專利名稱：用于增加顯示系統(tǒng)流明的受脈沖作用的led掃描環(huán)陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及顯示系統(tǒng)，且優(yōu)選實(shí)施例涉及用于增加顯示系統(tǒng)流明的受脈沖作用LED掃描環(huán)陣列。
背景技術(shù)：
用于顯示系統(tǒng)的一種技術(shù)是基于數(shù)字微鏡器件或DMD。此類系統(tǒng)可在市場上以商標(biāo)DLPTM(數(shù)字光處理)從Texas Instruments，Inc.購得。參看圖1，說明DMD系統(tǒng)10的實(shí)例，其中來自光源11的光穿過第一聚光透鏡13且穿過色輪15而提供，其通常會(huì)在要顯示的圖像的每幀至少旋轉(zhuǎn)一次。通過色輪15的光通過第二聚光透鏡17到DMD晶片19上。DMD晶片包括細(xì)小的鏡元件或微鏡(大約1,000,000個(gè))陣列，其中如圖2中所示，每個(gè)鏡元件由CMOS靜態(tài)RAM的存儲(chǔ)器單元上方的扭轉(zhuǎn)鉸(torsion hinge)和支柱來鉸接。
圖2展示鏡元件21懸在襯底23上的典型DMD陣列19的一部分。
鏡21與尋址電極25之間的靜電引力導(dǎo)致鏡關(guān)于由一對(duì)扭桿式鉸鏈27a和27b形成的軸在兩個(gè)方向的任何一者上扭轉(zhuǎn)或樞轉(zhuǎn)。通常，所述鏡關(guān)于這些鉸鏈旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)機(jī)械地停止為止。取決于寫到單元的數(shù)據(jù)，可移動(dòng)微鏡通過靜電力傾斜到開或關(guān)狀態(tài)。鏡的傾斜為大約+10度(開)或-10度(關(guān))，以對(duì)入射在表面上的光進(jìn)行調(diào)制。若要了解其它細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見題為“Spatial Light′Modulator”的美國第5,061,049號(hào)專利和題為“Field Updated Deformable Mirror Device”的美國第5,280,277號(hào)專利，兩者均由Larry J.Hornbeck所著。
再次參看圖1，從所述鏡中的任何一個(gè)鏡反射的光可通過投影透鏡29并在屏幕31上產(chǎn)生圖像。DMD由在硅襯底23上制造的DMD陣列下方的電子電路來控制。所述電路包括連接到尋址電極25的存儲(chǔ)器單元的陣列，通常每個(gè)DMD元件對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)器單元。存儲(chǔ)器單元的輸出端連接到兩個(gè)尋址電極中的一個(gè)，且存儲(chǔ)器單元的經(jīng)反轉(zhuǎn)的輸出端連接到另一尋址電極。
通過由信號(hào)處理電路確定的時(shí)序和控制電路33和35處所指示的圖像源來提供數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)被寫到陣列中的每個(gè)存儲(chǔ)器單元，電壓就施加到DMD鏡21，在鏡21與尋址電極25之間產(chǎn)生足夠大的電壓差，以使鏡在最大電壓電位的方向上旋轉(zhuǎn)或傾斜。由于隨著鏡旋轉(zhuǎn)到尋址電極的附近，靜電引力變得更強(qiáng)，所以一旦鏡完全旋轉(zhuǎn)，就可在不更改鏡的位置的情況下，改變存儲(chǔ)器單元內(nèi)容。因此，當(dāng)陣列顯示先前數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)器單元可裝載新的數(shù)據(jù)。
屏幕31上顯示的每種色彩的強(qiáng)度由對(duì)應(yīng)特定像素的鏡21朝屏幕31引導(dǎo)光的時(shí)間量來確定。舉例來說，對(duì)于每種色彩(例如，紅、綠或藍(lán))，每個(gè)像素可具有256個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。如果特定時(shí)間時(shí)為特定像素選擇的色彩等級(jí)為128，那么對(duì)應(yīng)的鏡會(huì)朝屏幕31的那個(gè)區(qū)域引導(dǎo)光，并持續(xù)1/2(例如，128/256)幀時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種用于增加顯示系統(tǒng)流明的受脈沖作用的LED掃描環(huán)陣列。在此實(shí)施例中，光源由若干LED組成，所述LED經(jīng)受脈沖作用，以使得它們可輸出更大量的光。可通過對(duì)每種色彩利用若干LED以減少每個(gè)LED隨幀時(shí)間而開啟的時(shí)間的總量，從而實(shí)現(xiàn)此脈沖作用。
在第一實(shí)施例中，顯示裝置包括沿用作印刷電路板的陶瓷襯底的周邊安裝的若干LED。馬達(dá)與陶瓷板的中心點(diǎn)基本對(duì)準(zhǔn)而定位。光收集屏蔽體總成耦合到所述馬達(dá)。所述屏蔽體總成具有輸入窗口，其可在陶瓷板的周邊上旋轉(zhuǎn)。
此裝置可用于顯示系統(tǒng)中。舉例來說，可使屏蔽體總成和復(fù)數(shù)個(gè)LED相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得屏蔽體總成在不同時(shí)間鄰近LED的不同者。在優(yōu)選實(shí)施例中，LED是固定的且屏蔽體總成旋轉(zhuǎn)。將固定集成柱定位以接收來自屏蔽體總成的光。在陶瓷板上在任何給定時(shí)間點(diǎn)亮的LED以與空間光調(diào)制器(例如，數(shù)字微鏡器件)和固定集成柱的輸入相適合的縱橫比來形成矩形。將空間光調(diào)制器定位以接收來自中繼透鏡的光，并向投影透鏡提供經(jīng)調(diào)制的光。
本發(fā)明的方面包括優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)顯示系統(tǒng)的若干優(yōu)勢。舉例來說，與弧光燈相比，LED具有更長的壽命，且因此不需要頻繁地更換。另外，環(huán)陣列技術(shù)允許LED具有以流明計(jì)的大得多的光輸出。此事實(shí)大大增強(qiáng)了將LED用于例如商務(wù)投影儀和數(shù)字電視的應(yīng)用的商業(yè)活力。在以下詳細(xì)描述中描述其它優(yōu)勢。


為更完整地了解本發(fā)明和其優(yōu)勢，現(xiàn)結(jié)合附圖參考以下說明，其中圖1是常規(guī)的基于DMD的顯示系統(tǒng)的方框圖；圖2是DMD鏡陣列的圖；圖3是固定陣列LED系統(tǒng)的方框圖；圖4提供本發(fā)明的LED環(huán)陣列裝置的第一圖；圖5a和5b提供本發(fā)明的LED環(huán)陣列裝置的第二和第三圖；圖6提供本發(fā)明的LED環(huán)陣列裝置的另一圖；圖7展示使用圖4、5a、5b和6的LED環(huán)陣列裝置的系統(tǒng)的方框圖；圖8展示替代性實(shí)施例系統(tǒng)；圖9和10提供第二實(shí)施例LED環(huán)陣列裝置；圖11展示本發(fā)明的集成柱；圖12展示替代性實(shí)施例環(huán)陣列；圖13提供第三實(shí)施例LED環(huán)陣列裝置；圖14和15展示第四實(shí)施例LED環(huán)陣列裝置；和圖16a和16b展示包括固定陣列和LED環(huán)裝置的第五實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下文詳細(xì)討論目前優(yōu)選的實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在各種特定內(nèi)容中實(shí)施的很多可應(yīng)用的發(fā)明性概念。所討論的具體實(shí)施例僅說明制作和使用本發(fā)明的具體方式，且不限制本發(fā)明的范疇。
商業(yè)上可購得的基于DMD的投影儀通常使用弧光燈作為照明光源。單個(gè)DMD通常與以色序方式(稱為場序色彩或FSC)供應(yīng)的照明光一起使用。旋轉(zhuǎn)色輪通常用于將來自燈的光施加到DMD。光被提供為R(紅)接著G(綠)接著B(藍(lán))，每種色彩按順序提供，以使得色彩完全填充DMD。關(guān)于此系統(tǒng)，在每個(gè)幀(其中色彩簡單地是一些RGB原色對(duì)的混合)期間，存在時(shí)間間隔。這發(fā)生在色輪的輪輻通過燈輸出光錐時(shí)。此輪輻光經(jīng)由輪輻光重獲(SLR)來用于今天的投影儀中。因此，對(duì)于全白屏幕，今天的FSC投影儀整個(gè)R、G和B片段時(shí)間中且在所有的輪輻時(shí)間期間均使DMD開啟。
然而，當(dāng)單色施加到FSC系統(tǒng)中的DMD時(shí)，互補(bǔ)色由色輪發(fā)射，且此光被散射并丟失。色輪僅透射當(dāng)前施加到DMD的色彩。對(duì)于全白屏幕，由于燈光的可見光譜的三種色彩中僅有一種穿過色輪傳輸?shù)紻MD，所以大約2/3的屏幕流明丟失了。
如圖3中所示，使用三個(gè)LED陣列也是照明DMD的可選方法。在此專利中，如圖3中所示的LED陣列系統(tǒng)300被稱作“固定陣列”或FA。LED固定陣列系統(tǒng)具有三個(gè)固定的紅、綠和藍(lán)陣列102、104和106。不使用移動(dòng)部分。通過開啟紅陣列102、接著為綠陣列104且接著為藍(lán)陣列106來按順序供應(yīng)光。在投影儀中使用LED陣列而不是弧光燈的一個(gè)優(yōu)勢在于，當(dāng)一個(gè)LED陣列開啟時(shí)，另外兩個(gè)關(guān)閉。因此當(dāng)一個(gè)LED FA開啟時(shí)，由用于照明所述DMD的光學(xué)器件收集到的幾乎所有的光均在所述光學(xué)器件將傳遞到DMD的可用光譜內(nèi)。
在操作中，來自藍(lán)色LED 106的光穿過濾光片108和濾光片110傳輸?shù)焦鈱W(xué)集成器112。同樣地，來自綠色LED 104的光從濾光片108反射，但穿過濾光片110傳輸?shù)焦鈱W(xué)集成器112。來自紅色LED 102的光從濾光片110反射到光學(xué)集成器112。來自光學(xué)集成器112的光傳輸?shù)街欣^透鏡組114，從那里光被引導(dǎo)到DMD陣列116。將來自DMD陣列116的光引導(dǎo)到投影透鏡118，從那里光可顯示在屏幕或其它顯示媒體(未圖示)上。
然而，就LED固定陣列而言，在(例如)綠與藍(lán)LED之間的發(fā)光光譜的分布中存在少量的重疊。在圖3的光學(xué)器件配置中，彩色濾光片不能傳遞綠和藍(lán)LED陣列兩者的重疊色彩。綠和藍(lán)兩者的光譜的“尾部”由彩色濾光片108和110濾除。但所述光學(xué)器件對(duì)光的此濾除不像在使用弧光燈的基于色輪的投影儀中那樣明顯。因此通常，在因?yàn)檎彰髟垂獾墓庾V而將其濾除的方面，基于LED固定陣列的投影儀較不浪費(fèi)。
假設(shè)在綠陣列106開啟時(shí)間的62％、紅陣列102開啟時(shí)間的18％和藍(lán)陣列106開啟時(shí)間的20％的情況下，圖3中的LED固定陣列開啟。綠陣列開啟最長的時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)LED技術(shù)應(yīng)用于投影儀中的照明時(shí)，綠色LED技術(shù)已經(jīng)滯后于紅和藍(lán)LED。由于通常全白屏幕上的大約70％的流明來自綠色，所以這意味著當(dāng)與紅和藍(lán)LED相比時(shí)，需要來自綠色LED的更多的亮度。然而，由于在流明/瓦特輸出方面，綠色LED并不比紅色LED亮很多，所以綠色LED固定陣列每幀在時(shí)間方面必須被脈沖作用3.4(62％/18％)倍的時(shí)長，以達(dá)到適當(dāng)?shù)腉流明，從而為白色獲得合適的色彩坐標(biāo)。
下文提供在投影儀中使用LED而不是弧光燈的優(yōu)勢中的一些的總結(jié)。這些優(yōu)勢可應(yīng)用于圖3中所示的FA概念，還可應(yīng)用于將在下文描述的實(shí)施例中的各個(gè)實(shí)施例。
·很少光源流明因?yàn)槠涔庾V而被濾除。
·10,000-100,000小時(shí)使用時(shí)間。在投影儀的使用時(shí)間期間，不需要更換燈。
·節(jié)約終端用戶更換燈的成本和麻煩。
·非常適用于不希望對(duì)電視進(jìn)行維護(hù)的普通消費(fèi)者。
·無燈模塊部分且無燈門部分。
·非常飽和的色彩。
·更亮的黃色，因?yàn)樵谏喩蠜]有使圖像中的黃色相對(duì)于圖像中的白色而變得暗淡的白片段。
·沒有色輪。
·沒有高壓點(diǎn)火器、鎮(zhèn)流器或互鎖開關(guān)。
·僅DC電源。對(duì)于DC電源存在很多低成本資源。
·無需UV或IR濾光片。
·將最終允許更小的投影儀和屏幕上更高的流明/瓦特。更高的流明/瓦特意味著電源可更小且冷卻風(fēng)扇更小。由于也不需要燈模塊、燈門、色輪、鎮(zhèn)流器、點(diǎn)火器和互鎖開關(guān)，所以這也有助于減小投影儀的大小。燈反射器也不需要。
·可實(shí)時(shí)減少LED功率以達(dá)到LSB位的更短的有效開啟時(shí)間。此特征在DMD上允許更“真實(shí)的”位深度，而不是靠抖動(dòng)來達(dá)到更多位深度。
然而，在能夠達(dá)到同等的屏幕流明方面，LED技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于弧光燈技術(shù)。在市場上，LED陣列可用于投影儀中，但沒有足夠的LED可適合DMD的有限的etendu(集光能力)以使得可達(dá)到可接受的屏幕流明。到任何陣列中的每個(gè)LED的功率可增加，但在可允許的LED結(jié)溫度方面已經(jīng)達(dá)到極限。
表1-4展示基于圖3中的FA概念的分析，其中R、G和B固定陣列中的每一者中均有40個(gè)LED。在此實(shí)例中，LED陣列與具有金屬墊片的陶瓷襯底上的裸晶片陣列一起配置。假設(shè)DMD投影光學(xué)器件為f/2.4，當(dāng)DMD傾斜角為+/-12.5度時(shí)，DMD投影光學(xué)器件通?？蛇\(yùn)行這么快，f/2.4設(shè)定圖3中所示的LED應(yīng)用的DMD的可用etendu或集光能力。
表1

表1計(jì)算f/2.4的DMD的etendu。還計(jì)算了陣列中每個(gè)LED微透鏡單元的etendu。通過用LED etendu來除DMD etendu，可得出每個(gè)固定陣列中所允許的LED的數(shù)目。假設(shè)來自每個(gè)LED的光錐具有+/-45度的可收集視角。在+/-45度處，假設(shè)從LED封裝發(fā)射的光的80％由表3中所指示的光學(xué)器件收集。
表1使用此視角來計(jì)算每個(gè)LED的etendu。由于LED微透鏡不可能以它們之間為零浪費(fèi)面積的方式來組裝，所以每個(gè)LED陣列的etendu必須也按比例減少陣列的“填充因數(shù)”。然而，由于微透鏡陣列可精確模制為固塑性單元，所以表1中使用99％的填充因數(shù)。雖然填充因數(shù)可能在固定陣列中減少了LED的數(shù)目，但所要的DMD光過度填充增加了所允許的LED的數(shù)目，因?yàn)镈MD照明的有效面積增加了。從表1可見，39個(gè)LED可適合R、G和B固定陣列中的每一者。
表2

表1-4中的分析假設(shè)陣列中的每個(gè)LED給予紅45流明/瓦特，給予綠色LED 90流明/瓦特，且給予藍(lán)色LED 21流明/瓦特。這些是假設(shè)在標(biāo)稱推薦的DC電流操作情況下(無LED受脈沖作用)的典型規(guī)格表推薦的操作條件的LED效率數(shù)字。關(guān)于受脈沖作用情況下，如圖3中所使用，假設(shè)LED效率在固定陣列中對(duì)于所有LED均下降。此為表3中所示的損耗之一，且包含表2中的“LED損耗”因數(shù)。
表3

表3中還展示歸因于LED光譜的重疊的LED損耗，LED光譜的重疊導(dǎo)致早先所述和圖3中所示的濾除的光。假設(shè)每個(gè)固定陣列的損耗因數(shù)為.95。
表2得出每種色彩的單個(gè)LED所達(dá)到的平均屏幕流明。表4展示當(dāng)LED流明中的每一者均乘以39以證明每個(gè)固定陣列中的39個(gè)LED時(shí)，僅基于LED FA的投影儀達(dá)到243屏幕流明。因此，需要一種方法來維持20,000使用時(shí)間，同時(shí)在使用LED時(shí)增加屏幕流明。
表4

在LED業(yè)界中已知，如果使用更多功率和/或更高的結(jié)溫度，那么在LED的使用時(shí)間期間，亮度更快地減弱。然而，此通常涉及到考慮在100k小時(shí)期間LED如何在亮度方面減弱。在20k小時(shí)后，LED可能減弱到50％的亮度，且這對(duì)會(huì)議室投影儀來說會(huì)仍然是可接受的，因?yàn)樵?0％亮度時(shí)，投影儀會(huì)正常地被較新的型號(hào)代替。
優(yōu)選實(shí)施例提供一種系統(tǒng)，其通過使用稱為受脈沖作用的LED掃描環(huán)陣列的概念來達(dá)到屏幕流明上的這種增加，同時(shí)不減少LED使用時(shí)間。為簡略起見，此實(shí)施例在此說明書中稱為“環(huán)陣列”和簡寫的“RA”。在此揭示內(nèi)容中，圖3中所示的標(biāo)準(zhǔn)LED陣列方法被稱為“固定陣列”方法，簡寫為“FA”。即使LED效率在將來某天會(huì)高很多(假設(shè)300流明/瓦特)，RA方法仍然比FA方法優(yōu)越地提供明顯大的流明增加。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種方法來允許以更高電流來脈沖作用LED，從而增加它們的亮度。由于受脈沖作用的LED在脈沖期間還增加了它們的功率，所以LED以非常低的占空比開啟。在FA LED照明方法中，以62％的占空比來脈沖作用綠色LED、以18％的占空比來脈沖作用R且以20％的占空比脈沖作用B。利用LED環(huán)陣列方法，在以下的實(shí)例中，所有LED的占空比僅為約13％。這允許在每個(gè)LED開啟時(shí)將電流脈沖得更高，但每個(gè)LED的平均功率降低。
圖4、圖5(其包括圖5a和5b)和圖6展示LED環(huán)陣列裝置200的側(cè)面圖和平面圖，且圖7展示利用所述環(huán)陣列的系統(tǒng)210。由LEDs 203形成的環(huán)202，其包括每種色彩(例如，紅、綠和藍(lán))的若干LED(且因此部分環(huán)202被標(biāo)記為202R、202G和202B)。在其它實(shí)施例中，可使用互補(bǔ)色。在優(yōu)選實(shí)施例中，所使用的每種色彩的百分比對(duì)應(yīng)于為屏幕上的白色獲得合適的色彩平衡所需要的每種色彩啟動(dòng)時(shí)間百分比。在此實(shí)例中，環(huán)202中的LEDs 203的總數(shù)目劃分為14％的紅、60％的綠和26％的藍(lán)。這些LEDs 203位于環(huán)202的紅部分202R、綠部分202G和綠部分202B中。在優(yōu)選實(shí)施例中，LED環(huán)陣列202具有約30×35mm的外尺寸和約20mm的內(nèi)尺寸。
在優(yōu)選實(shí)施例中，LEDs 203為安裝在襯底218上的裸晶片，所述襯底218包含陶瓷印刷電路板。舉例來說，具有金屬墊片的陶瓷襯底可從Lamina Ceramics購得。透明密封材料覆蓋在LEDs 203上且形成為微透鏡陣列206。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖6中所示，每個(gè)微透鏡均為六邊形。在此實(shí)施例中，一個(gè)微透鏡206覆蓋在每個(gè)LED晶片203上。襯底218連同散熱器219一起使用，散熱器219優(yōu)選包括金屬散熱片。舉例來說，個(gè)別LED中的每一者均可安裝到PCB 218上且電連接到開啟和關(guān)閉LED的控制和電力電子元件。
如圖4和圖5a和圖5b中所示，馬達(dá)204安裝在馬達(dá)軸208上。盡管允許其它旋轉(zhuǎn)速度，但馬達(dá)204優(yōu)選以約120Hz旋轉(zhuǎn)。來自LED陣列202的光由光學(xué)元件收集，所述光學(xué)元件優(yōu)選為光收光收集屏蔽體207(如圖5a和5b中所示)。集光元件207恒定地將4∶3的矩形的光提供給固定集成柱212(見圖7)的輸入端。隨著馬達(dá)204旋轉(zhuǎn)，且環(huán)202中的LED在柱212的輸入側(cè)處被點(diǎn)亮，矩形的光從馬達(dá)軸軸線208上向外傳輸。不管所述矩形在RA上何處被點(diǎn)亮，其總是維持相同的定向。因此屏蔽體的輸出為不旋轉(zhuǎn)的矩形。
圖5提供與圖4類似的圖，但額外的重點(diǎn)是屏蔽體。圖5b展示屏蔽體207的俯視圖。如這些圖中所示，光束收集屏蔽體207安裝在軸連接器軸環(huán)209上。屏蔽體207優(yōu)選由塑性材料制成且包括頂部光開口211。軸連接器軸環(huán)209優(yōu)選由金屬制成。
如圖5a和5b中所示，屏蔽體207可用于完全封閉透鏡216和鏡215和217。此通常會(huì)是機(jī)械地連接到一起的兩片(上和下)塑性屏蔽體。輸入和輸出光通過屏蔽體的上表面和下表面處的開口。屏蔽體207的此表面可使用平面玻璃或平面透明塑料窗口。屏蔽體內(nèi)所需要的透鏡的數(shù)目根據(jù)實(shí)施例而不同。使用屏蔽體的優(yōu)勢在于，屏蔽體不具有當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)撞擊空氣的粗糙或不規(guī)則表面。這將在屏蔽體旋轉(zhuǎn)時(shí)降低可聽到的噪聲。屏蔽體還會(huì)減少馬達(dá)上的負(fù)載，如果不使用屏蔽體，那么由鏡和其它部分擋住空氣而導(dǎo)致的拖曳會(huì)引起馬達(dá)上的所述負(fù)載。
屏蔽體207內(nèi)所使用的光學(xué)元件的數(shù)目和類型可顯著地改變。在最簡單的形式中，僅在屏蔽體207的下輸入表面處使用單個(gè)透鏡(216)。接著光由兩個(gè)低成本平面鏡(215，217)轉(zhuǎn)向屏蔽體輸出端。透鏡可處理簡單的1∶1圖像，其中LED的照亮的矩形的圖像的尺寸與集成柱輸入的尺寸相同。
在另一實(shí)施例中，還可在屏蔽體207的輸出端處添加透鏡(未圖示)。或者，可將兩個(gè)鏡彎曲以給予它們一些光功率。還可(例如)在兩個(gè)鏡之間使用除了屏蔽體的輸入端和輸出端處的一個(gè)透鏡以外的另一透鏡。如果使用彎曲的鏡，那么還有一種選擇，就是完全不具有透鏡——而是彎曲的鏡提供所有所需的光學(xué)光校正。有可能僅在屏蔽體內(nèi)具有兩個(gè)平面鏡而沒有具有光功率的元件。在此情況下，任何所需的鏡頭可為固定元件，其在屏蔽體的輸出端處，剛好在固定集成柱之前。
現(xiàn)將參考圖7，連同圖4、圖5a、圖5b和圖6，描述光學(xué)系統(tǒng)的其余部分。來自LED陣列200的光傳輸?shù)街欣^透鏡216，其定位在部分LED 202的上方。光束收集鏡215接收來自透鏡216的光并將所述光反射到光束轉(zhuǎn)向鏡217。從光束轉(zhuǎn)向鏡217反射的光撞擊集成柱212的輸入端。光束轉(zhuǎn)向鏡217優(yōu)選為圓形。
集成柱212在其輸出區(qū)域上將光集合成幾乎均勻的亮度。將來自集成柱212的光引導(dǎo)到包括透鏡219、鏡221和透鏡223的光學(xué)器件部分。通常具有2或3個(gè)透鏡的照明中繼透鏡組將集成柱的矩形輸出的圖像反映到DMD 214上。對(duì)于每個(gè)像素，DMD 214將光反射到投影透鏡222中或反射到投影透鏡路徑外的堆光位置(dump light location)。投影透鏡222將DMD圖像反映到顯示屏幕205上。投影透鏡222通常包括用戶可調(diào)節(jié)的聚焦機(jī)制，其中可移動(dòng)一個(gè)或一個(gè)以上投影透鏡元件，以使得所顯示的屏幕圖像可聚焦到單個(gè)DMD像素分辨率。
雖然展示為DMD 214，但應(yīng)了解，可使用其它空間光調(diào)制器。舉例來說，空間光調(diào)制器214可為液晶顯示器(LCD)或等離子體顯示器。
圖7還以可用于控制DMD 214的區(qū)塊226和228展示控制電子器件。舉例來說，像素?cái)?shù)據(jù)通過區(qū)塊226中的電路提供給DMD。此區(qū)塊226從例如計(jì)算機(jī)或機(jī)頂盒的視頻源(未圖示)接收RGB圖像數(shù)據(jù)。接著對(duì)RGB數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其提供給DMD 214。
區(qū)塊226還控制DMD 214內(nèi)的鏡應(yīng)設(shè)定和重設(shè)的序列。在一個(gè)實(shí)施例中，此序列根據(jù)從光傳感器(未圖示)接收到的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)而改變。鏡重設(shè)命令可從區(qū)塊226發(fā)送到區(qū)塊228。區(qū)塊228容納DMD鏡波形驅(qū)動(dòng)器電子器件，且向DMD 214發(fā)送鏡重設(shè)線路控制信息。
控制電子器件224展示為控制LED尋址和驅(qū)動(dòng)器且控制馬達(dá)的構(gòu)件。可在集成電路(例如特殊應(yīng)用集成電路)上或其它電路中實(shí)施區(qū)塊224。區(qū)塊224中的電路還可與用于控制所述系統(tǒng)的其它電路組合。DC電源225向LED陣列提供能量。
現(xiàn)將進(jìn)一步詳細(xì)論述系統(tǒng)210的操作。隨著馬達(dá)204和屏蔽體207旋轉(zhuǎn)，僅直接在屏蔽體207的輸入端下方的LED被點(diǎn)亮。因此，隨著總成207旋轉(zhuǎn)，會(huì)看到LED環(huán)202的矩形區(qū)域也繞環(huán)陣列旋轉(zhuǎn)。每個(gè)LED均可電子尋址。在優(yōu)選實(shí)施例中，LED環(huán)陣列202上的38.7個(gè)LED(時(shí)間平均化)的矩形一直被照亮。由于環(huán)中存在總數(shù)為300的LED，所以每個(gè)個(gè)別LED達(dá)到低占空比。
在替代實(shí)施例中，屏蔽體總成207保持固定，同時(shí)LED環(huán)202旋轉(zhuǎn)。更進(jìn)一步，元件202和207兩者均可旋轉(zhuǎn)。在這些實(shí)例的每一者中，光學(xué)器件207和LED 202相對(duì)于彼此而移動(dòng)。圖15中展示此替代性實(shí)施例。
由于同時(shí)僅開啟300個(gè)LED中的38.7個(gè)，所以每個(gè)LED的占空比為(38.7/300)×100＝12.9％。然而，在有源LED的旋轉(zhuǎn)圓周的中心處的LED與更接近環(huán)陣列202的邊緣的LED相比具有更長的占空比。沿陣列202的半徑移動(dòng)，占空比將從沿環(huán)陣列的中心的LED的16％變?yōu)榄h(huán)陣列202的外和內(nèi)邊緣附近的LED的9％。
在實(shí)踐中，使LED具有變化的占空比意味著將以較低電流來脈沖作用環(huán)的中心處的LED，且可以較高電流來脈沖作用環(huán)陣列的邊緣附近的LED。這可被支持，因?yàn)槊總€(gè)LED均為可尋址的且可具有獨(dú)立的功率控制。由于矩形柱212提供光學(xué)集成，所以不會(huì)由于對(duì)不同LED使用不同電流脈沖振幅而降低屏幕亮度的均勻度。
受脈沖作用的每個(gè)LED以提供相同的平均功率，例如約0.16W(脈沖作用功率為1.3W)。選擇的功率為1.3W，因?yàn)楫?dāng)將此功率以12.9％的占空比用于綠色LED時(shí)，所述綠色LED與用于上文的FA實(shí)例中(脈沖功率為.56W且占空比為60％)的綠色LED具有相同的使用時(shí)間。在優(yōu)選實(shí)施例中，所選擇的功率將由達(dá)到針對(duì)FA早先所討論的20,000小時(shí)LED使用時(shí)間的任何東西來確定。
由于環(huán)202中的每個(gè)LED具有低占空比，所以在開啟時(shí)間期間，提供到每個(gè)LED的電流可高很多。這是允許的，因?yàn)榧词乖陂_啟時(shí)間期間功率較高，低占空比也使平均功率保持較低且使使用時(shí)間保持較長。由于平均功率較低，所以每個(gè)LED的結(jié)溫度均被很好地保持在根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)表規(guī)定的最大允許溫度下。同樣，由于以低占空比來提供電流，所以影響LED使用時(shí)間的其它因素(例如電流密度)對(duì)使用時(shí)間具有更小的影響。
一般來說，在掃描環(huán)中使用更多LED，LED壽命就更長。因此可調(diào)節(jié)所使用的LED的數(shù)目來支持所需要的產(chǎn)品使用時(shí)間。同樣，對(duì)于每個(gè)LED而言，脈沖持續(xù)時(shí)間非常短。一12.9％的占空比在一個(gè)120Hz的柱旋轉(zhuǎn)中，在(1/120)×.129＝1.1ms期間給出一脈沖。LED的典型的熱時(shí)間常數(shù)為約1.0ms。因此脈沖持續(xù)時(shí)間短到不會(huì)在脈沖時(shí)間間隔期間將結(jié)溫度驅(qū)動(dòng)到高于所允許的制造商的額定值。且由于每個(gè)1.1ms脈沖后接有約7.2ms的長斷開時(shí)間，所以在施加下一脈沖之前，有時(shí)間來冷卻結(jié)。
應(yīng)注意，一些LED制造商的數(shù)據(jù)表不將高脈沖作用規(guī)定為允許。然而，通常將這些LED數(shù)據(jù)表規(guī)格書建立成允許LED在失效前維持100k小時(shí)以上。對(duì)于投影儀(例如會(huì)議室商務(wù)投影儀或家用投影儀)而言，需要僅約20,000小時(shí)的照明源使用時(shí)間來維持投影儀的正常使用時(shí)間。LED的測試展示可在不燒壞的情況下將它們受脈沖作用得比制造商的數(shù)據(jù)表規(guī)定高得多。同樣，一些制造商給出曲線來展示使用時(shí)間如何隨著電流和占空比的級(jí)別而減少。
當(dāng)與FA相比時(shí)，可見對(duì)于所有LED，經(jīng)脈沖作用的功率更高。由于經(jīng)脈沖作用的電壓是LED開啟時(shí)所使用的，因此在時(shí)間中的任何點(diǎn)處，RA將更多流明提供到集成柱中。在表中的實(shí)例中，如下文將解釋的，對(duì)于相同的LED使用時(shí)間而言，RA提供1.7倍以上的流明。
受脈沖作用的LED降低了其效率(流明/瓦特輸出)。舉例來說，如表3中所示，在固定陣列方法中，對(duì)綠陣列中的所有綠色LED使用60％的占空比和.56W的脈沖功率可使效率降低.43。如表5中所示，在環(huán)陣列中使用12.9％的占空比與更高的峰值電流可使效率降低.30的因數(shù)(在表5中，對(duì)掃描環(huán)中的LED使用1.3W的脈沖功率)。雖然此為使用固定陣列概念或環(huán)陣列概念時(shí)的固有損耗，但對(duì)于環(huán)陣列概念而言，此損耗更為明顯。然而，盡管此損耗較明顯，但當(dāng)比較環(huán)陣列概念與固定陣列概念時(shí)，總屏幕流明增加展示環(huán)陣列的優(yōu)勢仍然非常明顯。
表5

表6和表7展示使用相同LED類型但具有更多LED且以陣列概念來使用它們的環(huán)陣列投影儀的屏幕流明性能?？梢?，屏幕流明增加為1.4倍(341流明對(duì)243流明)。隨著LED業(yè)界中開發(fā)出更亮的LED，此流明增加將不會(huì)減少。LED制造商作出的任何效率增益有助于固定陣列和環(huán)陣列系統(tǒng)兩者，但仍然實(shí)現(xiàn)RA優(yōu)于FA系統(tǒng)的凈流明增加因數(shù)。
在環(huán)陣列系統(tǒng)中，在到旋轉(zhuǎn)柱212的輸入端處，輪輻存在于環(huán)陣列中。柱212將每個(gè)輪輻看作兩種原色的混合。此系統(tǒng)可以類似于與使用弧光燈的基于色輪的系統(tǒng)一起使用的方式來利用輪輻光重獲。美國第6,324,006號(hào)專利中描述了一種此類系統(tǒng)，其以引用的方式并入本文中。因此，對(duì)于全白屏幕而言，在環(huán)陣列實(shí)施例的情況下，由于柱繞LED環(huán)陣列作完整的回轉(zhuǎn)，所以直接在旋轉(zhuǎn)柱下的LED區(qū)域被點(diǎn)亮100％的時(shí)間。
表6

表7

環(huán)陣列系統(tǒng)還允許通過將白色LED(未圖示)的部分放置在環(huán)陣列202中來使用白片段。盡管此對(duì)屏幕流明有益，然而，每個(gè)個(gè)別白色LED的效率應(yīng)大于紅、綠和藍(lán)LED的效率。否則，在陣列中僅使用紅、綠和藍(lán)LED會(huì)更簡單，因?yàn)楹苌儆谢驔]有屏幕流明增加是由于白色LED實(shí)現(xiàn)的。如果在環(huán)陣列中使用白色LED，那么可以與用于今天的投影儀(其基于色輪和弧光燈)的方式相同的方式來使用此白光，在這些系統(tǒng)中，透明部分放置在色輪中以形成白片段。
與固定陣列系統(tǒng)相比，除允許高得多的交流電之外，環(huán)陣列系統(tǒng)還可具有至少三個(gè)其它優(yōu)勢為優(yōu)越的流明性能作出貢獻(xiàn)?，F(xiàn)將描述這些優(yōu)勢。
為了相對(duì)于紅和藍(lán)流明來增加綠流明，環(huán)陣列可在不對(duì)每個(gè)綠色LED增加功率的情況下，增加綠環(huán)片段的大小。不管環(huán)中綠色LED的百分比如何，綠色LED的占空比保持與紅和藍(lán)LED的占空比相同。對(duì)于固定陣列，如果相對(duì)于紅和藍(lán)光需要更多的綠光，那么必須增加綠色LED占空比。結(jié)果在固定陣列系統(tǒng)中，綠色LED必須以高得多的平均功率來運(yùn)行，而紅和藍(lán)LED以較低的平均功率來運(yùn)行。這降低了綠色LED的壽命，或如果必須減少綠色LED的平均功率來維持使用時(shí)間，那么綠屏幕流明會(huì)減少。由于綠屏幕流明減少，所以紅和藍(lán)LED必須減弱以維持可接受的白色坐標(biāo)。因此，對(duì)于所有色彩，總流明減少。
對(duì)于色彩平衡而言，以紅和藍(lán)為代價(jià)來使綠流明增加到更多是重要的，因?yàn)榫G是LED技術(shù)障礙。環(huán)陣列概念實(shí)現(xiàn)這樣，同時(shí)使平均功率對(duì)于環(huán)陣列中的所有LED而言保持恒定。通過最大化所有LED的可能的峰值功率，且均衡所有LED的平均功率，來最大化到DMD的照明光。
與固定陣列系統(tǒng)不同，環(huán)陣列系統(tǒng)不具有如先前相對(duì)于圖3所述的彩色濾光片，所述彩色濾光片濾除重疊的LED光譜尾部。由于對(duì)于RA而言，不需要彩色濾光片，所以來自LED的光均不會(huì)由于其光譜內(nèi)容而被濾除。這消除了每個(gè)彩色濾光片的光透射損耗且還節(jié)約了投影儀的成本。出于分析的簡單性起見，在表的分析中不說明由于不具有來自彩色濾光片的透射損耗而引起的環(huán)陣列流明增加。
在此實(shí)例中，光學(xué)器件207以120Hz旋轉(zhuǎn)。使用此速率確保了在輪的旋轉(zhuǎn)期間，LED的以時(shí)間計(jì)的任何光變化均不會(huì)被人類察覺為閃爍。所有的閃爍分量會(huì)在人類的65-85Hz閃爍閾值(取決于屏幕流明和室內(nèi)背景光)之上。
在光學(xué)收集機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)期間，環(huán)陣列概念可具有照明光強(qiáng)度變化。隨著光學(xué)器件旋轉(zhuǎn)，收集到的光的量可在柱的每個(gè)角位置(非360度)發(fā)生變化。這些光變化可由若干因素引起。
·光學(xué)器件下方的LED數(shù)目隨著時(shí)間不完全恒定。光學(xué)器件下方平均可存在38.7個(gè)LED，但歸因于LED陣列關(guān)于旋轉(zhuǎn)柱的輸入端的機(jī)械公差，這可能會(huì)有幾個(gè)百分比的變化。如果通過旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件而收集其光的LED的數(shù)目發(fā)生變化，那么屏幕上的光將發(fā)生變化。
·歸因于LED制造期間LED中的變化，個(gè)別LED輸出端會(huì)發(fā)生變化。這可能導(dǎo)致屏幕上的光發(fā)生變化，因?yàn)樾D(zhuǎn)光學(xué)器件輸入光在旋轉(zhuǎn)柱的不同角位置處會(huì)發(fā)生變化。
·一些LED可能燒壞，這會(huì)導(dǎo)致屏幕上的光發(fā)生變化，因?yàn)樾D(zhuǎn)光學(xué)器件輸入光會(huì)在不同角位置處發(fā)生變化。
如早先所注意的，如果旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件207以120Hz自旋，那么不會(huì)發(fā)生歸因于這些光變化的閃爍。然而，由于在一幀期間在特定時(shí)間間隔期間應(yīng)用DMD位，所以特定位的開啟時(shí)間期間的任何光波動(dòng)均可能導(dǎo)致位加權(quán)誤差。當(dāng)使用環(huán)陣列概念時(shí)，這些位加權(quán)誤差可以至少兩種方式來固定。
第一種技術(shù)可稱為降時(shí)鐘法。在此方法中，傳感器230放置在集成柱212與中繼透鏡組216(圖6中未展示；光傳感器230展示于圖8的實(shí)施例中)之間的光路徑中。此傳感器230從LED陣列照明中感應(yīng)光強(qiáng)度中的任何誤差。如2003年6月10日申請(qǐng)的且以引用的方式并入本文中的共同未決專利申請(qǐng)序號(hào)10/458,045中所描述的，降時(shí)鐘法可用于在整個(gè)幀中進(jìn)行實(shí)時(shí)位加權(quán)誤差校正。如果一色彩期間的LED照明光下降，那么DMD上的電流位的開啟時(shí)間增加。同樣地，如果照明光增加，那么DMD上的電流位的開啟時(shí)間減少。
補(bǔ)償光波動(dòng)的另一種技術(shù)可稱為光調(diào)整法?？蓪?duì)有源LED的功率進(jìn)行實(shí)時(shí)功率調(diào)節(jié)，以使供應(yīng)到DMD的流明維持恒定。每個(gè)可尋址的LED的電流均可得到調(diào)節(jié)，以使得38.7個(gè)有源LED組共同向DMD 214提供恒定光。
調(diào)整有源LED組的光強(qiáng)度的替代方法是略微更改所述組中的選定部件的高頻占空比。舉例來說，如果所收集到的從矩形集成柱212中出來的流明上升5％，那么有效有源LED的數(shù)目可減少到38.7×0.95＝36.8個(gè)LED，直到光返回到正常水平。95％的占空比意味著在整個(gè)所述色彩的需校正的位的開啟時(shí)間中，LED始終以高頻波形(例如2MHz)開啟。此方法的優(yōu)勢在于，個(gè)別LED不需要電流控制來調(diào)整功率。在實(shí)踐中，由于這只是數(shù)字時(shí)序問題，所以僅僅更改一些LED的占空比可能更簡單。
雖然展示于優(yōu)選實(shí)施例中，但本發(fā)明涵蓋大量變化。舉例來說，可以簇的方式來電子地尋址LED，而不是個(gè)別地簡化電子器件?？赏ㄟ^修改(例如簡化)圖7的控制電子器件區(qū)塊224來實(shí)施此修改。
圖8展示替代實(shí)施例，其包括安裝到旋轉(zhuǎn)LED陣列的旋轉(zhuǎn)集成柱227。矩形集成柱212收集來自旋轉(zhuǎn)柱227的光。來自旋轉(zhuǎn)柱227的所述圓形光輸入到矩形柱212。接著，所述光集成為矩形區(qū)域，優(yōu)選具有與空間光調(diào)制器214相匹配的縱橫比(例如4∶3)。矩形柱212的輸出發(fā)送到照明中繼透鏡組216。到矩形柱212的輸入具有+/-45度光線角的可用光，且輸出也具有+/-45度光線角的可用光。因此，照明中繼透鏡216應(yīng)減少光角的分布，以便達(dá)到以f/2.4運(yùn)行的DMD 214的+/-12.5度。因此，柱227和212兩者以相同的f/數(shù)字運(yùn)行。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，如圖9、圖10和圖11中所示，旋轉(zhuǎn)集光光學(xué)器件可使用圓形彎曲柱或具有圓形LED光輸入端的光纖。如上文所述，在圓形旋轉(zhuǎn)柱227的輸出端處使用例如矩形集成柱的適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)機(jī)械裝置，從而將此轉(zhuǎn)變成矩形柱212的輸出端處所需要的矩形區(qū)域。
首先參看圖9和圖10，使用略微呈S形的集成柱240來代替圖8中的集成柱227。S形集成柱240避免了傾斜柱的橢圓形狀且提供圓形輸入端和輸出端。如同圖8的橢圓形柱227一樣，柱240可為實(shí)心的或中空的。實(shí)心柱可由玻璃、塑性或光纖材料制成。任何實(shí)心柱應(yīng)優(yōu)選使彎曲半徑保持足夠低，而不會(huì)破壞TIR(總的內(nèi)部反射)。
將多個(gè)LED晶片802集成到單個(gè)集成電路上也為圖12中所示的可選項(xiàng)。這允許在半導(dǎo)體晶片804上完成LED互連并降低成本。接著可使用封裝和微透鏡陣列(圖12中未展示；參見圖4中的元件206)來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的光收集。由于與陶瓷PCB上的獨(dú)立的裸LED晶片相比，集成IC上的LED可更緊密地組裝在一起(更高的LED填充因數(shù))，所以此方法提供更多LED來安裝在DMD etendu內(nèi)。為了形成環(huán)陣列，會(huì)需要這些集成LED陣列IC中的幾個(gè)，除非可在相同半導(dǎo)體襯底上形成不同波長的LED。
圖13展示圖7的實(shí)施例的光變化。圖13的實(shí)施例使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)折疊鏡252和256，且還使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)中繼透鏡254和258。如圖13中所示，所述組件由機(jī)械裝置260、262和264連接。與使用圓形輸入端的光學(xué)收集機(jī)械裝置不同，一矩形的光可照在LED陣列上，而不是一圓形的光。這樣的優(yōu)勢在于，矩形的光可直接反映到固定矩形集成柱的輸入端中。不存在由于所述圓的面積比柱輸入端矩形的面積小而引起的光損耗。從光束轉(zhuǎn)向鏡輸出端轉(zhuǎn)向的光束的輸出為非旋轉(zhuǎn)的矩形光。如早先關(guān)于圖7所描述，通過禁止LED的照亮矩形繞矩形軸線中心旋轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)此目的。當(dāng)所述矩形整體環(huán)繞LED環(huán)移動(dòng)時(shí)，所述矩形的邊總是與環(huán)中其它位置處的矩形平行。
圖14和15展示本發(fā)明的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，LED環(huán)202可位于旋轉(zhuǎn)輪上，以使得所有光學(xué)器件均為固定。在圖8中所示的環(huán)陣列裝置的情況下，由于被點(diǎn)亮的LED區(qū)域應(yīng)為一圓，所以存在潛在的流明損失。由于DMD為矩形，所以可開啟LED的更大區(qū)域且仍在DMD的etendu內(nèi)。上文的一些解決方案是針對(duì)LED的矩形照亮區(qū)域而提供。圖14和15中的解決方案也是為此而提供。
圖14和15中的LED環(huán)陣列輪輕易地解決了需要在LED陣列上照亮矩形區(qū)域的問題。此方法排除了例如橢圓形柱227的旋轉(zhuǎn)光學(xué)收集元件。利用此方法，進(jìn)入固定柱212的光可為矩形。這是因?yàn)榄h(huán)270中的LED可個(gè)別尋址，且矩形278可形成于LED環(huán)270內(nèi)，如圖13中所示。隨著LED輪272旋轉(zhuǎn)，矩形278的光一直進(jìn)入固定矩形集成柱212中，且所有其它LED關(guān)閉。應(yīng)注意，如果LED在環(huán)上的矩形圖案中被點(diǎn)亮，那么與圖7的環(huán)中所需要的那些LED相比，環(huán)陣列中需要更多的LED。這是因?yàn)榫匦问褂铆h(huán)上更大且非彎曲的區(qū)域。
在圖14中，電子器件的功率必須施加到旋轉(zhuǎn)LED環(huán)以對(duì)LED供電。這可借助例如用于電動(dòng)馬達(dá)中的接觸電刷的接觸電刷276來完成。在此實(shí)例中，展示了DC無電刷馬達(dá)204。通過使用鋁輪272和風(fēng)扇葉片/散熱片274，可使裝置冷卻。使對(duì)旋轉(zhuǎn)LED陣列供電的替代方法是使用基于液態(tài)汞的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。旋轉(zhuǎn)開關(guān)具有來自固定電源的功率和接地輸入；這兩個(gè)信號(hào)借助于汞而連接到LED陣列PWB，所述汞與密封開關(guān)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上的電刷表面連續(xù)接觸。當(dāng)與使用例如通常用于馬達(dá)中的那些電刷的電刷相比，汞開關(guān)可提供優(yōu)勢，例如減少的可聽到的噪聲。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括無需任何光學(xué)集成的可選項(xiàng)。舉例來說，在圖7中，可省去柱212。在此配置中，LED 202關(guān)于它們光學(xué)地反映在DMD 214上的空間位置上的何處而隨時(shí)間移動(dòng)。隨時(shí)間的此運(yùn)動(dòng)意味著如果一個(gè)LED比其它LED暗，那么由此LED照亮的DMD的暗部分稍后會(huì)使DMD的此部分還被另一綠色LED照亮。DMD的任何給定部分上的不同LED圖像的此恒定循環(huán)具有集成DMD上的每種色彩的光的效果。然而，應(yīng)謹(jǐn)慎使用此技術(shù)，因?yàn)闃O端條件(例如如果LED完全燒壞)可能在DMD上引起光均勻度假象，其不能通過此旋轉(zhuǎn)LED光集成來校正。在工程學(xué)上，當(dāng)與使用集成柱或其它光集成光學(xué)元件相比時(shí)，此方法并不健全。
如上文所述，DMD的周圍可包括光傳感器列，從而感應(yīng)由每個(gè)LED獲得的光輸出。所述傳感器可集成到DMD硅上或作為單獨(dú)的總成?？衫媒禃r(shí)鐘、PWM功率減少或在LED開啟時(shí)簡單地降低交流電電流電平，在強(qiáng)度方面降低過亮的LED。所有這些均具有在整個(gè)色彩時(shí)間中使屏幕保持均勻以使得施加到DMD的位不產(chǎn)生空間假象的凈影響。然而，此不對(duì)LED燒壞進(jìn)行校正，而僅對(duì)LED強(qiáng)度上的變化進(jìn)行校正。
本發(fā)明的前述實(shí)施例中的每一者均針對(duì)其中具有LED的紅、綠和藍(lán)(或它們的互補(bǔ)色)部分的LED陣列。然而，本發(fā)明存在其它變化，其不包括掃描環(huán)中的所有三種色彩的LED。舉例來說，可包括三個(gè)環(huán)或兩個(gè)環(huán)(一個(gè)具有兩種色彩且另一個(gè)具有單一色彩)。在其它實(shí)施例(其中需要三種以上色彩)中，可包括三個(gè)以上環(huán)。以下段落僅描述幾個(gè)實(shí)例。
在第一實(shí)例中，系統(tǒng)可包括三個(gè)掃描環(huán)。在特定實(shí)施例中，這些環(huán)可為紅、綠和藍(lán)。圖3說明一個(gè)此類系統(tǒng)，其中插入掃描環(huán)(例如，參見圖5和6中的元件200)來代替圖3中的固定陣列102、104和106。由于可以更高的電流脈沖開啟的所述LED，所以對(duì)于每種色彩，每個(gè)掃描環(huán)可比固定LED陣列發(fā)出更多光?；蛘?，可僅以掃描環(huán)代替固定陣列102、104和106中的一者或兩者。舉例來說，可存在一個(gè)固定陣列和兩個(gè)掃描環(huán)或兩個(gè)固定陣列和一個(gè)掃描環(huán)?？蓞⒖紙D3和申請(qǐng)案的其它部分的描述來理解此實(shí)施例。
在另一實(shí)例中，一掃描環(huán)用于綠，而單個(gè)掃描環(huán)用于紅和藍(lán)。由于綠色LED趨向于流明最缺乏，所以此實(shí)施例是有利的。在其它實(shí)施例中，可使用色彩的其它組合。還可參看圖3理解此實(shí)例，其中以僅具有綠色LED的掃描環(huán)來代替固定陣列104，且以具有紅和藍(lán)LED兩者的掃描環(huán)來代替固定陣列102或106。
圖16中說明另一實(shí)施例，圖16包括圖16a和16b。在此實(shí)例中，一個(gè)掃描環(huán)200為兩種色彩(例如綠和藍(lán))的分離器，且一個(gè)固定陣列透射剩余的色彩(例如紅)。舉例來說，所述光學(xué)器件類似于圖3和7中所描述的光學(xué)器件。舉例來說，濾光片109可反射紅光譜，而透射藍(lán)和綠光譜。圖16b展示時(shí)序的一個(gè)實(shí)例，其中每次僅透射一種色彩。在如果綠和藍(lán)LED已經(jīng)開啟，那么在綠和藍(lán)LED兩者反映到集成柱的時(shí)間期間，掃描環(huán)200完全關(guān)閉。此為掃描環(huán)的輪輻時(shí)間。在此輪輻時(shí)間期間，紅固定陣列開啟。因此，如圖16b中所示，DMD總是看見紅、綠或藍(lán)光，且類似圖7中所示的單個(gè)掃描環(huán)的情況那樣不會(huì)出現(xiàn)混合色彩時(shí)間。
所有這些選擇的優(yōu)勢在于，在掃描環(huán)的機(jī)械輪輻反映到集成柱的時(shí)間期間，掃描環(huán)中的LED可關(guān)閉，直到所述輪輻通過為止。這意味著紅、綠和藍(lán)色可更亮。這是因?yàn)槿缇哂袉蝹€(gè)掃描環(huán)的圖7中所使用的輪輻光僅用于增加黃、青、品紅、灰和白流明，但輪輻光不能用于增加紅、綠或藍(lán)流明。因此，單個(gè)掃描環(huán)系統(tǒng)中的輪輻導(dǎo)致投影儀中紅、綠和藍(lán)相對(duì)于次級(jí)色彩、灰和白更暗。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明和其優(yōu)勢，但應(yīng)了解，可在不脫離由附加權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范疇的情況下，對(duì)本發(fā)明作出各種改變、取代和更改。此外，本申請(qǐng)案的范疇并非用來限定于說明書中所描述的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，其包含一襯底；復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)光二極管(LEDs)，其耦合到所述襯底；一光學(xué)元件，其位于所述LEDs中的至少一者的鄰近處，其中所述光學(xué)元件和所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LEDs中的不同者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包含復(fù)數(shù)個(gè)紅色LEDs、復(fù)數(shù)個(gè)藍(lán)色LEDs和復(fù)數(shù)個(gè)綠色LEDs。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述LEDs中的至少一半包含綠色LEDs。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含一馬達(dá)，所述馬達(dá)耦合到所述光學(xué)元件，以使得所述光學(xué)元件相對(duì)于所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包含安裝在所述襯底上的一圓形配置中的LEDs。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述襯底包含一覆蓋在一散熱器上的LED互連層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包含復(fù)數(shù)個(gè)LED晶片，且其中所述裝置進(jìn)一步包含一覆蓋在所述復(fù)數(shù)個(gè)裸LED晶片上的微透鏡陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)元件包含一第一透鏡，且其中所述裝置進(jìn)一步包含一第一鏡、一第二鏡和一第二透鏡，其中來自鄰近所述光學(xué)元件的一LED的光被引導(dǎo)穿過所述第一透鏡朝向所述第一鏡和所述第二鏡，并從所述第一鏡和所述第二鏡反射，且接著穿過所述第二透鏡。
9.一種顯示裝置，其包含復(fù)數(shù)個(gè)LEDs，其沿著一襯底的一周邊而安裝；一微透鏡陣列，其覆蓋在所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs上；一馬達(dá)，其與所述襯底的一中心點(diǎn)基本對(duì)準(zhǔn)而定位；和一光學(xué)收集屏蔽體，其耦合到所述馬達(dá)，從而相對(duì)于所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs而旋轉(zhuǎn)所述微透鏡陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其進(jìn)一步包含一附接到所述襯底的散熱器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包含復(fù)數(shù)個(gè)紅色LEDs、復(fù)數(shù)個(gè)藍(lán)色LEDs和復(fù)數(shù)個(gè)綠色LEDs。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述LEDs中的至少一半包含綠色LEDs。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs安裝在所述襯底上的一圓形配置中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其進(jìn)一步包含一集成柱，所述集成柱經(jīng)定位以接收來自所述光學(xué)收集屏蔽體的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述光學(xué)收集屏蔽體包括一主體、一第一鏡、一第二鏡和一透鏡。
16.一種顯示系統(tǒng)，其包含復(fù)數(shù)個(gè)LEDs；一光學(xué)元件，其經(jīng)定位以接收來自所述LEDs中的至少一者的光，所述光學(xué)元件和所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LEDs中的不同者；一集成柱，其經(jīng)定位以接收來自所述光學(xué)元件的光；一中繼透鏡，其經(jīng)定位以接收來自所述集成柱的光；一空間光調(diào)制器，其經(jīng)定位以接收來自所述中繼透鏡的光；和一投影透鏡，其經(jīng)定位以接收來自所述空間光調(diào)制器的光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述空間光調(diào)制器包含一數(shù)字微鏡器件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含控制電子器件，所述控制電子器件耦合到所述空間光調(diào)制器以控制所述空間光調(diào)制器內(nèi)的像素元件的狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含一光傳感器，所述光傳感器位于所述集成柱與所述投影透鏡之間的一光路徑中，所述光傳感器包括一耦合到所述控制電子器件的輸出端。
20.一種使用復(fù)數(shù)個(gè)LED和一光學(xué)元件來顯示視頻信號(hào)的方法，所述方法包含按順序開啟所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs中的各者；通過移動(dòng)所述復(fù)數(shù)個(gè)LED中的至少一者或一光學(xué)元件以使得所述光學(xué)元件鄰近所述開啟的所述LEDs中的各者，來自開啟的LEDs的光被引導(dǎo)到所述光學(xué)元件；將來自所述光學(xué)元件的所述光導(dǎo)向一空間光調(diào)制器；和引導(dǎo)來自所述空間光調(diào)制器的一調(diào)制樣式的所述光。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中以一方式按順序開啟所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs中的所述各者，使得在一循環(huán)時(shí)間期間，所述LEDs中的每一者開啟一次，且沒有LED開啟長于所述循環(huán)時(shí)間的約15％。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中每個(gè)循環(huán)時(shí)間具有一1/120秒的持續(xù)時(shí)間。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包含復(fù)數(shù)個(gè)紅色LEDs、復(fù)數(shù)個(gè)藍(lán)色LEDs和復(fù)數(shù)個(gè)綠色LEDs。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包含測量從所述開啟的LEDs傳輸?shù)墓獾囊粡?qiáng)度；和基于所述所測量的強(qiáng)度來控制所述空間光調(diào)制器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中控制所述空間光調(diào)制器包含調(diào)節(jié)一提供到所述空間光調(diào)制器的時(shí)鐘信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包含測量從所述開啟的LEDs傳輸?shù)墓獾囊粡?qiáng)度；和基于所述所測量的強(qiáng)度來控制一提供到所述復(fù)數(shù)個(gè)LEDs的功率電平。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包含測量從所述開啟的LED傳輸?shù)墓獾囊粡?qiáng)度；和基于所述所測量的強(qiáng)度來更改所述LED中的至少選定者的一占空比。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述空間光調(diào)制器包含一數(shù)字微鏡器件。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光學(xué)元件包含一集成柱。
30.一種顯示系統(tǒng)，其包含一第一復(fù)數(shù)個(gè)LEDs，其排列成一環(huán)；一光學(xué)元件，其經(jīng)定位以接收來自所述LEDs中的至少一者的光，所述光學(xué)元件和所述第一復(fù)數(shù)個(gè)LEDs可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LEDs的不同者；一第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs；一光學(xué)集成器，其經(jīng)定位以接收來自所述光學(xué)元件和所述第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs的光；一中繼透鏡，其經(jīng)定位以接收來自所述光學(xué)集成器的光；和一空間光調(diào)制器，其經(jīng)定位以接收來自所述中繼透鏡的光。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs排列成一環(huán)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含一第二光學(xué)元件，其經(jīng)定位以接收來自所述第二復(fù)數(shù)個(gè)所述LEDs中的至少一者的光，所述第二光學(xué)元件和所述第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述第二光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LEDs中的不同者。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述第一復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包括一第一色彩的LEDs和一第二色彩的LEDs，且所述第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包括具有一第三色彩的LEDs。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含一第三復(fù)數(shù)個(gè)LEDs，其排列成一環(huán)；和一第三光學(xué)元件，其經(jīng)定位以接收來自所述第三復(fù)數(shù)個(gè)所述LEDs中的至少一者的光，所述第三光學(xué)元件和所述第三復(fù)數(shù)個(gè)LEDs可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述第三光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LEDs中的不同者，其中所述光學(xué)集成器經(jīng)定位以接收來自所述第三光學(xué)元件的光。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述第一復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包括一第一色彩的LEDs；所述第二復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包括一第二色彩的LEDs；且所述第三復(fù)數(shù)個(gè)LEDs包括一第三色彩的LEDs。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含一投影透鏡，所述投影透鏡經(jīng)定位以接收來自所述空間光調(diào)制器的光。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述空間光調(diào)制器包含一數(shù)字微鏡器件。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含控制電子器件，所述控制電子器件耦合到所述空間光調(diào)制器以控制所述空間光調(diào)制器內(nèi)的像素元件的狀態(tài)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含一光傳感器，所述光傳感器位于所述光學(xué)集成器與所述投影透鏡之間的一光路徑中，所述光傳感器包括一耦合到所述控制電子器件的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種顯示裝置(200)，其包括一襯底(218)和耦合到所述襯底的若干發(fā)光二極管LED(202)。例如一屏蔽體或一集成柱的一光學(xué)元件(215，216，217)位于所述LED中的至少一者的鄰近處。在操作中，所述光學(xué)元件和所述LED可相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使得所述光學(xué)元件在不同時(shí)間鄰近所述LED中的不同者。
文檔編號(hào)G03B21/20GK1890704SQ200480036356
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者丹尼爾·J·摩根 申請(qǐng)人:德州儀器公司