122b不發(fā)生變化。相反，第一分色鏡12 將全部綠色S-偏振光反射。由此，如圖沈所示，綠色S-偏振光的光路被第一分色鏡12 彎曲90度，并且被第一分色鏡12 反射的綠色S-偏振光從出射表面離開。使用S-偏振光作為藍色光。藍色S-偏振光從直角棱鏡121c的入射表面(圖沈中，位于圖下側的表面)射入彩色合成光學器件121。第一分色鏡12 不會對藍色S-偏振光產生作用，并且由此藍色S-偏振光透射通過第一分色鏡12 而不會變化。相反，第二分色鏡122b反射全部藍色S-偏振光。因此，如圖沈所示，藍色S-偏振光的光路在第二分色鏡122b處彎曲90度，并且在第二分色鏡122b處被反射的藍色S-偏振光從出射表面離開。使用P-偏振光作為紅色光，并且P-偏振光還被用作綠色光。紅色及綠色P-偏振光從直角棱鏡121d的入射表面(圖沈中，位于圖左側的表面)進入彩色合成光學器件 121。第一分色鏡12 或第二分色鏡122b均不會對紅色及綠色P-偏振光產生作用，由此紅色及綠色P-偏振光透射通過分色鏡12 及122b而不發(fā)生變化，然后從出射表面離開。如上所述，在本示例性實施例的彩色合成光學器件121中，可通過對紅色P-偏振光、綠色P-偏振光及S-偏振光以及藍色S-偏振光進行合成來獲得白色光。圖27A是示出綠色及紅色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡12 的 P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖27B是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第一分色鏡12 的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED 光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為 450nmo圖28A是示出紅色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡122b的P偏振光的光譜透射特性之間的關系的視圖。圖28B是示出藍色及綠色LED光源每一者的發(fā)射光譜與對于第二分色鏡122b的S偏振光的光譜反射特性之間的關系的視圖。紅色LED 光源的峰值波長為630nm，綠色LED光源的峰值波長為530nm，而藍色LED光源的峰值波長為 450nmo如圖27A及圖28B所示，第一分色鏡12 及第二分色鏡122b對于紅色及綠色 P-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，藍色及綠色P-偏振光也不會被這些分色鏡12 及122b反射。因此，不會因入射角依賴性而產生損
^^ ο此外，如圖27B及圖27B所示，第一分色鏡12 及第二分色鏡12 對于藍色S-偏振光及綠色S-偏振光的截止波長充分分離。因此，不論截止波長是否因入射角依賴性而變化，藍色及綠色S-偏振光也可在這些分色鏡12 及122b中被合成而實際上不產生損耗。由此通過將第一分色鏡12 及第二分色鏡122b的截止波長設定為未在彩色合成中使用的藍色-綠色(青色)以及黃色波長帶，可以對于以不同于平行光的角度入射的光進行有效地彩色光的合成。與第一示例性實施例類似，本示例性實施例使得能夠從兩個不同方向來對綠色光進行合成。此外，采用降低光學輸出相對較大的紅色光量并增加綠色光的設置方式。因此， 可以最佳的彩色混合比率來合成三原色，并且可獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，可在不限制光學輸出的情況下最大程度地使三色LED進行顯示。第五示例性實施例圖四是示出作為本發(fā)明的第五示例性實施例的投射型顯示裝置的構造的框圖。本示例性實施例的投射型顯示裝置包括三個光源20a-20c、彩色合成光學器件 21、紅色顯示器件22a、綠色顯示器件22b、藍色顯示器件22c以及投射透鏡23。彩色合成光學器件21是與第一示例性實施例類似的交叉分色棱鏡，并包括四個直角棱鏡21a_21d，其中形成直角的表面接合在一起。由介電多層膜構成的第一分色鏡Ma 及第二分色鏡24b形成在直角棱鏡21a-21d的接合表面上，由此相交。 光源20a提供紅色光。光源20b提供綠色光。光源20c提供綠色光及藍色光。這里的紅色、綠色及藍色對應于光的三原色。紅色顯示器件2 沿來自光源20a的照明光通量(紅色)的行進方向設置。來自光源20a的照明光能量(紅色)被照射至紅色顯示器件22a。紅色顯示器件2 生成S-偏振光的影像光(紅色)。彩色合成光學器件21的直角棱鏡21c沿來自紅色顯示器件2 的 S-偏振光的影像光(紅色)的行進方向布置。綠色顯示器件22b沿來自光源20a的照明光通量(綠色)的行進方向設置。來自光源20b的照明光能量(綠色)被照射至綠色顯示器件22b。綠色顯示器件22b生成P-偏振光的影像光(綠色)。彩色合成光學器件21的直角棱鏡21d沿來自綠色顯示器件22b的 P-偏振光的影像光(綠色)的行進方向布置。藍色顯示器件22b沿來自光源20c的照明光通量(綠色+藍色)的行進方向設置。來自光源20c的照明光能量(綠色+藍色)被照射至藍色顯示器件22c。藍色顯示器件22c生成S-偏振光的影像光(綠色+藍色)。彩色合成光學器件21的直角棱鏡21a沿來自綠色顯示器件22c的S-偏振光的影像光(綠色+藍色)的行進方向布置。
在彩色合成光學器件21的四個側表面中，直角棱鏡21a，21c及21d的表面是入射表面，而直角棱鏡21b的表面是出射表面?？稍谶@些入射及出射表面上設置由介電多層膜構成的防反射膜。來自紅色顯示器件2 的S-偏振光的影像光(紅色)從直角棱鏡21c—側的入射表面入射至彩色合成光學器件21。來自綠色顯示器件22b的P-偏振光的影像光(綠色) 從直角棱鏡21d—側的入射表面入射至彩色合成光學器件21。來自藍色顯示器件22c的 S-偏振光的影像光(綠色+藍色)從直角棱鏡21a—側的入射表面入射至彩色合成光學器件21。圖3A及圖;3B中示出了第一分色鏡2 相對于P-偏振光及S-偏振光的光譜投射特性及光譜反射特性。圖4A及圖4B中示出了第二分色鏡24b相對于P-偏振光及S-偏振光的光譜投射特性及光譜反射特性。在彩色合成光學器件21中，從直角棱鏡21a、21c及21d各自的入射表面進入的 S-偏振光的影像光(紅色)、P-偏振光的影像光(綠色)以及S-偏振光的影像光(綠色 +藍色)通過第一分色鏡2 及第二分色鏡24b被顏色合成。經過顏色合成的影像光從直角棱鏡21b的出射表面離開。投射透鏡23沿從彩色合成光學器件21的出射表面離開的光通量(影像光)的行進方向設置。在各個顯示器件22a-22c上顯示的影像(或畫面)通過投射透鏡23被投射在屏幕(未示出)上。以下將更具體地描述紅色顯示器件22a、綠色顯示器件22b以及藍色顯示器件22c 的構造。圖30是示出被用作紅色顯示器件22a、綠色顯示器件22b以及藍色顯示器件22c 的顯示器件的構造的框圖。參考圖30，顯示器件包括液晶光閥40。偏振器41安裝至液晶光閥40的入射表面一側(光源側)，而分析器42安裝至液晶光閥40的出射表面一側(彩色合成光學器件側)。液晶光閥40設置有兩個玻璃基板，其上形成有形成像素的透明電極膜，液晶填充在這些玻璃基板之間。作為液晶，例如可以使用扭曲向列型(TN)液晶。作為液晶驅動方法， 采用有源矩陣(AM)法，其控制作為為各個像素設置的開關器件的薄膜電阻(TFT)。輸入視頻信號被供應至視頻信號處理電路44。視頻信號處理電路44執(zhí)行諸如亮度校正或顏色校正的視頻信號處理。已經經過視頻信號處理的信號從視頻信號處理電路44 被提供至驅動電路43。驅動電路43使來自視頻信號處理電路44的信號經過諸如D/A轉換或偏振轉換的處理以驅動液晶光閥40，并向設置在各像素中的TFT提供驅動信號。在液晶光閥40中，根據來自驅動電路43的驅動信號，通過供應至各像素的電壓來改變液晶的狀態(tài)，并且穿過偏振器41的照明光的偏振狀態(tài)根據液晶狀態(tài)的變化而發(fā)生變化。因此，已經穿過分析器42的照明光根據基于輸入視頻信號的影像而經過強度調制。液晶模式并不限于TN型，并且驅動模式并不限于AM法。但是，從分析器42離開的光的偏振方向被規(guī)定為在圖四中所示的彩色合成光學器件中使用的偏振方向。通過考慮上述情況來規(guī)定根據液晶模式穿過偏振器41的光的偏振方向?；谏鲜鲆?guī)定來確定偏振器41及分析器42的偏振軸的方向。利用圖30所示的顯示器件來形成圖四所示的各個彩色顯示器件22a_22c。利用微調機構來對從各顏色液晶光閥至投射透鏡23的光路的長度以及垂直于各顏色的液晶光閥光軸的平面內的位置進行調節(jié)，使得顯示的各個顏色的影像在屏幕上符合。各顏色液晶光閥的部件被固定，使得相對于彩色合成光學器件21的位置不會變化。以下將描述圖四所示光源20a-20c的實際構造。圖31是示出被用作光源20a-20c的光源的基本構造的框圖。參考圖31，光源包括LED模塊50，其中作為發(fā)光單元51的LED被安裝在襯底上。襯底還用作散熱板，并且還安裝有散熱器(未示出)。強制冷卻裝置也設置在LED模塊50上，并且執(zhí)行溫度控制以使 LED的發(fā)光特性穩(wěn)定。當接通投射型顯示裝置的電源開關時，驅動電路53向發(fā)光單元(LED) 51供應驅動電流。當電流流至發(fā)光單元(LED) 51時，發(fā)光單元(LED) 51發(fā)光。來自發(fā)光單元(LED) 51 的光被會聚光學系統52會聚。來自會聚光學系統52的光通量被照射至顯示器件。作為會聚光學系統，在圖31中使用透鏡形光學器件，但也可使用諸如反射器的反射型光學單元。此外，還可使用蠅眼透鏡或玻璃棒作為綜合器以使光均勻地照射至顯示器件。此外，為了防止在顯示器件的偏振器處損失一個偏振組件，還可使用光學系統來重新使用一個偏振組件，例如采用偏振分束器以及半波板的偏振轉換光學系統。當然，LED模塊50 的發(fā)光單元51可以是產生偏振光的光源，或者可在發(fā)光單元51中設置偏振轉換功能以從發(fā)光單元51生成偏振光。無論何種設置方式，均可通過任何公知技術的組合來構造光源。以下將描述光源20a-20c的LED模塊的實際構造。圖32A是示意圖，示出了用于光源20a的紅色LED模塊60的構造。參考圖32A，紅色LED模塊60包括由四個LED芯片61a_61d構成的發(fā)光單元61。全部LED芯片61a_61d 均由峰值波長為630nm的紅色LED構成，這些組件的芯片面積大致相同。圖32B是示意圖，示出了用于光源20b的綠色LED模塊70的構造。參考圖32B，綠色LED模塊70包括由四個LED芯片71a_71d構成的發(fā)光單元71。全部LED芯片71a_71d 均由峰值波長為520nm的綠色LED構成，這些組件的芯片面積大致相同。圖32C是示意圖，示出了用于光源20c的藍色LED模塊80的構造。參考圖32C，藍色LED模塊80包括由四個LED芯片81a_81d構成的發(fā)光單元81。全部LED芯片81a_81c 均由峰值波長為460nm的藍色LED構成。LED芯片81d由峰值波長為520nm的綠色LED構成。這些組件的芯片面積大致相同。構成上述LED芯片61a-61d、71a_71d以及81a_81d的紅色、綠色及藍色LED的發(fā)射光譜與圖6B所示的示例類似。基于上述的光學擴展量的極限，各個發(fā)光單元61、71及81的面積基本上由顯示器件的面積以及投射透鏡的f值決定，但在確定這些面積時，要考慮制造中的定位余量以及照明光的光分布的均勻性。在紅色LED模塊60、綠色LED模塊70以及藍色LED模塊80中，構成發(fā)光單元的 LED芯片具有相對于電流的不同發(fā)光特性，并且因為根據這些發(fā)光特性通過圖31所示的驅動電路53來控制至發(fā)光單元51 (LED芯片)的電流量。此外，以下描述額定驅動時各顏色LED的特性。在xy色度坐標上給定紅色LED的
27色度(0.700,0. 300)，并且發(fā)射光通量為4551m每芯片。在xy色度坐標上給定綠色LED的色度(0. 195，0. 700)，并且發(fā)射光通量為10001m每芯片。在xy色度坐標上給定藍色LED的色度(0. 140,0. 046)，并且發(fā)射光通量為1331m每芯片。以下參考圖四來描述由上述組件構成的本示例性實施例的投射型顯示裝置的工作。光源20a由圖32A所示的紅色LED模塊60制成，并且從該紅色LED模塊60發(fā)出的光具有如圖6B所示的紅色LED的發(fā)光光譜。來自光源20a的光(紅色)照射至紅色顯示器件2加。在經過強度調節(jié)以與基于紅色顯示器件22a中的輸入視頻信號的影像(用于紅色)一致之后，來自光源20a的光(紅色)作為來自紅色顯示器件22a的S-偏振光的影像光(紅色)進入彩色合成光學器件21。第一分色鏡2 具有對于S-偏振光的諸如圖6B所示的反射特性，并且來自紅色顯示器件22a的S-偏振光的影像光(紅色)由此透射通過第一分色鏡Ma。第二分色鏡 24b具有對于S-偏振光的諸如圖7B所示的反射特性，并且來自紅色顯示器件22a的S-偏振光的影像光(紅色)因此被反射，使得光路被第二分色鏡24b彎曲90度。在第二分色鏡 24b處被反射的S-偏振光的影像光(紅色)從彩色合成光學器件21的光出射表面離開。光源20b由圖32B所示的綠色LED模塊70制成，并且從該綠色LED模塊70發(fā)出的光具有如圖6B所示的綠色LED的發(fā)光光譜。來自光源20b的光(綠色)照射至綠色顯示器件22b。在經過強度調節(jié)以與基于綠色顯示器件22b中的輸入視頻信號的影像(用于綠色)一致之后，來自光源20b的光(綠色)作為來自綠色顯示器件22b的P-偏振光的影像光(綠色)進入彩色合成光學器件21。第一分色鏡2 具有對于P-偏振光的諸如圖6A所示的透射特性，并且來自綠色顯示器件22b的P-偏振光的影像光(綠色)由此透射通過第一分色鏡2 而不會改變。第二分色鏡24b具有對于P-偏振光的諸如圖7A所示的透射特性，并且來自綠色顯示器件22b 的P-偏振光的影像光(綠色)因此被透射通過第二分色鏡24b而不會改變。由兩個分色鏡2 及24b透射的P-偏振光的影像光(綠色)從彩色合成光學器件21的出射表面離開而不會改變。光源20c由圖32c所示的藍色LED模塊80制成，并且從該藍色LED模塊80發(fā)出的光具有如圖6B所示的藍色及綠色LED的發(fā)光光譜。來自光源20c的光(綠色+藍色) 照射至藍色顯示器件22c。在經過強度調節(jié)以與基于藍色顯示器件22c中的輸入視頻信號的影像(用于藍色)一致之后，來自光源20c的光(綠色+藍色)作為來自藍色顯示器件22c的S-偏振光的影像光進入彩色合成光學器件21。第一分色鏡Ma具有對于S-偏振光的諸如圖6B所示的反射特性，并且來自藍色顯示器件22c的S-偏振光的影像光(綠色+藍色)由此透射通過第一分色鏡Ma。第二分色鏡24b具有對于S-偏振光的諸如圖7B所示的反射特性，并且來自藍色顯示器件22c的 S-偏振光的影像光(綠色+藍色)因此被反射使得其光路被第二分色鏡24b彎曲90度。 在第二分色鏡24b處被反射的S-偏振光的影像光(綠色+藍色)從彩色合成光學器件21的出射表面離開。從光源20a離開并且照射至紅色顯示器件2 的光具有依士 15度分散的角度。類似的，從光源20b發(fā)出并且照射至綠色顯示器件22b的光以及從光源20c發(fā)出并且照射至藍色顯示器件22c的光具有依士 15度分散的角度。根據本示例性實施例，第一分色鏡Ma 及第二分色鏡24b相對于綠色P-偏振光的截止波長被充分分離。因此，無論是否因入射角依賴性而產生截止波長的變化，綠色P-偏振光均未被這些分色鏡2 及24b反射。因此， 沒有因入射角依賴性而產生光損耗。類似的，第一分色鏡2 及第二分色鏡24b相對于藍色及綠色S-偏振光以及紅色 S-偏振光的截止波長被充分分離。因此，無論是否因入射角依賴性而產生截止波長的變化， 均可通過這些分色鏡2 及24b來合成藍色、綠色及紅色S-偏振光而實際不產生光損耗。如上所述，彩色合成光學器件21將從三個方向進入的紅色顯示器件22a、綠色顯示器件22b以及藍色顯示器件22c的光合成為單一光通量。通過彩色合成光學器件21合成的光進入投射透鏡23。彩色合成光學器件21通過投射透鏡23將在這些紅色顯示器件 22a、綠色顯示器件2 及藍色顯示器件22c上顯示的影像(畫面)透射在屏幕(未示出) 上。以下描述本示例性實施例的投射型顯示裝置的效果。作為示例，藍色LED模塊的發(fā)光單元由四個藍色LED芯片構成，綠色LED模塊的發(fā)光單元由四個綠色LED芯片構成，而紅色LED模塊的發(fā)光單元由四個紅色LED芯片構成。當來自這些藍色、綠色及紅色LED模塊的光通量被合成時，整個合成光束為63521m(= (455+1000+133)x4)。但是，上述被合成的白色的色度為(0. 299,0. 271)，由此與標準光源D65的白色度 (0.313,0. 329)的藍紫色方向明顯偏離。因為綠色LED相對于用于獲得極佳白色的光量比率的光學輸出相對較弱并且藍色LED的光學輸出相對較強，因此發(fā)生上述偏離。為了實現白平衡，必須增加發(fā)出的綠色光通量。如果在額定范圍內，可通過增加流向LED的電流量來增加發(fā)出的光通量。但是，在來自綠色LED的發(fā)出光通量為10001m的狀態(tài)下增加電流量將導致在超過定額的水平處驅動LED，在此情況下，不能預期光通量隨著電流量的增加而增加。此外，超過定額驅動LED不僅會縮短LED的使用壽命，還可能會損壞 LED。基于以上情況，在從1331m至LED模塊801m的范圍內控制藍色LED的發(fā)出光通量， 并且根據綠色LED芯片的發(fā)出光通量來在4551m至3641m地范圍內控制紅色LED芯片的發(fā)出光通量。在此情況下，整體光通量為57761m，由此亮度降低9%。相反，如圖32C所示，在本示例性實施例的投射型顯示裝置中，LED模塊80由三個發(fā)出藍色光的LED芯片Sla-Slc以及一個發(fā)出綠色光的LED芯片81d制成。換言之，與上述由四個藍色LED芯片制成的藍色LED模塊相比較，在本LED模塊80中，藍色LED芯片的數量減少一個，并且替代其設置發(fā)出綠色光的LED芯片。此外，在本示例性實施例的投射型顯示裝置中，紅色LED模塊60由圖32A所示的發(fā)出紅色光的四個LED芯片61a-61d制成，并且綠色LED模塊70由圖32B所示的發(fā)出綠色光的四個LED芯片71a-71d制成。因此，綠色LED芯片的數量是設置在綠色LED模塊70中的四個LED芯片71a-71d，以及用在藍色LED模塊80中的一個LED芯片81d，總共5個。此夕卜，藍色LED芯片的數量為3個，并且紅色LED芯片的數量為4個。當以定額驅動全部這些紅色、綠色以及藍色LED時，獲得的白色色度為標準光源D65的白色度(0.313，0.3四)。此夕卜，總光通量為72191m，實現上述57761m的25%的改進。將從設置有圖32C所示的藍色LED模塊的光源20c發(fā)出的彩色光的色度給定為xy 色度坐標(0. 148,0. 139)。該值表明從原色藍向略微明亮藍色變化。但是，在明亮的觀察環(huán)境中，不會擔心色度的上述變化的影響。此外，在進行視頻處理時，顏色校正可減小中間顏色的色度的變化的影響。如這里所述，根據本示例性實施例，獲得了投射型顯示裝置，其能夠通過使用彩色合成光學器件來顯示明亮投射影像，該彩色合成光學器件可使LED的光學輸出性能最大化地進行顯示，并且獲得具有極佳白平衡的白色光，并且在混合顏色時具有較高的光學利用效率。在本示例性實施例中，使用第一示例性實施例中的交叉分色棱鏡作為彩色合成光學器件，但是當紅色LED的光學輸出特性超越藍色LED的光學輸出特性時，也可使用第二示例性實施例中所示的交叉分色棱鏡。在此情況下，將四個發(fā)出綠色光的LED芯片安裝在綠色LED模塊上，將四個發(fā)出藍色光的LED芯片安裝在藍色LED模塊上，并且將三個發(fā)出紅色光的LED芯片以及一個發(fā)出綠色光的LED芯片安裝在紅色LED模塊上。作為其他示例，可以減少綠色LED的數量，并且可將紅色或藍色LED增加至綠色 LED模塊。假定圖32C所示的藍色LED模塊具有安裝在襯底上的三個藍色LED芯片Sla-Slc 以及一個綠色LED芯片81d，但模塊并不限于上述構造?？梢允褂盟姆种恍酒娣e的四個綠色LED，并且這些LED可以對稱方式例如布置在發(fā)光單元的四個角落，由此改進發(fā)出光的顏色混合。圖32A-32C所示的各個顏色的全部LED模塊具有安裝在襯底上的四個LED芯片， 但模塊并不限于此形式。安裝在發(fā)出單一顏色光的LED模塊中的LED芯片可以是具有四倍面積的單一 LED芯片。安裝在發(fā)出兩種顏色光的LED模塊中的LED芯片的數量可以是兩個或更多。重點不在于LED芯片的數量，而在于芯片面積。優(yōu)選地與顏色混合比率結合設置安裝在LED模塊中的LED芯片的芯片面積。利用具有較小面積的LED芯片使得能夠以更精確的顏色混合比率來設定芯片面積。當然，如果藍色LED的光學輸出特性更高，則可通過兩個綠色LED芯片來代替圖 32C中所示的藍色LED模塊中的兩個藍色LED芯片。因此，可根據使用的LED的光學輸出特性來適當地設計LED模塊。替代地，并非將多個LED芯片安裝在單一襯底上，可使用分別安裝有一個LED芯片的多個組件，并利用諸如導光板的光學裝置來實現合成。此外，為了增大光的絕對量，可以結合背景技術中的全息圖或分色鏡來使用裝置以對具有不同峰值波長的顏色的光進行合成。為了簡化上述說明，假定各顏色的顯示器件、彩色合成光學器件以及投射型透鏡為不會基于波長而產生損耗的組件，并且使用從各光源發(fā)出的光通量的光量的比率。實際上，還存在透射特性會因顏色而變化組件，并且當顯示全白屏幕時，優(yōu)選地通過從投射型透鏡發(fā)出的各顏色的光通量的光量比率來設定LED芯片的面積比率。
第六示例性實施例圖33是示出作為本發(fā)明的第六示例性實施例的投射型顯示裝置的構造的框圖。 本示例性實施例的投射型顯示裝置具有以下構造，其中將控制裝置90增加至第五示例性實施例的投射型顯示裝置。與光學系統相關的組件與第五示例性實施例完全相同。本示例性實施例的投射型顯示裝置能夠在執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式與執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式之間進行切換。控制裝置 90根據第一及第二顯示模式來執(zhí)行彩色影像顯示。在第一顯示模式(強調彩色再現性的彩色影像顯示)中，控制裝置90使得安裝在藍色LED模塊80中的LED芯片81a_81c (藍色LED芯片)以及LED芯片81d (綠色LED芯片)中的LED芯片Sla-Slc發(fā)光，但不會使LED芯片81d發(fā)光?？刂蒲b置90使安裝在綠色 LED模塊70中的LED芯片71a_71d以及安裝在紅色LED模塊60中的LED芯片61a_61d發(fā)光，并且通過根據安裝在綠色LED模塊70中的LED芯片71a_71c的發(fā)出光通量來控制安裝在藍色LED模塊80中的各LED芯片81a-81c以及安裝在紅色LED模塊60中的各LED芯片 61a-61d的光學輸出而獲得白平衡。在此狀態(tài)下，控制裝置90執(zhí)行畫面顯示，其使用來自各顏色LED模塊的發(fā)出光通量。在第一顯示模式下各紅色、綠色及藍色的色度及光通量例如是以下值。紅色色度為(0. 700,0. 300)，并且來自紅色LED模塊60的發(fā)出光通量對于安裝在模塊中的全部 LED芯片61a-61d而言為14561m。綠色色度為(0. 195，0. 700)，并且來自綠色LED模塊70 的發(fā)出光通量對于安裝在模塊中的全部LED芯片71a-71d而言為40001m。藍色色度為 (0. 140,0. 046)，并且來自藍色LED模塊80的發(fā)出光通量對于安裝在模塊中的全部LED芯片81a-81c而言為3201m。當在這些條件下顯示白色時，獲得(0.313,0.329)的色度，并且來自各顏色LED模塊的總光通量為57761m。因此，根據第一顯示模式，三原色的顏色極佳， 但亮度較低。相反，在第二顯示模式(強調亮度的影像顯示)下，控制裝置90使得安裝在藍色 LED模塊80中的LED芯片81a_81c (藍色LED芯片)以及LED芯片81d (綠色LED芯片)、 安裝在綠色LED模塊70中的LED芯片71a-71d、以及安裝在紅色LED模塊60中的LED芯片61a-61d全部點亮。此外，控制裝置90根據包含來自安裝在綠色LED模塊70中的各LED 芯片71a-71d的發(fā)出光通量以及安裝在藍色LED模塊80中的LED芯片81d的發(fā)出光通量的全部綠色光通量來執(zhí)行控制，使得安裝在藍色LED模塊80中的各LED芯片Sla-Slc以及安裝在紅色LED模塊60中的各LED芯片61a_61d的光學輸出是可獲得白平衡的最大輸出。 在此狀態(tài)下，控制裝置90執(zhí)行影像顯示，其使用來自各顏色LED模塊的發(fā)出光通量。在第二顯示模式下的各紅色、綠色及藍色的色度及光通量例如是以下值。紅色色度為(0. 700,0. 300)，并且來自紅色LED模塊60的發(fā)出光通量對于安裝在模塊中的全部 LED芯片61a-61d而言總共為18201m。綠色色度為(0. 195，0. 700)，并且來自綠色LED模塊70的發(fā)出光通量對于安裝在模塊中的全部LED芯片71a-71d而言總共為40001m。藍色色度為(0. 148,0. 139)，并且來自藍色LED模塊80的發(fā)出光通量為13991m，其通過將安裝在模塊中的全部LED芯片81a-81c的3991m與安裝在模塊上的LED芯片81d的10001m相加而獲得。當在這些條件下顯示白色時，獲得(0.313,0.3 )的色度，并且來自各顏色LED 模塊的總光通量為72191m。由此，在第二顯示模式下獲得的原色藍在某種程度上劣化，但獲得了明亮的影像。以下將描述控制裝置90的實際構造。圖34是示出控制裝置90的構造的框圖。在圖34中，為了方便，除了控制裝置90 之外，還示出了光源100以及顯示器件200。光源100是被用作圖33所示光源20a-20c的組件，并且顯示器件200是被用作圖33所示顯示器件22a-22c的組件。光源100包括LED模塊101以及聚光光學系統102。來自LED模塊101的發(fā)光單元IOla的光在聚光光學系統102中會聚，然后顯示器件200被該會聚光通量照射。光源 100的構造與圖31所示的光源類似。顯示器件200包括液晶光閥202、設置在液晶光閥202的入射表面?zhèn)?光源一側) 的偏振器201、以及設置在液晶光閥202的出射表面?zhèn)?彩色合成光學器件一側)的分析器 203。該顯示器件200的構造與圖30所示的顯示器件類似?？刂蒲b置90包括顯示模式確定電路91、檢測裝置92、輸入裝置93、視頻信號處理電路94以及驅動電路95及96。輸入視頻信號被提供至視頻信號處理電路94。視頻信號處理電路94執(zhí)行諸如亮度校正及顏色校正的視頻信號處理。已經經過視頻信號處理的信號從視頻信號處理電路94 被提供至驅動電路96。驅動電路96使來自視頻信號處理電路94的信號經過諸如D/A轉換及偏振轉換的處理以驅動液晶光閥202，并將驅動信號提供至設置在各像素中的TFT。顯示模式確定電路91基于來自檢測裝置92、輸入裝置93以及視頻信號處理電路 94的信號來執(zhí)行顯示模式確定處理。驅動電路95根據在顯示模式確定電路91中確定的顯示模式來驅動LED模塊101。在顯示模式確定電路91實現的顯示模式確定處理中存在三種確定處理基于手動輸入的顯示模式確定處理、安裝環(huán)境適應型顯示模式確定處理以及影像內容適應型顯示模式確定處理。(1)手動輸入輸入裝置93包括多個操作按鈕。在本示例性實施例的投射型顯示裝置中，在存儲器(未示出)中存儲用于選擇顯示模式的模式選擇屏幕信息，并且在接通電源之后或在預定操作按鈕在輸入裝置93中被壓下時，控制裝置90執(zhí)行顯示控制，以在屏幕上投射基于存儲在存儲器中的模式選擇屏幕信息的屏幕。通過輸入裝置93，操作者能夠選擇投射在屏幕上的模式選擇屏幕上的第一或第二顯示模式。當在輸入裝置93中執(zhí)行了輸入操作以選擇顯示模式時，與輸入操作一致的模式選擇信號從輸入裝置93被提供至顯示模式確定電路91。顯示模式確定電路91基于來自輸入裝置93的模式選擇信號來從第一及第二顯示模式中確定顯示模式。(2)安裝環(huán)境適應型檢測裝置92包括檢測室內亮度的第一傳感器(光學傳感器)或對在屏幕上顯示的白色光柵圖案或黑色光柵圖案的亮度或者上述兩種屏幕的亮度進行檢測的第二傳感器。顯示模式確定電路91將第一傳感器的檢測值與基準值進行比較。如果第一傳感器的檢測值小于基準值，則顯示模式確定電路91判定室內較暗，并且確定第一顯示模式， 其中執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示。如果第一傳感器的檢測值大于等于基準值，則顯示模式確定電路91判定室內較亮，并且確定第二顯示模式，其中執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示。
替代地，顯示模式確定電路91基于第二傳感器的檢測值來判定投射屏幕的亮度。 具體而言，顯示模式確定電路91將第二傳感器的檢測值(白色光柵圖案或黑色光柵圖案的亮度)與基準值進行比較。
在執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式下，在屏幕上顯示白色光柵圖案或黑色光柵圖案。當通過第二傳感器測量的黑色光柵圖案的亮度的檢測值小于基準值時，判定室內較暗，并且確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。當測量的黑色光柵圖案的亮度的檢測值大于準值時，室內較亮，在此情況下，也可參考在測量白色光柵圖案檢測到的值。當投射影像的放大倍率較小時，投射屏幕較亮。換言之，如果在測量白色光柵圖案的亮度時檢測到的值與測量黑色光柵圖案的亮度時檢測到的值之間的差異或比率大于基準值，則判定投射屏幕足夠亮，并且確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。但是，如果在測量白色光柵圖案的亮度時檢測到的值與測量黑色光柵圖案的亮度時檢測到的值之間的差異或比率小于基準值，則判定投射屏幕較暗，并且確定執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式。
通常，當在投射型顯示裝置中的屏幕的放大倍率較大時，投射屏幕變暗，相反，當放大倍率較小時，投射屏幕變亮。因此，可基于放大倍率來確定顯示模式。具體而言，設置用于檢測投射透鏡的放大倍率(變焦程度)的裝置，并且顯示模式確定電路91將檢測到的放大倍率與基準值進行比較。當放大倍率大于基準值時，顯示模式確定電路91判定投射屏幕較暗，并且確定執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式。當放大倍率小于等于基準值時，顯示模式確定電路91判定投射屏幕較亮，并且確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。
盡管黑色光柵圖案的亮度等于室內的亮度，但存在室內僅在屏幕附近的位置較暗的情況，因此優(yōu)選地通過屏幕表面的亮度來確定顯示模式。
此外，可以設置用于檢測投射透鏡的變焦大小以及焦點(即，投射距離)的裝置， 并且顯示模式確定電路91可基于這些檢測結果來估計投射屏幕尺寸，并且使用該估計值來識別屏幕的亮度。
(3)影像內容適應型
替代地，視頻信號處理電路94從輸入視頻信號獲得影像數據的直方圖，并且基于該直方圖來判定暗屏是否常見或亮屏是否常見，然后向顯示模式確定電路91提供該判定結果。例如如下所述來執(zhí)行屏幕是暗或是明的判定。通過基于直方圖的水平軸(亮度水平)的基準亮度水平(例如，最大亮度水平與最小亮度水平之間的亮度水平)來在低于基準亮度水平的部分與高于基準亮度水平的部分之間劃分直方圖，然后檢查哪種部分數量更大，來執(zhí)行屏幕或暗或明的判定。
在從視頻信號處理電路94接收到表明暗屏數量更多的信號時，顯示模式確定電路91判定屏幕為諸如電影的要求全彩畫面的屏幕，并且確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。替代地，在從視頻信號處理電路94接收到表明亮屏數量更多的信號時，顯示模式確定電路91判定屏幕為會議中的演示屏，并且確定執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式。
替代地，視頻信號處理電路94可判定輸入視頻信號是否為運動畫面或靜止畫面， 然后將判定結果提供至顯示模式確定電路91。在此情況下，在從視頻信號處理電路94接收到表明輸入視頻信號是運動畫面的判定結果(信號)時，顯示模式確定電路91確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。在從視頻信號處理電路94接收到表明輸入視頻信號是靜止畫面的判定結果(信號)時，顯示模式確定電路91確定執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式。
替代地，視頻信號處理電路94檢測基于輸入視頻信號的影像是否是在原色紅、綠及藍中特定原色(例如，藍)占優(yōu)的影像，并將結果提供至顯示模式確定電路91?？赏ㄟ^將特定顏色的直方圖與其他顏色的直方圖進行比較來實現對影像是否在原色中包含占優(yōu)的特定顏色(例如，原色藍)的判定。具體而言，視頻信號處理電路94從輸入視頻信號針對紅、綠及藍提取影像數據的直方圖，并且在特定顏色的直方圖的亮度水平高于其他顏色的直方圖的亮度水平時判定基于影像數據的影像包含占優(yōu)的特定顏色。
在從視頻信號處理電路94接收到信號表明影像包含占優(yōu)的特定原色(例如，原色藍)時，顯示模式確定電路91確定執(zhí)行強調彩色再現性的彩色影像顯示的第一顯示模式。 在從視頻信號處理電路94接收到信號表明影像并不包含占優(yōu)的特定原色(例如，原色藍) 時，顯示模式確定電路91確定執(zhí)行強調亮度的彩色影像顯示的第二顯示模式。
在顯示屏幕變化時(即，在影像數據的直方圖發(fā)生大的變化時)執(zhí)行上述基于直方圖對屏幕的判定(屏幕亮度或原色的判定)。
判定顯示模式的上述方法是示例，并可適當設置。
當已經確定了顯示模式時，顯示模式確定電路91向驅動電路95及視頻信號處理電路94發(fā)出基于確定的顯示模式的控制信號。驅動電路95根據來自顯示模式確定電路91 的控制信號來改變驅動LED模塊101的電流值。同時，視頻信號處理電路94根據來自顯示模式確定電路91的控制信號來改變諸如顏色校正處理的視頻處理。
在圖34所示的構造中，為各個顏色紅、綠及藍來分別設置光源100、顯示器件200 以及驅動電路95及96。在此情況下，顯示模式確定電路91基于確定的顯示模式來向各個顏色的驅動電路95提供控制信號。視頻信號處理電路94根據來自顯示模式確定電路91 的控制信號來改變諸如顏色校正處理的影像處理，并且在對各個顏色的驅動電路96改變之后根據影像處理來提供驅動信號。
在上述說明中，顯示模式為兩種模式強調彩色再現性的彩色影像顯示以及強調亮度的彩色影像顯示，但也可在這兩種模式之間提供多種中間模式。
如上述各示例性實施例實現的本發(fā)明可顯示出以下作用及效果。以下將描述本發(fā)明的作用及效果以及上述專利文獻1-11中的技術所存在的問題。
在專利文獻1中描述的顯示裝置中，其能夠在強調彩色再現性的彩色影像顯示模式與強調亮度的彩色影像顯示模式之間進行切換，使用諸如LED的固態(tài)光源作為光源而非諸如高壓汞燈的放電燈的白色光源會存在以下問題。
存在兩種發(fā)出白色光的白色LED光源通過藍色光來激發(fā)發(fā)出黃色光的熒光材料以通過藍色及黃色光獲得白色光的類型，以及通過紫外線來激發(fā)發(fā)出紅色、綠色及藍色光的熒光材料以獲得白色光的類型。
當使用前一種白色光源時，相較于藍色或黃色，綠色及紅色光的量相對較小，因此在強調彩色再現性的彩色影像顯示模式時投射影像極暗。當使用后一種白色光源時，黃色光量較小，因此在強調亮度的模式下不能夠獲得改進亮度的效果。此外，需要機械地移動顏色選擇器件導致組件的增加，由此造成結構復雜，成本上升。當如專利文獻2及專利文獻3那樣使用輔助照明光來補償亮度時，未能使用被替代的基本光，此外，在替代過程中發(fā)生光損耗，由此并非一定能夠提高光利用效率。替代白色LED光源，當使用分別發(fā)出三原色紅、綠及藍的光的三種LED光源時，在強調彩色再現性的模式下可獲得極佳的彩色再現性，但在強調亮度的模式下，則必須單獨布置發(fā)出需要增加的黃色光的LED。此外，如專利文獻5-8所示，在合成白色光帶內的四種顏色或六種顏色的光的情況下，因為在類似地希望獲得光通量時發(fā)出非平行光通量的光，故因入射角依賴性或偏振依賴性，光合成效率會下降。此外，當因角分量造成合成多種顏色的比率存在差異時，在投射屏幕中會出現顏色不規(guī)則。具體而言，當如專利文獻5或專利文獻7及8中那樣從同一方向提供來自兩種顏色的LED的光時，彩色光不會在平行光通量的狀態(tài)下混合，并且必須設置角度擴展度以使各顏色均勻混合。另一方面，當給定角度擴展時，當混合從其他方向照射的彩色光時，因分色鏡的入射角依賴性會產生光損耗。因此，存在以下折衷方案，即在必須給定角度擴展以均勻地混合各顏色時，給定的角度擴展會因入射角依賴性而造成損耗。根據本發(fā)明的一個方面的彩色合成光學器件包括出射表面；第一至第三入射表面；以及第一及第二膜，其被設置使得所述膜表面彼此相交，并且使得根據入射光的波長來選擇性地反射或透射所述入射光；其中所述第一膜使第一偏振可見光中至少具有特定波長帶的光透射，并且使其偏振狀態(tài)與所述第一偏振的偏振狀態(tài)不同的第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光反射；所述第二膜使所述第一偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射，并且使所述第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射；在作為三原色光的紅色、綠色及藍色的波長帶之外的帶范圍內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且所述第一偏振的所述特定波長帶的光以及所述第二偏振的所述特定波長帶的光從所述第一至第三入射表面的不同入射表面進入，并且經由所述第一及第二膜從所述出射表面離開。根據上述設置方式，可以設置以下結構，其中對于第一膜(例如，分色鏡)及第二膜(例如，分色鏡)的綠色P-偏振光，截止波長充分分離。因此，無論截止波長是否因入射角依賴性而變化，綠色P-偏振光均不會被膜反射，并且不會發(fā)生因入射角依賴性而導致的光損耗。
此外，可以設置以下結構，例如，對于第一膜及第二膜的綠色S-偏振光及紅色 S-偏振光的截止波長可充分分離。因此，即使因入射角依賴性在截止波長中將產生變化，也可以實際上無光損耗的方式來在這些膜中合成紅色及綠色S-偏振光。因此，甚至對于以不同于平行光的角度照射的光，也可實現有效的彩色光合成。通常，當使用諸如LED的半導體光源作為紅、綠及藍各顏色的光源并且來自各半導體光源的紅、綠及藍光被合成以獲得具有極佳白平衡的白色光時，對于紅、綠及藍光的顏色混合比率，藍色光的光學輸出大于其他顏色光，并且綠色光的光學輸出小于其他顏色光。 在此情況下，藍色及紅色半導體光源的光學輸出受到限制，以與光學輸出相對較低的綠色半導體光源匹配，由此減小獲得的白色光的光學輸出。根據本發(fā)明的彩色合成光學器件，可以從兩個不同方向合成綠色光。此外，采用了降低光學輸出相對較大的藍色光量并增加綠色光的構造。因此，可以最佳彩色混合比率來合成三原色，并且可以獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，可以無限制地最大程度實現三色LED的光學輸出。因此，根據本發(fā)明，不僅可以其最大程度來使LED的光學輸出性能進行顯示并且在顏色混合時光利用效率得以提高，而且還可獲得具有極佳白平衡的白色光。此外，使用本發(fā)明的彩色合成光學器件使得能夠提供獲得明亮投射影像的投射型顯示裝置。此外，使用本發(fā)明的彩色合成光學器件使得能夠提供改進了有效性的投射型顯示裝置，其允許在強調彩色再現性的彩色影像顯示與強調亮度的彩色影像顯示之間進行切換。使用上述各示例性實施例的光學器件的彩色合成光學器件及投射型顯示裝置僅是本發(fā)明的示例，并且可對其結構及操作進行改變，而不脫離本領域技術人員將理解的本發(fā)明的范圍。例如，可將第三及第四示例性實施例的彩色合成光學器件應用至第五或第六示例性實施例的投射型顯示裝置。在第一至第六示例性實施例中，可以相反關系來設置P-偏振光與S-偏振光之間的關系(將對Ρ-偏振光的描述作為對S-偏振光的描述，并且將對S-偏振光的描述作為對 P-偏振光的描述)。第一分色鏡及第二分色鏡并不限于介電多層膜，并且也可以是諸如全息圖的具有波長選擇性及偏振選擇性的光學膜。此外，第一分色鏡與第二分色鏡之間的相交角度并不限于90度。此外，第一及第二分色鏡可以不是棱鏡的形式，而可通過在板狀玻璃上形成膜來實現。在第一至第六示例性實施例中，可以替代LED來使用諸如半導體激光器的其他固態(tài)光源。此外，在第一至第六示例性實施例中，顯示器件可以是使用液晶光閥之外的其他裝置的顯示器件，例如數字鏡裝置。第一至第四示例性實施例的彩色合成光學器件不僅可應用至如第五及第六示例性實施例中所示的三面板型投影儀，還可應用至單面板型投影儀。本申請要求于2009年9月觀日遞交的日本專利申請?zhí)?009-222355的優(yōu)先權， 通過引用將其全部內容包含在本申請中。
3權利要求
1.一種彩色合成光學器件，包括 出射表面；第一至第三入射表面；以及第一及第二膜，其被設置使得所述膜表面彼此相交，并且使得根據入射光的波長來選擇性地反射或透射所述入射光； 其中所述第一膜使第一偏振可見光中至少具有特定波長帶的光透射，并且使其偏振狀態(tài)與所述第一偏振的偏振狀態(tài)不同的第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光反射；所述第二膜使所述第一偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射，并且使所述第二偏振可見光中至少具有所述特定波長帶的光透射；在作為三原色光的紅色、綠色及藍色的波長帶之外的帶范圍內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且所述第一偏振的所述特定波長帶的光以及所述第二偏振的所述特定波長帶的光從所述第一至第三入射表面的不同入射表面進入，并且經由所述第一及第二膜從所述出射表面尚開。
2.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中，至少從所述第一入射表面進入的所述第二偏振的彩色光、從所述第二入射表面進入的所述第一偏振的彩色光以及從所述第三入射表面進入的所述第二偏振的彩色光從所述出射表面離開。
3.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中，所述特定波長帶是綠色波長帶。
4.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中在黃色波長帶范圍內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振紅色光、從所述第二入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光、以及從所述第三入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光以及在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振藍色光從所述出射表面離開。
5.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中在黃色波長帶內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振紅色光、從所述第二入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光以及在所述綠色波長帶之外具有峰值波長的所述第一偏振光、以及從所述第三入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光以及在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振藍色光從所述出射表面離開。
6.如權利要求4或5所述的彩色合成光學器件，其中，所述黃色波長帶為至少560nm， 并且不大于600nm。
7.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中在藍色-綠色波長帶內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光以及在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振紅色光、從所述第二入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光、以及從所述第三入射表面進入的在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振藍色光從所述出射表面離開。
8.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中在藍色-綠色波長帶內設定所述第一及第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光以及在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振紅色光、從所述第二入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光以及在所述綠色波長帶之外具有峰值波長的所述第一偏振光、以及從所述第三入射表面進入的在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振藍色光從所述出射表面離開。
9.如權利要求7或8所述的彩色合成光學器件，其中，所述藍色-綠色波長帶為至少 480nm,并且不大于500nm。
10.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中所述第一膜相對于所述第二偏振的所述截止波長包括第一及第二截止波長，在所述黃色波長帶的范圍內設定所述第一截止波長，并且在所述藍色-綠色波長帶內設定所述第二截止波長；在黃色波長帶內設定所述第二膜相對于所述第二偏振的截止波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振紅色光、從所述第二入射表面進入的至少在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振藍色光以及在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光、以及從所述第三入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光從所述出射表面離開。
11.如權利要求10所述的彩色合成光學器件，其中，所述黃色波長帶為至少560nm，并且不大于600nm，所述藍色-綠色波長帶為至少480nm，并且不大于500nm。
12.如權利要求1所述的彩色合成光學器件，其中所述第一膜相對于所述第二偏振的所述截止波長包括第一及第二截止波長，所述第一截止波長被設定為所述黃色波長帶的波長，并且所述第二截止波長被設定為所述藍色-綠色波長帶的波長；所述第二膜相對于所述第二偏振的截止波長被設定為所述藍色-綠色波長帶的波長；并且從所述第一入射表面進入的在所述藍色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振藍色光、從所述第二入射表面進入的至少在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振綠色光以及在所述紅色波長帶中具有峰值波長的所述第一偏振紅色光、以及從所述第三入射表面進入的在所述綠色波長帶中具有峰值波長的所述第二偏振綠色光從所述出射表面離開。
13.如權利要求12所述的彩色合成光學器件，其中，所述黃色波長帶為至少560nm，并且不大于600nm，所述藍色-綠色波長帶為至少480nm，并且不大于500nm。
14.如權利要求1至13中任一項所述的彩色合成光學器件，還包括四個直角棱鏡，其形成直角的表面彼此接合，其中，所述第一及第二膜形成在這些直角棱鏡的所述接合表面上。
15.一種投射型顯示裝置，包括第一至第三光源；第一至第三顯示器件，其與所述第一至第三光源具有一一對應的關系，并且彩色光從對應的光源分別進入各個顯示器件；如權利要求1至14中任一項所述的彩色合成光學器件，其中，從所述第二顯示器件進入至所述第二入射表面的第一偏振彩色光以及其偏振狀態(tài)與從所述第一及第三顯示器件進入所述第一及第三入射表面的所述第一偏振的狀態(tài)不同的第二偏振的彩色光分別從所述出射表面離開；并且透射光學系統，其沿從所述彩色合成光學器件離開的光行進的方向設置，并且透射由所述第一至第三顯示器件顯示的影像； 其中所述第一光源包括具有第一顏色的固態(tài)光源； 所述第二光源包括具有與所述第一顏色不同的第二顏色的固態(tài)光源； 所述第三光源包括具有與所述第一及第二顏色不同的第三顏色的固態(tài)光源；并且所述第一至第三光源中任一者還分別包括至少一種特定顏色，其在與被用作其他兩個光源中一者的所述固態(tài)光源的顏色對應的波長帶內具有峰值波長。
16.如權利要求15所述的投射型顯示裝置，其中，所述剩余兩個光源中的一者還包括至少一個固態(tài)光源，其在與被用在其他光源中的所述固態(tài)光源的顏色對應的波長帶內具有峰值波長。
17.如權利要求15或16所述的投射型顯示裝置，其中所述第一至第三顏色是光的三原色；并且所述特定顏色的所述固態(tài)光源以及與被用在所述兩個剩余光源中一者的所述特定顏色對應的固態(tài)光源是在所述綠色波長帶內具有峰值波長的綠色固態(tài)光源。
18.如權利要求15所述的投射型顯示裝置，還包括控制裝置，其能夠在執(zhí)行強調彩色再現性的顯示的第一顯示模式與執(zhí)行強調亮度的顯示的第二顯示模式之間切換，并且根據設定的所述顯示模式來控制所述第一至第三光源中每一個固態(tài)光源；其中，所述控制裝置當設定了所述第一顯示模式時，根據所述第一至第三光源中光學輸出最小的光源的發(fā)射光通量來在所述特定顏色的固態(tài)光源未被點亮的狀態(tài)下對剩余兩個光源的光學輸出進行控制；當設定了所述第二顯示模式時，使得所述第一至第三光源中全部固態(tài)光源均被點亮， 并且根據通過將來自所述特定顏色的固態(tài)光源的發(fā)射光通量與來自與被用在所述兩個剩余光源中的一者中的所述特定顏色對應的所述固態(tài)光源的發(fā)射光通量相加而獲得的光通量，來對剩余顏色的所述固態(tài)光源的光學輸出進行控制。
19.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 輸入裝置，用于從所述第一及第二顯示模式中選擇顯示模式；第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；以及顯示模式確定電路，其根據在所述輸入裝置中選擇的所述顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
20.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；光學傳感器；以及顯示模式確定電路，其將所述光學傳感器的輸出值與基準值進行比較，在所述輸出值小于所述基準值時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，并且在所述輸出值大于等于所述基準值時根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
21.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；傳感器，其對由所述投射透鏡投射的影像中的白屏或黑屏的亮度進行檢測；以及顯示模式確定電路，其將所述傳感器的輸出值與基準值進行比較，在所述輸出值小于所述基準值時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，并且在所述輸出值大于等于所述基準值時根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
22.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；檢測裝置，其對所述投射透鏡的放大倍率進行檢測；以及顯示模式確定電路，其將所述檢測裝置中檢測得到的所述放大倍率的值與基準值進行比較，在所述放大倍率的值小于所述基準值時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，并且在所述放大倍率的值大于等于所述基準值時根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
23.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；視頻信號處理電路，其從輸入視頻信號獲取影像數據的直方圖，將所述直方圖劃分為比基準亮度水平低的部分以及比所述基準亮度水平高的部分，在所述較低部分比所述較高部分多很多時判定屏幕為暗，并且在所述較高部分比所述較低部分多很多時判定屏幕為亮；以及顯示模式確定電路，其在于所述視頻信號處理電路中判定所述屏幕為暗時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，并且在于所述視頻信號處理電路中判定所述屏幕為亮時根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
24.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；視頻信號處理電路，其判定輸入視頻信號是否是運動畫面或是靜止畫面；以及顯示模式確定電路，其在于所述視頻信號處理電路中判定所述輸入視頻信號為靜止畫面時根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，并且在于所述視頻信號處理電路中判定所述輸入視頻信號為運動畫面時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
25.如權利要求18所述的投射型顯示裝置，其中，所述控制裝置包括 第一至第三驅動電路，其驅動所述第一至第三光源；視頻信號處理電路，其對于所述第一至第三顏色中每一者從輸入視頻信號獲取影像數據的直方圖，并且在所述特定顏色的直方圖的亮度水平高于其他顏色的直方圖的亮度水平時；判定基于所述影像數據的影像主要包含所述特定顏色；以及顯示模式確定電路，其在所述視頻信號處理電路判定在所述影像中主要包含所述特定顏色時根據所述第一顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路，否則就根據所述第二顯示模式來控制所述第一至第三驅動電路。
26. 一種投射型顯示裝置的顯示控制方法，所述投射型顯示裝置向第一顯示器件照射來自由第一顏色的固態(tài)光源及與所述第一顏色不同的第二顏色的固態(tài)光源構成的第一光源的光通量，向第二顯示器件照射來自由所述第二顏色的另一固態(tài)光源構成的第一光源的光通量，向第三顯示器件照射來自由與所述第一及第二顏色不同的第三顏色的固態(tài)光源構成的第三光源的光通量，并且利用如權利要求1至14中任一項所述的彩色合成光學器件， 來通過投射透鏡投射在所述第一至第三顯示器件中形成的影像；所述顯示控制方法包括當設定用于執(zhí)行強調彩色再現性的顯示的第一顯示模式時，根據在所述第一至第三光源中具有最小光學輸出的所述光源的發(fā)射光通量，來在所述第二顏色的所述固態(tài)光源未被點亮的情況下對剩余兩個光源的光學輸出進行控制；并且當設定用于執(zhí)行強調亮度的顯示的第二顯示模式時，點亮所述第一至第三光源的全部固態(tài)光源，并且根據將來自所述第二顏色的所述固態(tài)光源的發(fā)射光通量與來自所述第二顏色的其他固態(tài)光源的發(fā)射光通量相加而獲得的光通量，來對所述第一及第三顏色的所述固態(tài)光源的光學輸出進行控制。
全文摘要
第一分色鏡(2a)及第二分色鏡(2b)形成在四個直角棱鏡(1a-1d)的接合表面處，由此相交。第一分色鏡(2a)至少透射P-偏振光中可見光內的特定波長帶內的光，并至少反射S-偏振光中可見光內上述特定波長帶內的光。第二分色鏡(2b)至少透射P-偏振光中可見光內的上述特定波長帶內的光，并至少透射S-偏振光中可見光內上述特定波長帶內的光。在光的三原色之外的其他帶范圍內設定分色鏡(2a，2b)相對于S-偏振光的截止波長。
文檔編號G02B5/28GK102549477SQ20108004352
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權日2009年9月28日
發(fā)明者今井雅雄, 奧村滕男, 齋藤悟郎 申請人:日本電氣株式會社