(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子を光源とする表示装置における有機ＥＬ素子の輝度低下を抑制し、光源の寿命の延長を図る。【解決手段】原色の一つの色成分を表示するそれぞれの液晶表示素子（１１Ｒ）、（１１Ｇ）、（１１Ｂ）の背面には、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を放射する赤ＥＬ光源（１０Ｒ）、緑ＥＬ光源（１０Ｇ）、青ＥＬ光源（１０Ｂ）が配置される。それぞれの光源は、有機薄膜が発光する有機ＥＬ素子から構成される。各ＥＬ光源は、有機発光層（１４）が、互いに直交するストライプ状のパターンを有するＩＴＯ電極（１３）および金属電極（１５）で挟持された構造を有し、ＩＴＯ電極（１３）および金属電極（１５）のストライプ状のパターンが直交する部分（発光部）が発光する。この発光部はガラス基板（１２）上に２次元的に配置され、液晶表示素子の表示領域全体を照明する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、第３の表示素子と、該第１、第２および第３の表示素子のそれぞれと対向する面を有して配置され、該第１、第２および第３の表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、該合成光学系によって合成された画像を拡大して表示する光学系と、を備えた投写型表示装置において、
前記第１の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、３原色のうちの一つの原色で発光する第１の有機電界発光素子が配置され、前記第２の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、前記３原色のうちの他の一つの原色で発光する第２の有機電界発光素子が配置され、前記第３の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、前記３原色のうちの残りの一つの原色で発光する第３の有機電界発光素子が配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
３原色のうちの一つの原色で発光する第１の有機電界発光素子と、
前記３原色のうちの他の一つの原色で発光する第２の有機電界発光素子と、
前記３原色のうちの残りの一つの原色で発光する第３の有機電界発光素子と、
該第１、第２および第３の有機電界発光素子のそれぞれと対向する面を有して配置され、該第１、第２および第３の有機電界発光素子からの放射光を合成する合成光学系と、
該合成光学系によって合成された光によって照明される表示素子と、
該表示素子に表示される画像を拡大して投写する光学系と、
を備えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
前記第１、第２および第３の有機電界発光素子を発光させるためにそれぞれの有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする請求項１又は２の投写型表示装置。
【請求項４】
前記第１、第２および第３の有機電界発光素子の夫々に対してパルスが供給されるタイミングが同じであることを特徴とする請求項３記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記有機電界発光素子の輝度を調整するために、前記パルス電流のピーク電流、周波数およびパルス幅のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
それぞれの有機電界発光素子について独立に制御することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記３原色のうちの一つの原色は赤領域の色であり、前記３原色のうちの他の一つの原色は緑領域の色であり、前記３原色のうちの残りの一つの原色は青領域の色であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記有機電界発光素子が、光学的な微小共振器を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記有機電界発光素子は前記表示素子の表示領域と同程度の大きさの発光領域を備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の有機電界発光素子を備えており、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に複数の有機電界発光素子を備えており、前記基板上に第１の方向にストライプ状に形成された陽極と、前記第１の方向と直交する第２の方向に形成されたストライプ状の陰極との交点に前記有機電界発光素子が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に複数の有機電界発光素子を備えており、前記基板上に１次元的に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子を照明する光源とその駆動方法、およびこの光源によって表示素子を照明して表示を行なう表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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技術として特開昭５１−１１９２４３号公報を挙げることができる。この刊行物では、たとえば電界発光素子（以下ＥＬ素子とする）などの平板状の光源で液晶表示素子を照明し、液晶表示素子に表示されている画像をレンズで拡大して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、近年、有機薄膜を発光層とする有機ＥＬ素子の開発が進み、発光輝度の増加が顕著である。この有機ＥＬ素子は、小型で明るい投写型液晶表示装置を構成するために有効な光源となりうる。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子を高輝度で連続的に発光させると、輝度の低下が著しい。この原因の一つとして、有機ＥＬ素子を駆動するために供給される電流によって熱が発生し、その熱が蓄積されて素子の温度が上昇し、有機薄膜の構造や特性が変化することが考えられる。
【０００５】
これに対し、有機ＥＬ素子の輝度の低下を抑える従来技術として、特開平７−２３０８８０には有機ＥＬ素子をパルス駆動する技術が開示されている。
【０００６】
また、３原色に対応する赤色、緑色および青色で発光する３つの有機ＥＬ素子によって液晶表示素子を照明し、その液晶表示素子に表示されている画像を拡大して表示する表示装置においては、それぞれの有機ＥＬ素子を１０，０００cd/m2程度の高輝度で発光させる必要があるとともに、各色の輝度の変化による色バランスを補正するために各色の有機ＥＬ素子の輝度を独立に制御する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その第一の課題は、光源における熱の蓄積を抑制して、輝度の低下を抑制し、当該光源を用いて表示画像の明るさの低下が少ない表示装置を提供することである。
また、本発明の第二の課題は、表示画像の輝度の低下が少なく、かつ、色バランスの補正が可能な特に拡大表示型の表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の投射型表示装置は、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第３の表示素子と、該第１、第２および第３の表示素子のそれぞれと対向する面を有して配置され、該第１、第２および第３の表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、該合成光学系によって合成された画像を拡大して表示する光学系と、を備えた投写型表示装置において、前記第１の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、３原色のうちの一つの原色で発光する第１の有機電界発光素子が配置され、前記第２の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、前記３原色のうちの他の一つの原色で発光する第２の有機電界発光素子が配置され、前記第３の表示素子の前記合成光学系と対向する側と反対の側には、前記３原色のうちの残りの一つの原色で発光する第３の有機電界発光素子が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の投射型表示装置は、３原色のうちの一つの原色で発光する第１の有機電界発光素子と、前記３原色のうちの他の一つの原色で発光する第２の有機電界発光素子と、前記３原色のうちの残りの一つの原色で発光する第３の有機電界発光素子と、該第１、第２および第３の有機電界発光素子のそれぞれと対向する面を有して配置され、該第１、第２および第３の有機電界発光素子からの放射光を合成する合成光学系と、該合成光学系によって合成された光によって照明される表示素子と、該表示素子に表示される画像を拡大して投写する光学系と、を備えることを特徴とする。
また、上記投射型表示装置においては、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子を発光させるためにそれぞれの有機電界発光素子にパルス電流が供給されるのが好ましい。さらに、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子の夫々に対してパルスが供給されるタイミングが同じであるのが望ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記有機電界発光素子の輝度を調整するために、前記パルス電流のピーク電流、周波数およびパルス幅のうち少なくとも一つを制御するのが好ましい。さらに、それぞれの有機電界発光素子について独立に制御するのが望ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記３原色のうちの一つの原色は赤領域の色であり、前記３原色のうちの他の一つの原色は緑領域の色であり、前記３原色のうちの残りの一つの原色は青領域の色であるのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記有機電界発光素子が、光学的な微小共振器を備えているのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記表示素子が液晶表示素子であるのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記有機電界発光素子は前記表示素子の表示領域と同程度の大きさの発光領域を備えているのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の有機電界発光素子を備えており、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯するのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に複数の有機電界発光素子を備えており、前記基板上に第１の方向にストライプ状に形成された陽極と、前記第１の方向と直交する第２の方向に形成されたストライプ状の陰極との交点に前記有機電界発光素子が形成されているのが好ましい。
また、上記投射型表示装置においては、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は、基板上に複数の有機電界発光素子を備えており、前記基板上に１次元的に配置されているのが好ましい。
【０００９】
本発明の上記第一の課題は、特に下記（１）乃至（７）の光源又は表示装置によって解決される。
（１）同一基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の有機電界発光素子が形成され、前記複数の有機電界発光素子が同時に点灯することを特徴とする光源。
【００１０】
上記（１）の光源によれば、空間的に広がりを持った領域を照明する光源において発光時に生じる熱の蓄積を抑えることができ、光源の明るさの低下を抑制することができる。
【００１１】
（２）上記（１）の光源であって、前記複数の有機電界発光素子が３原色のうちの一つの原色で発光することを特徴とする光源。
【００１２】
上記（２）の光源は、単色で発光する光源となる。
【００１３】
（３）上記（１）又は（２）の光源であって、前記有機電界発光素子が、光学的な微小共振器を備えていることを特徴とする光源。
【００１４】
上記（３）の光源は、特定波長に強度のピークを持ち、正面方向への指向性が強い光を放射することができるという効果を奏する。
【００１５】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかの光源であって、前記基板上に、第１の方向にストライプ状に形成された陽極と、前記第１の方向と直交する第２の方向に形成されたストライプ状の陰極との交点に前記有機電界発光素子が形成されていることを特徴とする光源。
【００１６】
上記（４）の光源によれば、発光素子が２次元的に離散的に配置された簡易な構造の光源を容易に実現される。
【００１７】
（５）上記（１）乃至（３）のいずれかの光源であって、前記基板上に、発光部が１次元状に配されることを特徴とする光源。
【００１８】
上記（５）の光源では、より発光領域の面積が大きく且つ発光時の熱の蓄積が抑制され、高輝度を持続させることが可能となる。
【００１９】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかの光源によって表示素子を照明することを特徴とする表示装置。
【００２０】
上記表示装置によれば、光源の特徴に起因して輝度の低下の少ない高性能の表示装置が実現される。
【００２１】
（７）上記（６）の表示装置であって、光源における隣接する前記有機電界発光素子の間隔をＰ、前記有機電界発光素子から前記表示素子の表示面までの距離をＤとしたときに、ＤがＰの１０倍以上であることを特徴とする表示装置。
【００２２】
上記表示装置は、表示素子の表示面を照明する照明光の空間的な均一性を向上させることができるという効果を奏する。
【００２３】
（８）上記（６）又は（７）のいずれかの表示装置であって、前記表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする表示装置。
【００２４】
上記表示装置は簡便な構造で高輝度な装置となる。
【００２５】
また、本発明の上記第二の課題は、下記（９）乃至（１６）の表示装置により解決される。
【００２６】
（９）有機電界発光素子を光源とし、該光源によって照明される表示素子および該表示素子に表示される画像を拡大して表示する光学系とを備えた表示装置において、前記有機電界発光素子は前記表示素子の表示領域と同程度の大きさの発光領域を備え、前記有機電界発光素子を発光させるために前記有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする表示装置。
【００２７】
上記（９）の表示装置によれば、有機電界発光素子における熱の蓄積による素子温度の上昇を抑えることができ、発光輝度の低下、すなわち表示画像の明るさの低下を抑えることができるという効果がもたらされる。
【００２８】
（１０）赤領域の色で発光する第１の有機電界発光素子、緑領域の色で発光する第２の有機電界発光素子および青領域の色で発光する第３の有機電界発光素子を光源とし、それぞれの有機電界発光素子によって照明される第１、第２および第３の表示素子と、該第１、第２および第３の表示素子に表示される画像を合成する合成光学系と、該合成光学系によって合成された画像を拡大して表示する光学系とを備えた表示装置において、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は前記第１、第２および第３の表示素子の表示領域と同程度の大きさの発光領域を備え、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子を発光させるためにそれぞれの有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする表示装置。
【００２９】
上記（１０）の表示装置では、特に表示画像の解像度が高い表示装置に最適であり、光源である有機電界発光素子における熱の蓄積による素子温度の上昇が抑えられ、発光輝度の低下、すなわち表示画像の明るさの低下が抑えられるといった効果がもたらされる。
【００３０】
（１１）赤領域の色で発光する第１の有機電界発光素子、緑領域の色で発光する第２の有機電界発光素子および青領域の色で発光する第３の有機電界発光素子を光源とし、それぞれの有機電界発光素子からの放射光を合成する合成光学系と、該合成光学系によって合成された光によって照明される表示素子と、該表示素子に表示される画像を拡大して表示する光学系とを備えた表示装置において、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子は前記表示素子の表示領域と同程度の大きさの発光領域を備え、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子を発光させるためにそれぞれの有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする表示装置。
【００３１】
上記（１１）の表示装置では、単一の表示素子を用いてカラー画像を投写する表示装置であり、光源である有機電界発光素子における熱の蓄積による素子温度の上昇が抑えさられ、発光輝度の低下、すなわち表示画像の明るさの低下が抑えられるといった効果がもたらされる。
【００３２】
（１２）上記（９）乃至（１１）のいずれかの表示装置であって、前記表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする表示装置。
【００３３】
上記表示装置では、簡便な構造の高精細な表示が可能である。
【００３４】
（１３）上記（９）乃至（１１）のいずれかの表示装置であって、前記有機電界発光素子の輝度を調整するために、前記パルス電流のピーク電流、周波数およびパルス幅のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする表示装置。
【００３５】
上記表示装置は、光源の輝度の低下を補償して輝度をある程度の期間一定に保つことが可能になるという効果を奏する。
【００３６】
（１４）上記（１０）又は（１１）の表示装置であって、表示画像の色を調整するために、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子に供給される前記パルス電流のピーク電流、周波数およびパルス幅のうち少なくとも一つをそれぞれの有機電界発光素子について独立に制御することを特徴とする表示装置。
【００３７】
上記表示装置は、各色の光源の輝度を独立に調整することが可能になり、色のバランスを調整することが可能になるという効果を奏する。
【００３８】
（１５）上記（９）乃至（１４）の表示装置であって、前記有機電界発光素子が光学的微小共振器構造を備えていることを特徴とする表示装置。
【００３９】
上記表示装置は、表示画像の色の純度を高くすることができ、かつ、光の利用効率が向上するといった効果を奏する。
【００４０】
（１６）上記（１０）又は（１１）の表示装置であって、前記第１、第２および第３の有機電界発光素子の夫々に対してパルスが供給されるタイミングが同じである表示装置。
【００４１】
上記表示装置では、表示色のバランスが向上する。
【００４２】
更に、本発明によれば、下記（１７）乃至（１９）の表示装置が提供される。
【００４３】
（１７）同一基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の有機電界発光素子が形成され、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯する光源と、該光源によって照明される表示素子および該表示素子に表示される画像を拡大して表示する光学系とを備えた表示装置において、前記光源における有機電界発光素子を発光させるために前記有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする表示装置。
【００４４】
（１８）同一基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の赤領域の色で発光する第１の有機電界発光素子が形成され、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯する第１の光源と、同一基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の緑領域の色で発光する第２の有機電界発光素子が形成され、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯する第２の光源と、同一基板上に１次元的あるいは２次元的に配列された複数の青領域の色で発光する第３の有機電界発光素子が形成され、該複数の有機電界発光素子が同時に点灯する第３の光源と、これら有機電界発光素子からなる光源によって照明される少なくとも１つの表示素子と、該表示素子により形成される画像を拡大して表示する光学系とを備えた表示装置において、前記第１の光源における有機電界発光素子、前記第２の光源における有機電界発光素子、および前記第３の光源における第３の有機電界発光素子を発光させるためにそれぞれの有機電界発光素子にパルス電流が供給されることを特徴とする表示装置。
【００４５】
（１９）前記第１、第２および第３の有機電界発光素子の夫々に対してパルスが供給されるタイミングが同じである上記（１８）の表示装置。
【００４６】
かかる（１７）乃至（１９）の表示装置では、 有機電界発光素子における熱の蓄積による素子温度の上昇を抑えることができ、発光輝度の低下、すなわち表示画像の明るさの低下を抑えることができるという効果がより顕著にもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の光源及び表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４８】
まず、第１の実施形態について、図１及び図２に沿って説明する。図１は本実施形態に係る表示装置としての投写型液晶表示装置を構成する主要な光学系の断面図であり、図２は有機ＥＬ素子から構成される光源の構造を示す平面図である。図２では図を見易くするために有機ＥＬ素子からなる発光部２０は横７個、縦５個しか描かれていないが、実際にはより多数の配列となる。
【００４９】
図１に示す構造では、赤成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｒ、緑成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｇおよび青成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｂが、ダイクロイックプリズム１６の対応する面に対向して配置されている。
【００５０】
赤成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｒの背面には赤領域の波長で発光する赤有機ＥＬ素子の２次元配列から構成される赤ＥＬ光源１０Ｒが、緑成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｇの背面には緑領域の波長で発光する緑有機ＥＬ素子の２次元配列から構成される緑ＥＬ光源１０Ｇが、青成分の画像を表示する液晶表示素子１１Ｂの背面には青領域の波長で発光する青有機ＥＬ素子の２次元配列から構成される青ＥＬ光源１０Ｂが、それぞれ配置されている。
【００５１】
それぞれの液晶表示素子に表示される画像は対応する発光色のＥＬ光源で照明され、ダイクロイックプリズム１６でカラー画像として合成され、投写レンズ１７で拡大されてスクリーン１８に拡大された画像として表示される。
【００５２】
各光源は、図２に示すように、ガラス基板１２上に形成されたＩＴＯ（酸化インジウム錫）の薄膜から成るＩＴＯ電極１３と、正孔輸送層、発光層および電子輸送層などの有機薄膜の積層構造から成る有機発光層１４と、Ｍｇ（マグネシウム）とＡｇ（銀）の合金などから成る金属電極１５との積層構造で構成されている。なお、これらの膜構造は、湿気やゴミとの接触を防ぐために他の基板を用いて封止される。
【００５３】
ＩＴＯ電極１３および金属電極１５はストライプ状のパターンを有し、それぞれのパターンはお互いに直交している。 各光源において、ＩＴＯ電極１３と金属電極１５のパターンが交差する部分が発光部１９となり、ＩＴＯ電極１３が陽極、金属電極１５が陰極となりその間に印加される電圧によって有機発光層１４に電流が供給され、当該光源が発光する。
【００５４】
ＩＴＯ電極、有機発光層および金属電極のパターンはこのような形状に限らず、発光部１９が独立して２次元的に配列されるようないずれのパターンも好適に用いられる。
【００５５】
ガラス基板１２とＩＴＯ電極１３との間には、好ましくはＳｉＯ2とＴｉＯ2が順番に積層されて誘電体多層膜が形成されており、この誘電体多層膜と金属電極１５とで光学的な微小共振器を形成するようにすることで、発光部１９から放射される光を、特定波長（例えば赤有機ＥＬ素子では６２０ｎｍ、緑有機ＥＬ素子では５３５ｎｍ、青有機ＥＬ素子では４７０ｎｍ）に鋭いピークを持ち、かつ、正面方向に指向性が強い光とすることができる。このような有機ＥＬ素子を用いることにより、表示装置で表示される色の純度を高くすることができ、かつ、光学系を通過する際の光の損失が少ない明るい表示装置を実現することができる。
【００５６】
光源の発光に伴い、発光部１９での発熱、およびＩＴＯ電極１３と金属電極１５を流れる電流による発熱が生じる。液晶表示素子における表示領域と同程度の面積を有する領域全体にわたってＩＴＯ電極、有機発光層および金属電極が形成されている場合には熱の逃げ場がなく、ガラス基板などへの熱の蓄積が顕著となる。一方、本実施形態のように発光部を離散的に配置することにより、熱の蓄積を緩和して有機ＥＬ素子の温度上昇を緩和することが可能となる。これによって光源としての有機ＥＬ素子の劣化を抑制することが可能となる。
【００５７】
さらには、不図示であるが、例えば金属電極１５の上に絶縁膜を介して熱伝導性の良いアルミニウム、銅、金、銀などの厚膜を形成して、熱の放散路とすることも有効である。特に、発光部１９の間隙に上記熱伝導性の良い材料により伝熱ラインを設け、熱の放散路とすることが好ましい。
【００５８】
液晶表示素子において２次元的な広がりを持った表示領域を照明するためには、空間的に離散的に配置された発光部から放射される光の明るさを空間的に均一化することが好ましい。このためには、光源における隣接する発光部１９の間隔（Ｐ）に対して、発光部１９と液晶表示素子１１の表示面との間隔（Ｄ）を大きくすることによって実現できる。例えば、ＤをＰの１０倍以上とすることがより好ましい。
【００５９】
次に具体的な数値例を挙げる。液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂのそれぞれの表示領域の大きさを対角０．９インチ（横１８．３ｍｍ、縦１３．７ｍｍ）とする。ＥＬ光源１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂのそれぞれにおいて隣接する発光部１９の間隔（発光部の中心間の距離）（Ｐ）を０．３ｍｍ、ストライプ状のパターンを有するＩＴＯ電極１３および金属電極１５の幅を０．１ｍｍとする。この場合、発光部１９の大きさは０．１ｍｍ×０．１ｍｍとなる。表示領域の周辺部まで均一に照明するためには、発光部１９が存在する領域を表示領域より大きくする必要がある。例えば横２０ｍｍ、縦１５ｍｍとする。この領域には発光部１９が約６６×５０個含まれることになる。各ＥＬ光源のガラス基板１２の厚さを１ｍｍとする。発光部１９と液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂのそれぞれの表示面との間隔（Ｄ）は、隣接する発光部１９の間隔（Ｐ）に対して１０倍以上になるように設定するが、例えば３．５ｍｍとすることができる。
【００６０】
尚、本発明の表示装置は、上記第１の実施形態で説明した投写型の液晶表示装置以外にもヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイにも応用が可能である。さらに、表示素子としては、液晶表示素子以外の表示素子を適用することも可能である。また、光源として赤、緑、青で発光する光源を用いたが、表示される色によっては、赤、緑、青のうち１つ、あるいは２つのＥＬ光源を光源とした表示装置を構成することも可能である。
【００６１】
また、本発明の光源は有機ＥＬ素子の配列を光源としたものであり、上記第１の実施形態では有機ＥＬ素子を２次元的に配列した構成の光源を説明したが、用途によっては有機ＥＬ素子を１次元的に配列する等により、図３に示すような発光部（領域）１９'が一次元的に配された構造とすることも可能である。この場合、発光部が２次元的に配列された場合に比較して、光源全体の輝度が高くなり、また有機ＥＬ素子からの熱の放散性が確保できる。また、この場合でも、発光領域の間隙に前述した熱伝導性の良い材料により伝熱領域を設け、熱の放散路することがより好ましい。
【００６２】
以上述べたように、本発明の第１の実施形態に係る光源は、表示素子の照明光の空間的な均一性を損なわない程度に離散的に配置された有機ＥＬ素子の配列から構成されることにより、発光時に発生する熱の蓄積を抑えることができ、光源の劣化を抑えることができるという効果を有する。また、このような光源を用いることにより、明るさの低下が少ないコンパクトな表示装置を構成することができる。
【００６３】
次に、図４及び図５（Ａ〜Ｄ）を参照して、本発明の第２の実施形態に係る表示装置（投写型液晶表示装置）について説明する。図４は、投写型液晶表示装置を構成する主要な光学系の断面図であり、図５Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは光源である有機ＥＬ素子を発光させるために供給されるパルス電流の波形を示す図である。
【００６４】
図４に示す光学系の構造は大よそ第一の実施形態の表示装置のものと同様である。赤成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｒ、緑成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｇおよび青成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｂが、ダイクロイックプリズム２２の対応する面に対向して配置されている。そして、赤成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｒの背面には赤領域の波長で発光する赤有機ＥＬ素子２０Ｒが、緑成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｇの背面には緑領域の波長で発光する緑有機ＥＬ素子２０Ｇが、青成分の画像を表示する液晶表示素子２１Ｂの背面には青領域の波長で発光する青有機ＥＬ素子２０Ｂがそれぞれ配置されている。それぞれの液晶表示素子に表示される画像は対応する有機ＥＬ素子で照明され、ダイクロイックプリズム２２でカラー画像として合成され、投写レンズ２３で拡大されてスクリーン２４に投写される。本実施形態での各有機ＥＬ素子により形成される発光領域は各素子全面で均一であり、発光層構造に光学的な微小共振器構造を備えることが好ましい。微小共振器構造によって、特定の波長（例えば赤は６２０ｎｍ、緑は５３５ｎｍ、青は４７０ｎｍ）にピークを持つ狭帯域のスペクトルを有する光を放射することができ、かつ、放射光の指向性を素子の正面方向に鋭くすることができる。狭帯域の発光スペクトルによって純度が高いカラー画像を表示することが可能となり、かつ、強い指向性によって投写レンズを通過できる光量が増えて明るい画像を表示することが可能となる。
【００６５】
特に本実施形態では、各有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにはパルス電流供給源２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂが接続され、各有機ＥＬ素子はパルス的に発光する。
【００６６】
各液晶表示素子２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂにおける表示領域の大きさは、例えば対角で０．９インチとして、この領域を照明するために、各有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにおける発光領域の大きさを、例えば対角で１インチとする。このように大きな発光領域で発光する有機ＥＬ素子を直流電流で駆動する場合、特に高輝度で発光させるために電流を多く流すと素子に熱が蓄積され、素子が高温となって発光材料の構造が変化し、素子の寿命が短くなる原因となる。そのため、素子をパルス駆動することによって熱の蓄積を防ぐことが寿命を長くするために有効となる。
【００６７】
パルス駆動される有機ＥＬ素子の時間的に平均された輝度は、１パルスのピーク電流によって決まる輝度と、パルスのデューティ（パルスの一周期に対する電流印加時間の割合）の積となる。
【００６８】
パルス電流の周波数は、ちらつきを感じない程度に高くする必要があり、例えば１００Ｈｚ程度とする。図５Ａにパルス電流の波形の例を示すが、ピーク電流Ｉoを０．５Ａ、周波数を１００Ｈｚ（周期１０ｍｓｅｃ）、パルスのデューティを５０％（パルス幅５ｍｓｅｃ）とすることができる。
【００６９】
表示装置は赤、緑、青の有機ＥＬ素子を備えているので、各色のバランスを取るために各色の有機ＥＬ素子の発光輝度を調整する必要がある。また、表示装置を使用している間に有機ＥＬ素子の輝度が低下してくるが、この輝度低下の程度が各色の有機ＥＬ素子で異なるため、図示はしていないが、各色の有機ＥＬ素子の輝度を独立して調整できる手段が必要になる。
【００７０】
各有機ＥＬ素子はパルス駆動されているので、パルス電流のピーク電流、あるいはパルスのデューティを調整することによって輝度を調整することができる。
【００７１】
図５にこの例を示している。図５Ｂに示すパルス電流が基準だとする。図５Ｂは、パルスの周期とデューティは基準と同じで、ピーク電流をＩ1＝０．６Ａに増加させることによって輝度を上昇させる例である。図５Ｃは、パルスの周期とピーク電流は基準と同じで、パルスのデューティを５０％から７０％に増加させることによって輝度を上昇させる例である。図５Ｄは、ピーク電流は基準と同じで、パルスの周波数を１００Ｈｚから７０Ｈｚに低下させるとともにデューティを８０％として輝度を上昇させる例である。
【００７２】
また、各有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに対して供給されるパルスについて、周波数を同様にし、供給されるタイミング（位相）を同じとすることが好ましい。かかるパルス印加のタイミングの例について図６に示す。この場合、輝度については赤ＥＬ素子（２０Ｒ）、緑ＥＬ素子（２０Ｇ）、青ＥＬ素子（２０Ｂ）の夫々に印加するパルスの波高値（ピーク電流ＩＲ、ＩＧ、ＩＢ）の調整により制御する。かかるパルス印加の方法を採用した表示装置では、パルスにずれがある場合に比較して色の分解の程度は抑制され、表示色のバランスが向上する。また、パルスの周波数自体は同様にし、目視で観察可能な程度にパルス幅をＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの色で変化させてもよい。
【００７３】
本発明の第３の実施形態にかかる表示装置を図７に基づき説明する。図７は投写型液晶表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。第２の実施形態の構成とは、液晶表示素子３０が１枚だけである点が異なる。
【００７４】
ダイクロイックプリズム２２の対応する面に対向して、赤領域の波長で発光する赤有機ＥＬ素子２０Ｒ、緑領域の波長で発光する緑有機ＥＬ素子２０Ｇ、および青領域の波長で発光する青有機ＥＬ素子２０Ｂが配置されている。
【００７５】
各有機ＥＬ素子から放射された光はダイクロイックプリズム２２で合成され、白色光となる。この白色光によって、ダイクロイックプリズム２２の光射出面に対向して配置されている液晶表示素子３０を背後から照明する。液晶表示素子３０はその画素にカラーフィルタを備え、白色光の照明によってカラー画像を表示できる。液晶表示素子３０に表示された画像は、投写レンズ２３で拡大され、スクリーン２４に投写される。
【００７６】
各有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにはパルス電流供給源２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂが接続され、各有機ＥＬ素子はパルス駆動され、パルス印加に沿って発光する。
【００７７】
表示装置は赤、緑、青の有機ＥＬ素子を備えているので、各色のバランスを取るために各色の有機ＥＬ素子の発光輝度を調整する必要がある。また、表示装置を使用している間に有機ＥＬ素子の輝度が低下してくるが、この輝度低下の程度が各色の有機ＥＬ素子で異なるため、図示はしていないが、各色の有機ＥＬ素子の輝度を独立して調整できる手段が必要になる。
【００７８】
各有機ＥＬ素子はパルス駆動されているので、第２の実施形態で説明したように、パルス電流のピーク電流、あるいはパルスのデューティを調整することによって輝度を調整することができる。また、各有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ素子に対してパルスを印加するタイミング（位相）を同じにして表示色のバランスを向上させることもできる。
【００７９】
本発明の第４の実施形態に係る表示装置を図８に基づき説明する。本実施形態の表示装置は、自動車のフロントガラスに配置されたコンバイナによって液晶表示素子の画像を前方視界に重ねて表示するヘッドアップディスプレイであり、図８はその主要な光学系の断面図である。本実施形態の表示装置は緑色の画像だけを表示するものとする。
【００８０】
パルス電流供給源２５Ｇによってパルス駆動され、緑色の光を放射する有機ＥＬ素子２０Ｇによって液晶表示素子２１Ｇが照明される。液晶表示素子２１Ｇに表示される画像は、リレーレンズ４０、ミラー４１および凹面状のホログラフィックコンバイナ４２から構成される光学系によって、ホログラフィックコンバイナの前方の遠方に、前方視界４５に重ねて表示される。
【００８１】
有機ＥＬ素子２０Ｇはその発光層構造に微小共振器を備えており、特定の波長（例えば５３５ｎｍ）にピークを持つ狭帯域のスペクトルを有する光を放射することができる。ホログラフィックコンバイナ４２はホログラフィック素子であるためにその光学特性は波長変化に敏感であり、光源の発光スペクトルが狭いほど収差の発生を抑えることができる。この点から、ヘッドアップディスプレイにおいてホログラフィックコンバイナと微小共振器構造を有する有機ＥＬ素子との組み合わせは好適である。
【００８２】
本発明の第５の実施形態にかかる表示装置を図９に基づき説明する。本実施形態の表示装置は、第５の実施形態と同様にコンバイナによって液晶表示素子の画像を前方視界に重ねて表示するヘッドアップディスプレイであり、図９はその主要な光学系の断面図である。本実施形態のヘッドアップディスプレイではカラー画像が表示できる。
【００８３】
表示画像を生成する部分は、第２の実施形態で説明した構造と同様であるが、ダイクロイックプリズム２２の周囲に配置された３原色に対応する３枚の液晶表示素子２１Ｒ、２１Ｇおよび２１Ｂと、それらの背面に配置された赤有機ＥＬ素子２０Ｒ、緑有機ＥＬ素子２０Ｇおよび青有機ＥＬ素子２０Ｂとから構成され、それぞれの有機ＥＬ素子はパルス電流供給源２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂによってパルス駆動される。
【００８４】
ダイクロイックプリズム２２で合成されたカラー画像は、リレーレンズ５０、ミラー５１および凹面状のホログラフィックコンバイナ５２から構成される光学系によって、ホログラフィックコンバイナの前方の遠方に、前方視界４５に重ねて表示される。
【００８５】
３つの有機ＥＬ素子２０Ｒ、２０Ｇおよび２０Ｂはそれぞれその発光層構造に微小共振器を備えるおり、特定の波長（例えば６２０ｎｍ、５３５ｎｍ、４７０ｎｍ）にピークを持つ狭帯域のスペクトルを有する光を放射することができる。ホログラフィックコンバイナ５２を、それぞれの波長に対して反射特性が最適化されたホログラフィック素子の重ね合せで構成することにより、各有機ＥＬ素子からの３つの波長は反射し、その他の領域の波長の光は透過させることができるコンバイナを構成できる。このように設計されたコンバイナは、表示画像光５３に対する反射率も高く、かつ、前方視界４５の光の透過率も高くすることができるので、明るい前方視界に明るい表示画像を重ねて表示することが可能になる。
【００８６】
第４および第５の実施形態では、液晶表示素子の画像を前方の遠方に表示する光学系としてホログラフィックコンバイナとリレーレンズの組み合わせを示したが、特定波長に対して反射率が高くなる誘電体多層膜から成るコンバイナと適切なレンズ系を組み合わせた光学系も適用することが可能である。次に、本発明の第６の実施形態に係る表示装置を説明する。本実施形態の表示装置の基本的な構造は第２の実施形態に係る図４に示す構造と同様であるが、有機ＥＬ素子（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）から構成される光源内部の構造が異なる。即ち、本実施形態では、光源を構成する有機ＥＬ素子は、第１の実施形態で採用され得る図３に示すような１次元のストライプ状の発光領域パターンからなる平面構造を形成し、且つ図４に示す各ＥＬ素子に接続されたパルス電流供給源（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）によりパルス駆動がなされる。
【００８７】
本実施形態における光源では、有機ＥＬ素子の発光領域が離散的に配置されており、ＥＬ素子の発光時に発生した熱を逃がす経路が形成され、また有機ＥＬ素子をパルス駆動するため素子の発熱時間を間欠とすることができ、ＥＬ素子の配列からなる光源全体の熱の蓄積を顕著に防ぐことができる。ひいては、表示装置において、光源の寿命の長期化を図ることができ、安定した輝度を有する表示が実現される。
【００８８】
尚、本実施形態では、光源における有機ＥＬ素子からなる発光領域として１次元ストライプ状のパターンを示したが、例えば第１の実施形態で採用され得る図２に示す２次元的に発光部が配される光源を用いることもできる。更に、パルス駆動において、また、各有機ＥＬ素子（２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）からなる光源に対して印加されるパルスについて、周波数を同様にし、各色についてこれらが供給されるタイミング（位相）を前述の図６に示すように同じ（同位相）とすることが好ましい。この場合、輝度についてはパルスの波高値（ピーク電流ＩＲ、ＩＧ、ＩＢ）の調整により制御することができる。かかるパルス印加の方法を採用した表示装置では、パルスにずれがある場合に比較して色の分解の程度は抑制され、表示色のバランスがより向上する。また、パルスの周波数自体は同様にし、目視で観察可能な程度にパルス幅をＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの色で変化させてもよい。
【００８９】
また、本実施形態における光源での有機ＥＬ素子の配置とパルス駆動の組み合わせは、図４に示す構造の各色の光源ごとに液晶表示素子が備えられた構造に適用されているが、図７に示すような各色の光源からの光を合成し、一の液晶表示素子に照射する形態にも適用することも可能である。
【００９０】
以上、第２〜第６の実施形態では、カラー画像を表示するために赤、緑、青のそれぞれの成分を表示する３組の液晶表示素子と有機ＥＬ素子を用いることを説明したが、用途によっては、赤と緑など、２色だけの組み合わせによる表示装置を構成することも可能である。本発明は、第２〜第６の実施形態に限定されず、有機ＥＬ素子を光源とする表示装置に応用が可能であり、レンズを通して液晶表示素子の拡大された虚像を見るビデオカメラのビューファインダーのような表示装置にも応用が可能である。また、表示素子としては、液晶表示素子以外にも特に透過光を変調できる空間光変調器を用いることが可能である。
【００９１】
本発明の第２〜第６の実施形態にかかる表示装置によれば、高輝度の赤、緑および青で発光する有機ＥＬ素子を用いて表示素子を照明する表示装置において、熱の蓄積による有機ＥＬ素子の劣化を抑制できるとともに、各有機ＥＬ素子の色のバランスを特にパルス電流のピーク電流とデューティの両者の制御によって調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源および表示装置の主要な光学系を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源の構造を示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光源の構造の変形例を示す平面図。
【図４】本発明の表示装置の第２の実施形態に係る主要な光学系を示す断面図。
【図５】Ａ〜Ｄ：本発明の第２の実施形態の表示装置において光源である有機ＥＬ素子を駆動する電流波形を示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態の表示装置において、光源である有機ＥＬ素子を駆動する電流波形のタイミングの変形例を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の主要な光学系を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る表示装置の主要な光学系を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る表示装置の主要な光学系を示す断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１０Ｒ…赤ＥＬ光源、１０Ｇ…緑ＥＬ光源、１０Ｂ…青ＥＬ光源、１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、２１Ｒ、２１Ｇ、３０…液晶表示素子、１２…ガラス基板、１３…ＩＴＯ電極、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ…有機発光層、１５…金属電極、１６、２２…ダイクロイックプリズム、１７、２３…投写レンズ、１８、２４…スクリーン、１９…発光部、１９'…発光領域、２０Ｒ…赤ＥＬ素子、２０Ｇ…緑ＥＬ素子、２０Ｂ…青ＥＬ素子、２５Ｒ…パルス電流供給源、２５Ｇ…パルス電流供給源、２５Ｂ…パルス電流供給源、４０…リレーレンズ、４１、５１…ミラー、４２、５２…ホログラフィックコンバイナ、４３…眼、４４、５３…表示画像光、４５…前方視界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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