[发明专利]照明装置及使用该照明装置的投影显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及投影式显示装置(投影仪是其代表)，尤其涉及产生照明光(其中，多种颜色的光被合成)的照明装置以及使用该照明装置的投影式显示装置。

背景技术

投影式显示装置包括照明装置、由来自照明装置的照明光照明的显示元件、以及将显示在显示元件上的图像放大并投影到屏幕上的投影透镜。照明装置由白光源以及色轮构成，在色轮中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤光片布置为盘状。来自白光源的光进入高速旋转的色轮，从而获得颜色按照时序进行切换的照明光。

在具有上述照明装置的投影式显示装置中，通过与照明光的切换同步地将这些颜色成分的图像显示在显示元件上，按照连续补色混合的原理，全彩色图像可以被显示在屏幕上。这种类型的投影式显示装置被称作为场顺序或时分投影式显示装置。

高亮度光源(诸如高压汞灯)被用作为白光源。然而，诸如高压汞灯的放电灯虽然具有高的亮度，但是在与色轮结合的照明装置或使用这种照明装置的投影式显示装置中产生了下文描述的问题。

这种灯不方便使用，因为从打开到到达稳定的亮度状态需要长的时间；此外，在被关闭之后，在灯可以被再次打开之前需要等待一段时间来充分冷却。

当从白光源通过色轮获得有色的光时，光利用效率极低，因为在例如光通过红色滤光片以产生红色照明的时间间隔内不能使用蓝色和绿色光。

此外，在光通过彩色滤光片的边界部分时两种颜色混合。因此，已经通过边界部分的光的色纯度降低，或者光利用效率降低，因为这种光不能被用在投影显示中。

此外，切换颜色的时间或顺序由所采用的色轮固定。

除了以上内容之外，存在需要使得色轮高速旋转的机械部分和控制旋转稳定性的传感器和电子电路的问题，这导致了装置成本的相应上升。进一步地，存在高速旋转期间的噪声问题。

近年来已经发展了诸如发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)的高亮度光源，它们被称作为半导体光源或固态光源。相比于以诸如高压汞灯的放电灯为代表的白光源的光来说，从这些半导体光源发射的光具有更窄的光谱宽度并且具有在不使用滤光片的状态下能够获得更高的颜色再现性的特征。

如果使用例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED和颜色合成光学元件代替白光源和色轮来构造照明装置并且每个颜色的LED被顺序地点亮，则获得了颜色被时序切换的照明装置。

相比于在点亮之后需要时间来使得亮度到达亮度的稳定状态的放电灯来说，半导体光源(诸如LED)在点亮之后立即获得照明光以及明亮的投影图像；此外，在重新点亮之前不需要用于冷却的等待时间。因此，使用半导体光源作为投影式显示装置的光源改善了用户便利性。

此外，LED相比于放电灯具有更长的服务寿命并且因为不使用汞而从环境观点来看更具有优势。光的利用效率较高，因为蓝色和绿色LED在由LED发出红光时被熄灭，并且因此可以获得更低的功率消耗。此外，安装控制LED的电流量的亮度降低功能使得能够根据条件精确地节省功率。

因为红色、绿色和蓝色LED中的每一者可以被分别控制，所以可以电子地控制颜色切换的时间和顺序，可以自由地切换颜色并且此外，可以以高的精确度实现与显示元件的同步。因为可以高速切换颜色，所以可以显著地减少在场序模式彩色显示中成问题的颜色破裂。不仅获得R-G-B照明光并且还获得C(青色)、M(洋红)、Y(黄色)以及W(白色)照明光的能力也使得显示器能够进行通过显示这些彩色图像使得亮度优先的显示模式。此外，不产生旋转机构部分的劣化或者由高速旋转引起噪声的问题。

由于由LED提供的这些许多优点，在投影式显示装置中的使用例如LED和颜色合成光学元件的照明装置很令人期待。

然而，当前不能通过单个LED获得足够亮度的光发射。因此，为了实现更高的亮度，已经提出了将多种颜色结合的各种技术。例如，专利文件1-3公开了这样的光源装置：其借助于二色(dichroic)反光镜或二色棱镜将来自具有不同峰值波长的多个LED的光通量结合。这些光源装置具有把不同波长用来通过二色反射镜合成颜色光的模式。

或者，在专利文件4和5中公开了这样的光源装置：其中，三个光源中的至少一者具有下述构造：具有不同峰值波长的多个光源被布置为阵列形式。这是空间合成颜色光的模式。

另一种合成颜色光的模式是使用偏振的技术。例如，在专利文件6中公开了一种照明装置，其中，来自发射具有随机偏振方向的光的两个光源的光被转换为具有彼此垂直的偏振方向的线偏振光，随后由偏振分束器合成。