專利名稱：使用led的投影系統(tǒng)中的多基色光生成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示器，比如正投或背投電視，并且具體來說，涉及使用發(fā)光二極 管(LED)用于基色光生成的這些投影顯示器。
背景技術(shù)：
視頻彩色圖像一般來說是使用小組紅色、綠色和藍(lán)色像素的陣列形成的。當(dāng)控制 RGB像素組中這三種顏色的相對(duì)貢獻(xiàn)時(shí)，這三種顏色組合來創(chuàng)建視頻圖像中的所有顏色。投 影顯示系統(tǒng)一般來說通過用非常明亮的紅色、綠色和藍(lán)色光源照射一個(gè)或多個(gè)光調(diào)制器來 進(jìn)行工作。光源可以是非常明亮的白色光，對(duì)該光源的光進(jìn)行濾波，來創(chuàng)建紅色、綠色和藍(lán) 色分量。這樣的白色光源會(huì)生成很多的熱量并且效率低下，因?yàn)樗傻暮芏喙獠皇羌t色、 綠色和藍(lán)色的并且因此被浪費(fèi)掉了。 一種效率更高的光源由紅色、綠色和藍(lán)色LED構(gòu)成，因 此不需要濾波并且所生成的所有光都用來創(chuàng)建所顯示圖像中顏色的色域。本申請(qǐng)所針對(duì)的 是使用LED光源的投影系統(tǒng)。 光調(diào)制器可以是各基色所對(duì)應(yīng)的小液晶板(稱為微顯示器)。然后由光學(xué)器件將 紅色圖像、綠色圖像和藍(lán)色圖像組合并且投射到屏幕上。投影可以是正投影或背投影。
某些其它類型的光調(diào)制器是微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置，比如由Texas Instruments生產(chǎn)的數(shù)字光處理器(DLPTM)，其中微反射鏡陣列將紅色、綠色和藍(lán)色光分量 快速反射到屏幕上。各個(gè)反射鏡對(duì)應(yīng)于顯示器中的像素。反射鏡的角度決定像素是打開還 是關(guān)閉，而占空比決定各個(gè)像素位置上的RGB分量。 對(duì)于大屏幕投影系統(tǒng)，光必須非常明亮。為了達(dá)到這樣的高亮度，可以使用各種顏 色的多個(gè)大功率LED?？梢杂袑?duì)應(yīng)于各種基色的小的LED陣列，來獲得期望的亮度。
由于紅色、綠色和藍(lán)色LED的相對(duì)效率，在加上人眼對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色光的靈敏 度不同，為某一白點(diǎn)生成所需的紅色光分量所使用的功率要遠(yuǎn)大于為該白點(diǎn)創(chuàng)建藍(lán)色光分 量所使用的功率。由于紅色LED在較高溫下效率會(huì)變較低，因此當(dāng)紅色LED是發(fā)熱的大功率 LED時(shí)，會(huì)使得相對(duì)效率更為低下。在較少的情況下，為白色點(diǎn)生成所需要的綠色光分量所 使用的功率大于為該白點(diǎn)創(chuàng)建藍(lán)色光分量所使用的功率。不過，紅色和綠色LED的相對(duì)效 率因制造者不同而不同，由此，在某些情況下，顯示器中的綠色LED的效率可能比紅色LED 的效率低。 這是光和LED的下述特征造成的結(jié)果。人眼感知亮度的衡量單位被稱為流明。流 明/瓦特的比值稱為功效。人眼對(duì)綠色光要比對(duì)藍(lán)色和紅色光靈敏得多。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)紅色、 綠色和藍(lán)色LED，假設(shè)紅色LED輸出大約40流明/瓦特(電瓦特)，綠色LED輸出大約100 流明/瓦特(電瓦特)，且藍(lán)色LED輸出大約20流明/瓦特(電瓦特)。效率較高的LED 具有較高的功效，但是顏色之間的功效關(guān)系一般仍然保持相同，假設(shè)紅色、綠色和藍(lán)色LED 具有相同的質(zhì)量。為了創(chuàng)建白色光(例如，6500-9000K)，相對(duì)流明貢獻(xiàn)是大約紅色25X、綠 色70%和藍(lán)色5%。藍(lán)色LED將電子轉(zhuǎn)換為發(fā)射光子的百分比(大約40%)是紅色和綠色 LED的百分比的兩倍以上?？紤]到上述特性，要由LED創(chuàng)建白色光，生成紅色光所需要的功率要比生成藍(lán)色光所需要的功率多得多。此外，要?jiǎng)?chuàng)建白色光，生成綠色光所需要的功率也 要比生成藍(lán)色光所需要的功率多。 所需要的是一種提高投影顯示器中LED光源效率的技術(shù)。 高質(zhì)量、高功率琥珀色光LED(例如，590nm的主波長)的效率是高功率紅色光 LED(例如，620nm的主波長)效率的大約2_2. 5倍，這是因?yàn)椋瑢?duì)于等量的光功率(瓦特)， 人眼感覺到的琥珀色光的亮度是紅色光的大約2-2. 5倍。換句話說，琥珀色LED的流明/ 瓦特(光瓦特)功效(例如，MOlm/W)比紅色LED的流明/瓦特(光瓦特)(例如，2101m/ W(光瓦特))大大約2-2.5倍。 電視上顯示的大多數(shù)圖像是由可以使用琥珀色、綠色和藍(lán)色分量連同僅占很小比 例的紅色創(chuàng)建的顏色構(gòu)成的。只有高飽和度紅色色調(diào)需要很高百分比的紅色，這是非常少 見的。

發(fā)明內(nèi)容
由此，取代投影顯示器中的標(biāo)準(zhǔn)紅色、綠色和藍(lán)色基色，本發(fā)明使用由單獨(dú)的琥珀 色、紅色、綠色和藍(lán)色LED陣列創(chuàng)建的琥珀色/紅色混合色、綠色和藍(lán)色的基色。對(duì)于小型 的或低亮度的系統(tǒng)，基色光源可以是僅僅一個(gè)高功率LED。由于投影顯示器一般情況下被配 置為僅僅處理三基色，因此可以通過使用光學(xué)器件將琥珀色和紅色光組合在一起并且通過 基于彩色視頻圖像幀期間需要顯示的顏色控制琥珀色和紅色陣列的占空比來改變琥珀色/ 紅色混合色，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。 在一種實(shí)施方式中，使用分色鏡將來自琥珀色和紅色陣列的光組合成一個(gè)光束。
不使用琥珀色LED，可以取而代之使用黃色LED陣列(例如，570_583nm的主波 長)，同樣可以實(shí)現(xiàn)類似的效率提高。可以由受到LED有源層的藍(lán)色或UV射線激勵(lì)的熒光 體生成黃色光，或者可以由有源層直接生成黃色光。在隨后的例子中，任何琥珀色LED可以 由黃色LED或發(fā)射波長比綠色長的光的任何LED代替。 在一種實(shí)施方式中，顯示處理器根據(jù)圖像幀中最紅的像素控制琥珀色和紅色陣列 的占空比。對(duì)于幀中飽和且明亮的紅色像素，來自紅色陣列的平均光在幀周期期間必須是 高的。在控制三個(gè)微型顯示器(小型LC板)或DLP投影儀中的微反射鏡時(shí)，顯示處理器考 慮到了琥珀色和紅色光的變化的混合色。為了甚至更高的效率，如果圖像幀中僅有少數(shù)幾 個(gè)單獨(dú)像素是高度飽和且明亮的紅色像素，則可以通過增加琥珀色光減輕這些像素的紅色 程度，只要對(duì)畫面質(zhì)量沒有明顯可見的影響。這樣，不需要僅由于少數(shù)幾個(gè)像素，就使得紅 色陣列的占空比高于琥珀色陣列的占空比。 由于琥珀色LED具有比紅色LED高得多的功效，因此光源的總效率大于如果基色 僅限于紅色、綠色和藍(lán)色的情況時(shí)的效率。 效率提高也在于下列原因。當(dāng)以時(shí)間相繼的模式組合起來時(shí)，兩種顏色的組合會(huì) 得到比最高亮度簡單地乘以占空比更高的總亮度。例如，假設(shè)連續(xù)開啟的LED光源輸出 100%通量。如果我們各以50X的占空比交替激勵(lì)兩個(gè)LED光源，那么對(duì)于各個(gè)LED光源， 結(jié)果得到的通量輸出可以是其100%通量水平的大約73%，這取決于多種不同的因素。因 此，各自以50X占空比工作的兩個(gè)LED光源將輸出146%的組合相對(duì)通量，與連續(xù)開啟的單 獨(dú)LED光源相比，得到了 46%的效率增益。
這一技術(shù)也可以應(yīng)用于綠色光?？梢允褂霉鈱W(xué)器件將來自青色陣列的光(波長短 于綠色)與來自綠色LED陣列的光組合并且用作投影顯示器中的基色光源。這兩種顏色的 組合通過調(diào)節(jié)它們?cè)趫D像幀周期期間的占空比會(huì)得到比僅僅使用綠色光的情況高的相對(duì) 通量。青色和綠色陣列的占空比是根據(jù)圖像幀中的顏色含量來控制的。在控制三個(gè)微型顯 示器(LCD)或DLP投影儀中的微反射鏡時(shí)，顯示處理器考慮到了基色光源中顏色的混合色。
這一技術(shù)也可以應(yīng)用于藍(lán)色光?？梢允褂霉鈱W(xué)器件將來自青色陣列的光(波長長 于藍(lán)色)與來自藍(lán)色LED陣列的光組合并且用作投影顯示器中的基色光源。這兩種顏色的 組合通過調(diào)節(jié)它們?cè)趫D像幀周期期間的占空比會(huì)得到比僅僅使用藍(lán)色光的情況高的相對(duì) 通量。青色和藍(lán)色陣列的占空比是根據(jù)圖像幀中的顏色含量來控制的。在控制三個(gè)微型顯 示器(LCD)或DLP投影儀中的微反射鏡時(shí)，顯示處理器考慮到了基色光源中顏色的混合色。
在一種實(shí)施方式中，用于RGB像素的三基色光源中的各個(gè)基色光源是兩種不同顏 色的組合，該顏色的主波長間隔至少30nm。例如，基色可以是紅色/琥珀色(或黃色)、綠 色/淺綠色_青色和藍(lán)色/淺藍(lán)色_青色。


圖1是按照本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的使用液晶微型顯示器的投影系統(tǒng)的示意 圖，其中由來自兩個(gè)LED陣列的琥珀色和紅色光的可變組合代替了傳統(tǒng)的紅色基色光。
圖2是圖1的系統(tǒng)中使用的單色LED陣列的前視圖。 圖3圖解說明的是可以取代或結(jié)合透鏡用來使來自單獨(dú)LED陣列的光準(zhǔn)直的準(zhǔn)直 反射鏡。 圖4圖解說明的是紅色和琥珀色陣列基于圖像幀的顏色含量的相對(duì)占空比。
圖5是示出占空比與相對(duì)通量的曲線圖。 圖6是與圖1相類似的投影系統(tǒng)的示意圖，但是其中由來自兩個(gè)LED陣列的青色 和綠色光的可變組合代替了傳統(tǒng)的綠色基色光。 圖7圖解說明的是本發(fā)明應(yīng)用于DLP投影系統(tǒng)，其中各個(gè)基色光源是來自兩個(gè)不 同顏色的光的混合光，這兩個(gè)不同顏色的占空比是根據(jù)所要顯示的圖像中的顏色來控制 的。 圖8是具有由按照本發(fā)明的實(shí)施方式的投影系統(tǒng)執(zhí)行的各個(gè)步驟的流程圖。
各個(gè)附圖中類似或相同的單元用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可以使用任何材料體系的LED，比如AlInGaP(典型地用于發(fā)射紅色到黃 色)或GaN(典型地用于發(fā)射綠色到UV) 。 LED形成在起始生長襯底上，比如藍(lán)寶石、SiC或 GaAs襯底，取決于所要形成的LED的類型。 一般來說，首先形成n層，隨后形成有源層，之后 再形成P層。然后在LED的表面上形成反射金屬電極，以接觸n和p層。當(dāng)二極管被正向 偏置時(shí)，有源層發(fā)射其波長由有源層成分決定的光。形成這樣的LED是公知的并且不必加 以進(jìn)一步詳細(xì)介紹。在Steigerwald等人申請(qǐng)的美國專利號(hào)6828596和Bhat等人申請(qǐng)的 美國專利號(hào)6876008中，介紹了形成所有可見光波長的LED、將這些LED安裝在子安裝板上 并且經(jīng)由PCB向這些LED提供電力，這兩個(gè)美國專利都轉(zhuǎn)讓給本受讓人并且在此引入以供
7參考。也可以使用采用熒光體對(duì)從有源層射出的光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的LED。
圖1是為各基色光使用單獨(dú)的微顯示器液晶板的一種類型的投影系統(tǒng)10的示意圖。該系統(tǒng)可以是電視機(jī)、用于計(jì)算機(jī)的投影儀或者任何其它的彩色圖像投影儀。將控制顯示屏幕(未示出)上各個(gè)RGB像素位置上的亮度的常規(guī)圖像信號(hào)供應(yīng)給顯示處理器12。注意，在本公開的上下文中，術(shù)語紅色像素、綠色像素、藍(lán)色像素和RGB像素用于表示分配給各個(gè)基色光源的像素位置，即使〃 紅色像素〃 可能顯示琥珀色和紅色的混合色光。任何單一紅色、綠色或藍(lán)色像素的顏色可以是形成基色光源的兩種顏色的組合。顯示處理器12控制各個(gè)微型顯示器14、15和16中的〃 快門〃 ，以分別控制顯示器中的紅色像素、綠色像素和藍(lán)色像素。 各個(gè)微型顯示器14-16本質(zhì)上是很小的透射型LCD，它們各自輸出不同基色的圖像。當(dāng)將這些圖像組合時(shí)，全色圖像投射到屏幕上。形成各個(gè)微型顯示器的多個(gè)層一般來說包括偏光器、液晶層、薄膜晶體管陣列層和地平面層。通過有選擇地激勵(lì)各個(gè)像素位置上的薄膜晶體管在各個(gè)像素位置上創(chuàng)建的電場，導(dǎo)致液晶層改變各個(gè)像素位置上進(jìn)入光的偏振。取決于像素位置上的偏振量，像素將使更多或更少的進(jìn)入基色光傳遞到屏幕。LCD是公知的并且不必加以進(jìn)一步介紹。 圖1中的光源是藍(lán)色LED陣列20、綠色LED陣列21、紅色LED陣列22和琥珀色LED陣列23。這些LED安裝在子安裝板上，這些子安裝板消散來自LED的熱量、提供LED之間的電子連接并且將LED與電源耦合。陣列中的LED可以以串并聯(lián)組合的方式連接。子安裝板具有與該陣列的驅(qū)動(dòng)器連接的端子。各個(gè)LED陣列前面的透鏡26使光線準(zhǔn)直，以均勻地照射其關(guān)聯(lián)的微型顯示器的背面。 圖2是安裝在子安裝板28上的單獨(dú)LED陣列27的頂視圖。可以有任意數(shù)量的
LED (例如，6-24個(gè))，并且典型尺寸是每側(cè)邊為厘米量級(jí)。這些LED間隔得很近，以創(chuàng)建均
勻的發(fā)射圖樣。在小型的投影系統(tǒng)中，可能各個(gè)基色只有一個(gè)高功率LED。 圖3圖解說明的是反射鏡30，比如是由鋁形成的，它可以用于為微型顯示器創(chuàng)建
期望的照射形狀。在反射鏡30中將來自LED陣列27/28的光混合和成形，以創(chuàng)建總體上與
微型顯示器的形狀相匹配的矩形圖案。 回過頭來參照?qǐng)Dl，對(duì)離開微型顯示器14-16的已調(diào)制光進(jìn)行組合，以形成全色圖像。分色鏡34反射藍(lán)色光，但是允許所有其它波長通過。反射鏡34朝向聚焦透鏡36反射已調(diào)制藍(lán)色光。離開透鏡36的光被會(huì)聚到屏幕(半反射)的前面或屏幕(半透明)的后面。第二分色鏡38反射琥珀色和紅色光，但是允許所有其它波長通過。反射鏡38朝向聚焦透鏡36反射已調(diào)制琥珀色和紅色光。反射鏡34和38都允許已調(diào)制綠色光穿過，到達(dá)透鏡36。屏幕上的各個(gè)全色圖像RGB像素是由單獨(dú)紅色像素、單獨(dú)綠色像素和單獨(dú)藍(lán)色像素的組形成的。處于觀看距離上的人眼察覺不到單個(gè)像素，組合的光實(shí)際上產(chǎn)生任何顏色。
為傳統(tǒng)的紅色基色光源增加了琥珀色光源。琥珀色光LED (例如，590nm)的效率是紅色光LED(例如，615-635nm)效率的大約2_2. 5倍，這是因?yàn)?，?duì)于等量的光功率(瓦特)，人眼感覺到的琥珀色光比紅色光亮大約2-2. 5倍。換句話說，琥珀色LED的流明/瓦特功效比紅色LED的流明/瓦特大大約2-2. 5倍。對(duì)微型顯示器14加以控制，以創(chuàng)建紅色像素位置的圖像，該圖像是琥珀色光和紅色光的組合。在一種實(shí)施方式中，陣列中琥珀色LED的數(shù)量是根據(jù)估計(jì)的圖像所需琥珀色的最大通量來確定的。琥珀色陣列的光通量可以等于紅色陣列的光通量，但是使用少得多的LED來達(dá)到這一光通量，結(jié)果得到更高的效率。
可以使用發(fā)射綠色和紅色之間的任何波長的LED陣列，比如黃色或橙黃色陣列， 來代替琥珀色陣列，并且依然能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于僅僅使用紅色LED陣列作為基色光源的效率提 高。黃色LED陣列(例如，570-583nm)可以使用由藍(lán)色光激勵(lì)的YAG或BSSN熒光體來創(chuàng)建 黃色光，或者可以由有源層直接生成黃色。 使用反射紅色光但是允許琥珀色光通過的分色鏡40將琥珀色和紅色光組合成一 個(gè)光束。通過對(duì)光進(jìn)行組合而不是將琥珀色陣列作為單獨(dú)的基色光來對(duì)待，不需要增加另 一個(gè)微型顯示器和伴隨的光學(xué)器件。 顯示處理器12接收數(shù)字圖像信號(hào)，數(shù)字圖像信號(hào)(直接或間接地)為圖像幀中的 單個(gè)圖像的各個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色像素指定數(shù)百個(gè)亮度狀態(tài)之一。圖像信號(hào)輸送一系列靜 止圖像，每圖像幀一個(gè)靜止圖像。處理器12實(shí)際上可以是包含附加處理器的芯片組。取決 于圖像幀所需的RGB像素顏色，處理器12確定圖像幀周期期間所需的紅色LED陣列的最小 亮度，從而在將已調(diào)制的琥珀色/紅色光與已調(diào)制的綠色和藍(lán)色光進(jìn)行混合時(shí)，可以如實(shí) 地創(chuàng)建圖像中的所有顏色。例如，圖像中的高亮度、深度飽和的紅顏色需要相對(duì)高的紅色陣 列亮度，因?yàn)殓晟鉄o法產(chǎn)生波長長于琥珀色光波長的顏色。該處理器被編程為，相比于 紅色，更加傾向于選用琥珀色，從而使用最小量的純紅色。于是該處理器控制圖像幀周期上 琥珀色陣列和紅色陣列的占空比，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算出來的琥珀色和紅色光的混合色，如圖4中 所示。 為了補(bǔ)償非純紅色的基色光，處理器12因此控制三個(gè)微型顯示器14-16中的快 門，使得結(jié)果得到的圖像通過使用琥珀色和紅色光的組合作為基色而不受到影響。
在圖4中所示的例子中，在幀時(shí)間的三分之二時(shí)間內(nèi)激勵(lì)琥珀色陣列，而在剩余 的時(shí)間內(nèi)激勵(lì)紅色陣列。在單獨(dú)幀周期期間可以有陣列的一個(gè)或多個(gè)切換循環(huán)。到各個(gè)陣 列的電流可以是不同的，取決于LED的特性和所希望的亮度。 在一個(gè)處理中，處理器12識(shí)別最亮的像素具有比琥珀色紅一些的〃 紅色〃 分量。 這可以用來確定紅色陣列的最小占空比，因?yàn)殓晟嚵胁荒軇?chuàng)建比琥珀色更紅的像素。 于是使用簡單的程序或固件來控制琥珀色和紅色陣列的占空比并且控制微型顯示器14-16 來補(bǔ)償組合的基色光。 為了進(jìn)一步簡化處理，如果僅僅少量幾個(gè)像素是深紅色的，并造成紅色陣列在很
長的時(shí)間內(nèi)保持開啟，那么可以通過僅僅針對(duì)這些少量幾個(gè)像素不改變紅色陣列的占空比
來使得這些像素亮度較低，假設(shè)該差異對(duì)觀看者而言不是明顯可見的。 圖1圖解說明的是，顯示處理器12控制微型顯示器14-16以及用于陣列20-23的
LED驅(qū)動(dòng)器44(電流源)。正常情況下，到藍(lán)色和綠色陣列的電流在圖像幀周期上將是恒定
不變的。 電視上顯示的大多數(shù)圖像是由可以使用琥珀色、綠色和藍(lán)色分量連同僅占很小比 例的紅色創(chuàng)建的顏色構(gòu)成的。只有高飽和度紅色色調(diào)需要很高百分比的紅色，這是非常少 見的。由此，在每個(gè)圖像幀期間一般來說將激勵(lì)效率較高的琥珀色陣列，同時(shí)紅色陣列的占 空比會(huì)隨之降低，結(jié)果使得投影系統(tǒng)的效率更高。 圖5是示出典型光源的平均通量如何并非簡單地是光源在連續(xù)開啟時(shí)的通量乘 以占空比的曲線圖。圖5的曲線圖示出亮度是如何通過將兩個(gè)光源組合(即使當(dāng)這兩個(gè)光
9源效率相等時(shí))作為基色光源而增加的。當(dāng)以時(shí)間相繼的模式組合時(shí)，兩種顏色的組合會(huì)得到比最高亮度簡單地乘以占空比更高的亮度。例如，假設(shè)連續(xù)開啟的LED光源輸出100%通量。如果我們各以50X的占空比交替激勵(lì)兩個(gè)LED光源，那么對(duì)于各個(gè)LED光源，圖5中所示的結(jié)果得到的通量輸出為其100%通量水平的大約73%。因此，各自以50%占空比工作的兩個(gè)LED光源將輸出146%的組合相對(duì)通量，與連續(xù)開啟的單獨(dú)LED光源相比，得到了46%的效率增益。 考慮到圖5的曲線圖，通過由綠色LED陣列和藍(lán)綠色(或青色)LED陣列提供組合基色光，甚至可以實(shí)現(xiàn)更高的亮度，如圖6中所示。在圖6中，根據(jù)圖像中的顏色在一部分幀周期期間激勵(lì)青色LED陣列46。分色鏡48反射青色光，但是允許綠色光通過。綠色和青色陣列的相對(duì)占空比由處理器12決定，并且可以基于最綠像素的色調(diào)及其亮度，因?yàn)樵谏杀惹嗌G的顏色時(shí)不能使用青色。處理器12使用前面針對(duì)紅色像素討論過的同樣技術(shù)來控制占空比和微型顯示器14-16。 在另一種實(shí)施方式中，取代處理器根據(jù)組合的琥珀色/紅色光或青色/綠色光控制微型顯示器，可以與控制琥珀色和紅色陣列或青色和綠色陣列的占空比同步地快速控制微型顯示器。這一處理比在整個(gè)圖像幀期間將基色光作為琥珀色和紅色或青色和綠色的組合來對(duì)待要更加復(fù)雜。 可以這樣來形成綠色或青色LED:有源層中的材料直接生成綠色或青色光。在另一種實(shí)施方式中，綠色或青色LED是由涂覆有熒光體的藍(lán)色或UV LED形成的，或者藍(lán)色或UV LED使用熒光板，其在受到藍(lán)色或UV光激勵(lì)時(shí)發(fā)射綠色或青色光。熒光體層可以允許某些藍(lán)色光漏過熒光體，以創(chuàng)建綠色或青色光。 此外，考慮到圖5的曲線圖，通過由藍(lán)色LED陣列和藍(lán)綠色(或青色)LED陣列提供組合基色光，可以實(shí)現(xiàn)更大的亮度。如果綠色基色光和藍(lán)色基色光都是兩個(gè)光源的組合，那么綠色陣列應(yīng)該與淺綠色-青色陣列組合，并且藍(lán)色陣列應(yīng)該與淺藍(lán)色-青色陣列組合。藍(lán)色基色中光的組合應(yīng)該與前面介紹的紅色和綠色基色的操作相類似(例如，使用分色鏡、調(diào)節(jié)占空比等)。 在一種實(shí)施方式中，圖1和6中的透鏡26是與LED分離開的，從而存在空氣間隙。這可能對(duì)冷卻LED有用，并且對(duì)將更多的光耦合到聚焦透鏡36中有用。此外，透鏡可以形成現(xiàn)有投影系統(tǒng)的一部分，并且希望僅僅改變系統(tǒng)中最少量的硬件來將其從三色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為四色或五色系統(tǒng)。此外，由于LED產(chǎn)生大量的熱，希望形成非玻璃的透鏡，玻璃并不是封裝LED的好材料。 本發(fā)明的思想可以應(yīng)用于任何類型的投影系統(tǒng)。圖7示出由德州儀器生產(chǎn)的使用DLP微反射鏡陣列50和芯片組的DLP投影系統(tǒng)?？傻玫降腄LP技術(shù)文獻(xiàn)在此引入以供參考。由顯示處理器52對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行處理，來控制陣列50中超過一百萬個(gè)鉸接反射鏡的角度。圖像幀被分成三個(gè)周期，每個(gè)周期對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)基色分量。在各個(gè)周期期間，僅激勵(lì)一個(gè)基色光源。在另一種實(shí)施方式中，為光源使用快門。透鏡56使照射的基色光準(zhǔn)直并且將其施加給微反射鏡。各個(gè)微反射鏡對(duì)應(yīng)于圖像中的單獨(dú)RGB像素。反射鏡的一個(gè)角度有效地阻擋光線到達(dá)顯示屏幕上的該像素位置，而第二個(gè)角度將光線完全反射到該像素位置。通過以特定占空比快速切換這些角度，該基色全亮度的百分比施加給該像素。在這三個(gè)周期之后，組合RGB圖像形成全色圖像。反射鏡和基色光源的快速切換是觀看者察覺不到的。 在圖7中，基色光源是1)藍(lán)色LED陣列和淺藍(lán)色-青色LED陣列58，它們的光組 合為單獨(dú)基色光；2)綠色LED陣列和淺綠色-青色LED陣列60，它們的光組合為單獨(dú)基色 光；和3)紅色LED陣列和琥珀色(或黃色)LED陣列62，它們的光組合為單獨(dú)基色光。各 個(gè)陣列可以類似于圖2中所示的陣列并且可以甚至替換為一個(gè)LED。 圖7中LED陣列的控制類似于圖1和6中陣列的控制。處理器52識(shí)別圖像中更
紅的像素并且通過驅(qū)動(dòng)器64調(diào)節(jié)紅色和琥珀色陣列的占空比，以使效率最大化。處理器52
然后通過適當(dāng)改變微反射鏡的占空比來補(bǔ)償琥珀色和紅色光的混合色。 類似地，處理器52識(shí)別圖像中更綠的像素并且通過驅(qū)動(dòng)器64調(diào)節(jié)綠色和綠
色_青色陣列的占空比，以使效率最大化。處理器52然后通過適當(dāng)改變微反射鏡的占空比
來補(bǔ)償綠色和綠色_青色光的混合色。 類似地，處理器52識(shí)別圖像中更藍(lán)的像素并且通過驅(qū)動(dòng)器64調(diào)節(jié)藍(lán)色和藍(lán) 色_青色陣列的占空比，以使效率最大化。處理器52然后通過適當(dāng)改變微反射鏡的占空比 來補(bǔ)償藍(lán)色和藍(lán)色_青色光的混合色。 在一種實(shí)施方式中，各種不同顏色的LED不再是處于單獨(dú)的陣列中，而是兩種不 同顏色的LED散布在子安裝板上的單獨(dú)陣列中，其中可以與其它顏色的LED分開地控制一 種顏色的LED。散布不同顏色的LED提供了光的混合。這樣，不需要組合光學(xué)器件，并且光 源更小并且更加容易適應(yīng)現(xiàn)有的投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 圖8是概括由按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的投影系統(tǒng)執(zhí)行的各種步驟的流程圖。 該處理適用于為各個(gè)基色光源使用微型顯示器或使用DLP的系統(tǒng)。 在步驟70中，將包含用于使用顯示屏幕上的紅色、綠色和藍(lán)色像素位置構(gòu)造全色 圖像的信息的常規(guī)圖像信號(hào)施加給處理器。 在步驟71中，將來自琥珀色LED陣列和紅色LED陣列的光組合為用于顯示器中的 紅色像素位置的單獨(dú)基色光束。使基色光源的效率最大化的光的最佳混合色是基于所要顯 示的圖像顏色。控制琥珀色和紅色LED的占空比來提供期望的混合色。
在步驟72中，將來自淺綠色_青色LED陣列和綠色LED陣列的光組合為用于顯示 器中的綠色像素位置的單獨(dú)基色光束。使基色光源的效率最大化的光的最佳混合色是基于 所要顯示的圖像顏色?？刂茰\綠色_青色和綠色LED的占空比來提供期望的混合色。
在步驟73中，將來自淺藍(lán)色_青色LED陣列和藍(lán)色LED陣列的光組合為用于顯示 器中的藍(lán)色像素位置的單獨(dú)基色光束。使基色光源的效率最大化的光的最佳混合色是基于 所要顯示的圖像顏色?？刂茰\藍(lán)色_青色和藍(lán)色LED的占空比來提供期望的混合色。
在步驟74中，光調(diào)制器(例如，微反射鏡或微型顯示器)對(duì)用于顯示器中的各個(gè) 紅色像素位置的組合琥珀色/紅色光進(jìn)行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對(duì)琥珀色和紅色LED的具 體占空比并且針對(duì)其它基色光源的具體占空比，對(duì)該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟75中，光調(diào)制器對(duì)用于顯示器中的各個(gè)綠色像素位置的組合綠色_青色/ 綠色光進(jìn)行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對(duì)綠色_青色和綠色LED的具體占空比并且針對(duì)其它基 色光源的具體占空比，對(duì)該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟76中，光調(diào)制器對(duì)用于顯示器中的各個(gè)藍(lán)色像素位置的組合藍(lán)色_青色/ 藍(lán)色光進(jìn)行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對(duì)藍(lán)色_青色和藍(lán)色LED的具體占空比并且針對(duì)其它基色光源的具體占空比，對(duì)該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟77中，將來自三個(gè)基色光源的已調(diào)制光組合，以創(chuàng)建全色圖像。在DLP系統(tǒng)中，不需要額外的組合光學(xué)器件，因?yàn)楣庖呀?jīng)通過單獨(dú)微反射鏡陣列的調(diào)制而組合。
在一種實(shí)施方式中，用于RGB像素的三個(gè)基色光源中的各個(gè)基色光源是兩種不同顏色的組合，該顏色的主波長分隔至少30nm。在本公開文本的上下文中，特定顏色的LED是直接發(fā)射該特定顏色或使用受激勵(lì)熒光體發(fā)射該特定顏色的LED。 在對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)介紹之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，給出了本公開文本，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變，而不會(huì)背離本文介紹的精髓和發(fā)明構(gòu)思。因此，本意并非是使本發(fā)明的范圍局限于所圖示和介紹的具體實(shí)施方式
。
1權(quán)利要求
一種用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(10)，包括至少一個(gè)光調(diào)制器(14，15，16)，用于對(duì)來自第一基色光源(22，23)、第二基色光源(21，46)和第三基色光源(20)的光進(jìn)行調(diào)制，以提供顯示器中像素位置處的已調(diào)制光；第一基色光源包括至少一個(gè)紅色發(fā)光二極管(LED)(22)和發(fā)射波長比紅色短且比綠色長的光的至少一個(gè)非紅色LED(23)，來自至少一個(gè)紅色LED的光和來自至少一個(gè)非紅色LED的光被組合成一個(gè)光束；第二基色光源包括至少一個(gè)綠色LED(21)；第三基色光源包括至少一個(gè)藍(lán)色LED(20)；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)，用于激勵(lì)所述至少一個(gè)紅色LED、至少一個(gè)非紅色LED、至少一個(gè)綠色LED和至少一個(gè)藍(lán)色LED；至少一個(gè)處理器(12)，適合于接收?qǐng)D像信號(hào)，并且，作為響應(yīng)，控制所述至少一個(gè)光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來在改變從第一基色光源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)紅色LED和所述至少一個(gè)非紅色LED的相對(duì)亮度等級(jí)，其中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
2. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)非紅色LED(23)包括至少一個(gè)琥珀色LED。
3. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)非紅色LED(62)包括至少一個(gè)黃色LED。
4. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)來改變所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非紅色LED(23)的占空比。
5. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中圖像信號(hào)定義一系列靜止圖像，各個(gè)圖像是在圖像幀中傳輸?shù)模渲兴鲋辽僖粋€(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)來基于單個(gè)圖像幀中的圖像改變所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非紅色LED(23)的占空比。
6. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中圖像信號(hào)定義一系列靜止圖像，各個(gè)圖像是在圖像幀中傳輸?shù)模⑶移渲兴鲋辽僖粋€(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來改變所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非紅色LED(23)的占空比，其中對(duì)于單個(gè)圖像幀，所述至少一個(gè)紅色LED的占空比和所述至少一個(gè)非紅色LED的占空比合計(jì)為接近100%。
7. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)來改變第二基色光源(21)和第三基色光源(20)的調(diào)制，以補(bǔ)償從基色光源(22,23)發(fā)出的光混合色的變化。
8. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)包括用于第一基色光源、第二基色光源和第三基色光源的單獨(dú)的光調(diào)制器。
9. 按照權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)包括具有可控像素位置的液晶板。
10. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)包括可控微反射鏡陣列(50)。
11. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中第二基色光源包括至少一個(gè)綠色發(fā)光二極管(LED) (21)和發(fā)射波長比綠色短且比藍(lán)色長的光的至少一個(gè)非綠色LED(46)，來自所述至少一個(gè)綠色發(fā)光二極管(LED)的光和來自所述至少一個(gè)非綠色LED的光被組合成一個(gè)光束，并且其中所述至少一個(gè)處理器(12)適合于控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)，以在改變從所述第二基色光源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)綠色LED和所述至少一個(gè)非綠色LED的相對(duì)亮度等級(jí)，其中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
12. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第三基色光源包括至少一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極 管(LED) (20)和發(fā)射波長比藍(lán)色長且比綠色短的光的至少一個(gè)非藍(lán)色LED(56)，來自所述 至少一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)的光和來自所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED的光被組合成一個(gè)光 束，并且其中所述至少一個(gè)處理器(12)適合于控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)，以在改變從 所述第三基色光源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)藍(lán)色LED和所述至少一個(gè) 非藍(lán)色LED的相對(duì)亮度等級(jí)，其中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
13. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)紅色LED包括紅色LED的陣列 (22)，并且所述至少一個(gè)非紅色LED(23)包括單獨(dú)的非紅色LED陣列。
14. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非紅 色LED(23)包括散布的紅色和非紅色LED的單獨(dú)陣列。
15. —種操作用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(10)的方法，包括由至少一個(gè)光調(diào)制 器(14，15，16)，對(duì)來自第一基色光源(22，23)、第二基色光源(21,46)和第三基色光源 (20)的光進(jìn)行調(diào)制，以提供顯示器中像素位置處的已調(diào)制光，所述第一基色光源包括至 少一個(gè)紅色發(fā)光二極管(LED) (22)和發(fā)射波長比紅色短且比綠色長的光的至少一個(gè)非紅 色LED(23)，來自所述至少一個(gè)紅色LED的光和來自所述至少一個(gè)非紅色LED的光被組合 成一個(gè)光束，第二基色光源包括至少一個(gè)綠色LED (21)，第三基色光源包括至少一個(gè)藍(lán)色 LED(20);由至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)，激勵(lì)所述至少一個(gè)紅色LED、至少一個(gè)非紅色LED、至少 一個(gè)綠色LED和至少一個(gè)藍(lán)色LED ;接收?qǐng)D像信號(hào)，并且，作為響應(yīng)，控制所述至少一個(gè)光調(diào) 制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來在改變從第一基色光源發(fā)出的光混 合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)紅色LED和所述至少一個(gè)非紅色LED的相對(duì)亮度等級(jí)，其 中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
16. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中圖像信號(hào)定義一系列靜止圖像，各個(gè)圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)?，其中控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)包括控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來改 變所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非紅色LED(23)的占空比，其中對(duì)于單個(gè)圖 像幀，所述至少一個(gè)紅色LED的占空比和所述至少一個(gè)非紅色LED的占空比合計(jì)為接近 100%。
17. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)非紅色LED(23)包括至少一個(gè)琥 珀色LED。
18. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)非紅色LED(62)包括至少一個(gè)黃 色LED。
19. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)紅色LED (22)包括紅色LED陣列， 并且所述至少一個(gè)非紅色LED (23)包括單獨(dú)的非紅色LED陣列。
20. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)紅色LED(22)和所述至少一個(gè)非 紅色LED(23)包括散布的紅色和非紅色LED的單獨(dú)陣列。
21. —種用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(IO)，包括至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)，用 于對(duì)來自第一基色光源(22，23)、第二基色光源(21)和第三基色光源(20)的光進(jìn)行調(diào)制， 以提供顯示器中像素位置處的已調(diào)制光；所述第一基色光源包括至少一個(gè)紅色發(fā)光二極管 (LED) (22);所述第二基色光源包括至少一個(gè)綠色LED(21)和發(fā)射波長比綠色短且比藍(lán)色長的光的至少一個(gè)非綠色LED (46)，來自所述至少一個(gè)綠色LED的光和來自所述至少一個(gè) 非綠色LED的光被組合成一個(gè)光束；所述第三基色光源包括至少一個(gè)藍(lán)色LED(20);至少一 個(gè)驅(qū)動(dòng)器(44)，用于激勵(lì)所述至少一個(gè)紅色LED、至少一個(gè)綠色LED、至少一個(gè)非綠色LED和 至少一個(gè)藍(lán)色LED ;至少一個(gè)處理器(12)，適合于接收?qǐng)D像信號(hào)，并且，作為響應(yīng)，控制所述 至少一個(gè)光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來在改變從第二基色光 源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)綠色LED和所述至少一個(gè)非綠色LED的相對(duì) 亮度等級(jí)，其中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
22. 按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中圖像信號(hào)定義一系列靜止圖像，各個(gè)圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)?，并且其中所述至少一個(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來改變所 述至少一個(gè)綠色LED(21)和所述至少一個(gè)非綠色LED(46)的占空比，其中對(duì)于單個(gè)圖像幀， 所述至少一個(gè)綠色LED的占空比和所述至少一個(gè)非綠色LED的占空比合計(jì)為接近100%。
23. 按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)綠色LED(21)包括綠色LED陣列， 并且所述至少一個(gè)非綠色LED (46)包括單獨(dú)的非綠色LED陣列。
24. 按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)綠色LED(21)和所述至少一個(gè)非 綠色LED(23)包括散布的綠色和非綠色LED的單獨(dú)陣列。
25. —種用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(IO)，包括至少一個(gè)光調(diào)制器(14， 15， 16)，用 于對(duì)來自第一基色光源(22，23)、第二基色光源(21,46)和第三基色光源(20)的光進(jìn)行調(diào) 制，以提供顯示器中像素位置處的已調(diào)制光；所述第一基色光源包括至少一個(gè)紅色發(fā)光二 極管(LED) (22);所述第二基色光源包括至少一個(gè)綠色LED(21);所述第三基色光源包括至 少一個(gè)藍(lán)色LED(20)和發(fā)射波長比綠色短且比藍(lán)色長的光的至少一個(gè)非藍(lán)色LED(58)，來 自所述至少一個(gè)藍(lán)色LED的光和來自所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED的光被組合成一個(gè)光束；至 少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(64)，用于激勵(lì)所述至少一個(gè)紅色LED、至少一個(gè)綠色LED、至少一個(gè)非藍(lán)色 LED和至少一個(gè)藍(lán)色LED ;至少一個(gè)處理器(12)，適合于接收?qǐng)D像信號(hào)，并且，作為響應(yīng)，控 制所述至少一個(gè)光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來在改變從第三 基色光源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個(gè)藍(lán)色LED和所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED 的相對(duì)亮度等級(jí)，其中該混合色基于所要顯示的具體圖像中的顏色。
26. 按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中圖像信號(hào)定義一系列靜止圖像，各個(gè)圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)模⑶移渲兴鲋辽僖粋€(gè)處理器(12)控制所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(64)來改 變所述至少一個(gè)藍(lán)色LED(20)和所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED(58)的占空比，其中對(duì)于單個(gè)圖 像幀，所述至少一個(gè)藍(lán)色LED的占空比和所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED的占空比合計(jì)為接近 100%。
27. 按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)藍(lán)色LED(20)包括藍(lán)色LED陣列， 并且所述至少一個(gè)非藍(lán)色LED (58)包括單獨(dú)的非藍(lán)色LED陣列。
28. 按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)藍(lán)色LED(20)和所述至少一個(gè)非 藍(lán)色LED (58)包括散布的藍(lán)色和非藍(lán)色LED的單獨(dú)陣列。
全文摘要
琥珀色光LED具有比紅色光LED高的亮度。電視上顯示的大多數(shù)圖像是由可以使用琥珀色、綠色和藍(lán)色分量連同僅占很小比例的紅色創(chuàng)建的顏色構(gòu)成的。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，投影顯示系統(tǒng)(10)中利用琥珀色光源(23)對(duì)典型的紅色基色光源(22，23)進(jìn)行增強(qiáng)。還提供了綠色(21)和藍(lán)色(20)基色光源。所有的光源全都是高功率LED。紅色和琥珀色光的特定混合色通過改變紅色LED和琥珀色LED的占空比來完成。如果可以使用高百分比例的琥珀色光和低百分比例的紅色光創(chuàng)建所要顯示的RGB圖像，那么琥珀色LED的占空比會(huì)增大，而紅色LED的占空比會(huì)減小。對(duì)用于由三個(gè)基色光源創(chuàng)建全色圖像的光/像素調(diào)制器(14，15，16)加以控制，以補(bǔ)償可變的琥珀色/紅色混合色。這一技術(shù)提高了投影系統(tǒng)的效率并且生熱較少。通過控制來自作為基色光源的綠色和青色LED(46)的光混合色和/或通過控制來自作為基色光源的藍(lán)色和藍(lán)色-青色LED(58)的光混合色，能夠?qū)崿F(xiàn)亮度的進(jìn)一步增加。
文檔編號(hào)H04N9/31GK101779473SQ200780046249
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者G·哈伯斯, S·比爾休曾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司