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、綠色和藍色像素的陣列形成的。當控制 RGB像素組中這三種顏色的相對貢獻時，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、綠色和藍色光源照射一個或多個光調(diào)制器來 進行工作。光源可以是非常明亮的白色光，對該光源的光進行濾波，來創(chuàng)建紅色、綠色和藍 色分量。這樣的白色光源會生成很多的熱量并且效率低下，因為所生成的很多光不是紅色、 綠色和藍色的并且因此被浪費掉了。 一種效率更高的光源由紅色、綠色和藍色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。本申請所針對的 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應的小液晶板(稱為微顯示器)。然后由光學器件將 紅色圖像、綠色圖像和藍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、綠色和藍色光分量 快速反射到屏幕上。各個反射鏡對應于顯示器中的像素。反射鏡的角度決定像素是打開還 是關閉，而占空比決定各個像素位置上的RGB分量。 對于大屏幕投影系統(tǒng)，光必須非常明亮。為了達到這樣的高亮度，可以使用各種顏 色的多個大功率LED。可以有對應于各種基色的小的LED陣列，來獲得期望的亮度。
由于紅色、綠色和藍色LED的相對效率，在加上人眼對紅色、綠色和藍色光的靈敏 度不同，為某一白點生成所需的紅色光分量所使用的功率要遠大于為該白點創(chuàng)建藍色光分 量所使用的功率。由于紅色LED在較高溫下效率會變較低，因此當紅色LED是發(fā)熱的大功率 LED時，會使得相對效率更為低下。在較少的情況下，為白色點生成所需要的綠色光分量所 使用的功率大于為該白點創(chuàng)建藍色光分量所使用的功率。不過，紅色和綠色LED的相對效 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。人眼對綠色光要比對藍色和紅色光靈敏得多。對于標準紅色、 綠色和藍色LED，假設紅色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系一般仍然保持相同，假設紅色、綠色和藍色LED 具有相同的質(zhì)量。為了創(chuàng)建白色光(例如，6500-9000K)，相對流明貢獻是大約紅色25X、綠 色70%和藍色5%。藍色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色光所需要的功率多得多。此外，要創(chuàng)建白色光，生成綠色光所需要的功率也 要比生成藍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，這是因為，對于等量的光功率(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準紅色、綠色和藍色基色，本發(fā)明使用由單獨的琥珀 色、紅色、綠色和藍色LED陣列創(chuàng)建的琥珀色/紅色混合色、綠色和藍色的基色。對于小型 的或低亮度的系統(tǒng)，基色光源可以是僅僅一個高功率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，從而實現(xiàn)本發(fā)明。 在一種實施方式中，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)，同樣可以實現(xiàn)類似的效率提高?？梢杂墒艿絃ED有源層的藍色或UV射線激勵的熒光 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。在控制三個微型顯示器(小型LC板)或DLP投影儀中的微反射鏡時，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 個單獨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、綠色和藍色的情況時的效率。 效率提高也在于下列原因。當以時間相繼的模式組合起來時，兩種顏色的組合會 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的占空比交替激勵兩個LED光源，那么對于各個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LED光源將輸出146%的組合相對通量，與連續(xù)開啟的單 獨LED光源相比，得到了 46%的效率增益。
這一技術(shù)也可以應用于綠色光?？梢允褂霉鈱W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)它們在圖像幀周期期間的占空比會得到比僅僅使用綠色光的情況高的相對 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。在控制三個微型顯 示器(LCD)或DLP投影儀中的微反射鏡時，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)也可以應用于藍色光?？梢允褂霉鈱W器件將來自青色陣列的光(波長長 于藍色)與來自藍色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)它們在圖像幀周期期間的占空比會得到比僅僅使用藍色光的情況高的相對 通量。青色和藍色陣列的占空比是根據(jù)圖像幀中的顏色含量來控制的。在控制三個微型顯 示器(LCD)或DLP投影儀中的微反射鏡時，顯示處理器考慮到了基色光源中顏色的混合色。
在一種實施方式中，用于RGB像素的三基色光源中的各個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_青色和藍色/淺藍色_青色。


圖1是按照本發(fā)明的第一種實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LED陣列的光準直的準直 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占空比。
圖5是示出占空比與相對通量的曲線圖。 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)明應用于DLP投影系統(tǒng)，其中各個基色光源是來自兩個不 同顏色的光的混合光，這兩個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)明的實施方式的投影系統(tǒng)執(zhí)行的各個步驟的流程圖。
各個附圖中類似或相同的單元用相同的附圖標記標注。
具體實施例方式
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。當二極管被正向 偏置時，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 以進一步詳細介紹。在Steigerwald等人申請的美國專利號6828596和Bhat等人申請的 美國專利號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從有源層射出的光進行波長轉(zhuǎn)換的LED。
圖1是為各基色光使用單獨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、用于計算機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RGB像素位置上的亮度的常規(guī)圖像信號供應給顯示處理器12。注意，在本公開的上下文中，術(shù)語紅色像素、綠色像素、藍色像素和RGB像素用于表示分配給各個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、綠色像素和藍色像素。 各個微型顯示器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。當將這些圖像組合時，全色圖像投射到屏幕上。形成各個微型顯示器的多個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。通過有選擇地激勵各個像素位置上的薄膜晶體管在各個像素位置上創(chuàng)建的電場，導致液晶層改變各個像素位置上進入光的偏振。取決于像素位置上的偏振量，像素將使更多或更少的進入基色光傳遞到屏幕。LCD是公知的并且不必加以進一步介紹。 圖1中的光源是藍色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)動器連接的端子。各個LED陣列前面的透鏡26使光線準直，以均勻地照射其關聯(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LED陣列27的頂視圖?？梢杂腥我鈹?shù)量的
LED (例如，6-24個)，并且典型尺寸是每側(cè)邊為厘米量級。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，可能各個基色只有一個高功率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。 回過頭來參照圖l，對離開微型顯示器14-16的已調(diào)制光進行組合，以形成全色圖像。分色鏡34反射藍色光，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)制藍色光。離開透鏡36的光被會聚到屏幕(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，到達透鏡36。屏幕上的各個全色圖像RGB像素是由單獨紅色像素、單獨綠色像素和單獨藍色像素的組形成的。處于觀看距離上的人眼察覺不到單個像素，組合的光實際上產(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，這是因為，對于等量的光功率(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。在一種實施方式中，陣列中琥珀色LED的數(shù)量是根據(jù)估計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)可以使用由藍色光激勵的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 個光束。通過對光進行組合而不是將琥珀色陣列作為單獨的基色光來對待，不需要增加另 一個微型顯示器和伴隨的光學器件。 顯示處理器12接收數(shù)字圖像信號，數(shù)字圖像信號(直接或間接地)為圖像幀中的 單個圖像的各個紅色、綠色和藍色像素指定數(shù)百個亮度狀態(tài)之一。圖像信號輸送一系列靜 止圖像，每圖像幀一個靜止圖像。處理器12實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)制的綠色和藍色光進行混合時，可以如實 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高的紅色陣 列亮度，因為琥珀色光無法產(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，以實現(xiàn)計算出來的琥珀色和紅色光的混合色，如圖4中 所示。 為了補償非純紅色的基色光，處理器12因此控制三個微型顯示器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，在幀時間的三分之二時間內(nèi)激勵琥珀色陣列，而在剩余 的時間內(nèi)激勵紅色陣列。在單獨幀周期期間可以有陣列的一個或多個切換循環(huán)。到各個陣 列的電流可以是不同的，取決于LED的特性和所希望的亮度。 在一個處理中，處理器12識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，因為琥珀色陣列不能創(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 來補償組合的基色光。 為了進一步簡化處理，如果僅僅少量幾個像素是深紅色的，并造成紅色陣列在很
長的時間內(nèi)保持開啟，那么可以通過僅僅針對這些少量幾個像素不改變紅色陣列的占空比
來使得這些像素亮度較低，假設該差異對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)動器44(電流源)。正常情況下，到藍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，在每個圖像幀期間一般來說將激勵效率較高的琥珀色陣列，同時紅色陣列的占 空比會隨之降低，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光源組合(即使當這兩個光
9源效率相等時)作為基色光源而增加的。當以時間相繼的模式組合時，兩種顏色的組合會得到比最高亮度簡單地乘以占空比更高的亮度。例如，假設連續(xù)開啟的LED光源輸出100%通量。如果我們各以50X的占空比交替激勵兩個LED光源，那么對于各個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LED光源將輸出146%的組合相對通量，與連續(xù)開啟的單獨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陣列和藍綠色(或青色)LED陣列提供組合基色光，甚至可以實現(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，因為在生成比青色更綠的顏色時不能使用青色。處理器12使用前面針對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待要更加復雜。 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。在另一種實施方式中，綠色或青色LED是由涂覆有熒光體的藍色或UV LED形成的，或者藍色或UV LED使用熒光板，其在受到藍色或UV光激勵時發(fā)射綠色或青色光。熒光體層可以允許某些藍色光漏過熒光體，以創(chuàng)建綠色或青色光。 此外，考慮到圖5的曲線圖，通過由藍色LED陣列和藍綠色(或青色)LED陣列提供組合基色光，可以實現(xiàn)更大的亮度。如果綠色基色光和藍色基色光都是兩個光源的組合，那么綠色陣列應該與淺綠色-青色陣列組合，并且藍色陣列應該與淺藍色-青色陣列組合。藍色基色中光的組合應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。這可能對冷卻LED有用，并且對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)文獻在此引入以供參考。由顯示處理器52對數(shù)字圖像信號進行處理，來控制陣列50中超過一百萬個鉸接反射鏡的角度。圖像幀被分成三個周期，每個周期對應于圖像的一個基色分量。在各個周期期間，僅激勵一個基色光源。在另一種實施方式中，為光源使用快門。透鏡56使照射的基色光準直并且將其施加給微反射鏡。各個微反射鏡對應于圖像中的單獨RGB像素。反射鏡的一個角度有效地阻擋光線到達顯示屏幕上的該像素位置，而第二個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)藍色LED陣列和淺藍色-青色LED陣列58，它們的光組 合為單獨基色光；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基色光。各 個陣列可以類似于圖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識別圖像中更
紅的像素并且通過驅(qū)動器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
然后通過適當改變微反射鏡的占空比來補償琥珀色和紅色光的混合色。 類似地，處理器52識別圖像中更綠的像素并且通過驅(qū)動器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然后通過適當改變微反射鏡的占空比
來補償綠色和綠色_青色光的混合色。 類似地，處理器52識別圖像中更藍的像素并且通過驅(qū)動器64調(diào)節(jié)藍色和藍 色_青色陣列的占空比，以使效率最大化。處理器52然后通過適當改變微反射鏡的占空比 來補償藍色和藍色_青色光的混合色。 在一種實施方式中，各種不同顏色的LED不再是處于單獨的陣列中，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，不需要組合光學器件，并且光 源更小并且更加容易適應現(xiàn)有的投影系統(tǒng)設計。 圖8是概括由按照本發(fā)明的一種實施方式的投影系統(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、綠色和藍色像素位置構(gòu)造全色 圖像的信息的常規(guī)圖像信號施加給處理器。 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。控制淺綠色_青色和綠色LED的占空比來提供期望的混合色。
在步驟73中，將來自淺藍色_青色LED陣列和藍色LED陣列的光組合為用于顯示 器中的藍色像素位置的單獨基色光束。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\藍色_青色和藍色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)對用于顯示器中的各個 紅色像素位置的組合琥珀色/紅色光進行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對琥珀色和紅色LED的具 體占空比并且針對其它基色光源的具體占空比，對該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟75中，光調(diào)制器對用于顯示器中的各個綠色像素位置的組合綠色_青色/ 綠色光進行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對綠色_青色和綠色LED的具體占空比并且針對其它基 色光源的具體占空比，對該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟76中，光調(diào)制器對用于顯示器中的各個藍色像素位置的組合藍色_青色/ 藍色光進行調(diào)制，以創(chuàng)建圖像。針對藍色_青色和藍色LED的具體占空比并且針對其它基色光源的具體占空比，對該調(diào)制加以調(diào)節(jié)。 在步驟77中，將來自三個基色光源的已調(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器件，因為光已經(jīng)通過單獨微反射鏡陣列的調(diào)制而組合。
在一種實施方式中，用于RGB像素的三個基色光源中的各個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熒光體發(fā)射該特定顏色的LED。 在對本發(fā)明的詳細介紹之后，本領域技術(shù)人員將會意識到，給出了本公開文本，可以對本發(fā)明進行改變，而不會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)，包括至少一個光調(diào)制器(14，15，16)，用于對來自第一基色光源(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非紅色LED(23)，來自至少一個紅色LED的光和來自至少一個非紅色LED的光被組合成一個光束；第二基色光源包括至少一個綠色LED(21)；第三基色光源包括至少一個藍色LED(20)；至少一個驅(qū)動器(44)，用于激勵所述至少一個紅色LED、至少一個非紅色LED、至少一個綠色LED和至少一個藍色LED；至少一個處理器(12)，適合于接收圖像信號，并且，作為響應，控制所述至少一個光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個驅(qū)動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)改變所述至少一個紅色LED和所述至少一個非紅色LED的相對亮度等級，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)，其中所述至少一個非紅色LED(23)包括至少一個琥珀色LED。
3. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個非紅色LED(62)包括至少一個黃色LED。
4. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器(12)控制所述至少一個驅(qū)動器(44)來改變所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非紅色LED(23)的占空比。
5. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中圖像信號定義一系列靜止圖像，各個圖像是在圖像幀中傳輸?shù)?，其中所述至少一個處理器(12)控制所述至少一個驅(qū)動器(44)來基于單個圖像幀中的圖像改變所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非紅色LED(23)的占空比。
6. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中圖像信號定義一系列靜止圖像，各個圖像是在圖像幀中傳輸?shù)?，并且其中所述至少一個處理器(12)控制所述至少一個驅(qū)動器來改變所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非紅色LED(23)的占空比，其中對于單個圖像幀，所述至少一個紅色LED的占空比和所述至少一個非紅色LED的占空比合計為接近100%。
7. 按照權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個處理器(12)控制所述至少一個光調(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綠色發(fā)光二極管(LED) (21)和發(fā)射波長比綠色短且比藍色長的光的至少一個非綠色LED(46)，來自所述至少一個綠色發(fā)光二極管(LED)的光和來自所述至少一個非綠色LED的光被組合成一個光束，并且其中所述至少一個處理器(12)適合于控制所述至少一個驅(qū)動器(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)改變所述至少一個綠色LED和所述至少一個非綠色LED的相對亮度等級，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藍色發(fā)光二極 管(LED) (20)和發(fā)射波長比藍色長且比綠色短的光的至少一個非藍色LED(56)，來自所述 至少一個藍色發(fā)光二極管(LED)的光和來自所述至少一個非藍色LED的光被組合成一個光 束，并且其中所述至少一個處理器(12)適合于控制所述至少一個驅(qū)動器(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)改變所述至少一個藍色LED和所述至少一個 非藍色LED的相對亮度等級，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)，其中所述至少一個紅色LED包括紅色LED的陣列 (22)，并且所述至少一個非紅色LED(23)包括單獨的非紅色LED陣列。
14. 按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非紅 色LED(23)包括散布的紅色和非紅色LED的單獨陣列。
15. —種操作用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(10)的方法，包括由至少一個光調(diào)制 器(14，15，16)，對來自第一基色光源(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非紅 色LED(23)，來自所述至少一個紅色LED的光和來自所述至少一個非紅色LED的光被組合 成一個光束，第二基色光源包括至少一個綠色LED (21)，第三基色光源包括至少一個藍色 LED(20);由至少一個驅(qū)動器(44)，激勵所述至少一個紅色LED、至少一個非紅色LED、至少 一個綠色LED和至少一個藍色LED ;接收圖像信號，并且，作為響應，控制所述至少一個光調(diào) 制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個驅(qū)動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)改變所述至少一個紅色LED和所述至少一個非紅色LED的相對亮度等級，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，其中圖像信號定義一系列靜止圖像，各個圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)?，其中控制所述至少一個驅(qū)動器(44)包括控制所述至少一個驅(qū)動器來改 變所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非紅色LED(23)的占空比，其中對于單個圖 像幀，所述至少一個紅色LED的占空比和所述至少一個非紅色LED的占空比合計為接近 100%。
17. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個非紅色LED(23)包括至少一個琥 珀色LED。
18. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個非紅色LED(62)包括至少一個黃 色LED。
19. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個紅色LED (22)包括紅色LED陣列， 并且所述至少一個非紅色LED (23)包括單獨的非紅色LED陣列。
20. 按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個紅色LED(22)和所述至少一個非 紅色LED(23)包括散布的紅色和非紅色LED的單獨陣列。
21. —種用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(IO)，包括至少一個光調(diào)制器(14， 15， 16)，用 于對來自第一基色光源(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紅色發(fā)光二極管 (LED) (22);所述第二基色光源包括至少一個綠色LED(21)和發(fā)射波長比綠色短且比藍色長的光的至少一個非綠色LED (46)，來自所述至少一個綠色LED的光和來自所述至少一個 非綠色LED的光被組合成一個光束；所述第三基色光源包括至少一個藍色LED(20);至少一 個驅(qū)動器(44)，用于激勵所述至少一個紅色LED、至少一個綠色LED、至少一個非綠色LED和 至少一個藍色LED ;至少一個處理器(12)，適合于接收圖像信號，并且，作為響應，控制所述 至少一個光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個驅(qū)動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)改變所述至少一個綠色LED和所述至少一個非綠色LED的相對 亮度等級，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)，其中圖像信號定義一系列靜止圖像，各個圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)模⑶移渲兴鲋辽僖粋€處理器(12)控制所述至少一個驅(qū)動器來改變所 述至少一個綠色LED(21)和所述至少一個非綠色LED(46)的占空比，其中對于單個圖像幀， 所述至少一個綠色LED的占空比和所述至少一個非綠色LED的占空比合計為接近100%。
23. 按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個綠色LED(21)包括綠色LED陣列， 并且所述至少一個非綠色LED (46)包括單獨的非綠色LED陣列。
24. 按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個綠色LED(21)和所述至少一個非 綠色LED(23)包括散布的綠色和非綠色LED的單獨陣列。
25. —種用于顯示全色圖像的投影系統(tǒng)(IO)，包括至少一個光調(diào)制器(14， 15， 16)，用 于對來自第一基色光源(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紅色發(fā)光二 極管(LED) (22);所述第二基色光源包括至少一個綠色LED(21);所述第三基色光源包括至 少一個藍色LED(20)和發(fā)射波長比綠色短且比藍色長的光的至少一個非藍色LED(58)，來 自所述至少一個藍色LED的光和來自所述至少一個非藍色LED的光被組合成一個光束；至 少一個驅(qū)動器(64)，用于激勵所述至少一個紅色LED、至少一個綠色LED、至少一個非藍色 LED和至少一個藍色LED ;至少一個處理器(12)，適合于接收圖像信號，并且，作為響應，控 制所述至少一個光調(diào)制器來創(chuàng)建投影圖像，并且控制所述至少一個驅(qū)動器來在改變從第三 基色光源發(fā)出的光混合色的期間內(nèi)改變所述至少一個藍色LED和所述至少一個非藍色LED 的相對亮度等級，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)，其中圖像信號定義一系列靜止圖像，各個圖像是在 圖像幀中傳輸?shù)模⑶移渲兴鲋辽僖粋€處理器(12)控制所述至少一個驅(qū)動器(64)來改 變所述至少一個藍色LED(20)和所述至少一個非藍色LED(58)的占空比，其中對于單個圖 像幀，所述至少一個藍色LED的占空比和所述至少一個非藍色LED的占空比合計為接近 100%。
27. 按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個藍色LED(20)包括藍色LED陣列， 并且所述至少一個非藍色LED (58)包括單獨的非藍色LED陣列。
28. 按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個藍色LED(20)和所述至少一個非 藍色LED (58)包括散布的藍色和非藍色LED的單獨陣列。
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)明的一種實施方式中，投影顯示系統(tǒng)(10)中利用琥珀色光源(23)對典型的紅色基色光源(22，23)進行增強。還提供了綠色(21)和藍色(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的占空比會增大，而紅色LED的占空比會減小。對用于由三個基色光源創(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色和藍色-青色LED(58)的光混合色，能夠?qū)崿F(xiàn)亮度的進一步增加。
文檔編號H04N9/31GK101779473SQ200780046249
公開日2010年7月14日 申請日期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備有限責任公司