TWI511576B - 在使用發光二極體的投影系統中的多色原色光產生器 - Google Patents

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Serge Bierhuizen
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Description

在使用發光二極體的投影系統中的多色原色光產生器
本發明關於投影顯示器，例如前或後投影電視，更特定言之，係關於使用發光二極體(LED)於原色光顏色產生器之此類投影顯示器。
視訊彩色影像典型上係使用一小群紅色、綠色、及藍色像素陣列形成。當一RGB像素群內的這三種顏色之相對貢獻受到控制時，這三種顏色組合而產生視訊影像內之所有顏色。投影顯示系統典型上係藉由極亮之紅色、綠色、及藍色光源照明一或多個光調變器而操作。光源可以係一極亮之白色光，其光過濾後以產生紅色、綠色、及藍色分量。此一白色光源產生大量的熱且效率低，因為所產生之大部分光並非紅色、綠色、及藍色，因而形成浪費。一較有效率之光源係由紅色、綠色、及藍色發光二極體組成，因為其不需要過濾且所產生之所有光皆用於產生顯示影像內之色域。本申請案係關於使用發光二極體光源之投影系統。
光調變器可以係用於各原色之小型液晶面板(俗稱微型顯示器)。紅色影像、綠色影像、及藍色影像則由光學元件組合且投影至一螢幕上。該投影可以係一前投影或一後投影。
某些其他類型之光調變器為微機電系統(MEMS)裝置，例如德州儀器公司製造之數位式光處理器(DLPTM )，其中 一微型面鏡陣列將紅色、綠色、及藍色光分量快速反射至一螢幕上。各面鏡對應於顯示器內之一像素。該等面鏡之角度決定像素開啟或關閉，及作用時間循環決定在各像素位置之RGB分量。
對於大螢幕投影系統而言，光必須很亮。為了達到此亮度，可以使用多數個高功率之各色發光二極體。各原色可用一小型發光二極體陣列，以取得所需之亮度。
由於紅色、綠色、及藍色發光二極體之相對效率，其與人眼對於紅色、綠色、及藍色光之不同敏感度組合後，用於針對某一白點產生所需紅色光分量之功率係遠大於用於針對該白點產生藍色光分量之功率。由於紅色發光二極體在較高溫度時效率不佳，此較差效率在紅色發光二極體為一會產生熱之高功率發光二極體時尤其嚴重。在較少程度上，用於針對該白點產生所需綠色光分量之功率較大於用於針對該白點產生藍色光分量之功率。然而，紅色與綠色發光二極體之相對效率會隨著製造廠而改變，亦即，在某些情況下，一顯示器內之綠色發光二極體可能比紅色發光二極體更低效率。
這係光與發光二極體之以下特徵的一項結果。人眼可感知之一亮度量測值係以流明為單位。流明/瓦之比即係為效率。人眼對於綠色光比對於藍色及紅色光敏感。針對標準之紅色、綠色、及藍色發光二極體而言，假設紅色發光二極體輸出大約40流明/瓦(電)、綠色發光二極體輸出大約100流明/瓦(電)、及藍色發光二極體輸出大約20流明/瓦 (電)。假設紅色、綠色、及藍色發光二極體為相同品質，則較有效率之發光二極體具有一較高效率，但是顏色之間之效率關係通常維持相同。欲產生白色光時(例如6500-9000K)，相對流明貢獻度為大約25%紅色、70%綠色、及5%藍色。藍色發光二極體將一比例(大約40%)之電子轉變成發出之光子，該部分係較大於紅色與綠色發光二極體之二倍比例。有鑑於以上特徵，欲從發光二極體產生白色光時，產生紅色光所需之功率即遠大於產生藍色光所需者。此外，欲產生白色光時，產生綠色光所需之功率亦較大於產生藍色光所需之功率。
需要一種用於在一投影顯示器內增加一發光二極體光源效率的技術。
高品質、高功率琥珀色光發光二極體(例如590奈米主波長)的效率高於高功率紅色光發光二極體(例如620奈米主波長)大約2-2.5倍，其中對於相同量之光功率(瓦)而言，人眼感知之琥珀色光係比紅色光亮大約2-2.5倍。易言之，琥珀色發光二極體之流明/瓦(光學)效率(例如490lm/W)大約比紅色發光二極體之流明/瓦(光學)效率(例如210lm/W(光學))大2-2.5倍。
顯示於電視上之絕大部分影像係由利用琥珀色、綠色、及藍色分量產生之顏色組成，且僅有一小比例之紅色。一高比例之紅色僅為高度飽和之紅色調所需，但是這極為罕見。
據此，取代於一投影顯示器內之標準紅色、綠色、及藍色原色，本發明使用由分離之琥珀色、紅色、綠色、及藍色發光二極體陣列產生之琥珀色/紅色混合、綠色、及藍色之原色。對於小型或低亮度系統而言，一原色光源可以僅為一高功率發光二極體。由於投影顯示器典型上係組態用於處置僅三種原色，本發明可以藉由使用光學元件將琥珀色與紅色光組合在一起，並且基於一彩色視訊影像圖框期間需顯示之顏色控制琥珀色與紅色陣列之作用時間循環而改變琥珀色/紅色混合。
在一具體實施例中，來自琥珀色與紅色陣列之光係使用一二色鏡(dichroic mirror)以組合成一單一光束。
取代於琥珀色發光二極體，可以使用一黃色發光二極體陣列(例如570-583奈米主波長)且在效率上有類似之改善。可以藉由發光二極體作用層之一藍色或UV發射激發一磷光體而產生黃色光，或者可以由作用層直接產生黃色光。在文後之範例中，任何琥珀色發光二極體可被替代成黃色發光二極體或發出波長較長於綠色之光的任何發光二極體。
在一具體實施例中，一顯示處理器係基於影像圖框內之最紅像素來控制琥珀色與紅色陣列之作用時間循環。對於圖框內之一飽和及亮紅色像素而言，在影像圖框期間來自紅色陣列之平均光必須高。在一DLP投影機中，當控制三個微型顯示器(小型LC面板)或微型面鏡時，琥珀色與紅色光之變化混合由顯示處理器納入考量。為了更高效率，如 果影像圖框內僅少許分離之像素為高度飽和且亮紅色之像素，則可以藉由添加琥珀色光而減弱這些像素之紅色，且若其在圖像品質上無顯著影響的話。因此，紅色陣列之作用時間循環相對於琥珀色陣列之作用時間循環不需為高，因為其僅有少許像素。
因為琥珀色發光二極體之效率遠高於紅色發光二極體，所以光源之整體效率較大於若原色僅限於紅色、綠色、及藍色者。
效率之增加亦由以下造成。當在一組合時間循序模式中組合時，兩種顏色之組合產生之整體照度高於單純以作用時間循環加倍之全照度。例如，假設一持續開啟之發光二極體光源輸出100%通量。如果各以一50%作用時間循環交替供能量給二發光二極體光源，則各發光二極體光源之所得通量輸出大約為其100%通量位準之73%，此取決於多項因素。因此，相較於一持續開啟之單一發光二極體光源，各以一50%作用時間循環操作之兩個發光二極體光源將輸出一146%之合成相對通量，而產生46%之有效增益。
此技術亦可應用於綠色光。來自一青色陣列(波長較短於綠色)與一綠色陣列發光二極體之光可以使用光學元件予以組合且作為一投影顯示器內之一原色光源。藉由在一影像圖框週期期間調整其作用時間循環之兩種顏色之組合造成高於僅使用綠色光者之相對通量。青色與綠色陣列之作用時間循環係基於影像圖框之顏色內容控制。在一DLP投影機中，當控制三個微型顯示器(LCD)或微型面鏡時， 原色光源內之顏色混合由顯示處理器納入考量。
此技術亦可應用於藍色光。來自一青色陣列(波長較長於藍色)與一藍色陣列發光二極體之光可以使用光學元件予以組合且作為一投影顯示器內之一原色光源。藉由在一影像圖框週期期間調整其作用時間循環之兩種顏色之組合造成高於僅使用藍色光者之相對通量。青色與藍色陣列之作用時間循環係基於影像圖框之顏色內容控制。在一DLP投影機中，當控制三個微型顯示器(LCD)或微型面鏡時，原色光源內之顏色混合即由顯示處理器納入考量。
在一具體實施例中，用於RGB像素之該等三原色光源之每一者為二種不同顏色之組合，該等顏色之主要波長分隔至少30奈米。例如，原色可以係紅色/琥珀色(或黃色)、綠色/淺綠色-青色、及藍色/淺藍色-青色。
本發明可以使用任何材料系統之發光二極體，例如AIInGaP(典型上用於發出紅色至黃色光)或GaN(典型上用於發出綠色光至UV)。一發光二極體形成於一啟始生長基板上，例如藍寶石、SiC、或GaAs，其取決於待形成之發光二極體類型。大體上，一n層形成後，緊接著係一作用層，接著係一p層。反射金屬電極隨後形成於發光二極體表面上，以接觸於該等n及p層。當該二極體爲正向偏壓時，該作用層發光且其波長係由該作用層之分量決定。形成該等發光二極體已屬習知而不需要作進一步詳述。形成所有可見光波長之發光二極體、將該等發光二極體安裝於 一子基板上、及經由一PCB提供電源至該等發光二極體係揭述於發證給Steigerwald多人之6,828,596號及發證給Bhat多人之6,876,008號美國專利中，此二案已讓與本受讓人且以引用方式併入本文。使用磷光體將該作用層發出之光作波長轉換的發光二極體亦可採用。
圖1係一對於各原色使用一分離微型顯示器液晶面板之投影系統10之一類型之示意性代表圖。該系統可以係一電視、一電腦用之投影機、或任何其他彩色影像之投影機。用於控制在顯示螢幕(圖中未示)上之各RGB像素位置處之亮度的習知影像信號係供給至一顯示處理器12。請注意，在本揭示內容之背景中，術語紅色像素、綠色像素、藍色像素、及RGB像素皆用於表示被指派於各原色光源之像素位置，即使一"紅色像素"可顯示一琥珀色與紅色光之混合。任何單一紅、綠、或藍色像素之顏色可以係形成一原色光源之二種顏色的組合。顯示處理器12控制微型顯示器14、15、16各者中之"快門"，以分別控制該顯示器中之紅色像素、綠色像素、及藍色像素。
各微型顯示器14-16基本上係一小型透射型LCD，其各輸出一不同原色之影像。當組合該等影像時，一全色影像即投射至該螢幕上。形成各該微型顯示器之該等層典型上由複數個偏光器、一液晶層、一薄膜電晶體陣列層、及一接地平面層組成。藉由選擇性供能量給在各該像素位置處的薄膜電晶體，在各該像素位置產生之電場導致該液晶層改變在各該像素位置處進入光之偏光。依據在一像素位置 之偏光量，該像素使或多或少之該進入原色光通過至該螢幕。LCD係眾所週知，故不予以贅述。
圖1中之光源為：一藍色發光二極體陣列20、一綠色發光二極體陣列21、一紅色發光二極體陣列22、及一琥珀色發光二極體陣列23。該等發光二極體安裝於複數個子基板上，該等子基板將該等發光二極體散熱、提供該等發光二極體之間之電連接、及將該等發光二極體耦合於一電源。在一陣列中之發光二極體可用串聯及並聯之一組合連接。該子基板具有連接於一用於該陣列之驅動器之複數個端子。該發光二極體陣列前方之一透鏡26將光準直，以均一地照明於與該微型顯示器相關聯之其背表面。
圖2係一安裝於一子基板28上之單一發光二極體陣列27之俯視圖。在此可有任何數量之發光二極體(例如6-24)，且典型尺寸為每側有一厘米。該等發光二極體係緊密間隔以產生一均一之發光圖案。在一小型投影系統中，各原色可以僅用一高功率發光二極體。
圖3說明一反射器30，例如由鋁構成，其可用於產生該微型顯示器所需之照明形狀。來自一發光二極體陣列27/28之光係在反射器30內混合及定形，以產生一大致匹配於該微型顯示器形狀之矩形圖案。
復請參閱圖1，離開微型顯示器14-16之調變光係經組合以形成一全色影像。一二色鏡34將藍色光反射，但是容許所有其他波長通過。面鏡34將該調變之藍色光反射向一聚焦透鏡36。離開透鏡36之光則聚焦至一螢幕前方(半反射 型)或一螢幕後方(半透明型)。一第二二色鏡38將琥珀色與紅色光反射，但是容許所有其他波長通過。面鏡38將該調變之琥珀色與紅色光反射向聚焦透鏡36。面鏡34、38二者容許該調變之綠色光通過至透鏡36。在該螢幕上之各全色影像RGB像素係由一組之單一紅色像素、單一綠色像素、及單一藍色像素形成。個別像素無法由人眼在目視距離感知，而組合之光實際上可產生任何顏色。
習知之紅色原色光源係由一琥珀色光源增強。琥珀色光發光二極體(例如590奈米)在效率上大約為紅色光發光二極體(例如615-635奈米)之2-2.5倍，針對相同量之光功率(瓦)而言，人眼感知之琥珀色光比紅色光大約亮2-2.5倍。易言之，琥珀色發光二極體之流明/瓦效率比紅色發光二極體之流明/瓦效率約大2-2.5。微型顯示器14係經控制以產生一用於紅色像素位置之影像，其琥珀色光與紅色光之組合。在一具體實施例中，該陣列中之琥珀色發光二極體數量係基於一影像所需琥珀色之估計最大通量決定。琥珀色陣列之光通量可以等於紅色陣列之光通量，但是其使用相當少之發光二極體達成該光通量，因而產生較大效率。
一發出綠色與紅色之間任何波長之發光二極體陣列，例如一黃色或一橘色陣列，其可用於替代琥珀色陣列且仍能達成超越於僅使用一紅色發光二極體陣列作為原色光源時之改善效率。一黃色發光二極體陣列(例如570-583奈米)可以使用一由藍色光激發之YAG或BSSN磷光體，以產生黃色光，或者黃色可以直接由該作用層產生。
琥珀色與紅色光係使用一二色鏡40而組合成一單一光束，該二色鏡將紅色光反射，但是容許琥珀色光通過。藉由將光組合而非將琥珀色陣列視為一分離之原色光，可不需要增添另一微型顯示器及附帶之光學元件。
顯示處理器12接收到複數個數位影像信號，其(直接或間接地)將數百種亮度狀態之其中一者指定用於一影像圖框內之一單一影像的各紅色、綠色、及藍色像素。該等影像信號輸送一系列之靜止影像，每一影像圖框有一影像。處理器12實際上可以係一含有額外處理器之晶片組。依據該影像圖框所需之RGB像素顏色，處理器12決定在該影像圖框週期期間所需之紅色發光二極體陣列之最小亮度，因此當該調變之琥珀色/紅色光與該調變之綠色和藍色光混合時，該影像內之所有顏色可以精確地產生。例如，該影像內之一高亮度、極為飽和紅色需要有一較高亮度之紅色陣列，因為琥珀色光無法產生一波長較大於琥珀色光波長之顏色。該處理器係經程式化以令琥珀色超過紅色，以便使用最少量之純紅色。該處理器接著控制琥珀色陣列與紅色陣列在一影像圖框週期上之作用時間循環，以達成琥珀色與紅色光之計算混合，如圖4中所示。
為了補償非純紅色之原色光，據此，處理器12控制三個微型顯示器14-16之快門，使得所得之影像不會受到使用琥珀色與紅色光之組合作為一原色光的影響。
在圖4所示之範例中，琥珀色陣列係在三分之二的圖框時間激發，而紅色陣列係在其餘時間激發。在一單一圖框 週期期間該等陣列可能有一或多個切換週期。供給至各該陣列之電流可以依據發光二極體之特徵及所需之亮度而不同。
在一程序中，處理器12識別出具有一比琥珀色還要紅之"紅色"分量的最亮像素。此可用於決定紅色陣列之最小作用時間循環，因為琥珀色陣列無法產生一比琥珀色紅之像素。一單純之程式或韌體隨後用於控制琥珀色與紅色陣列之作用時間循環及控制微型顯示器14-16，以補償於組合之原色光。
為了進一步簡化程序，如果僅有少許像素為深紅色，且令紅色陣列激發一明顯較長時間，則藉由不改變該等少許像素之紅色陣列之作用時間循環，該等像素即可以較為不亮，但是假設該差異不會引起觀看者注意。
圖1說明顯示處理器12控制微型顯示器14-16以及陣列20-23所用之發光二極體驅動器44(電流源)。常態下，供給至藍色與綠色陣列之電流將在一影像圖框週期上恆定不變。
顯示於電視上之絕大部分影像由利用琥珀色、綠色、及藍色分量產生之顏色組成，且僅有一小比例之紅色。一高比例之紅色僅為高度飽和之紅色調所需，但是這極為罕見。據此，典型上在每一影像圖框期間供能量給高效率之琥珀色陣列，且伴隨著紅色陣列之作用時間循環減小，因而產生該投影系統之較高效能。
圖5係一圖表，其顯示當連續性地以該作用時間循環加 倍時，一典型光源之平均通量如何不同於該光源通量單純。圖5之圖表顯示照度如何藉由將二光源組合成一原色光源而增加，即使是當該等光源為相同效率時。當在一時間循序模式中組合時，兩種顏色之組合產生之照度係比單純以作用時間循環加倍之全照度高。例如，假設一持續開啟之發光二極體光源輸出100%通量。如果以一50%作用時間循環交替供能量給二發光二極體光源各，則如圖5中所示，各發光二極體光源之所得通量輸出大約為其100%通量位準之73%。因此，相較於一持續開啟之單一發光二極體光源，各以一50%作用時間循環操作之二發光二極體光源將輸出一146%之組成相對通量，以產生46%之有效增益。
有鑑於圖5之圖表，甚至於更大之照度也可以藉由從一綠色發光二極體陣列與一藍綠色(或青色)發光二極體陣列提供一組合之原色光而達成，如圖6所示。在圖6中，在圖框週期期間之一部分基於影像顏色供能量給一青色發光二極體陣列46。一二色鏡48將青色光反射，但是容許綠色光通過。綠色與青色陣列之相對作用時間循環係由處理器12決定且可基於最綠色像素之色調與其亮度，因為青色無法用於產生一比青色還要綠之顏色。處理器12使用上述針對於紅色像素之相同技術控制作用時間循環及微型顯示器14-16。
在另一具體實施例中，取代於該處理器基於組合之琥珀色/紅色光或青色/綠色光控制該等微型顯示器，該等微型 顯示器可以快速地和琥珀色與紅色陣列或青色與綠色陣列之作用時間循環控制同步地控制。此程序比將原色光在全部影像圖框期間視為琥珀色與紅色、或青色與綠色之一組合更為複雜。
綠色或青色發光二極體可被形成，以致使該作用層中之材料直接產生綠色或青色光。在另一具體實施例中，綠色或青色發光二極體係由塗布磷光體之藍色或UV發光二極體形成，或者其使用一磷光體板，當由藍色或UV光激發時發出綠色或青色光。磷光體層可容許一些藍色光洩漏通過磷光體以產生一光。
再者，有鑑於圖5之圖表，甚至於更大之照度也可以藉由從一藍色發光二極體陣列與一藍綠色(或青色)發光二極體陣列提供一組合之原色光而達成。如果綠色原色光與藍色原色光二者皆為二光源之組合，則綠色陣列可以和一淺綠色-青色陣列組合而藍色陣列可以和一淺藍色-青色陣列組合。將藍色原色光內之光組合可以相似於上述紅色與綠色原色光之操作(例如，使用一二色鏡、調整作用時間循環等)。
在一具體實施例中，圖1及6中之透鏡26係與發光二極體分離，以致使其間有一氣隙。此有助於將發光二極體冷卻及將較多光耦合於聚焦透鏡36。此外，該等透鏡可形成一現有投影系統之一部分，且其僅需要改變該投影系統中之最少量硬體可將其從一3色系統轉變成一4或5色系統。再者，由於發光二極體產生大量的熱，因此有必要將該等透 鏡形成於玻璃外，玻璃並非一用於將發光二極體囊封之適宜材料。
本發明之概念可以應用於任何類型之投影系統。圖7顯示一使用德州儀器公司之一DLP微型面鏡陣列50與晶片組的DLP投影系統。可用之DLP技術文獻是以引用方式併入本文。數位影像信號係由顯示處理器52處理，用於控制陣列50內之百萬絞接面鏡之角度。影像圖框被分割成三個週期，其中一個週期用於影像之各原色分量。在各週期期間，僅供能量給一原色光源。在另一具體實施例中，複數個快門用於該等光源。一透鏡56將照明之原色光準直且將其施加於該等微型面鏡。各該微型面鏡對應於該影像內之一單一RGB像素。該面鏡之一角度有效地阻擋光到達顯示器螢幕上之該像素位置，同時一第二角度將光完全反射至該像素位置。藉由以某一作用時間循環快速切換該等角度，原色之全亮度之一比例即施加於該像素。在三個週期之後，組合之RGB影像形成一全色影像。該等面鏡及該等原色光源之快速切換並未被觀看者察覺。
在圖7中，該等原色光源為：1)一藍色發光二極體陣列與一淺藍色-青色發光二極體陣列58，其光係組合成一單一原色光；2)一綠色發光二極體陣列與一淺綠色-青色發光二極體陣列60，其光係組合成一單一原色光；及3)一紅色發光二極體陣列與一琥珀色(或黃色)發光二極體陣列62，其光係組合成一單一原色光。各該陣列可以相似於圖2中所示者，且可甚至改為一發光二極體。
圖7中之發光二極體陣列之控制相似於圖1及6中之該等陣列之控制。處理器52識別出影像中之較紅像素，且藉由驅動器64調整紅色與琥珀色陣列之作用時間循環，以將效率最大化。處理器52接著藉由適當地改變該等微型面鏡之作用時間循環而補償琥珀色與紅色光之混合。
相似地，處理器52識別出影像中之較綠像素，且藉由驅動器64調整綠色與綠色-青色陣列之作用時間循環，以將效率最大化。處理器52接著藉由適當地改變該等微型面鏡之作用時間循環而補償綠色與綠色-青色光之混合。
相似地，處理器52識別出影像中之較藍像素，且藉由驅動器64調整藍色與藍色-青色陣列之作用時間循環，以將效率最大化。處理器52接著藉由適當地改變該等微型面鏡之作用時間循環而補償藍色與藍色-青色光之混合。
在一具體實施例中，取代於發光二極體之各不同顏色設在一分離陣列內，二個不同顏色發光二極體改為散佈於一子基板上之一單一陣列內，其中一顏色之發光二極體可與另一顏色之發光二極體分開控制。散佈不同色發光二極體可以提供光之混合。依此方式，不再需要將光學元件組合，及該等光源較小且較容易適用於現有之投影系統設計。
圖8係一流程圖，其概述由一根據本發明具體實施例之投影系統執行的數個步驟。該程序應用於使用一微型顯示器於各原色光源或使用DLP之系統。
在步驟70，含有資訊可供使用一顯示器螢幕上之紅色、 綠色、及藍色像素位置建構一全色影像的一般影像信號施加至一處理器。
在步驟71，來自一琥珀色發光二極體陣列與一紅色發光二極體陣列之光組合成一單一原色光束，以用於該顯示器內之紅色像素位置。用於將該原色光源效率最大化之理想光混合係基於待顯示之影像顏色。琥珀色與紅色發光二極體之作用時間循環係經控制以提供所需混合。
在步驟72，來自一淺綠色-青色發光二極體陣列與一綠色發光二極體陣列之光組合成一單一原色光束，以用於該顯示器內之綠色像素位置。用於將該原色光源效率最大化之理想光混合係基於待顯示之影像顏色。淺綠色-青色與綠色發光二極體之作用時間循環係經控制以提供所需混合。
在步驟73，來自一淺藍色-青色發光二極體陣列與一藍色發光二極體陣列之光組合成一單一原色光束，以用於該顯示器內之藍色像素位置。用於將該原色光源效率最大化之理想光混合係基於待顯示之影像顏色。淺藍色-青色與藍色發光二極體之作用時間循環係經控制以提供所需混合。
在步驟74，一光調變器(例如微型面鏡或微型顯示器)將顯示器內之各紅色像素位置所用之組合琥珀色/紅色光調變，以產生該影像。該調變被調整用於琥珀色與紅色發光二極體之特殊作用時間循環及其他原色光源之特殊作用時間循環。
在步驟75，一光調變器將顯示器內之各綠色像素位置所用之組合綠色-青色/綠色光調變，以產生該影像。該調變被調整用於綠色-青色與綠色發光二極體之特殊作用時間循環及其他原色光源之特殊作用時間循環。
在步驟76，一光調變器將顯示器內之各藍色像素位置所用之組合藍色-青色/藍色光調變，以產生該影像。該調變被調整用於藍色-青色與藍色發光二極體之特殊作用時間循環及其他原色光源之特殊作用時間循環。
在步驟77，來自該等三原色光源之調變光係經組合以產生一全色影像。在一DLP系統中，並不需要額外之組合光學元件，因為光係藉由一單一微型面鏡陣列調變而組合。
在一具體實施例中，用於RGB像素之該等三原色光源之每一者為二種不同顏色之組合，該等顏色之主要波長分隔至少30奈米。本揭示內容之背景內之一特殊顏色之一發光二極體係直接發出該特殊顏色光或利用激發之磷光體而發出該特殊顏色光者。
經過對本發明的詳細說明，熟悉本技術人士應明白，根據本揭示內容，可對本發明作修改，而不致悖離本文所說明的精神與本發明之概念。因此並不希望本發明之範疇限於所解釋及說明的特定具體實施例。
10‧‧‧投影系統
12‧‧‧顯示處理器
14、15、16‧‧‧微型顯示器
20‧‧‧藍色發光二極體陣列
21‧‧‧綠色發光二極體陣列
22‧‧‧紅色發光二極體陣列
23‧‧‧琥珀色發光二極體陣列
26‧‧‧透鏡
27、28‧‧‧發光二極體陣列
30‧‧‧反射器
34、38、40、48‧‧‧面鏡(二色鏡)
36‧‧‧聚焦透鏡
46‧‧‧青色發光二極體陣列
52‧‧‧處理器
58‧‧‧淺藍色-青色發光二極體陣列
60‧‧‧淺綠色-青色發光二極體陣列
62‧‧‧琥珀色(或黃色)發光二極體陣列
64‧‧‧驅動器
圖1係根據本發明之一第一具體實施例之一投影系統之示意圖，其使用液晶微型顯示器，其中習知之紅色原色光改由一來自二發光二極體陣列之琥珀色與紅色光之可變組 合替代。
圖2係用於圖1之系統內之一單色發光二極體陣列之前視圖。
圖3說明一準直反射器，其可用於替代、或相關聯於一將單一發光二極體陣列之光準直的透鏡。
圖4說明基於影像圖框之顏色內容的紅色與琥珀色陣列之相對作用時間循環。
圖5係顯示作用時間循環對相對通量之一圖表。
圖6係一相似於圖1者之投影系統之示意圖，但是其中習知之綠色原色光係由來自二發光二極體陣列之青色與綠色光之一可變組合替代。
圖7說明本發明應用於一DLP投影系統，其中各原色光源為來自二不同顏色光之混合，該二不同顏色光之作用時間循環係基於待顯示影像內之顏色控制。
圖8係有數個根據本發明之一具體實施例之一投影系統執行的步驟之一流程圖。
諸圖中相似或相同之元件係以相同編號標示。
10‧‧‧投影系統
12‧‧‧顯示處理器
14‧‧‧微型顯示器
15‧‧‧微型顯示器
16‧‧‧微型顯示器
20‧‧‧藍色發光二極體陣列
21‧‧‧綠色發光二極體陣列
22‧‧‧紅色發光二極體陣列
23‧‧‧琥珀色發光二極體陣列
26‧‧‧透鏡
34‧‧‧面鏡(二色鏡)
36‧‧‧聚焦透鏡
38‧‧‧面鏡(二色鏡)
40‧‧‧面鏡(二色鏡)
44‧‧‧發光二極體驅動器

Claims (26)

  1. 一種僅利用三個原色(primary)光源之用於顯示一全色影像(full color image)之投影系統，其包含：三個光調變器(light modulators)，一第一光調變器用於調變來自一第一原色光源之光，一第二光調變器用於調變來自一第二原色光源之光，及一第三光調變器用於調變來自一第三原色光源之光，該等光調變器之每一者藉由至少一處理器而控制以同時在一顯示器(display)內之數個原色光像素位置(pixel locations)提供經調變之光，沒有額外的原色光源；該第一原色光源包含至少一紅色發光二極體(LED)及至少一非紅色(non-red)發光二極體，該非紅色(non-red)發光二極體發光波長較短於紅色且較長於綠色，來自該至少一紅色發光二極體之光與來自該至少一非紅色發光二極體之光係組合成一單一光束(single beam)；該第二原色光源包含至少一綠色發光二極體；該第三原色光源包含至少一藍色發光二極體；至少一驅動器，其用於供能量給該至少一紅色發光二極體、該至少一非紅色發光二極體、該至少一綠色發光二極體、及該至少一藍色發光二極體；該至少一處理器，其調適成用於接收影像信號，且作為回應地控制該該三個光調變器以產生一投射影像(projected image)，及控制該至少一驅動器以在一時間週期(a period)上改變該至少一紅色發光二極體與該至少一 非紅色發光二極體之相對亮度位準(relative brightness levels)，以改變從該第一原色光源發出之一光混合(light mixture)，其中該至少一處理器經調適以基於待顯示的一特定影像中之顏色動態地改變該混合，其中該至少一處理器經調適以在當待顯示的影像需要無法由該至少一非紅色發光二極體提供之一紅色分量時，使該第一原色光源具有來自該至少一紅色發光二極體之一增加的顏色分量(increased color component)，及其中該至少一處理器經調適以在當待顯示的影像不需要由該至少一紅色發光二極體產生的紅色分量時，使該第一原色光源具有來自該至少一紅色發光二極體之一減少的顏色分量，其中該至少一處理器控制該第二光調變器以調變來自該第二原色光源之光，並控制該第三光調變器以調變來自該第三原色光源之光，以補償發射自該第一原色光源的該光混合中之改變。
  2. 如請求項1之系統，其中該至少一非紅色發光二極體包含至少一琥珀色發光二極體。
  3. 如請求項1之系統，其中該至少一非紅色發光二極體包含至少一黃色發光二極體。
  4. 如請求項1之系統，其中該至少一處理器控制該至少一驅動器，以改變該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環。
  5. 如請求項1之系統，其中該等影像信號界定一系列靜止影像，各影像係在一影像圖框內予以輸送，其中該至少 一處理器控制該至少一驅動器，以基於一單一影像圖框內之一影像改變該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環。
  6. 如請求項1之系統，其中該等影像信號界定一系列靜止影像，各該影像係在一影像圖框內予以輸送，其中該至少一處理器控制該至少一驅動器，以改變該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環，其中該至少一紅色發光二極體之作用時間循環與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環針對一單一影像圖框總計達大約100%。
  7. 如請求項1之系統，其中該三個光調變器之每一者包含一具備可控制像素位置之液晶面板。
  8. 如請求項1之系統，其中該等光調變器包含一可控制微型面鏡陣列。
  9. 如請求項1之系統，其中該第二原色光源包含至少一綠色發光二極體(LED)及至少一發光波長較短於綠色且較長於藍色之非綠色發光二極體，來自該至少一綠色發光二極體(LED)之光與來自該至少一非綠色發光二極體之光係組合成一單一光束，及其中該至少一處理器調適成用於控制該至少一驅動器以在一時間週期上改變該至少一綠色發光二極體與該至少一非綠色發光二極體之相對亮度位準，以改變一從該第二原色光源發出之光混合，其中該混合係基於一待顯示之特殊影像內之顏色。
  10. 如請求項1之系統，其中該第三原色光源包含至少一藍 色發光二極體(LED)及至少一發光波長較長於藍色且較短於綠色之非藍色發光二極體，來自該至少一藍色發光二極體(LED)之光與來自該至少一非藍色發光二極體之光係組合成一單一光束，及其中該至少一處理器調適成用於控制該至少一驅動器以在一時間週期上改變該至少一藍色發光二極體與該至少一非藍色發光二極體之相對亮度位準，以改變一從該第三原色光源發出之光混合，其中該混合係基於一待顯示之特殊影像內之顏色。
  11. 如請求項1之系統，其中該至少一紅色發光二極體包含一紅色發光二極體陣列，且該至少一非紅色發光二極體包含一分離之非紅色發光二極體陣列。
  12. 如請求項1之系統，其中該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體包含一單一散佈狀紅色與非紅色發光二極體陣列。
  13. 一種僅利用三個原色光源之操作一投影系統(10)以顯示一全色影像之方法，該方法包含：藉由一第一光調變器而調變來自一第一原色光源之光，以在一顯示器內之數個像素位置提供經調變之光；藉由一第二光調變器而調變來自一第二原色光源之光，以在該顯示器內之數個像素位置提供經調變之光；藉由一第三光調變器而調變來自一第三原色光源之光，以在該顯示器內之數個像素位置提供經調變之光；結合經調變的來自該第一原色光源、該第二原色光源及該第三原色光源之光，以同時在該顯示器內之數個像 素位置提供該經調變之光，該第一原色光源包含至少一紅色發光二極體(LED)及至少一非紅色發光二極體，該非紅色發光二極體發光波長較短於紅色且較長於綠色，來自該至少一紅色發光二極體之光與來自該至少一非紅色發光二極體之光係組合成一單一光束，該第二原色光源包含至少一綠色發光二極體，該第三原色光源包含至少一藍色發光二極體；藉由至少一驅動器供能量給該至少一紅色發光二極體、該至少一非紅色發光二極體、該至少一綠色發光二極體、及該至少一藍色發光二極體；接收影像信號，且作為回應地控制該第一光調變器、該第二光調變器及該第三光調變器，以產生一投射影像，及控制該至少一驅動器以在一時間週期上改變該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體之相對亮度位準，以改變從該第一原色光源發出之一光混合，其中該混合係基於待顯示的一特定影像中的顏色而動態地改變，其中當待顯示的影像需要無法由該至少一非紅色發光二極體提供之一紅色分量時，由該至少一驅動器控制該第一原色光源使具有來自該至少一紅色發光二極體之一增加的顏色分量，及其中當待顯示的影像不需要由該至少一紅色發光二極體產生的紅色分量時，該第一原色光源經控制以具有來自該至少一紅色發光二極體之一減少的顏色分量， 其中該第二光調變器調變來自該第二原色光源之光，及其中該第三光調變器調變來自該第三原色光源之光，以補償發射自該第一原色光源的該光混合中之改變。
  14. 如請求項13之方法，其中該等影像信號界定一系列靜止影像，各影像係在一影像圖框內予以輸送，其中控制該至少一驅動器包含控制一驅動器，以改變該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環，其中該至少一紅色發光二極體之作用時間循環與該至少一非紅色發光二極體之作用時間循環針對一單一影像圖框總計達大約100%。
  15. 如請求項13之方法，其中該至少一非紅色發光二極體包含至少一琥珀色發光二極體。
  16. 如請求項13之方法，其中該至少一非紅色發光二極體包含至少一黃色發光二極體。
  17. 如請求項13之方法，其中該至少一紅色發光二極體包含一紅色發光二極體陣列，且該至少一非紅色發光二極體包含一分離之非紅色發光二極體陣列。
  18. 如請求項13之方法，其中該至少一紅色發光二極體與該至少一非紅色發光二極體包含一單一散佈狀紅色與非紅色發光二極體陣列。
  19. 一種僅利用三個原色光源之用於顯示一全色影像之投影系統，該系統包含：三個光調變器，一第一光調變器用於調變來自一第一原色光源之光，一第二光調變器用於調變來自一第二原 色光源之光，及一第三光調變器用於調變來自一第三原色光源之光，該等光調變器之每一者由至少一處理器所控制，以同時在一顯示器內之數個原色光像素位置提供調變之光，沒有額外的原色光源；該第一原色光源包含至少一紅色發光二極體(LED)；該第二原色光源包含至少一綠色發光二極體及至少一非綠色發光二極體，該非綠色發光二極體發光波長較短於綠色且較長於藍色，來自該至少一綠色發光二極體之光與來自該至少一非綠色發光二極體之光係組合成一單一光束；該第三原色光源包含至少一藍色發光二極體；至少一驅動器，其用於供能量給該至少一紅色發光二極體、該至少一綠色發光二極體、該至少一非綠色發光二極體、及該至少一藍色發光二極體；至少一處理器，其調適成用於接收影像信號，且作為回應地控制該三個光調變器以產生一投射影像，及控制該至少一驅動器以在一時間週期上改變該至少一綠色發光二極體與該至少一非綠色發光二極體之相對亮度位準，以改變從該第二原色光源發出之一光混合，其中該至少一處理器經調適以基於待顯示的一特定影像中之顏色動態地改變該混合，其中該至少一處理器經調適以在當待顯示的影像需要無法由該至少一非綠色發光二極體提供之一綠色分量時，使該第二原色光源具有來自該至少一綠色發光二極體之一增加的顏色分量，及其中該至 少一處理器經調適以在當待顯示的影像不需要由該至少一綠色發光二極體產生的綠色分量時，使該第二原色光源具有來自該至少一綠色發光二極體之一減少的顏色分量，其中該至少一處理器控制該第二光調變器以調變來自該第二原色光源之光，並控制該第三光調變器以調變來自該第三原色光源之光，以補償發射自該第一原色光源的該光混合中之改變。
  20. 如請求項19之系統，其中該等影像信號界定一系列靜止影像，各影像係在一影像圖框內予以輸送，及其中該至少一處理器控制該至少一驅動器，以改變該至少一綠色發光二極體與該至少一非綠色發光二極體之作用時間循環，其中該至少一綠色發光二極體之作用時間循環與該至少一非綠色發光二極體之作用時間循環針對一單一影像圖框總計達大約100%。
  21. 如請求項19之系統，其中該至少一綠色發光二極體包含一綠色發光二極體陣列，且該至少一非綠色發光二極體包含一分離之非綠色發光二極體陣列。
  22. 如請求項21之系統，其中該至少一綠色發光二極體與該至少一非綠色發光二極體包含一單一散佈狀綠色與非綠色發光二極體陣列。
  23. 一種僅利用三個原色光源之用於顯示一全色影像之投影系統，其包含：三個光調變器，一第一光調變器用於調變來自一第一 原色光源之光，一第二光調變器用於調變來自一第二原色光源之光，及一第三光調變器用於調變來自一第三原色光源之光，該等光調變器之每一者由至少一處理器所控制，以同時在一顯示器內之數個原色光像素位置提供經調變之光，沒有額外的原色光源；該第一原色光源包含至少一紅色發光二極體(LED)；該第二原色光源包含至少一綠色發光二極體；該第三原色光源包含至少一藍色發光二極體及至少一非藍色發光二極體，該非藍色發光二極體發光波長較短於綠色且較長於藍色，來自該至少一藍色發光二極體之光與來自該至少一非藍色發光二極體之光係組合成一單一光束；至少一驅動器，其用於供能量給該至少一紅色發光二極體、該至少一綠色發光二極體、該至少一非藍色發光二極體、及該至少一藍色發光二極體；至少一處理器，其調適成用於接收影像信號，且作為回應，其控制該三個光調變器以產生一投射影像，及控制該至少一驅動器以在一時間週期上改變該至少一藍色發光二極體與該至少一非藍色發光二極體之相對亮度位準，以改變一從該第三原色光源發出之光混合，其中該至少一處理器經調適以基於待顯示的一特定影像中之顏色動態地改變該混合，其中該至少一處理器經調適以在當待顯示的影像需要無法由該至少一非藍色發光二極體提供之一藍色分量時，使該第三原色光源具有來自該至 少一藍色發光二極體之一增加的顏色分量，及其中該至少一處理器經調適以在當待顯示的影像不需要由該至少一藍色發光二極體產生的藍色分量時，使該第三原色光源具有來自該至少一藍色發光二極體之一減少的顏色分量，其中該至少一處理器控制該第二光調變器以調變來自該第二原色光源之光，並控制該第三光調變器以調變來自該第三原色光源之光，以補償發射自該第一原色光源的該光混合中之改變。
  24. 如請求項23之系統，其中該等影像信號界定一系列靜止影像，各影像係在一影像圖框內予以輸送，及其中該至少一處理器控制該至少一驅動器，以改變該至少一藍色發光二極體與該至少一非藍色發光二極體之作用時間循環，其中該至少一藍色發光二極體之作用時間循環與該至少一非藍色發光二極體之作用時間循環針對一單一影像圖框總計達大約100%。
  25. 如請求項23之系統，其中該至少一藍色發光二極體包含一藍色發光二極體陣列，且該至少一非藍色發光二極體包含一分離之非藍色發光二極體陣列。
  26. 如請求項23之系統，其中該至少一藍色發光二極體與該至少一非藍色發光二極體包含一單一散佈狀藍色與非藍色發光二極體陣列。
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