CN102918578A - 投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影显示设备，包括：光源，其每一个由发射RGB颜色中的每一个的发光元件组成；用于各个颜色的温度传感器，所述温度传感器中的每一个设置在各个颜色的光源附近；光传感器，其每一个检测来自各个颜色的光源的光泄漏；冷却各个色光源的冷却装置；使用三板液晶设备的光调制器；投影光学***；光量控制单元，其以预定光量比例维持各个颜色的各个光源的光量；冷却控制器（7），其控制各个颜色的各个光源的冷却装置。因为投影显示装置通过使用用于各个颜色的光传感器来测量从各个发光元件发射的光量，并且借助光量控制单元比较和调整红色、绿色和蓝色发光元件的光量，以保持白平衡，即使发光效率由于发光元件的结温度变化而变化，或者发光量随着由于长时间使用导致的发光元件老化而降低，也可以维持具有适合的白平衡的显示图像。

Description

投影显示设备

技术领域

本发明涉及一种投影显示设备，并且更具体地，涉及一种使用发光元件将光量调整到所需的白平衡的光量比例的投影显示设备。

背景技术

投影显示设备已知用于使用户在大屏幕上享受视频与图像的显示设备。背景技术的投影显示设备主要根据如下过程实现放大比例显示：

来自光源的白色光被颜色分离装置分离为红色光、绿色光、和蓝色光，而分离出的单色光被诸如液晶设备或DMD的光调制器调制。

各个色调的调制图像通过诸如正交二向色棱镜（cross dichroicprism）的颜色合成装置而被合成以产生彩色图像。

产生的彩色图像由诸如投影透镜等的投影光学***而以放大比例显示在屏幕等上。

迄今为止，诸如高压汞灯、金属卤化物灯的放电灯已被使用作为光源。近年来，已提出使用诸如LED和半导体激光器的半导体发光元件作为光源，并且它们实际上已经被使用。

这些发光元件的优点在于，与放电灯相比它们不发射热射线和紫外线，并可以很容易地控制用于发光元件的激励，具有高响应速度，不具有破裂的危险，并具有长使用寿命。

此外，由于发光元件能够发射三原色的单色光，用于产生来自红色、绿色和蓝色的彩***图像，也不需要颜色分离，因此它们适合作为投影显示设备的光源。

发光元件被机械地并且电地通过银膏、接合线、以及柱形凸起而连接到引线框架或板，并由诸如环氧树脂、硅凝胶等密封材料来密封和保护。

由于密封材料具有约为1.5的折射率，它有效地增加利用其从中提取光的效率，原因是减少了由在密封材料中的发光元件的发光层发射的光在发光设备界面的全反射。

发光元件取决于不同颜色的待发射的光而使用不同的发光材料。通常地，GaN基化合物半导体广泛用于发射波长范围从紫外线到绿色光谱的光，而称作四元材料的AlGaInP基化合物半导体、以及GaAs基化合物半导体广泛用于发射波长范围从黄色光谱到红色光谱的光。

发光元件产生大量的热和光。当大电流被供应到发光元件，以由此增加发射的光量时，发光元件的温度上升。而发光元件的发光效率具有温度依赖性。一般来说，当发光元件的结温度升高时，其发光效率降低。该温度依赖性随材料而不同。例如，红色发光元件具有大的温度依赖性，绿色发光元件具有小的温度依赖性，而蓝色发光元件几乎是与温度无关的。

如上所述，由于不同发光材料发射不同颜色的光，在高温下发射的光量的降低程度也取决于发射的光的颜色而变化。因此，当投影显示设备的环境温度改变时，由于发光元件的结温度也各变化，色光量比例也变化。换句话说，难以保持所需的白平衡。

发光元件进一步具有的问题在于，由于老化而导致的光量降低程度取决于发射光的颜色而不同。对比于以诸如红色光谱的较长波长发射光的发光元件，以诸如紫外线和蓝色光谱的较短波长发射光的发光元件使其密封材料更容易变黄。由于透射率通过变黄而减小，因此通过密封材料的光量降低。

由于长期使用而导致的光量降低程度取决于发光颜色而不同，在长时间段维持具有所需的白平衡的投影图像以产生投影显示设备所需的白色是难以实现的。

图1是示出了在专利文献1（JP2007-65012A）中公开的投影显示设备的光学***的布置的示意图。

如图1所示，投影显示设备1001的光学***1051包括：R（红）色光源1010R、G（绿）色光源1010G、B（蓝）色光源1010B、颜色合成装置1011、光调制器1014、投影光学***1016、和光电检测器1017。

光源1010R，1010G，1010B和光调制器1014由控制器1100来控制。结合有发光元件的R色光源1010R、G色光源1010G、和B色光源1010B发射单色光，该单色光通过颜色合成装置1011来合成，以沿一个光路行进至偏振器1013。尽管图中未示出，包括偏振分束器和λ/2相位差板的偏振统一化装置（polarization unifying means）被***在偏振器1013的前面。

偏振统一化装置仅使在一个偏振方向上的线偏振光通过偏振器1013而应用到光调制器1014。在这个例子中，光学***采用单板光调制器，并因此结合FSC（Field Sequential Color：场序彩色）显示***，其中红色、蓝色、和绿色的三原色光被连续发射并由光调制器1014来调制，随后调制光随时间来合成，以产生全彩色的图像。光调制器1014取决于待显示的图像来控制被应用到的线偏振光的偏振方向，并且该图像通过检测组件1102和投影光学***1016来投影到未示出的屏幕等上。

偏振器1013被设置在光调制器1014的光入射侧，并且偏振分束装置1015被设置在光调制器1014的光出射侧。光调制器1014包括单一液晶设备。包括偏振分束器等的偏振分束装置1015具有以二向色膜形式的偏振分束表面1030，其对于所应用的光倾斜45°。偏振分束装置1015使一个偏振方向上的线偏振光束通过，而反射与其垂直于的偏振方向上的另一个线偏振光束的功能。

在图1中，偏振分束装置1015使在平行于图1中纸面的偏振方向上的线偏振光束（以下简称为“P偏振光”）通过，并反射在垂直于图1中纸面的偏振方向上的线偏振光束（以下简称为“S偏振光”）。如虚线箭头所示，投影光学***1016设置在P偏振光束的光路上，该P偏振光束代表已经通过了偏振分束装置1015的透射光1020A。投影光学***1016将由光调制器1014调制的光投影到未示出的屏幕等上。如实线箭头所示，S偏振光束被应用到光电检测器1017，该S偏振光束代表由偏振分束装置1015的偏振分束面1030反射的反射光1020B。光电检测器1017可以包括光电二极管、光电晶体管等以将光强度转换成电量。偏振分束装置1015和光电检测器1017用作为检测器1102。控制器1100具有激励R色光源1010R、G色光源1010G、和B色光源1010B的功能，并具有控制光调制器1014和光电检测器1017的功能。当检测到R、G、B色光源的照度水平，并通过反馈环路供应到控制器1100时，控制器1100控制色光源的电功率水平，以保持所需的白平衡值。

在JP2007-65012A中所公开的显示设备的问题在于，尽管它可以处理由于发光元件老化而引起的发光效率降低，但由于发光元件的温度依赖性没有被考虑在内，当环境温度变化时其无法维持白平衡。

专利文献1：JP2007-65012A

发明内容

采用用于发射待合成的、例如红色、绿色、和蓝色的三原色光LED（发光二极管）或半导体激光器，以及光调制器的投影显示设备的光源受困于取决于结温度的发光效率降低，以及取决于发光颜色的、因长期使用造成的不同程度的发射光量降低。

上述现象的原因是发光元件的材料不同，并且密封和保护发光元件的密封材料在长期使用时使在短波长中、特别是紫外范围中的光变色，从而导致通过密封材料发射的光量降低。此外，由于取决于发射光的波长使用不同的化合物半导体作为发光材料，特别是在高温下由于长期使用的发射的光量的降低程度取决于发光颜色而不同。

出于上述原因，发光效率由于结温度的改变而变化，并且发光元件因老化引起的亮度变化取决于发光颜色而不同，从而使基于显示图像的三原色的白平衡变化，并且不可能维持具有最佳白平衡的图像。

此外，因为一种颜色的光的亮度趋向于取决于单个发光元件而以不同的速率变化，使用多个发光元件的光源趋向于出于上述同样的原因而引起显示图像的白平衡变化。

本发明的目的是提供一种投影显示设备，即使当显示设备的环境温度改变，并且来自多个发光元件的各个颜色的发射的光量因发光元件的老化和失效而改变，该投影显示设备也能够以最佳的白平衡显示高品质的图像。

解决问题的手段：

根据本发明，提供了一种具有多个光源组件的投影显示设备，包括：

分别与光源相关联地安装的多个温度传感器、光传感器，和冷却装置；

光量控制器，用于取决于来自所述光传感器的对应的输出信号来控制从所述光源发射的光量；

冷却控制器，用于取决于来自所述温度传感器的对应的输出信号来控制所述的冷却装置的冷却操作；

CPU，用于取决于来自安装在壳体中的温度检测装置的输出信号来控制所述光量控制器，以使从所述光源发射的光量比例保持恒定。

光源组件可以包括红色光源，用于发射红色光；绿色光源，用于发射绿色光；蓝色光源，用于发射蓝色光；和颜色合成装置，用于合成从各个光源发射的光。色光源中的每一个可以包括至少一个发光元件。发光元件可以包括发光二极管或半导体激光器。

可以包括液晶显示设备或反射型液晶设备作为光调制器。光传感器中的每一个可以包括光电二极管或光电晶体管。如果红色、绿色、和蓝色的光源中的每一个包括多个发光元件，则光传感器可以分别与发光元件相关联地设置。

光量控制装置可以基于由光传感器检测的光量来比较从红色、绿色，和蓝色发光元件发射的光量，并且可以控制用于光源的驱动条件，以保持基于颜色的白平衡。

由于通过光传感器测量红色、绿色，和蓝色的光量，并且光量控制器改变用于发光元件的驱动条件来将各个颜色的光量调整到用于实现所需白平衡的光量比例，因此即使发光元件的结温度变化以改变发光效率，并且即使由于长期使用而使发光元件劣化，从而导致发射的光量减少，也能够将显示图像维持在最佳的白平衡。

本发明的优点：

根据本发明，即使各个颜色的发光元件中的每一个的亮度因温度和老化而不同，由于监测从发光元件发射的光强度，光量控制器可以改变用于红色光，绿色光，及蓝色光的驱动条件以实现最佳的白平衡。因此，投影显示设备提供了以下优点：

(1)即使各个颜色的发光元件中的每一个的亮度由于结温度变化、单个发光设备的特异性、发光元件老化及驱动条件而变化，也可以维持白平衡和颜色再生范围。

(2)可以使白色的色度坐标与三原色的色度坐标匹配给定的视频标准。

(3）显示的图像可以变亮或变暗以节省电功率，同时取决于视频信号维持白平衡和颜色再生范围。

附图说明

图1是示出了根据背景技术的投影显示设备的光学***的布置的示意图；

图2是根据本发明第一示例性实施例的投影显示设备的方框图；

图3是示出了根据本发明第一示例性实施例的投影显示设备的光学***的布置的示意图；

图4是视频信号、激励各个颜色的光源的时间，以及由各个光传感器测量光源照度水平的时间的时序图；

图5是示出了R、G、B LED的结温度与照度水平之间的关系的一组示图；

图6是根据本发明第二示例性实施例的投影显示设备的方框图。

具体实施方式

根据本发明的投影显示设备包括：光源，其包括用于发射颜色为红色、绿色、和蓝色光的发光元件；包括液晶设备的光调制器；光传感器；光量控制器；以及光源冷却装置。光传感器检测从各个发光元件发射的各个光量，光量控制器比较和调整来自各个红色、绿色、和蓝色的发光元件的光量，以基于颜色保持白平衡。即使当发光元件的结温度变化，并且即使由于长期使用引起发光元件劣化，从而导致发射光量减少，投影显示设备也保持显示图像具有最佳的白平衡。白平衡意指从红色、绿色、和蓝色的各个颜色的发光元件发射的光量的比例（平衡）。

下面参照附图，将描述本发明第一示例性实施例。图2是根据本发明第一示例性实施例的投影显示设备的方框图。

视频信号处理电路1包括：缩放电路，其接收具有各种频率和分辨率的视频信号，并把它们转换成适合于光调制器的频率和分辨率；以及检测电路，其接收水平和垂直同步信号，产生显示设备各部分所需的时序信号，并检测视频信号的APL（Average Picture Level：平均图片电平）、直方图等。

视频信号处理电路1将输出信号应用至LUT（Look-Up Table：查询表单）2，LUT2校正液晶设备的电压对透射率特性，执行伽马校正，并且执行用于颜色空间转换器的各种颜色调整等。

液晶驱动电路3激励分别对应于R、G、B的多个光调制器14。由于液晶驱动电路3和光调制器14等效于三板式液晶投影仪的常规电路，它们将不会在下文中被详细描述。

CPU4控制视频信号处理电路1、LUT2和液晶驱动电路3，并监测来自于内部温度传感器5的输出信号。CPU4还控制光量控制器6。

冷却控制器7接收来自分别设置在R、G、B光源附近的温度传感器15R、15G、15B的输出信号，并取决于该输出信号向冷却R、G、B色光源的冷却装置18R、18G、18B供应预设的电功率量。

内部温度传感器5例如被安装在光调制器附近的显示设备的壳体内。单个温度传感器可以安装在用于各个颜色的相应的光调制器附近。CPU4可以计算检测温度的平均值，或者可以适当地对检测温度加权。

在显示设备已开启并进入热平衡状态之后，当由显示设备消耗的电功率恒定时，该显示设备的温度与显示设备周边的环境（外界）温度强烈相关，具体而言，当环境温度升高时，内部温度传感器5检测到的温度也上升。如果在制造显示设备时对环境温度和内部温度采样以用于校准，那么单个温度传感器的差异就可以被校正。

该温度传感器可以不安装在壳体内，但也可以位于壳体外以便直接检测环境温度。在示例性实施例中，温度传感器安装在壳体内的一个位置。

图3是示出了根据本示例性实施例中的投影显示设备的光学***的布置的示意图。该投影显示设备中与本发明没有直接关系的任何细节在图3中被省略。

根据本示例性实施例的投影显示设备具有R（红）色的光源10R、G（绿）色光源10G、和B（蓝）色光源10B，并且还具有分别设置在光源附近的温度传感器15R、15G、15B，和分别设置在光源附近的光传感器17R、17G、17B，以便检测光泄漏。

下面将说明根据本示例性实施例的投影显示设备的操作。在图3中，从每个都具有用于发射单色光的发光元件的R色光源10R、G色光源10G、和B色光源10B发射的各个光通过各自的聚光透镜19R、19G、19B和各自的照明光学***12R、12G、12B，由各自的光调制器14R、14G、14B调制，并通过颜色合成装置11合成在一起。颜色合成装置11包括正交二向色棱镜、正交二向色镜（cross dichroic mirror）等。

已通过颜色合成装置11的光由投影光学***16投影到未示出的屏幕的投影面上。

分别设置在光源附近的光传感器17R、17G、17B检测不是直接发射到光调制器的光泄漏。由于光泄漏与直接应用到光调制器的光强度强烈相关，能够通过检测光泄漏来检测直接应用到光调制器的光量。如果在制造显示设备时对数据采样以用于校准，则单个发光元件的差异可以被校正。即使一种颜色的光源具有多个发光元件，单个发光元件的差异可以通过测量从发光元件发射的合成的光量来吸收。

光量控制器6取决于来自光传感器17R、17G、17B的输出信号来控制光源驱动电路8R、8G、8B，从而调整从各个光源10R、10G、10B的输出光以实现所需的白平衡。光量控制器6可以通过控制光源的电流值或通过执行PWM（Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制）控制过程来调整从各个光源的输出光。在本示例性实施例中，以下将描述PWM控制过程。

为了根据PWM控制过程来控制光源，期望的是使用电流-频率转换光传感器，其能够以高精度测量光量。电流-频率转换光传感器将由光电二极管检测到的光强度转换成电流，然后将电流转换成频率，并以固定频率的时钟在一个给定时间段内对脉冲计数，以确定照度水平。此类型的光传感器适合于确定一个给定时间段内的光量或平均照度水平。

为了根据PWM控制过程来控制从光源发射的光量，一般的做法是，将PWM控制过程的周期与视频信号的帧同步。当PWM控制过程的周期与视频信号的帧同步时，在每个帧中的光量可以被控制在恒定的水平。然而，由于需要大电功率量来激励发光元件，在PWM控制过程中的变化点会产生大电磁干扰波。因此，如果PWM控制过程的周期是相同的，并且与帧同步，那么从EMI（Electro Magnetic Interference：电磁干扰）的角度，其导致缺点。相同的PWM控制过程周期是指用于光源的驱动电路的开关频率是相同的，并且与电磁干扰波的频谱彼此重叠。

根据本示例性实施例，用于激励各个色光源的PWM周期是彼此不同的，以减少不必要的电磁干扰波的频谱。因此，各个颜色的PWM周期与视频信号的帧不同步。

用于激励光源的不同PWM周期的优点在于，由于驱动电路的开关频率是彼此不同的，电磁干扰波的频谱并不互相重叠，并且EMI峰降低。

视频信号的帧与用于激励光源的PWM周期彼此不同步的事实意味着光调制器的帧更新不与控制照明光量同步，导致投影图像的颜色再现性劣化。然而，由于同步误差可以降低到一个PWM周期以内，误差与帧周期的时间比率可以通过降低PWM周期来降低，从而降低了颜色再现性的劣化。

至少一个颜色的PWM周期可以与视频信号的帧同步。例如，如果用于G色光源的PWM控制过程与视频信号的帧同步，其中G色光源提供了高光谱发光效率，则由于光调制器的帧更新与照射光量的控制同步，可以减小EMI，而同时最小化投影图像、特别是投影的动画图像的颜色再现性的劣化。

此外，用于激励光源的PWM周期可以是彼此不同的，并且所有颜色的PWM周期可以与视频信号的帧同步。例如，如果在视频信号的帧频率是60赫兹，则用于激励R、G、B色的光源PWM周期可以是视频信号的帧频率的整数倍，诸如5×60赫兹、6×60赫兹、7×60赫兹，而它们的基本频率可以是彼此不同的。然而，由于存在共同的乘数，会降低对EMI的改善。

如上所述，各个颜色的光源是否与视频信号的帧同步地被驱动取决于EMI的改善程度与颜色再现性的退化程度的折中。

各个颜色的光源10R、10G、10B分别与冷却装置18R、18G、18B组合。冷却装置18R、18G、18B的具体实例包括空气冷却风扇，使用泵的液体冷却***，并且珀尔帖（Peltier）设备等，它们可以适当地选择。

根据本示例性实施例，将给定的电功率量输出到各个冷却装置，该电功率量取决于来自设置在各个颜色的光源附近的温度传感器的检测输出信号。

由于温度传感器15R、15G、15B被设置在各个颜色的光源10R、10G、10B附近，对其输出信号的检测会与光源的发光元件的结温度强烈相关。如果在制造显示设备时对数据采样以用于校准，则温度传感器的差异可以被校正。

从温度传感器到发光元件的结的热阻可以被预先确定，并且发光元件的结温度可以根据需要通过确定由发光元件消耗的电功率量而确定。

发光元件的结温度（℃）=温度传感器的温度（℃）+从温度传感器到发光元件的结的热阻（℃/W）×发光元件消耗的电功率（W）。

如果各个颜色的光源中的每一个包括多个发光元件，那么期望的是在发光元件中的每一个附近安装温度传感器。

调整各色光量的过程将在下面参照图2来说明。如果已知从R、G、B光源发射的光的颜色的色度坐标，那么可以当确定混合色光的色度坐标时确定从光源发射的光量比例。

例如，当根据CIE（国际照明委员会）1931标准颜色***的色度坐标（x，y），如果该色度坐标对于R色光是（0.698，0.302），对于G色光是（0.194，0.706），对于B色光是（0.141，0.046），则对于混合色光是（0.3127，0.329），光量的比例可以设定为R色光量：G色光量：B色光量=25.5：68.9：5.61。

如果测量从各个颜色的光源发射的光量比例，那么可以计算混合色光的色度坐标。根据所述光源的规格，从R、G、B色光源发射的光的颜色的色度坐标可以是固定的。如果单个光源的差异被考虑在内，那么可以对于各个光源来测量色度坐标，并反映在计算中。如果考虑发射光的颜色的色度坐标偏差，该偏差是由于诸如驱动电流的光源驱动条件而产生，那么数据可以预先存储，并取决于驱动条件而反映在计算中。

在下文为了简洁起见，将假定R、G和B色光源发射的光的颜色的色度坐标是固定的。各个颜色的光量比例是指在预定时间段内由光传感器对于各个颜色测量的光量比例（或在预定时间段内的平均照度水平比例），这与在预定时间段内的各个颜色的投影光量强烈相关。作为整体供应到光源的电功率量由用于各个颜色的PWM控制过程的占空比来确定。CPU4根据所需的白色亮度，确定用于实现所需的白平衡中的各个颜色的光量比例，确定在各个颜色的灯在预定时间段内的光量的绝对值（目标光量）（或在预定时间段内的平均照度水平），和向光量控制器6发出控制指令。

光量控制器6检测来自用于各个颜色的光传感器17R、17G、17B的输出信号，并通过在用于各个颜色的光源驱动电路8R、8G、8B上执行反馈闭环控制，来控制PWM控制过程的占空比，以便使测量的各个颜色的光量均衡为目标光量。因此，一旦设定了白平衡与亮度，白平衡被维持在所需值，而与发光元件的结温度的变化及其老化无关。

如果维持白平衡的同时调整亮度，那么CPU4在不改变各个颜色的光量比例的情况下改变各个颜色的目标光量。相反地，如果需要调整白平衡，则CPU4调整R、G、B的光量比例。

利用光传感器测量照度水平并控制光量的过程将描述如下。图4是激励各个颜色的光源并且通过用于各个颜色的光传感器测量照度水平的时序图。例如，对于各个颜色，通过光传感器测量照度水平的时间段是PWM周期的三倍。

如上所述，用于各个颜色的PWM周期不与视频信号同步，并且彼此不同。用于各个颜色的PWM周期不与视频信号同步的事实意味着PWM周期的整数倍不等于视频信号的一帧的时间段（Vsync信号的下降沿到其下一个下降沿的时间段）。在图4中，PWM周期以R、G、B的顺序逐渐延长。例如，当显示设备开启时，它被初始化，以使得用于各个颜色的垂直同步信号和PWM控制过程只被同步一次。

各个颜色的光传感器在垂直同步信号（Vsync）的下降沿后的第一个PWM控制过程的下降沿开始测量照度水平。如图4所示，光传感器与各个颜色的PWM控制过程同步地在对于各个颜色的三个周期中测量照度水平。

当各个颜色的照度水平测量完成时，光量控制器6基于测得的照度水平控制光源驱动电路8R、8G、8B，同时在下一帧中维持各个颜色的光量比例。具体而言，测量当前帧中的各个颜色的照度水平，并且测量的照度水平被反映在下一帧中。如有必要，在下一帧中改变PWM控制过程的占空比。期望测量照度水平的帧与控制从光源发射的光量的时序差别应该是小的，并代表本示例性实施例中的一帧。

由于视频信号的帧周期和各个颜色的发光元件的PWM周期并不相互同步，改变各个颜色的光量的时序并不与帧周期一致，而是偏离于每一帧。这导致取决于该帧的每种颜色的亮度误差。然而，因为人的视觉整合而不会发现这样的亮度误差，该误差并不本质上影响静态图像。因为图像的变化比亮度误差在视觉上更具有主导性，该误差也不会对动画图像产生问题。

如果光源的亮度取决于视频信号的内容而变化（所谓的自适应光控制），那么基于APL或直方图来调整光源的亮度，因此没有必要执行诸如在每帧中的亮度快速调整的高速操作，但亮度可以缓慢地在从一秒到几秒的范围改变。因此，这种自适应光控不会导致问题。

由于与PWM控制过程同步地测量照度水平，取决于该帧的亮度误差并不影响白平衡调整。

发光元件的结温度的影响将描述如下。图5是表示了基于三种颜色R、G和B的LED结温度与归一化照度水平的特征曲线的一组视图。图5（a）示出了红色LED的特性曲线，图5（b）示出了绿色LED的特性曲线，而图5（c）示出了蓝色LED的特性曲线。

如上所述，这些LED取决于其发射的色光的波长而由不同的材料制成。因此，它们的照度水平由于材料的物理性质而不同地依赖于温度。归一化照度水平是指在特定温度下，相对于100%的照度水平的相对照度水平。

下面将描述LED温度特性趋势的一个例子。如图5（a）所示，如果红色LED在结温度是T1℃（例如，40℃）时具有100％的照度水平，则当结温度上升50℃时，照度水平下降50％或更多。换句话说，红色LED的温度依赖性高。如果绿色LED在结温度是T1°C（例如，40℃）时具有100％的照度水平，那么当结温度上升50℃时，照度水平下降约10％。蓝色LED的照度水平基本上保持不变而与结温度无关。随着红色LED的结温度的增加，红色LED的照度水平降低，使得难以维持白平衡。如果一般与为激励LED而供应的电功率量成正比的LED的照度水平由于其温度依赖性而降低，那么需要供应额外的电功率量。由于结温度还取决于电功率的供应量，需要向冷却装置供应电功率，其结果是，显示设备整体上需要增加的电功率消耗。增加的电功率消耗并不一定有助于显示设备的性能以增加亮度和维持白平衡，并且不能满足节约能源的社会需求。

通常地，在标准环境下（例如，环境温度=25℃），确定要供应到用于红色LED的冷却装置18R的电功率量，以使得亮度为最大值时红色LED的结温度不会超过预设温度。CPU4始终监测由内部温度传感器5检测到的温度。由于壳体内的温度与环境温度强烈相关（例如，该壳体内的温度=环境温度+20℃），可以检测环境温度的变化。如果CPU4判断环境温度已上升，则CPU4向光量控制器6发出指令以降低对于每种颜色的PWM占空比的绝对值，同时维持白平衡（即，同时保持R、G、B的光量比例）。换句话说，CPU4以相同的方式控制光量控制器，以便在保持白平衡的同时降低亮度（例如，每次环境温度升高1℃，以3％来降低对于每种颜色的占空比的绝对值）。

如果环境温度已上升并因此亮度已下降，那么在环境温度由于空调等而降低时，可以恢复原始状态。如果环境温度高于标准环境，那么可以以比标准环境小的电功率消耗来实现所期望的亮度与白平衡。

下面将描述本发明的第二示例性实施例。图6是根据本发明第二示例性实施例的投影显示设备的方框图。

根据本示例性实施例，投影显示设备与根据第一示例性实施例的投影显示设备的区别仅在于冷却控制器7的布置，而其他的部件和操作与根据第一示例性实施例的投影显示设备是相同的。相同的部件由图2中相同的附图标记表示，并且将不在下文中描述。该光学***具有与图3中所示相同的布置。

根据第一示例性实施例，冷却控制器7根据由用于各个颜色的温度传感器15R、15G、15B检测到的温度，来将预定的电功率量供应到用于各个颜色的冷却装置18R、18G、18B。例如，如果取决于来自用于红色的光传感器17R的检测结果而增加红色的PWM占空比，那么红色发光元件的照度水平增加。如果照度水平增加，那么由于红色发光元件的结温度增加，由用于红色的温度传感器15R检测到的温度升高。冷却控制器7根据新检测的温度向用于红色的冷却装置18R供应预定的电功率量。换言之，根据第一示例性实施例的冷却控制器7取决于来自用于各个颜色的温度传感器的输出信号来控制对应颜色的冷却装置，并独立与光量控制器6来操作。

根据本示例性实施例，冷却控制器7控制供应到用于各个颜色的冷却装置18R、18G、18B的电功率量，以便保持来自用于各个颜色的温度传感器的恒定输出信号。CPU4基于光量控制器6的指令（激励各个色光源所需要电功率量的设定）来将目标温度值发送到冷却控制器7，该目标温度值用于保持来自用于各个颜色的温度传感器的恒定输出信号。

由于光量与发光元件的温度相关地增加或减少，因此用于控制光量的环路并且用于控制所述光源冷却的环路趋向于相互影响，从而使控制***振荡并且变得不稳定。因此，用于控制光量的环路的响应速度比用于控制光源冷却的环路的响应速度更快地收敛。

具体而言，使得在光量控制下的光量变化率大于在冷却控制下的光量变化率。通过将光量从给定的偏差ΔL达到规定的光量所需的光量改变（ΔL）除以直到光量在光量控制下收敛到预定光量所需的时间Δt而产生的值，来表示光量变化率。

光量的变化率=ΔL/Δt

在冷却控制下，由于发光元件的结温度与其照度水平相关，当冷却能力增加和减少时，结温度也增加和减少，并且光量间接地增加和减少。通过最初收敛光量控制***，并且随后随时间缓慢地收敛冷却控制***，来避免发生上述振荡，由于照度水平的温度依赖性也取决于发射光的波长，用于各个颜色的冷却控制***彼此独立地进行操作。

根据本发明，如上所述，可以调整亮度，同时将白平衡维持在所需值，并且可以实现高图像品质，而无论投影显示设备在何种环境下使用，以及即使它被使用了长时间段，与以下无关：

（1）投影显示设备的环境温度变化；以及

（2）发光元件的老化。

附图标记说明：

1视频信号处理电路

2LUT

3液晶驱动电路

4CPU

5内部温度传感器

6光量控制器

7冷却控制器

8R8G8B光源驱动电路

10R R色光源

10G G色光源

10B B色光源

11颜色合成装置

12R,12G,12B照明光学***

14R,14G,14B光调制器

15R,15G,15R温度传感器

16投影光学***

17R,17G,17B光传感器18R,18G,18B冷却装置19R,19G,19B聚光透镜

Claims (9)

1.一种具有多个光源的投影显示设备，包括：

分别与所述光源相关联地安装的多个温度传感器、光传感器，和冷却装置；

光量控制器，所述光量控制器用于取决于来自所述光传感器的对应的输出信号来控制从所述光源发射的光量；

冷却控制器，所述冷却控制器用于取决于来自所述温度传感器的对应的输出信号来控制所述冷却装置的冷却操作；

CPU，所述CPU用于取决于来自安装在壳体中的温度检测装置的输出信号来控制所述光量控制器，以使从所述光源发射的光量比例保持恒定。

2.根据权利要求1所述的投影显示设备，其中所述光源包括：红色光源，用于发射红色光；绿色光源，用于发射绿色光；蓝色光源，用于发射蓝色光；和颜色合成装置，用于合成从各个光源发射的光。

3.根据权利要求2所述的投影显示设备，其中所述色光源中的每一个包括至少一个发光元件。

4.根据权利要求3所述的投影显示设备，其中所述发光元件包括发光二极管。

5.根据权利要求3所述的投影显示设备，其所述发光元件包括半导体激光器。

6.根据权利要求1所述的投影显示设备，其中所述光源控制器控制从与视频信号不同步的所述光源发射的光量。

7.根据权利要求1所述的投影显示设备，进一步包括多个液晶设备作为光调制器。

8.根据权利要求1所述的投影显示设备，其中所述光源控制器分别以不同周期调整从所述光源发射的色光量。

9.根据权利要求1所述的投影显示设备，其中所述光传感器与从所述光源发射的色光量的调整周期同步地测量照度水平。

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