создание многоцветного первичного света в проекционной системе с использованием сид

Формула изобретения

1. Проекционная система (10) для отображения полноцветного изображения, использующая только три первичных источника света, причем система содержит:

три световых модулятора (14, 15, 16), причем первый световой модулятор (14) для модуляции света от первого первичного источника (22, 23) света, второй световой модулятор (15) для модуляции света от второго первичного источника (21, 46) света и третий световой модулятор (16) для модуляции света от третьего первичного источника (20) света, причем каждый световой модулятор управляется посредством, по меньшей мере, одного процессора (12) для одновременного предоставления модулированного света в местоположениях пикселей первичного света на дисплее, причем отсутствуют дополнительные первичные источники света;

первый первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один красный светоиспускающий диод (СИД) (22) и, по меньшей мере, один не красный СИД (23), который испускает свет с длиной волны, меньшей длины волны красного света и большей длины волны зеленого света, причем свет от, по меньшей мере, одного красного СИД и свет, по меньшей мере, от одного не красного СИД объединяются в единственный луч;

второй первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один зеленый СИД (21);

третий первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один синий СИД (20);

по меньшей мере, один возбудитель (44) для возбуждения, по меньшей мере, одного красного СИД, по меньшей мере, одного не красного СИД, по меньшей мере, одного зеленого СИД и, по меньшей мере, одного синего СИД;

по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью приема сигналов изображения и, в ответ, управляет тремя световыми модуляторами для создания спроецированного изображения, и управляет, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования относительных уровней яркости, по меньшей мере, одного красного СИД и, по меньшей мере, одного не красного СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от первого первичного источника света, причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью динамического варьирования композиции исходя из цветов в конкретном отображаемом изображении, причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать первому первичному источнику (22, 23) света обладать усиленной цветовой компонентой от, по меньшей мере, одного красного СИД (22), когда отображаемое изображение требует красной компоненты, которую невозможно обеспечить посредством, по меньшей мере, одного не красного СИД (23), и причем один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать первому первичному источнику (22, 23) света обладать ослабленной цветовой компонентой, по меньшей мере, от одного красного СИД (22), когда отображаемое изображение не требует красной компоненты, производимой посредством, по меньшей мере, одного красного СИД.

2. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержит, по меньшей мере, один янтарный СИД.

3. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один не красный СИД (62) содержит, по меньшей мере, один желтый СИД.

4. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один процессор (12) управляет, по меньшей мере, одним возбудителем (44) для варьирования продолжительности включения, по меньшей мере, одного красного СИД (22) и, по меньшей мере, одного не красного СИД (23).

5. Система по п.1, в которой сигналы изображения определяют ряд статических изображений, причем каждое изображение передается в кадре изображения, и в которой, по меньшей мере, один процессор (12) управляет, по меньшей мере, одним возбудителем (44) для варьирования продолжительностью включения, по меньшей мере, одного красного СИД (22) и, по меньшей мере, одного не красного СИД (23) исходя из изображения в единственном кадре изображения.

6. Система по п.1, в которой сигналы изображения определяют ряд статических изображений, причем каждое изображение передается в кадре изображения, и в которой, по меньшей мере, один процессор (12) управляет, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования продолжительности включения, по меньшей мере, одного красного СИД (22) и, по меньшей мере, одного не красного СИД (23), причем продолжительность включения, по меньшей мере, одного красного СИД и продолжительность включения, по меньшей мере, одного не красного СИД составляет в целом приблизительно 100% для единственного кадра изображения.

7. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один процессор (12) управляет вторым световым модулятором (15) для изменения модуляции второго первичного источника (21) света и управляет третьим световым модулятором (16) для изменения модуляции третьего первичного источника (20) света для компенсации изменений в световой композиции, испускаемой от первого первичного источника (22, 23) света.

8. Система по п.1, в которой каждый из трех световых модуляторов (14, 15, 16) содержит жидкокристаллическую панель с управляемыми местоположениями пикселя.

9. Система по п.1, в которой световые модуляторы содержат матрицу управляемых микрозеркал (50).

10. Система по п.1, в которой второй первичный источник света содержит, по меньшей мере, один зеленый светоиспускающий диод (СИД) (21) и, по меньшей мере, один не зеленый СИД (46), который испускает свет с длиной волны, меньшей длины волны зеленого света и большей длины волны синего света, причем свет, по меньшей мере, от одного зеленого светоиспускающего диода (СИД) и свет, по меньшей мере, от одного не зеленого СИД объединяются в один луч, и причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью управления, по меньшей мере, одним возбудителем (44) для варьирования уровнями относительной яркости, по меньшей мере, одного зеленого СИД и, по меньшей мере, одного не зеленого СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от второго первичного источника света, причем композиция основана на цветах в конкретном отображаемом изображении.

11. Система по п.1, в которой третий первичный источник света содержит, по меньшей мере, один синий светоиспускающий диод (СИД) (20) и, по меньшей мере, один не синий СИД (56), который испускает свет с длиной волны, большей длины волны синего света и меньшей длины волны зеленого света, причем свет, по меньшей мере, от одного синего светоиспускающего диода (СИД) и свет, по меньшей мере, от одного не синего СИД объединяются в один луч, и причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью управления, по меньшей мере, одним возбудителем (44) для варьирования уровнями относительной яркости, по меньшей мере, одного синего СИД и, по меньшей мере, одного не синего СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от третьего первичного источника света, причем композиция основана на цветах в конкретном отображаемом изображении.

12. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один красный СИД содержит матрицу красных СИД (22), и, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержит отдельную матрицу не красных СИД.

13. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один красный СИД (22) и, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержат единственную матрицу вставленных красного и не красного СИД.

14. Способ работы проекционной системы (10) для отображения полноцветного изображения с использованием только трех первичных цветовых источников света, причем способ содержит этапы, на которых:

модулируют свет от первого первичного источника (22, 23) света посредством первого светового модулятора (14) для предоставления модулированного света в местоположениях пикселей на дисплее;

модулируют свет от второго первичного источника (21, 46) света посредством второго светового модулятора (15) для предоставления модулированного света в местоположениях пикселей на дисплее;

модулируют свет от третьего первичного источника (20) света посредством третьего светового модулятора (16) света для предоставления модулированного света в местоположениях пикселей на дисплее;

объединяют (34, 38, 36) модулированный свет от первого первичного источника света, второго первичного источника света и третьего первичного источника света для одновременного предоставления модулированного света в местоположениях пикселей на дисплее,

причем первый первичный источник света содержит, по меньшей мере, один красный светоиспускающий диод (СИД) (22) и, по меньшей мере, один не красный СИД (23), который испускает свет с длиной волны, меньшей длины волны красного и большей длины волны зеленого света, причем свет, по меньшей мере, от одного красного СИД и свет, по меньшей мере, от одного не красного СИД объединяются в один луч,

причем второй первичный источник света содержит, по меньшей мере, один зеленый СИД (21),

причем третий первичный источник света содержит, по меньшей мере, один синий СИД (20);

возбуждают посредством, по меньшей мере, одного возбудителя (44), по меньшей мере, один красный СИД, по меньшей мере, один не красный СИД, по меньшей мере, один зеленый СИД и, по меньшей мере, один синий СИД;

принимают сигналы изображения и, в ответ, управляют первым световым модулятором (14), вторым световым модулятором (15) и третьим световым модулятором (16) для создания спроецированного изображения и управления, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования уровнями относительной яркости, по меньшей мере, одного красного СИД и, по меньшей мере, одного не красного СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от первого первичного источника света, причем композиция динамически варьируется исходя из цветов в конкретном отображаемом изображении, причем первый первичный источник (22, 23) света управляется посредством, по меньшей мере, одного возбудителя (44) для увеличения цветовой компоненты от, по меньшей мере, одного красного СИД (22), когда отображаемое изображение требует красной компоненты, которую невозможно обеспечить посредством, по меньшей мере, одного не красного СИД (23), и причем первый первичный источник (22, 23) света управляется, чтобы иметь ослабленную цветовую компоненту, по меньшей мере, от одного красного СИД (22), когда отображаемое изображение не требует красной компоненты, производимой посредством, по меньшей мере, одного красного СИД.

15. Способ по п.14, в котором сигналы изображения определяют ряд статических изображений, причем каждое изображение передается в кадре изображения, и причем управление, по меньшей мере, одним возбудителем (44) содержит управление, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования продолжительности включения, по меньшей мере, одного красного СИД (22) и, по меньшей мере, одного не красного СИД (23), причем продолжительность включения, по меньшей мере, одного красного СИД и продолжительность включения, по меньшей мере, одного не красного СИД составляет в целом приблизительно 100% для единственного кадра изображения.

16. Способ по п.14, причем, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержит, по меньшей мере, один янтарный СИД.

17. Способ по п.14, причем, по меньшей мере, один не красный СИД (62) содержит, по меньшей мере, один желтый СИД.

18. Способ по п.14, причем, по меньшей мере, один красный СИД (22) содержит матрицу красных СИД, и, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержит отдельную матрицу не красных СИД.

19. Способ по п.14, причем, по меньшей мере, один красный СИД (22) и, по меньшей мере, один не красный СИД (23) содержит единственную матрицу вставленных красного и не красного СИД.

20. Проекционная система (10) для отображения полноцветного изображения с использованием только трех первичных цветовых источников света, причем система содержит:

три световых модулятора (14, 15, 16), первый световой модулятор (14) для модуляции света от первого первичного источника (22, 23) света, второй световой модулятор (15) для модуляции света от второго первичного источника (21, 46) света и третий световой модулятор (16) для модуляции света от третьего первичного источника (20) света, причем каждый световой модулятор управляется, по меньшей мере, одним процессором (12) для одновременного предоставления модулированного света в местоположения первичных световых пикселей на дисплее, причем первичные источники света отсутствуют;

первый первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один красный светоиспускающий диод (СИД) (22);

второй первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один зеленый СИД (21) и, по меньшей мере, один не зеленый СИД (46), который испускает свет с длиной волны, меньшей длины волны зеленого света и большей длины волны синего света, причем свет, по меньшей мере, от одного зеленого СИД и свет, по меньшей мере, от одного не зеленого СИД объединяются в единственный луч;

третий первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один синий СИД (20);

по меньшей мере, один возбудитель (44) для возбуждения, по меньшей мере, одного красного СИД, по меньшей мере, одного зеленого СИД, по меньшей мере, одного не зеленого СИД и, по меньшей мере, одного синего СИД;

по меньшей мере, один процессор (12), выполненный с возможностью приема сигналов изображения и, в ответ, для управления тремя световыми модуляторами для создания проекционного изображения, и для управления, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования относительных уровней яркости, по меньшей мере, одного зеленого СИД и, по меньшей мере, одного не зеленого СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от второго первичного источника света, причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью динамического варьирования композиции исходя из цветов в конкретном отображаемом изображении, и причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать второму первичному источнику (21, 46) света обладать усиленной цветовой компонентой, по меньшей мере, от одного зеленого СИД (21), когда отображаемое изображение требует зеленой компоненты, которую невозможно обеспечить посредством, по меньшей мере, одного не зеленого СИД (46), и причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать второму первичному источнику (21, 46) света обладать ослабленной цветовой компонентой, по меньшей мере, от одного зеленого СИД (21), когда отображаемое изображение не требует зеленой компоненты, производимой посредством, по меньшей мере, одного зеленого СИД (21).

21. Система по п.20, в которой сигналы изображения определяют ряд статических изображений, причем каждое изображение передается в кадре изображения, и причем, по меньшей мере, один процессор (12) управляет, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования продолжительности включения, по меньшей мере, одного зеленого СИД (21) и, по меньшей мере, одного не зеленого СИД (46), причем продолжительность включения, по меньшей мере, одного зеленого СИД и продолжительность включения, по меньшей мере, одного не зеленого СИД составляет в целом приблизительно 100% для единственного кадра изображения.

22. Система по п.20, в которой, по меньшей мере, один зеленый СИД (21) содержит матрицу зеленых СИД, и, по меньшей мере, один не зеленый СИД (46) содержит отдельную матрицу не зеленых СИД.

23. Система по п.20, в которой, по меньшей мере, один зеленый СИД (21) и, по меньшей мере, один не зеленый СИД (23) содержат единственную матрицу вставленных зеленого и не зеленого СИД.

24. Проекционная система (10) для отображения полноцветного изображения с использованием только трех первичных цветовых источников света, причем система содержит:

три световых модулятора (14, 15, 16), причем первый световой модулятор (14) предназначен для модуляции света от первого первичного источника (22, 23) света, второй световой модулятор (15) для модуляции света от второго первичного источника (21, 46) света и третий световой модулятор (16) для модуляции света от третьего первичного источника (20) света, причем каждый световой модулятор управляется посредством, по меньшей мере, одного процессора (12) для одновременного предоставления модулированного света в местоположениях пикселей первичного света на дисплее, причем дополнительные источники света отсутствуют;

первый первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один красный светоиспускающий диод (СИД) (22);

второй первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один зеленый СИД (21);

третий первичный источник света, содержащий, по меньшей мере, один синий СИД (20) и, по меньшей мере, один не синий СИД (58), который испускает свет с длиной волны, меньшей длины волны зеленого света и большей длины волны синего света, причем свет от, по меньшей мере, одного синего СИД и свет, по меньшей мере, от одного не синего СИД объединяются в единственный луч;

по меньшей мере, один возбудитель (64) для возбуждения, по меньшей мере, одного красного СИД, по меньшей мере, одного зеленого СИД, по меньшей мере, одного не синего СИД и, по меньшей мере, одного синего СИД;

по меньшей мере, один процессор (12), выполненный с возможностью приема сигналов изображения и, в ответ, для управления тремя световыми модуляторами для создания проекционного изображения, и для управления, по меньшей мере, одним возбудителем для варьирования относительных уровней яркости, по меньшей мере, одного синего СИД и, по меньшей мере, одного не синего СИД в течение периода времени для изменения световой композиции, испускаемой от первого первичного источника света, причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью динамического варьирования композиции исходя из цветов в конкретном отображаемом изображении, причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать третьему первичному источнику (20, 58) света обладать усиленной цветовой компонентой, по меньшей мере, от одного синего СИД (20), когда отображаемое изображение требует синей компоненты, которую невозможно обеспечить посредством, по меньшей мере, одного не синего СИД (58), и причем, по меньшей мере, один процессор (12) выполнен с возможностью предписывать третьему первичному источнику (20, 58) света обладать ослабленной цветовой компонентой, по меньшей мере, от одного синего СИД (20), когда отображаемое изображение не требует синей компоненты, производимой посредством, по меньшей мере, одного синего СИД (20).

25. Система по п.24, в которой сигналы изображения определяют ряд статических изображений, причем каждое изображение передается в кадре изображения, и причем, по меньшей мере, один процессор (12) управляет, по меньшей мере, одним возбудителем (64) для варьирования продолжительности включения, по меньшей мере, одного синего СИД (20) и, по меньшей мере, одного не синего СИД (58), причем продолжительность включения, по меньшей мере, одного синего СИД и продолжительность включения, по меньшей мере, одного не синего СИД составляет в целом приблизительно 100% для единственного кадра изображения.

26. Система по п.24, в которой, по меньшей мере, один синий СИД (20) содержит матрицу синих СИД, и, по меньшей мере, один не синий СИД (58) содержит отдельную матрицу не синих СИД.

27. Система по п.24, в которой, по меньшей мере, один синий СИД (20) и, по меньшей мере, один не синий СИД (58) содержат единственную матрицу вставленных синего и не синего СИД.

Описание изобретения к патенту

Это изобретение относится к проекционным дисплеям, например к фронтпроекционным или рирпроекционным телевизионным системам и, в частности, к подобным проекционным дисплеям, использующим светоиспускающие диоды (СИД) для получения цвета из первичного света.

Цветные видеоизображения обычно формируются с использованием матрицы маленьких групп красных, зеленых и синих пикселей. Если относительными вкладами этих трех цветов в RGB пиксельной группе управлять, то эти три цвета объединяются, образуя все цвета в видеоизображении. Системы проекционного дисплея обычно работают посредством освещения одного или более световых модуляторов с очень ярким красным, зеленым и синим источниками света. Источник света может быть очень ярким белым светом, чей свет фильтруется для создания красной, зеленой и синей компонент. Такой источник белого света создает большой нагрев и неэффективен потому, что большая часть создаваемого света отлична от красного, зеленого и синего и, таким образом, не используется. Более эффективный источник света состоит из красного, зеленого и синего СИД, поскольку никакая фильтрация не требуется, и весь создаваемый свет используется для создания гаммы цветов в отображаемом изображении. Настоящая заявка относится к проекционным системам, использующим источники света на СИД.

Световые модуляторы могут быть малыми жидкокристаллическими панелями (называемыми микродисплеями) для каждого первичного цвета. Красные изображения, зеленые изображения и синие изображения комбинируются затем посредством оптики и проектируются на экран. Проецирование может быть фронтальным проецированием на отражение или задним проецированием на просвет.

Некоторые другие типы световых модуляторов представляют собой устройства с микроэлектромеханической системой (MEMS), например цифровой световой процессор (DLP ), производимый фирмой Texas Instruments, в котором матрицы микрозеркал быстро отражают на экран красные, зеленые и синие компоненты света. Каждое зеркало соответствует пикселю на дисплее. Углы зеркал определяют, включен пиксель или нет, и продолжительность включения определяет компоненты RGB в каждом местоположении пикселя.

Для проекционных систем с большим экраном свет должен быть очень ярким. Для достижения такой высокой яркости могут быть использованы множественные СИД большой мощности для каждого цвета. Это может быть малая матрица СИД для каждого первичного цвета для получения желаемой яркости.

Из-за относительных эффективностей красного, зеленого и синего СИД в соединении с различной чувствительностью человеческого глаза к красному, зеленому и синему свету используемая для получения необходимой компоненты красного света мощность для некоторой белой точки намного больше, чем мощность, используемая для создания компоненты синего света для этой же белой точки. Поскольку красные СИД становятся менее эффективными при более высоких температурах, эта относительная неэффективность усиливается, когда красный СИД является СИД большой мощности, который создает нагрев. В меньшей степени, мощность, используемая для получения необходимой зеленой световой компоненты, для белой точки больше, чем мощность, используемая для получения синей световой компоненты для этой белой точки. Однако относительные эффективности красного и зеленого СИД варьируются в зависимости от изготовителя и, следовательно, зеленые СИД могут быть в некоторых случаях менее эффективными для дисплея, чем красные СИД.

Это является результатом следующих характеристик света и СИД. Мера воспринимаемой человеческим глазом яркости измеряется в единицах, называемых люменами. Отношение люмены/ватт называется световой отдачей. Человеческий глаз намного более чувствителен к зеленому свету, чем к синему и красному свету. Для стандартных красного, зеленого и синего СИД предполагается выход приблизительно 40 люмен/ватт (электрической мощности) для красного СИД, приблизительно 100 люмен/ватт (электрической мощности) для зеленого СИД и приблизительно 20 люмен/ватт (электрической мощности) для синего СИД. Более эффективные СИД имеют более высокую световую отдачу, но соотношения эффективности между цветами обычно остаются такими же, предполагая, что красный, зеленый и синий СИД одного качества. Для получения белого света (например, 6500-9000 К) относительный вклад в световой поток составляет по цветам, приблизительно, 25% красный, 70% зеленый и 5% синий. Синие СИД преобразуют электроны в испускаемые фотоны, процентное содержание которых около 40%, что более чем в два раза превышает процентное содержание красного и зеленого СИД. Ввиду вышеизложенных характеристик для получения белого света от СИД требуется намного большая мощность для получения красного света, чем для получения синего света. Кроме того, для получения белого света большая мощность необходима для производства зеленого света, чем для производства синего света.

Таким образом, имеется потребность в методике увеличения эффективности источника света на СИД в проекционном дисплее.

Высококачественные, большой мощности, янтарного света СИД (например, с преобладающей длиной волны 590 нм) приблизительно в 2-2,5 раза более эффективны, чем большой мощности СИД красного света (например, с преобладающей длиной волны 620 нм), из-за того, что при том же значении оптической мощности (в ваттах) человеческий глаз воспринимает янтарный свет как приблизительно в 2-2,5 раза более яркий, чем красный свет. Иначе говоря, отдача люмен/ватт (оптическая) янтарных СИД (например, 490 лм/Вт) приблизительно 2-2,5 больше, чем отдача люмен/ватт (оптическая) красного СИД (например, отдача 210 лм/Вт (оптическая)).

Подавляющее большинство изображений, отображаемых на телевизоре, состоит из цветов, которые могут быть созданы с использованием янтарной, зеленой и синей компонент, только с малым процентным содержанием красного. Высокое процентное содержание красного необходимо только для очень насыщенных оттенков красного, которые очень редки.

Соответственно, вместо стандартных красного, зеленого и синего первичных цветов на проекционном дисплее настоящее изобретение использует первичные цвета - янтарной/красной композиции, зеленого и синего, образованных раздельными матрицами янтарных, красных, зеленых и синих СИД. Для малых систем, или систем низкой яркости, первичный цветной источник света может быть только одним СИД большой мощности. Поскольку проекционные дисплеи обычно конфигурируются для обращения только с тремя первичными цветами, настоящее изобретение может быть осуществлено посредством объединения вместе янтарного и красного света, используя оптику и варьируя янтарную/красную композицию посредством управления продолжительностью включения янтарных и красных матриц исходя из цветов, необходимых для отображения на цветном видеокадре.

В одном варианте реализации свет от янтарной и красной матриц объединяется в единственный луч с использованием дихроичного зеркала.

Вместо янтарного СИД может быть использована матрица желтых СИД (например, с преобладающей длиной волны 570-583 нм) с подобными же улучшениями эффективности. Желтый свет может быть произведен фосфором, возбужденным синим или УФ испусканием активного слоя СИД, или желтый свет может быть непосредственно произведен активным слоем. В последующих примерах, любой янтарный СИД может быть вместо желтого СИД или любого СИД, испускающего свет с длиной волны, большей, чем зеленый свет.

В одном варианте реализации процессор дисплея управляет продолжительностью включения янтарных и красных матриц исходя из самых красных пикселей в кадре изображения. Для насыщенного и яркого красного пикселя в кадре средний свет от красной матрицы должен быть интенсивным в течение периода кадра. Варьирующаяся композиция янтарного и красного света учитывается процессором дисплея при управлении тремя микродисплеями (малые ЖК панели) или микрозеркалами в проекторе DLP. Для еще большей эффективности, если только несколько раздельных пикселей в кадре изображения высоко насыщены и имеются яркие красные пиксели, краснота этих пикселей может быть уменьшена посредством добавления янтарного света, если при этом не будет заметного влияния на качество картинки. Таким образом, продолжительность включения красной матрицы необязательно должна быть большой относительно продолжительности включения янтарной матрицы только из-за нескольких пикселей.

Поскольку янтарные СИД имеют намного более высокую эффективность, чем красные СИД, полная эффективность источника света больше, чем, если бы первичные цвета были ограничены красным, зеленым и синим.

Увеличение эффективности является также результатом следующего. Объединение двух цветов, при объединении в последовательном временном режиме, приводит к более высокой полной светимости, чем просто полная светимость, многократно увеличиваемая посредством увеличения продолжительности включения. Например, предположим источник света на СИД, который непрерывно осуществляет 100% выходного потока. Если поочередно возбуждать два СИД источника света, каждый при 50%-ой продолжительности включения, получающийся выходной поток для каждого из СИД источников света может быть приблизительно 73% от его 100%-ого уровня потока, в зависимости от различных факторов. Поэтому два СИД источника света, каждый работающий при 50%-ой продолжительности включения, будут выводить объединенный относительный поток 146%, приводя к эффективному выигрышу в 46% по сравнению с работающим непрерывно единственным источником света на СИД.

Эта методика может также быть применена к зеленому свету. Свет от голубой матрицы (длина волны короче зеленого света) и зеленой матрицы СИД может быть объединен, используя оптику, и использоваться как первичный цветовой источник света на проекционном дисплее. Объединение двух цветов посредством регулировки их продолжительности включения в течение периода кадра изображения приводит к более высокому относительному потоку, чем в случае использования только зеленого света. Продолжительность включения голубой и зеленой матриц управляется исходя из цветового содержания кадра изображения. Композиции цветов в первичных источниках света учитываются процессором дисплея при управлении тремя микродисплеями (ЖК дисплеи) или микрозеркалами в проекторе DLP.

Эта методика может также быть применена к синему свету. Свет от голубой матрицы (длина волны больше синего света) и синей матрицы СИД может быть объединен, используя оптику, и использоваться как первичный цветовой источник света на проекционном дисплее. Объединение двух цветов посредством регулировки их продолжительности включения в течение периода кадра изображения приводит к более высокому относительному потоку, чем в случае использования только синего света.

Продолжительность включения голубой и синей матриц управляется исходя из цветового содержания кадра изображения. Композиции цветов в первичных источниках света учитываются процессором дисплея при управлении тремя микродисплеями (ЖК дисплеи) или микрозеркалами в проекторе DLP.

В одном варианте реализации каждый из трех первичных источников света для RGB пикселей является объединением двух различных цветов, причем преобладающие длины волн цветов разделены, по меньшей мере, на 30 нм. Например, первичными источниками могут быть красный/янтарный(или желтый), зеленый/зеленовато-голубой и синий/синевато-голубой свет.

Фиг.1 изображает схематический вид проекционной системы в соответствии с первым вариантом реализации изобретения, использующим жидкокристаллические микродисплеи, когда традиционно красный первичный свет заменен варьирующимся объединением янтарного и красного света от двух матриц СИД.

Фиг.2 - вид спереди матрицы СИД единственного цвета, используемого в системе на Фиг.1.

Фиг.3 - коллимирующий отражатель, который может быть использован вместо или в соединении с линзой для коллимирования света от одиночной матрицы СИД.

Фиг.4 - иллюстрация относительных продолжительностей включения красной и янтарной матриц исходя из цветового содержания кадра изображения.

Фиг.5 - график, показывающий продолжительность включения в зависимости от относительного потока.

Фиг.6 - схематический вид проекционной системы, подобной Фиг.1, но где традиционный зеленый первичный свет заменен варьирующимся объединением голубого и зеленого света от двух матриц СИД.

Фиг.7 - применение изобретения к проекционной системе DLP, когда каждый из первичных источников света является композицией света двух различных цветов, продолжительность включения которых управляется исходя из цветов отображаемых изображений.

Фиг.8 - блок-схема последовательности операций с различными этапами, выполняемыми проекционной системой в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Подобные или идентичные элементы на различных чертежах имеют одинаковые цифровые обозначения.

Настоящее изобретение может использовать СИД любого типа, например на основе AlInGaP (обычно для испускания от красного до желтого света) или GaN (обычно для испускания от зеленого до УФ). СИД формируется на исходной ростовой подложке, например на сапфире, SiC, или GaAs, в зависимости от типа формируемого СИД. Обычно, формируется n-слой, затем активный слой, затем p-слой. Отражательные металлические электроды формируются затем на поверхности СИД для контакта с n и p слоями. Когда диод является прямо смещенным, активный слой испускает свет, длина волны которого определяется в соответствии с составом активного слоя. Формирование таких СИД хорошо известно и не нуждается в более подробном описании. Формирование СИД всех видимых длин волн, монтаж таких СИД на держателе и подача питания на СИД через РСВ описаны в Патенте США № 6828596 авторами Steigerwald и др., в Патенте США № 6876008 авторами Bhat и др., которые переданы настоящему правопреемнику и включены здесь посредством ссылки. Также могут использоваться СИД с фосфором для преобразования длины волны света, испускаемого активным слоем.

На Фиг.1 показана схема одного типа проекционной системы 10, использующая отдельную жидкокристаллическую панель микродисплея для каждого первичного света. Система может быть телевизионной системой, проектором для компьютера или любым другим проектором цветных изображений. Обычные сигналы изображения для управления яркостью в каждом положении пикселя RGB на экране дисплея (не показан) подаются на процессор 12 дисплея. Следует отметить, что в контексте данного раскрытия термины красный пиксель, зеленый пиксель, синий пиксель и RGB пиксель используются для обозначения положений пикселя, сопоставленных каждому первичному источнику света, даже если "красный пиксель" может отображать композицию янтарного и красного света. Цвет любого отдельного красного, зеленого или синего пикселя может быть комбинацией двух цветов, формирующих первичный источник света. Процессор 12 дисплея управляет "затворами" в каждом из микродисплеев 14, 15 и 16 для управления на дисплее красными пикселями, зелеными пикселями и синими пикселями, соответственно.

Каждый микродисплей 14-16 по существу является маленьким пропускающим жидкокристаллическим дисплеем, каждый из которых выводит изображение с различающимся первичным цветом. Когда изображения объединяются, то на экран проектируется полноцветное изображение. Слои, формирующие каждый микродисплей, обычно состоят из поляризаторов, жидкокристаллического слоя, слоя матрицы тонкопленочных транзисторов и слоя заземленного плоского основания. Электрические поля, создаваемые в каждом местоположении пикселя посредством выборочной активизации тонкопленочных транзисторов в каждом местоположении пикселя, заставляют жидкокристаллический слой изменять поляризацию поступающего света в каждом местоположении пикселя. В зависимости от степени поляризации в местоположении пикселя пиксель будет пропускать на экран больше или меньше поступающего первичного света. Жидкокристаллические дисплеи хорошо известны и нет необходимости в более подробном их описании.

Источники света на Фиг.1: матрица 20 синих СИД, матрица 21 зеленых СИД, матрица 22 красных СИД и матрица 23 янтарных СИД. СИД установлены на держателях, которые отводят тепло от СИД, обеспечивают электрические соединения между СИД и соединяют СИД с источником питания. СИД в матрице могут быть соединены в последовательной и параллельной комбинациях. Держатель имеет выводы, которые соединяются с возбудителем для этой матрицы. Линза 26 перед каждой матрицей СИД коллимирует свет для однородного освещения обратной поверхности связанного с ней микродисплея.

На Фиг.2 показан вид сверху отдельной матрицы СИД 27, смонтированной на держателе 28. Возможно любое количество СИД (например, от 6 до 24), и типичные размеры составляют порядка сантиметра для одной стороны. СИД располагаются близко между собой для получения однородной картины испускания. В небольшой проекционной системе может быть только один СИД большой мощности для каждого первичного цвета.

На Фиг.3 показан отражатель 30, например, выполненный из алюминия, который может быть использован для создания желаемой формы освещения для микродисплеев. Свет от матрицы 27/28 СИД смешивается и формируется в отражателе 30 для создания прямоугольной картины, обычно соответствующей по форме микродисплею.

Возвращаясь назад к Фиг.1, модулированный свет, выходящий из микродисплеев 14-16, объединяется для формирования полноцветного изображения. Дихроичное зеркало 34 отражает синий свет, но позволяет проходить свету всех других длин волн. Зеркало 34 отражает модулированный синий свет на фокусирующую линзу 36. Свет, выходящий из линзы 36, фокусируется на переднюю сторону (полуотражающего) экрана или на заднюю сторону (прозрачного) экрана. Второе дихроичное зеркало 38 отражает янтарный и красный свет, но позволяет проходить свету всех других длин волн. Зеркало 38 отражает модулированный янтарный и красный свет на фокусирующую линзу 36. Оба зеркала, 34 и 38, позволяют модулированному зеленому свету проходить к линзе 36. Каждый RGB пиксель полноцветного изображения на экране формируется посредством ряда единственного красного пикселя, единственного зеленого пикселя и единственного синего пикселя. Отдельные пиксели не воспринимаются человеческим глазом на расстоянии рассмотрения, и комбинированный свет фактически производит любой цвет.

Традиционный красный первичный источник света усиливается янтарным источником света. Янтарного света СИД (например, 590 нм) приблизительно в 2-2,5 раза эффективнее СИД красного света (например, 615-635 нм) потому, что при том же самом значении оптической мощности (ватты) человеческий глаз воспринимает янтарный свет как приблизительно в 2-2,5 раза более яркий, чем красный свет. Иначе говоря, оптическая отдача люмен/ватт янтарного СИД приблизительно в 2-2,5 больше, чем люмены/ватт красного СИД. Микродисплей 14 управляется для создания изображения для местоположений красных пикселей, которые являются комбинацией янтарного света и красного света. В одном варианте реализации количество янтарных СИД в матрице определяется исходя из предполагаемого максимального потока янтарного света, необходимого для изображения. Световой поток янтарной матрицы может быть эквивалентным световому потоку красной матрицы, но при гораздо меньшем количестве СИД для достижения того же самого светового потока, приводя к большей эффективности.

Матрица СИД, которая испускает любые длины волн, между зеленым и красным, например желтая или оранжевая матрицы, может быть использована вместо янтарной матрицы и при этом может быть достигнута улучшенная эффективность по сравнению с использованием только матрицы красных СИД в качестве первичного источника света. Желтая матрица СИД (например, 570-583 нм) может использовать YAG или фосфор BSSN, возбуждаемые синим светом для получения желтого света, или желтый свет может быть непосредственно произведен активным слоем.

Янтарный и красный свет объединяются в один луч, используя дихроичное зеркало 40, которое отражает красный свет, но позволяет проходить янтарному свету. При объединении света, вместо обработки света янтарной матрицы, как отдельного первичного света, нет необходимости в добавлении другого микродисплея и соответствующей оптики.

Процессор 12 дисплея принимает цифровые сигналы изображения, которые определяют (прямо или косвенно) одно из нескольких сотен состояний яркости для каждого красного, зеленого и синего пикселя для отдельного изображения в кадре изображения. Сигналы изображения передают последовательности статических изображений по одному на кадр изображения. Процессор 12 может фактически быть набором микросхем, содержащим дополнительные процессоры. В зависимости от цветов RGB пикселей, требуемых для кадра изображения, процессор 12 определяет минимальную яркость матрицы красных СИД, требуемую в течение периода кадра изображения так, что когда модулированный янтарный/красный свет смешивается с модулированным зеленым и синим светом, все цвета в изображении могут быть получены точно. Например, высокой яркости, глубоко насыщенный красный цвет в изображении требует относительно высокой яркости красной матрицы, поскольку янтарный свет не может произвести цвета, с длинами волн, большими длины волны янтарного света. Процессор запрограммирован для предпочтения янтарного света относительно красного так, что используется минимальное количество чисто красного света. Процессор затем управляет продолжительностью включения янтарной матрицы и красной матрицы в течение периода кадра изображения для достижения расчетной композиции янтарного и красного света, как показано на Фиг.4.

Для компенсации первичного света, не чисто красного, процессор 12 управляет затворами в трех микродисплеях 14-16 соответственно так, чтобы на получающееся изображение не влияло использование комбинации янтарного и красного света в качестве первичного света.

В показанном на Фиг.4 примере янтарная матрица возбуждается в течение двух третей времени кадра, и красная матрица возбуждается в течение оставшегося времени. Возможны один, или многократные циклы переключения матриц в течение единственного периода кадра. Ток для каждой матрицы может быть различным, в зависимости от характеристик СИД и желаемой яркости.

В одном процессе процессор 12 идентифицирует наиболее яркий пиксель с "красной" компонентой, краснее янтарного. Это может быть использовано для определения минимальной продолжительности включения красной матрицы, поскольку янтарная матрица не может создать пиксель, который краснее янтарного. Простая программа или встроенная программа используются затем для управления продолжительностью включения янтарных и красных матриц и управления микродисплеями 14-16 для компенсации комбинированного первичного света.

Для дополнительного упрощения обработки, если только несколько пикселей являются насыщенно красными, и принуждения красной матрицы быть включенной в течение значительно более длительного времени, такие пиксели могут быть сделаны менее яркими посредством неизменения продолжительности включения красной матрицы только для тех нескольких пикселей, предполагая, что различие не будет заметным наблюдателю.

На Фиг.1 показано, что процессор 12 дисплея управляет микродисплеями 14-16, а также возбудители 44 (источники тока) СИД для матриц 20-23. Обычно, ток для синих и зеленых матриц бывает постоянным в течение периода кадра изображения.

Огромное большинство изображений, отображаемых в телевизионных системах, состоит из цветов, которые могут быть созданы с использованием янтарной, зеленой и синей компонент, и только с малым процентным содержанием красного. Высокое процентное содержание красного необходимо только для очень насыщенных красных оттенков, которые очень редки. Соответственно, высокоэффективная янтарная матрица обычно возбуждается в течение каждого кадра изображения с сопутствующим уменьшением продолжительности включения красной матрицы, приводя к большей эффективности проекционной системы.

На Фиг.5 приведен график, показывающий, как средний поток обычного источника света представляет собой не просто поток источника света при непрерывном включении, умноженном на продолжительность включения. График на Фиг.5 показывает, как светимость увеличивается посредством объединения двух источников света в качестве первичного источника света, даже когда источники света одинаково эффективны. Объединение двух цветов, в случае объединения в последовательном временном режиме, приводит к более высокой светимости, чем просто полная светимость, умноженная на продолжительность включения. Например, предположим, СИД источник света, который, непрерывно включенный, дает 100%-ый поток. Если поочередно возбуждать два СИД источника света, каждый при 50%-ой продолжительности включения, то образующийся выходной поток, показанный на Фиг.5, для каждого из СИД источников света составляет приблизительно 73% от его уровня 100%-ого потока. Поэтому два СИД источника света, каждый работающий при 50%-ой продолжительности включения, будут выводить объединенный относительный поток в 146%, приводя к эффективному выигрышу в 46%, по сравнению с единственным, непрерывно включенным СИД источником света.

Учитывая график на Фиг.5, еще большая светимость может быть достигнута посредством предоставления объединенного первичного света от зеленой матрицы СИД и сине-зеленой (или голубой) матрицы СИД, как показано на Фиг.6. На Фиг.6 голубая матрица 46 из СИД возбуждается в течение части периода кадра исходя из цветов в изображении. Дихроичное зеркало 48 отражает голубой свет, но позволяет проходить зеленому свету. Относительные продолжительности включения зеленой и голубой матриц определяются процессором 12 и могут быть основаны на оттенке самого зеленого пикселя и его яркости, поскольку голубой не может быть использован в создании цвета, более зеленого, чем голубой. Процессор 12 управляет продолжительностью включения и микродисплеями 14-16, используя те же самые методики, рассмотренные выше для красных пикселей.

В другом варианте реализации вместо процессора, управляющего микродисплеями исходя из объединенного янтарного/красного света или голубого/зеленого света, микродисплеями можно быстро управлять с одновременным управлением продолжительностью включения янтарной и красной матриц, или голубой и зеленой матриц. Этот процесс более сложен, чем обработка первичного света как объединение янтарного и красного, или голубого и зеленого, в течение всего кадра изображения.

Зеленый или голубой СИД могут быть сформированы так, что материал в активном слое непосредственно производит зеленый или голубой свет. В другом варианте реализации зеленый или голубой СИД формируются из синего или УФ СИД, покрытого фосфором, или который использует фосфорную пластину, которая испускает зеленый или голубой свет при возбуждении синим или УФ светом. Фосфорный слой может позволить части синего света просачиваться через фосфор для создания зеленого или голубого света.

Кроме того, в связи с графиком на Фиг.5, еще большая светимость может быть достигнута посредством предоставления объединенного первичного света от матрицы синих СИД и матрицы сине-зеленого (или голубого) СИД. Если и зеленый первичный свет, и синий первичный свет представляют собой комбинацию двух источников света, зеленая матрица должна быть объединена с зеленовато-голубой матрицей, и синяя матрица должна быть объединена с синевато-голубой матрицей. Объединение света в синий первичный свет подобно действию красного и зеленого первичного света, описанного выше (например, используя дихроичное зеркало, регулируя продолжительности включения, и т.д.).

В одном варианте реализации линзы 26 на Фиг.1 и 6 отделены от СИД так, что имеется воздушный промежуток. Это может быть полезным для охлаждения СИД и для попадания большего света в фокусирующую линзу 36. Кроме того, линзы могут образовывать часть имеющейся проекционной системы, и желательно только изменить минимальное количество аппаратных средств в системе для ее преобразования от 3-цветной системы до четырех- или пятицветной системы. Кроме того, поскольку СИД производят много тепла, может оказаться желательным сформировать линзу из стекла, которое не является хорошим материалом для герметизации СИД.

Концепции настоящего изобретения могут быть применены к проекционным системам любого типа. На Фиг.7 показана проекционная система DLP, использующая матрицу 50 микрозеркал DLP и набор микросхем фирмы Texas Instruments. Имеющаяся литература по технологии DLP включена здесь посредством ссылки. Цифровые сигналы изображения обрабатываются посредством процессора 52 дисплея для управления углами более чем одного миллиона шарнирных зеркал в матрице 50. Кадр изображения разделяется на три периода, один период для каждой первичной цветной компоненты изображения. В течение каждого периода возбуждается только один первичный цветовой источник света. В другом варианте реализации для источников света используются затворы. Линза 56 коллимирует освещение первичного цветового света и подает его на микрозеркала. Каждое микрозеркало соответствует единственному RGB пикселю в изображении. Один угол зеркала эффективно блокирует свет для соответствующего положения пикселя на экране дисплея, тогда как второй угол полностью отражает свет к этому местоположению пикселя. Быстро переключая углы при определенной продолжительности включения, процентное содержание полной яркости этого первичного цвета подается на пиксель. После трех периодов объединенные RGB изображения формируют полноцветное изображение. Быстрое переключение зеркал и первичных цветовых источников света не воспринимается наблюдателем.

На Фиг.7 показаны первичные цветные источники: 1) матрица синих СИД и матрица синевато-голубых СИД 58, свет которых объединяется в единственный первичный цветовой свет; 2) матрица зеленых СИД и матрица зеленовато-голубых СИД 60, свет которых объединяется в единственный первичный цветовой свет; и 3) матрица красных СИД и матрица янтарных (или желтых) СИД 62, свет которых объединяется в единственный первичный цветовой свет. Каждая матрица может быть подобной той, что показана на Фиг.2, и может вместо этого даже быть одним СИД.

Управление матрицей СИД на Фиг.7 подобно управлению матрицей на Фиг.1 и 6. Процессор 52 идентифицирует более красные пиксели в изображении и регулирует продолжительность включения красных и янтарных матриц посредством возбудителей 64 для максимизации эффективности. Процессор 52 затем осуществляет компенсацию для композиции янтарного и красного света посредством соответственного изменения продолжительности включения микрозеркал.

Аналогично, процессор 52 идентифицирует более зеленые пиксели в изображении и регулирует продолжительность включения зеленых и зелено-голубых матриц посредством возбудителей 64 для максимизации эффективности. Процессор 52 затем осуществляет компенсацию композиции зеленого и зелено-голубого света посредством соответственного изменения продолжительности включения микрозеркал.

Точно так же процессор 52 идентифицирует наиболее синие пиксели в изображении и регулирует продолжительность включения синих и сине-голубых матриц посредством возбудителей 64 для максимизации эффективности. Процессор 52 затем осуществляет компенсацию композиции синего и сине-голубого света посредством соответственного изменения продолжительности включения микрозеркал.

В одном варианте реализации вместо каждого различающегося цвета СИД отдельной матрицы два различных цветовых СИД вставлены в единственную матрицу на держателе, где одним цветом СИД можно управлять отдельно от другого цвета СИД. Вставка отличающегося цветового СИД обеспечивает смешивание света. Таким образом, не требуется объединения оптики, и источник света является меньшим и более легко приспосабливаемым к имеющимся конструкциям проекционной системы.

На Фиг.8 показана блок-схема последовательности операций, представляющая различные этапы, выполняемые проекционной системой в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. Процесс применим к системам, использующим микродисплей для каждого первичного источника света или использующим DLP.

На этапе 70 обычные сигналы изображения, содержащие информацию для построения полноцветного изображения с использованием положений красного, зеленого и синего пикселя на экране дисплея, подаются на процессор.

На этапе 71 свет от матрицы янтарных СИД и матрицы красных СИД объединен в единственный первичный световой луч для местоположений красных пикселей на дисплее. Оптимальная композиция света для максимизации эффективности первичного источника света основана на отображаемых цветах изображения. Продолжительности включения янтарных и красных СИД управляются для обеспечения желаемой композиции.

На этапе 72 свет от зеленовато-голубой матрицы СИД и зеленой матрицы СИД объединен в единственный первичный световой луч для местоположений зеленых пикселей на дисплее. Оптимальная композиция света для максимизации эффективности первичного источника света основана на отображаемых цветах изображения. Продолжительности включения зеленовато-голубого и зеленого СИД управляются для обеспечения желаемой композиции.

На этапе 73 свет от синевато-голубой матрицы СИД и синей матрицы СИД объединяется в единственный первичный световой луч для местоположений синих пикселей на дисплее. Оптимальная композиция света для максимизации эффективности первичного источника света основана на отображаемых цветах изображения. Продолжительности включения синевато-голубого и синего СИД управляются для обеспечения желаемой композиции.

На этапе 74 световой модулятор (например, микрозеркала или микродисплей) модулирует объединенный янтарный/красный свет для каждого местоположения красного пикселя на дисплее для создания изображения. Модуляция отрегулирована для конкретных продолжительностей включения янтарного и красного СИД и для конкретных продолжительностей включения других первичных источников света.

На этапе 75 световой модулятор модулирует объединенный зелено-голубой/зеленый свет для каждого местоположения зеленого пикселя на дисплее для создания изображения. Модуляция отрегулирована для конкретных продолжительностей включения зелено-голубого и зеленого СИД и для конкретных продолжительностей включения других первичных источников света.

На этапе 76 световой модулятор модулирует объединенный сине-голубой/синий свет для каждого местоположения синего пикселя на дисплее для создания изображения. Модуляция отрегулирована для конкретных продолжительностей включения сине-голубого и синего СИД и для конкретных продолжительностей включения других первичных источников света.

На этапе 77 модулированный свет от трех первичных источников света объединяется для создания полноцветного изображения. В системе DLP нет необходимости в дополнительной объединяющей оптике, поскольку свет уже объединен, будучи модулированным единственной матрицей микрозеркал.

В одном варианте реализации каждый из трех первичных источников света для пикселей RGB является объединением двух различных цветов, причем преобладающие длины волны цветов разделены, по меньшей мере, на 30 нм. СИД конкретного цвета в контексте этого раскрытия представляет собой СИД, который непосредственно испускает этот конкретный цвет или испускает этот конкретный цвет, используя возбужденный фосфор.

Из приведенного подробного описания специалистам в данной области техники должно быть ясно, что в рамках настоящего раскрытия возможны модификации изобретения без отступления от существа и приведенных концепций изобретения. Таким образом не предполагается, что объем притязаний изобретения ограничивается конкретными описанными вариантами реализации.