專利名稱：用于具有單色光源的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的光引擎，系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及幀序列彩色投影顯示器，更精確地涉及使用多組諸如發(fā)光二極管(LEDs)的單色光源的顯示器。
幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的特點(diǎn)在于具有單獨(dú)的電-光調(diào)制裝置，例如液晶顯示器(LCD)或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)，它通過(guò)以很快的幀速順序處理顯示信號(hào)的基色子幀，來(lái)產(chǎn)生全色彩顯示，所以，觀測(cè)者結(jié)合基色子幀成為全色彩圖像。
幀序列彩色投影顯示器的優(yōu)點(diǎn)包含比多面板加色的色彩系統(tǒng)更低的消耗，和比單面板空間濾光器色彩系統(tǒng)更高的分辨率。但是，現(xiàn)有系統(tǒng)使用移動(dòng)部件，例如，利用顯示的對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行同步的顏色輪盤(pán)，來(lái)從寬帶光源產(chǎn)生對(duì)基色子幀的單色照射。
如果使用了單色光源，色彩照明的同步能夠由電子開(kāi)關(guān)而不是機(jī)械裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，照明功率效率可以被提高，因?yàn)楣庠丛跊](méi)有彩色幀的時(shí)候能夠被關(guān)閉。
美國(guó)專利6,224,216公開(kāi)了一種使用單色光源的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)。來(lái)自發(fā)光二極管(LED)陣列的紅、綠、藍(lán)色光被多束光纖收集、組合并且導(dǎo)向到單個(gè)光集成器，然后送給顯示器裝置來(lái)產(chǎn)生幀序列彩色顯示。在替代實(shí)施例中，三個(gè)分離的光纖束將紅、綠、藍(lán)光導(dǎo)向到三個(gè)分離的顯示器裝置。由該三個(gè)顯示器調(diào)制后的光隨后由分光合色棱鏡(X-Cube)進(jìn)行合成。
盡管使用單色光源來(lái)照射沒(méi)有移動(dòng)部件的幀序列彩色投影顯示器的一般性概念是眾所周知的，但是使用光纖束作為收集、組合和中繼光源的裝置將導(dǎo)致龐大的配置，其難以處理并且制造代價(jià)昂貴。
依照本發(fā)明，幀序列彩色投影顯示器使用小型光引擎，它具有小型的光輸入模塊，以便將來(lái)自多組單色光源諸如LED的光輸入到色彩組合和光集成部件。
每一個(gè)光輸入模塊包含小型的光收集工具，例如與單獨(dú)的LED芯片相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)的反射器的陣列，并且包含用于將光耦合到色彩組合部件的、單獨(dú)的光耦合部件。色彩組合部件將光傳送到光集成器，光集成器對(duì)來(lái)自輸入模塊的組合后的光進(jìn)行集成。光集成器可以是任何已知類型，例如透鏡陣列、雙凸透鏡陣列或者特殊構(gòu)造的透鏡，其中輸入和輸出平面分別近似定位在鏡頭的焦平面。這個(gè)構(gòu)造對(duì)輸入源諸如陣列特別有效。光集成器還可以是在待決的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.10/161,798(代理人摘要號(hào)PHUS 020,170)中所描述的類型的均勻化光導(dǎo)向裝置，該申請(qǐng)于2002年6月4日提交，并且與本申請(qǐng)歸屬相同的受讓人。
單個(gè)的單色光源組的光學(xué)排列方式和電子控制方式允許每個(gè)光源組在任何時(shí)候以所需的任意設(shè)定的持續(xù)時(shí)間來(lái)照射成像設(shè)置，使得它們能夠按時(shí)間順序切換并且與該設(shè)備的掃描同步。因此，實(shí)現(xiàn)了一種不使用移動(dòng)部件的高功率效率的幀序列彩色顯示器，并且其具有節(jié)省空間的易于制造的構(gòu)造。而且，這樣的幀序列彩色投影顯示器能夠很容易地合并多于三個(gè)基色來(lái)實(shí)現(xiàn)寬的色域。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“單色”包含真單色光源和具有相當(dāng)小的FWHM(半最大值全寬度)，優(yōu)選為15到40nm或者更小的光源。FWHM被定義為在光源發(fā)射的中心波長(zhǎng)的最大強(qiáng)度值的一半高度處，所發(fā)生波長(zhǎng)波峰的寬度。并且，術(shù)語(yǔ)“單色”包含兩個(gè)或者更多的具有相同感知色彩但它們的峰值波長(zhǎng)稍有區(qū)別的光源，例如，發(fā)射藍(lán)色的LED具有455nm和470nm的峰值波長(zhǎng)。從商業(yè)角度來(lái)說(shuō)，滿足這些條件的LED很容易得到。
并且，術(shù)語(yǔ)“單色”包含與一個(gè)或多個(gè)發(fā)光熒光體組合的LED光源，目的是增強(qiáng)或移動(dòng)該LED光源的光輸出。典型的，以LED的光輸出激發(fā)在LED外側(cè)的涂層形式的熒光層，以便發(fā)射相似的或不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一個(gè)用于幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的光引擎，其包含至少兩個(gè)光輸入模塊(該模塊具有不同色彩的單色光源)，用于將不同色彩組合到一個(gè)光束的色彩組合器、用于集成來(lái)自色彩組合器的光束的光集成器。除了具有一組單色光源，每個(gè)模塊還擁有光收集裝置來(lái)從該組光源收集光，和光耦合部件用于將收集的光耦合到色彩組合器中。優(yōu)選的，所述單色光源為L(zhǎng)ED芯片組，而光收集裝置為反射器陣列，每一個(gè)反射器與一個(gè)LED芯片相關(guān)聯(lián)，或者與一組多于一個(gè)的緊密封裝的LED芯片相關(guān)聯(lián)。
依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，光引擎包含三個(gè)光輸入模塊，每一個(gè)用于一個(gè)基色紅、綠、藍(lán)，并且色彩組合器是包含兩個(gè)內(nèi)部交叉的二向色濾光片的分光合色棱鏡。二向色濾光片被設(shè)置來(lái)將源色彩的光傳送到均勻化光導(dǎo)向裝置。
光收集裝置優(yōu)選為一個(gè)或者多個(gè)反射部件，但可以選擇為折射的，例如一個(gè)或者多個(gè)透鏡部件。
光耦合單元優(yōu)選為在2002年6月4日提交的，并且與本申請(qǐng)歸屬于同一個(gè)受讓人的待決的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.10/161,798(代理人摘要號(hào)PHUS 020,170)中所描述類型的光導(dǎo)向裝置。依照本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，光引擎擁有多于三個(gè)，例如5個(gè)，光輸入模塊，以便擴(kuò)寬顯示器的色域。在這個(gè)實(shí)施例中，光輸入模塊被定位在包含被延長(zhǎng)的光導(dǎo)向部件的色彩組合器的側(cè)面和末端面上。色彩組合器具有一系列沿著其長(zhǎng)度分布的內(nèi)部二向色濾光片，其用于接收來(lái)自光發(fā)生模塊的光，并且指導(dǎo)光沿著色彩組合器的長(zhǎng)度到達(dá)均勻化光導(dǎo)向裝置。
依照本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種包含在這里描述的本發(fā)明的光引擎的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)；用于調(diào)制來(lái)自光引擎的光的成像設(shè)備；用來(lái)將來(lái)自光引擎的光中繼到成像設(shè)備的中繼光學(xué)部件；投影光學(xué)組件，用于將調(diào)制之后的光投影到顯示器屏幕；驅(qū)動(dòng)電子器件，用來(lái)驅(qū)動(dòng)光引擎；和控制電子器件，用于輸入顯示信號(hào)和提供圖像掃描信號(hào)給成像設(shè)備，并且用于提供給驅(qū)動(dòng)電子裝置的同步信號(hào)。
優(yōu)選地，成像設(shè)備是非發(fā)射微成像設(shè)備，例如硅基反射液晶(LCOS)或者數(shù)字光處理器(DLP)。這種投影顯示器系統(tǒng)在商業(yè)和客戶應(yīng)用中十分有用，用來(lái)將數(shù)字和模擬顯示信號(hào)轉(zhuǎn)換為全色彩圖形和靜止圖像顯示以及全移動(dòng)視頻和電影。
依照本發(fā)明的另外一個(gè)方面，依照本發(fā)明的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)使用一種驅(qū)動(dòng)方法，在其中LED芯片組由脈沖電流驅(qū)動(dòng)，脈沖電流包含至少5倍于額定最大DC驅(qū)動(dòng)電流的峰值。
在附圖中

圖1是描繪使用單色光源的現(xiàn)有技術(shù)的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的示意圖。
圖2是示出了本發(fā)明的一種三色光引擎實(shí)施例的示意圖，其適合用在圖1所示類型的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)中；圖3是示出了本發(fā)明的一種五色光引擎實(shí)施例的示意圖，其適合用在圖1所示類型的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)中；并且圖4A到圖4D是使用在圖3所示的光引擎中的二向色濾光片的反射率(R)針對(duì)波長(zhǎng)(λ)的曲線圖。
圖1是示出了一種基于現(xiàn)有技術(shù)的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)10的圖，它使用光引擎11來(lái)產(chǎn)生不同色彩的光以生成彩色顯示。光引擎11包含由不同色彩的多組單色光源1，2，3，...，i組成的光源12，和光收集和色彩組合光學(xué)部件13。每一組單色光源可以包含多于一個(gè)相同色彩的發(fā)光單元，并且由驅(qū)動(dòng)電子裝置17驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電子裝置17將在與來(lái)自控制電子裝置18的幀同步信號(hào)21進(jìn)行同步的給定時(shí)間開(kāi)啟一組或多組光源達(dá)定義的持續(xù)時(shí)間。
來(lái)自光收集和色彩組合光學(xué)部件13的光被通過(guò)中繼光學(xué)部件14傳送到成像設(shè)備15。成像設(shè)備15通過(guò)來(lái)自控制電子裝置18的圖像掃描信號(hào)20對(duì)傳輸來(lái)的光進(jìn)行調(diào)制?？刂齐娮友b置18從輸入視頻信號(hào)19提取圖像掃描信號(hào)20和幀同步信號(hào)21。由成像設(shè)備15調(diào)制的光被投影光學(xué)部件16投影到顯示屏幕上(沒(méi)有顯示)。
圖2示出了本發(fā)明的三色光引擎22的一個(gè)實(shí)施例，其適合使用在幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)中，例如圖1中所示系統(tǒng)10中。光引擎22包含三個(gè)光輸入模塊23，24，25，每一個(gè)用于三基色紅、藍(lán)、綠之一，色彩組合部件35和均勻化光導(dǎo)向裝置38。每一個(gè)光輸入模塊包含LED芯片形式的一組單色光源(26，27，28)，單個(gè)反射器的陣列形式(29，30，31)的光收集光學(xué)部件，和光耦合組件(32，33，34)。
陣列(29，30，31)的大小由系統(tǒng)參數(shù)所決定，例如成像設(shè)備15的緯度，投影光學(xué)部件16的孔徑等。
每一個(gè)反射器與一個(gè)LED芯片相關(guān)聯(lián)。這個(gè)布局的優(yōu)點(diǎn)是減小熱耗散。隨著改進(jìn)散熱的LED芯片的開(kāi)發(fā)，將允許LED芯片被封裝的更加緊密，或甚至一個(gè)大的LED芯片與光學(xué)系統(tǒng)的展度(etendue)相匹配，從而允許更少數(shù)目的甚至單個(gè)的光收集裝置，優(yōu)點(diǎn)是裝配復(fù)雜度降低。
光耦合組件(32，33，34)將收集到的光耦合到分光合色棱鏡形式的色彩組合裝置35，這是一個(gè)商業(yè)上可以買到的產(chǎn)品，它使用交叉的二向色濾光片使得所選色彩的光從它的輸入面?zhèn)鞑サ蕉x的輸出面，而不影響從其他輸入面到輸出面的不同顏色光的傳播。
在圖2中，分光合色棱鏡35有輸入面35a，35b，35c和輸出面35d，并且有兩個(gè)分別具有透射表面36a，37a和反射表面36b，37b的內(nèi)部二向色濾光片36和37。在使用中，來(lái)自色彩輸入模塊23的紅光(由箭頭R指示)照射二向色濾光片36的反射面36b，被反射到箭頭G的方向，而來(lái)自色彩輸入模塊24的綠光(由箭頭G指示)照射到二向色濾光片36和37的透射面36a、37a，被按照箭頭G的方向傳輸，來(lái)自色色彩輸入模塊25的藍(lán)光(由箭頭B指示)被二向色濾光片37的反射面37b反射到箭頭G所示方向。紅，綠，藍(lán)光以具有分光合色棱鏡橫截面的光束形式，在箭頭G的方向傳播通過(guò)分光合色棱鏡35的輸出面35d，并且進(jìn)入到均勻化光導(dǎo)向裝置38的輸入面38a，其對(duì)整個(gè)光束橫截面的光強(qiáng)度進(jìn)行平均并且不改變光束的橫截面和角度大小。均勻化之后的輸出光束經(jīng)由輸出面38b離開(kāi)光引擎22。
R，G和B彩色LED的中心波長(zhǎng)例如為625+/-15nm(紅)，530+/-15nm(綠)，455+/-15nm(藍(lán))。依照在分光合色棱鏡周圍彩色LED模塊的布局，可以使用不同的濾光器組合。對(duì)于在圖2中所示的布局，濾光器36反射紅光，通過(guò)綠光和藍(lán)光，截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)約在590+/-15nm，濾光器37反射藍(lán)光，通過(guò)綠光和紅光，截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)約在500+/-15nm。
在圖2中，光收集光學(xué)部件被描述為反射光學(xué)部件。但是，它也可以是折射光學(xué)部件，例如透鏡或菲涅耳透鏡，或者反射和折射光學(xué)部件的組合。
由于分光合色棱鏡只有三個(gè)入口，它不能夠組合多于三個(gè)不同顏色的光。依照本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，級(jí)聯(lián)的二向色濾光片可以被用于光引擎中來(lái)組合多于三種色彩的光。這樣的布局將能夠再現(xiàn)較使用傳統(tǒng)紅綠藍(lán)基色可以再現(xiàn)的更寬的色域。這個(gè)目標(biāo)由色彩在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的窄帶單色光源，例如LED，的可用性而容易地得到支持。
如圖3所示，這樣的光引擎40的實(shí)施例包含5個(gè)光輸入模塊(41，42，43，44，45)，每一個(gè)擁有一組單色光源(46，47，48，49，50)，反射器(51，52，53，54，55)的陣列，和光耦合部件(56，57，58，59，60)。輸入模塊41設(shè)置在色彩組合部件61的入口面61a，其余的沿著色彩組合部件61的反向輸入面61b，61c分布。
色彩組合部件61包含4個(gè)內(nèi)部二向色濾光片62，63，64，65，每一個(gè)擁有第一透射面(62a，63a，64a，65a)，和第二反射面(62b，63b，64b，65b)。每一個(gè)濾光器被定位為它的反射面面對(duì)光輸入模塊41，42，43，44，45中的一個(gè)，并且被設(shè)置為一個(gè)角度，以便反射來(lái)自所面對(duì)的模塊的光沿著傳播方向P到均勻化光導(dǎo)向裝置66。所述濾光器被設(shè)計(jì)具有反射和透射特性，使得第一二向色濾光片62投射來(lái)自模塊41的光，也反射來(lái)自第二模塊42的光；第二二向色濾光片63反射來(lái)自第三模塊43的光，也投射來(lái)自第一和第二模塊41，42的光；依此類推。這樣，每一個(gè)二向色濾光片對(duì)于鄰近色彩輸入模塊是反射的，但對(duì)于所有先前的色彩是透射的。
來(lái)自色彩組合器61的輸出光束通過(guò)輸出面61b經(jīng)由輸入面66a進(jìn)入到均勻化光導(dǎo)向裝置66，在這里其在經(jīng)由輸出面66b離開(kāi)光引擎40之前被均勻化。
二向色濾光片可以是任意已知類型，例如介質(zhì)薄膜堆疊或者全息濾光器。濾光器可以是陷波(頻帶)濾光器，它投射和/或反射限定帶寬的波長(zhǎng)?；蛘撸部梢允褂眠吘墳V光器，它投射和/或反射特定波長(zhǎng)和其以上的光，如果單色光源組按照它們的中心波長(zhǎng)順序排列的話。在這個(gè)情況下，優(yōu)選地，第一輸入模塊41擁有最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光輸出，并且其余模塊42，43，44，45擁有遞減波長(zhǎng)的輸出。在這樣的布局，二色光帶濾光器62，63，64，65的反射帶，被表示為反射率相對(duì)波長(zhǎng)，以圖形的形式分別顯示在圖4A，4B，4C，4D中。或者，可以使用擁有相同的遞減波長(zhǎng)的邊緣濾光器作為頻帶濾光器。
這樣的五色系統(tǒng)的典型色彩和中心波長(zhǎng)為；藍(lán)(455+/-15nm)，青(495+/-15nm)，綠(530+/-15nm)，黃(590+/-15nm)和紅(625+/-15nm)。每一個(gè)色彩擁有大約20nm的帶寬(FWHM)?？梢允篂V光器與這些中心波長(zhǎng)和帶寬值匹配。截?cái)酁V光器的典型的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)為兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)的中間。例如，反射青色(495nm)并且透射藍(lán)色(455nm)的濾光器具有在475+/-5nm附近的截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)。
在幀序列彩色顯示器中，一個(gè)特定顏色只是在圖像幀的一部分內(nèi)被顯示(一般來(lái)說(shuō)，小于圖像幀時(shí)間的1/n，其中n是基色的數(shù)目)，有可能以比額定最大DC驅(qū)動(dòng)電流高很多的電流脈沖驅(qū)動(dòng)LED。這是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼘?dǎo)致相當(dāng)高的瞬時(shí)光輸出。例如，我們論證過(guò)Luxeon綠色LED可以被7倍于額定最大DC電流的電流在1/5占空因數(shù)下驅(qū)動(dòng)，以便發(fā)出4倍于在額定最大DC電流下得到的瞬時(shí)光輸出的輸出。
由于芯片的發(fā)熱主要由驅(qū)動(dòng)功率的RMS值決定，所以允許以相當(dāng)高的電流(5-7倍最大DC)在短時(shí)間內(nèi)來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，以得到更高的瞬時(shí)輸出，而不損壞LED或者減少它的壽命。因此，優(yōu)選是由高脈沖電流驅(qū)動(dòng)所有的LED。
另外一個(gè)增加亮度的方法是采用多個(gè)顏色稍微不同的LED源。如在由Pashley和Marshall(已轉(zhuǎn)讓給本受讓人)在已公布專利申請(qǐng)WO01/43113中公開(kāi)的，不同色彩可以組合成為一個(gè)單獨(dú)的光束，該光束具有增加的流明輸出并且沒(méi)有或很少增加展度(etendue)。例如商業(yè)上可以得到的具有峰值波長(zhǎng)455nm和470nm的藍(lán)色LED可以組合以獲得藍(lán)色通道的效果，具有峰值波長(zhǎng)525nm和560nm的綠色LED可以組合以獲得綠色通道的效果，并且具有峰值波長(zhǎng)617nm和625nm的紅色LED可以組合以獲得紅色通道的效果。
另一個(gè)方面，商業(yè)用的LED產(chǎn)品具有標(biāo)稱色彩的峰值波長(zhǎng)的特定分布，這個(gè)分布典型的按照30nm的次序。LED生產(chǎn)商可以將它們基于峰值波長(zhǎng)分布劃分到不同的接收器中。如果需要的話，可以基于所需波長(zhǎng)差別定制LED，并且使用它們形成更亮的光束。
使用多個(gè)峰值波長(zhǎng)稍有不同的LED光源的技術(shù)可以被用于所有的色彩，以得到整體或者一些色彩亮度的增加，例如獲得色彩的平衡。例如，如果綠色LED亮度有限，兩個(gè)具有不同光譜的綠色LED可以由光學(xué)濾光器組合來(lái)產(chǎn)生更高流明輸出的有效的綠色光源(并且因而達(dá)到整體的白光平衡流明)；也就是，使用光譜在波長(zhǎng)上不同的標(biāo)稱系統(tǒng)綠色基色和一個(gè)全息濾光器或者二向色濾光片來(lái)光學(xué)組合光束?？蛇x擇地，可以降低紅色和藍(lán)色LED的全部流明輸出來(lái)獲得正確的白點(diǎn)。
由于色彩LED的輸出強(qiáng)度可能與所需色溫的要求不匹配，有時(shí)需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)色彩組比其它色彩組更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，特殊色彩組可以被顯示比圖像幀時(shí)間的1/n更長(zhǎng)的時(shí)間。
可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)獲得機(jī)械系統(tǒng)(例如彩色輪盤(pán)系統(tǒng))中很難得到的多種效果。例如，顯示器的色溫可以通過(guò)改變對(duì)一個(gè)或更多色彩的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度或者脈沖高度而被容易地調(diào)節(jié)。例如，為了得到更高的色溫，紅色LED組的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度可以被縮短；為了得到較低的色溫，藍(lán)色LED組的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度可以被縮短。
本發(fā)明以有限的實(shí)施例進(jìn)行了必要地描述。但是，其他實(shí)施例和實(shí)施例的變種對(duì)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，并且意圖將這些包含在后附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的光引擎(40)包含至少兩個(gè)光輸入模塊(41，42)，每個(gè)模塊包含單色光源組(46，47)；用于收集來(lái)自光源組(41，42)的光的光收集裝置(51，52)的陣列；和光耦合部件(56，57)；色彩組合器(61)，包含輸入面61a、61b、61c和輸出面61d，并且包含至少一個(gè)具有透射面(62a)和反射面(62b)的二向色濾光片(62)；和光集成部件(66)，用于集成來(lái)自色彩組合器(61)的光，光集成部件(66)擁有輸入面66a與色彩組合器(61)的輸出面61d相耦合，和用于輸出集成后光的輸出面66b。
2.如權(quán)利要求1中所述的光引擎(22)，其中；擁有三個(gè)光輸入模塊(23，24，25)，和色彩組合器，包含具有兩個(gè)相交的二向色濾光片(36，37)的分光合色棱鏡(35)。
3.如權(quán)利要求1中所述的光引擎(40)，其中的光收集裝置(51，52)包含反射器。
4.如權(quán)利要求1中所述的光引擎(40)，其中至少一組單色光源(46)包含LED芯片陣列(46a，46b，46c)，至少一個(gè)光收集裝置(51)包含與LED芯片組(46a，46b，46c)相關(guān)聯(lián)的反射器(51a，51b，51c)陣列。
5.如權(quán)利要求1中所述的光引擎(40)，其中具有第一，第二，第三，第四和第五光輸入模塊(41，42，43，44，45)；色彩組合器(61)包括第一，第二，第三，第四二向色濾光片(62，63，64，65)，每一個(gè)濾光器具有透射面(62a，63a，64a，65a)和反射面(62b，63b，64b，65b)，第一輸入模塊(41)定位在色彩組合器(61)的第一輸入面(61a)上，第二和第四輸入模塊(42，44)定位在色彩組合器(61)的第二輸入面(61b)上，第三和第五輸入模塊(43，45)定位在色彩組合器的第三輸入面(61c)上；并且所述二向色濾光片被設(shè)置為與第二和第三輸入面(61b，61c)成一定角度并且具有面向輸入模塊的反射面，面向第二輸入模塊(42)的第一二向色濾光片(62)的反射面(62b)，面向第三輸入模塊(43)的第二二向色濾光片的反射面(63b)，面向第四輸入模塊(44)的第三二向色濾光片的反射面(64b)，面向第五輸入模塊(45)的第四二向色濾光片的反射面(65b)。
6.如權(quán)利要求5中所述的光引擎(40)，其中第一，第二，第三，第四和第五單色光源組(46，47，48，49，50)發(fā)出的光的中心波長(zhǎng)分別為；藍(lán)(455+/-15nm)，青(495+/-15nm)，綠(530+/-15nm)，黃(590+/-15nm)和紅(625+/-15nm)，每一組具有約為15到40nm的發(fā)射帶寬(FWHM)。
7.如權(quán)利要求1中所述的光引擎，其中至少一組單色光源包含具有不同峰值波長(zhǎng)的LED。
8.如權(quán)利要求1中所述的光引擎，其中光集成部件是均勻化光導(dǎo)向裝置(66)。
9.如權(quán)利要求4中所述的光引擎，其中LED芯片與包含至少一個(gè)發(fā)光熒光體的層組合。
10.一種幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，包含用于提供至少兩種不同顏色的單色光的光引擎(11)；用于調(diào)制來(lái)自光引擎的光的成像設(shè)備(15)；用于將來(lái)自光引擎(11)的光中繼到成像設(shè)備(15)的中繼光學(xué)部件(14)；投影光學(xué)部件(16)，用于將調(diào)制過(guò)的光投影到顯示屏；驅(qū)動(dòng)電子裝置(17)，用于驅(qū)動(dòng)光引擎；和控制電子裝置(18)，用于輸入顯示信號(hào)(19)并且將圖像掃描信號(hào)(20)提供給成像設(shè)備(15)和將同步信號(hào)(21)提供給驅(qū)動(dòng)電子裝置(17)；特點(diǎn)在于光引擎包含至少兩個(gè)光輸入模塊(41，42)，每個(gè)模塊包含單色光源組(46，47)；用于收集來(lái)自光源組(41，42)的光的光收集裝置(51，52)的陣列；和光耦合部件(56，57)；色彩組合器(61)，包含輸入面61a、61b、61c和輸出面61d，并且包含至少一個(gè)具有透射面(62a)和反射面(62b)的二向色濾光片(62)；和光集成部件(66)，用于集成來(lái)自色彩組合器(61)的光，光集成部件(66)擁有輸入面66a與色彩組合器(61)的輸出面61d相耦合，和用于輸出集成后的光的輸出面66b。
11.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中具有三個(gè)光輸入模塊(23，24，25)，和色彩組合器包含具有兩個(gè)交叉的二向色濾光片(36，37)的分光合色棱鏡。
12.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中光收集裝置(51，52)包含反射器。
13.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中至少一個(gè)單色光源組(46)包含LED芯片陣列(46a，46b，46c)，至少一個(gè)光收集裝置(51)包含與LED芯片集合(46a，46b，46c)相關(guān)聯(lián)的反射器陣列(51a，51b，51c)。
14.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中具有第一，第二，第三，第四和第五光輸入模塊(41，42，43，44，45)；色彩組合器(61)包括第一，第二，第三，第四二向色濾光片(62，63，64，65)，每一個(gè)濾光器具有透射面(62a，63a，64a，65a)和反射面(62b，63b，64b，65b)，第一輸入模塊(41)定位在色彩組合器(61)的第一輸入面(61a)上，第二和第四輸入模塊(42，44)定位在色彩組合器(61)的第二輸入面(61b)上，第三和第五輸入模塊(43，45)定位在色彩組合器的第三輸入面(61c)上；并且二向色濾光片被設(shè)置為與第二和第三輸入面(61b，61c)成一定角度并且具有面向輸入模塊的反射面，面向第二輸入模塊(42)的第一二向色濾光片(62)的反射面(62b)，面向第三輸入模塊(43)的第二二向色濾光片的反射面(63b)，面向第四輸入模塊(44)的第三二向色濾光片的反射面(64b)，面向第四輸入模塊(44)的第三二向色濾光片的反射面(64b)，面向第五輸入模塊(45)的第四二向色濾光片(65)的反射面(65b)。
15.如權(quán)利要求14中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中，第一，第二，第三，第四和第五單色光源組(46，47，48，49，50)發(fā)出的光的中心波長(zhǎng)分別為；藍(lán)(455+/-15nm)，青(495+/-15nm)，綠(530+/-15nm)，黃(590+/-15nm)和紅(625+/-15nm)，每一組具有約為15到40nm的發(fā)射帶寬(FWHM)。
16.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中至少有一組單色光源包含具有不同峰值波長(zhǎng)的LED。
17.如權(quán)利要求10中所述的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)(10)，其中光集成部件是均勻化光導(dǎo)向裝置(66)。
18.如權(quán)利要求13所述的光引擎，其中LED芯片與包含至少一個(gè)發(fā)光熒光體的層組合。
19.一種驅(qū)動(dòng)集成LED組作為單色光源的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的方法，此方法包括以至少5倍于額定最大DC驅(qū)動(dòng)電流的電流驅(qū)動(dòng)LED組。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法，驅(qū)動(dòng)由脈沖驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
21.如權(quán)利要求20中所述的方法，其中脈沖驅(qū)動(dòng)使用平均占空因數(shù)的1/5來(lái)實(shí)現(xiàn)。
22.一種驅(qū)動(dòng)集成兩個(gè)或多個(gè)LED組作為單色光源的幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的方法，此方法包含使用具有不同寬度和/或不同高度的電流脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)LED集合。
全文摘要
一種用于幀序列彩色投影顯示器系統(tǒng)的小型光引擎(22)使用了諸如LED的單色光源組(26，27，28)。所述LED組被合并到小體積的光輸入模塊(23，24，25)中，這些模塊包含作為光收集器的反射器陣列(29，30，31)，每個(gè)LED一個(gè)反射器，和將收集到的光耦合到色彩組合器(35)的光耦合部件(32，33，34)。色彩組合器使用二向色濾光片(36，37)將不同色彩的光組合成為一束光。光束的強(qiáng)度由均勻化光導(dǎo)向裝置(38)進(jìn)行均勻化。通過(guò)由額定最大DC驅(qū)動(dòng)電流的5或更高倍的電流以1/5占空因數(shù)來(lái)脈沖驅(qū)動(dòng)LED，增強(qiáng)了輸出光而不犧牲壽命。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1947429SQ200580007848
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者鄒邗, D·J·安德遜 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司