專利名稱：用于投影顯示的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示器的領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及背面投影式平板顯示器的制造。
實(shí)像顯示器可分為三大類陰極射線管(CRT)、平板顯示器和投影顯示器。目前CRT顯示器沿畫面對角線的規(guī)格在1-40英寸的范圍。這些顯示器圖像質(zhì)量好，制造起來經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。顯示器的外形在深度上要求超過畫面對角線的長度以便能高度清晰地顯示曲線圖形。這類顯示器，尤其是20英寸以上的規(guī)格，由于要承受大氣壓而必須增加玻璃壁厚，因而龐大笨重。CRT在桌面式監(jiān)示器市場上廣受歡迎，通用的畫面對角線長度為14-17英寸。
平板顯示器用于許多便攜式裝置中。這類顯示器薄而重量輕，但圖像質(zhì)量比CRT差。目前，這類顯示器大部分用在畫面對角線尺寸要求在2-12英寸的用途中。平板顯示器的生產(chǎn)成本比CRT高。
因此，畫面尺寸要求40英寸以上的顯示就成了投影顯示器的世界不是正面投影式就是背面投影式。這兩種技術(shù)是用下列兩種方法之一產(chǎn)生圖像的采用三個(gè)小型高亮度的紅、綠、藍(lán)(RGB)單色CRT，或通過空間光調(diào)制器產(chǎn)生彩色圖像。這些投影系統(tǒng)圖像亮度低，生產(chǎn)成本又高。
一般背面投影顯示器采用畫面對角線尺寸小到17-20英寸的是不經(jīng)濟(jì)的。光閥的成本中，驅(qū)動(dòng)線路處于支配地位。舉例說，XGA顯示器(768×1024×3)無論屏面尺寸有多大，其驅(qū)動(dòng)線路約為120美元。這里需用能產(chǎn)生5000流明光通量的70瓦金屬鹵化物弧光燈連同其相應(yīng)的電源、鎮(zhèn)流器和二次點(diǎn)燃能力。總的成本比起17英寸CRT的出廠價(jià)格來是過高的，沒一點(diǎn)吸引力。
從較純的紅、綠、藍(lán)光源可以制取小巧、質(zhì)輕、節(jié)能的投影顯示器。各色光源的輸出光束由至少一個(gè)空間光調(diào)制接收下來。經(jīng)調(diào)制的輸出光束經(jīng)準(zhǔn)直并混合后，由投影透鏡接收下來，將其投射到投影屏幕上。上述各組成部分可以裝入一個(gè)外殼中形成小巧、質(zhì)輕的投影顯示器中。


圖1示出了投影顯示器的一個(gè)最佳實(shí)施例。
圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖3示出了本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明是以空間光調(diào)制器為基本元件的質(zhì)輕、小巧的投影顯示器，調(diào)制器一般為1平方厘米的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路(CMOS IC)，與鐵電液晶材料直接接觸。透過液晶材料射出的光會作為其偏振平面對集成電路(IC)局部表面電壓的函數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)。液晶/集成電路元件用三個(gè)分立的發(fā)光二極管來進(jìn)行紅、綠、藍(lán)連續(xù)閃光照射，就產(chǎn)生IC表面電壓的彩色連續(xù)圖像。
尋址電路埋設(shè)在1平方厘米的IC中。所有顯示信息在一條或多條高速I/O線上發(fā)送給IC。IC/LCD組合件相當(dāng)于成本低得多、性能高得多的反射性有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)。舉例說，設(shè)計(jì)成透射性的AMLCD光閥能阻擋60％因金屬線路和晶體管受蔭蔽而產(chǎn)生的光。相比之下，反射性元件的損耗估計(jì)僅為20％，主要是覆蓋住IC表面的鋁片引起的反射性損耗。采用順次選通的RGB光源代替白色光源還可以消除濾色鏡75％以上的光損耗。
本發(fā)明采用一個(gè)空間光調(diào)制器和三個(gè)LED電源的背面投影顯示器在光效率方面是很高的。
表1
表1列舉了按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和本發(fā)明的LED設(shè)計(jì)的背面投影系統(tǒng)的光效率的例子。從屏幕正表面出來的光通量φexit可用下式表示φexit=BAΩ其中A為屏幕的面積，B為所要求的朗伯光分布的亮度。若屏幕亮度增益g通過減小角分布使用其小于朗伯分布而為1.5，則出來的光通量為；φexit=BAΩ/g對高清晰度的桌面監(jiān)示器來說，要求亮度為100燭光/平方米。17英寸監(jiān)示器的畫面面積為25×30平方厘米或A=0.075平方米。由于桌面監(jiān)示器的視角小于相應(yīng)大小電視機(jī)的視角，因而可選取屏幕亮度增益g=2。在這些假設(shè)條件下，計(jì)算出的輸出光通量φexit=12流明。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總效率為10％時(shí)，需要φsource=120流明的源通量。此光通量可按下述方式分配給所有三個(gè)光源紅 30流明綠 75流明藍(lán) 15流明圖1示出了有三個(gè)分別發(fā)射出紅、綠、藍(lán)光束的發(fā)光二極管121、122、123的投影顯示器10的最佳實(shí)施例。各光束由準(zhǔn)直儀141、142、143接收下來。經(jīng)準(zhǔn)直的各光束通過偏振分束器161、162、163?？臻g光調(diào)制器18，具有M×N個(gè)像素，調(diào)制經(jīng)分束的光束?？臻g光調(diào)制器由顯示驅(qū)動(dòng)器20控制。投影透鏡22接收經(jīng)調(diào)制的光束，并將其投射到位于外殼26正面的投影屏幕24上。程序控制器28附在三個(gè)光源上，控制著紅、綠、藍(lán)三束光束?？臻g光調(diào)制器和三個(gè)光源都接電源(圖中未示出)。
發(fā)射出紅、綠、藍(lán)光的發(fā)光二極管總的光通量為10-1000流明。光通量比的近似值最好為綠光65％、紅光25％，藍(lán)光10％。
外殼還可以裝至少兩個(gè)折疊反射鏡供接收紅、綠、藍(lán)三色光束，并折疊紅、綠藍(lán)三色光束。折疊反射鏡使外殼小巧緊湊。
在此實(shí)施例中，彩色子幀是連續(xù)的。
圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。這里有三個(gè)空間光調(diào)制器181、182、183，各光束一個(gè)，使采色子幀可以平行。在此實(shí)施例中，彩色子幀平行。
圖3示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。圖1中所示的多個(gè)發(fā)光二極管用單一的光源12代替。單一光源包括在單一襯底上發(fā)射出紅、綠、藍(lán)光的發(fā)光二極管。與圖1和圖2所示的實(shí)施例比較，這里的系統(tǒng)中只有一個(gè)光路。
權(quán)利要求
1．一種投影顯示器，其特征在于，它包括紅、綠、藍(lán)三色光部件，各光部件包括至少一個(gè)發(fā)射光束的發(fā)光二極管；一個(gè)準(zhǔn)直儀，與光源光連接，產(chǎn)生準(zhǔn)直光束；和一個(gè)分束器，與光源光連接，產(chǎn)生分束光束；一個(gè)空間光調(diào)制器，具有M×N個(gè)像素，與紅、綠、藍(lán)光部件的各分束器光連接；一個(gè)投影透鏡，與空間光調(diào)制器光連接，工作時(shí)將紅、綠、藍(lán)光束聚焦；一個(gè)投影屏幕，與投影透鏡光連接；一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，接空間光調(diào)制器，工作時(shí)產(chǎn)生彩色子幀；一個(gè)電源，接空間光調(diào)制器和紅、綠藍(lán)光部件；和一個(gè)外殼，里面裝有紅、綠、藍(lán)光部件、空間光調(diào)制器、投影透鏡、投影屏幕、控制電路和電源。
2．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，任何一個(gè)紅、綠、藍(lán)光源為N個(gè)發(fā)光二極管芯片組成的陣列，其中N≤10，陣列的直徑≤3毫米。
3．如權(quán)利要求2所述的投影顯示器，其特征在于，任何一個(gè)紅、綠、藍(lán)光源還包括一個(gè)反射器，圍繞著所述發(fā)光二極管陣列；和一個(gè)浸沒透鏡，接收來自發(fā)光二極管陣列的光，工作時(shí)將光預(yù)準(zhǔn)直成等于或小于3立體弧度的立體角。
4．如權(quán)利要求3所述的投影顯示器，其特征在于，發(fā)光二管陣列的視在光源直徑小于5毫米。
5．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，任何一個(gè)紅、綠藍(lán)光源還包括一個(gè)反射器，圍繞著發(fā)光二極管；和一個(gè)浸沒透鏡，接收來自發(fā)光二極管的光，工作時(shí)將光預(yù)準(zhǔn)直成等于或小于3立體弧度的立體角。
6．如權(quán)利要求5所述的投影顯示器，其特征在于，發(fā)光二極管經(jīng)放大后的視在光源直徑小于5毫米。
7．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，紅、綠、藍(lán)光發(fā)射源的綜合光通量為10-1000流明，光通量比的近似值為65％綠光，25％紅光和10％藍(lán)光。
8．如權(quán)利要求2所述的投影顯示器，其特征在于，紅、綠、藍(lán)的其中一個(gè)發(fā)光二極管為激光器。
9．如權(quán)利要求8所述的投影顯示器，其特征在于，激光器為發(fā)射出綠光束的倍頻Nd:YAG(摻釹釔石榴石)激光器。
10．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，它還包括至少兩個(gè)反射鏡，所述反射鏡接收紅、綠、藍(lán)光束，工作時(shí)折疊紅、綠、藍(lán)光束。
11．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，它還包括三個(gè)空間光調(diào)制器，各空間光調(diào)制器分別接收紅、綠、藍(lán)的其中一個(gè)光束；且其中驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生平行彩色子幀。
12．如權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電路連續(xù)產(chǎn)生彩色子幀。
13．一種投影顯示器，其特征在于，它包括一個(gè)光部件，包括至少一個(gè)紅光源、一個(gè)綠光源和一個(gè)藍(lán)光源，設(shè)在單一襯底上，其中紅、綠、藍(lán)光源可單獨(dú)切換；和一個(gè)準(zhǔn)直儀，與紅、綠、藍(lán)光源光連接，產(chǎn)生準(zhǔn)直的紅、綠藍(lán)光束；一個(gè)分束器，接收準(zhǔn)直的紅、綠、藍(lán)光束，工作時(shí)輸出經(jīng)分束的紅、綠、藍(lán)光束；一個(gè)空間光調(diào)制器，具有M×N個(gè)像素，與分束器光連接；一個(gè)投影透鏡，與空間光調(diào)制器光連接，工作時(shí)將紅、綠、藍(lán)光束聚焦；一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，接空間光調(diào)制器，工作時(shí)產(chǎn)生彩色子幀；一個(gè)電源，接空間光調(diào)制器和光部件；和一個(gè)外殼，里面裝有光部件、空間光調(diào)制器、投影透鏡、投影屏幕、控制電路和電源。
14．如權(quán)利要求13所述的投影顯示器，其特征在于，光部件產(chǎn)生由25％紅光、60％綠光和15％藍(lán)光組成的白光。
15．如權(quán)利要求13所述的投影顯示器，其特征在于，紅、綠、藍(lán)光源為N個(gè)發(fā)光二極管組成的單一陣列，其中N小于10，陣列直徑為≤3毫米。
16．如權(quán)利要求15所述的投影顯示器，其特征在于，紅、綠、藍(lán)光源還包括一個(gè)反射器，圍繞著發(fā)光二極管陣列；和一個(gè)浸沒透鏡，接收來自發(fā)光二極管陣列的光，工作時(shí)將光預(yù)準(zhǔn)直成等于或小于3個(gè)立體弧度的立體角。
17．如權(quán)利要求6所述的投影顯示器，其特征在于，發(fā)光二極管陣列放大后的視在源大小，其直徑小于5毫米。
18．如權(quán)利要求13所述的投影顯示器，其特征在于，紅、綠、藍(lán)光源的綜合光通量為10～1000流明，光通量比近似值為65％綠光，25％紅光和10％藍(lán)光。
19．如權(quán)利要求13所述的投影顯示器，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電路連續(xù)產(chǎn)生彩色子幀。
全文摘要
一種小巧節(jié)能的投影顯示器可從較純的紅、綠、藍(lán)光源制取。彩色光源的輸出光束由至少一個(gè)空間光調(diào)制器接收下來。經(jīng)調(diào)制的輸出光束經(jīng)準(zhǔn)直和混合之后由一個(gè)投影透鏡接收下來,將其投射到投影屏幕上。所有上述組成部分可裝入一個(gè)外殼中從而形成小巧、質(zhì),輕的投影顯示器。
文檔編號G02F1/13GK1224169SQ9811552
公開日1999年7月28日 申請日期1998年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月25日
發(fā)明者R·H·海茨 申請人:惠普公司