专利名称：用于投影显示的光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影显示器的领域。具体地说，本发明涉及背面投影式平板显示器的制造。
实像显示器可分为三大类阴极射线管(CRT)、平板显示器和投影显示器。目前CRT显示器沿画面对角线的规格在1-40英寸的范围。这些显示器图像质量好，制造起来经济实惠。显示器的外形在深度上要求超过画面对角线的长度以便能高度清晰地显示曲线图形。这类显示器，尤其是20英寸以上的规格，由于要承受大气压而必须增加玻璃壁厚，因而庞大笨重。CRT在桌面式监示器市场上广受欢迎，通用的画面对角线长度为14-17英寸。
平板显示器用于许多便携式装置中。这类显示器薄而重量轻，但图像质量比CRT差。目前，这类显示器大部分用在画面对角线尺寸要求在2-12英寸的用途中。平板显示器的生产成本比CRT高。
因此，画面尺寸要求40英寸以上的显示就成了投影显示器的世界不是正面投影式就是背面投影式。这两种技术是用下列两种方法之一产生图像的采用三个小型高亮度的红、绿、蓝(RGB)单色CRT，或通过空间光调制器产生彩色图像。这些投影系统图像亮度低，生产成本又高。
一般背面投影显示器采用画面对角线尺寸小到17-20英寸的是不经济的。光阀的成本中，驱动线路处于支配地位。举例说，XGA显示器(768×1024×3)无论屏面尺寸有多大，其驱动线路约为120美元。这里需用能产生5000流明光通量的70瓦金属卤化物弧光灯连同其相应的电源、镇流器和二次点燃能力。总的成本比起17英寸CRT的出厂价格来是过高的，没一点吸引力。
从较纯的红、绿、蓝光源可以制取小巧、质轻、节能的投影显示器。各色光源的输出光束由至少一个空间光调制接收下来。经调制的输出光束经准直并混合后，由投影透镜接收下来，将其投射到投影屏幕上。上述各组成部分可以装入一个外壳中形成小巧、质轻的投影显示器中。
图1示出了投影显示器的一个最佳实施例。
图2示出了本发明的另一个实施例。
图3示出了本发明的再另一个实施例。
本发明是以空间光调制器为基本元件的质轻、小巧的投影显示器，调制器一般为1平方厘米的互补金属氧化物半导体集成电路(CMOS IC)，与铁电液晶材料直接接触。透过液晶材料射出的光会作为其偏振平面对集成电路(IC)局部表面电压的函数转动。液晶/集成电路元件用三个分立的发光二极管来进行红、绿、蓝连续闪光照射，就产生IC表面电压的彩色连续图像。
寻址电路埋设在1平方厘米的IC中。所有显示信息在一条或多条高速I/O线上发送给IC。IC/LCD组合件相当于成本低得多、性能高得多的反射性有源矩阵液晶显示器(AMLCD)。举例说，设计成透射性的AMLCD光阀能阻挡60％因金属线路和晶体管受荫蔽而产生的光。相比之下，反射性元件的损耗估计仅为20％，主要是覆盖住IC表面的铝片引起的反射性损耗。采用顺次选通的RGB光源代替白色光源还可以消除滤色镜75％以上的光损耗。
本发明采用一个空间光调制器和三个LED电源的背面投影显示器在光效率方面是很高的。
表1
表1列举了按传统设计和本发明的LED设计的背面投影系统的光效率的例子。从屏幕正表面出来的光通量φexit可用下式表示φexit=BAΩ其中A为屏幕的面积，B为所要求的朗伯光分布的亮度。若屏幕亮度增益g通过减小角分布使用其小于朗伯分布而为1.5，则出来的光通量为；φexit=BAΩ/g对高清晰度的桌面监示器来说，要求亮度为100烛光/平方米。17英寸监示器的画面面积为25×30平方厘米或A=0.075平方米。由于桌面监示器的视角小于相应大小电视机的视角，因而可选取屏幕亮度增益g=2。在这些假设条件下，计算出的输出光通量φexit=12流明。光学系统设计的总效率为10％时，需要φsource=120流明的源通量。此光通量可按下述方式分配给所有三个光源红 30流明绿 75流明蓝 15流明图1示出了有三个分别发射出红、绿、蓝光束的发光二极管121、122、123的投影显示器10的最佳实施例。各光束由准直仪141、142、143接收下来。经准直的各光束通过偏振分束器161、162、163。空间光调制器18，具有M×N个像素，调制经分束的光束。空间光调制器由显示驱动器20控制。投影透镜22接收经调制的光束，并将其投射到位于外壳26正面的投影屏幕24上。程序控制器28附在三个光源上，控制着红、绿、蓝三束光束。空间光调制器和三个光源都接电源(图中未示出)。
发射出红、绿、蓝光的发光二极管总的光通量为10-1000流明。光通量比的近似值最好为绿光65％、红光25％，蓝光10％。
外壳还可以装至少两个折叠反射镜供接收红、绿、蓝三色光束，并折叠红、绿蓝三色光束。折叠反射镜使外壳小巧紧凑。
在此实施例中，彩色子帧是连续的。
图2示出了本发明的另一个实施例。这里有三个空间光调制器181、182、183，各光束一个，使采色子帧可以平行。在此实施例中，彩色子帧平行。
图3示出了本发明的另一个实施例。图1中所示的多个发光二极管用单一的光源12代替。单一光源包括在单一衬底上发射出红、绿、蓝光的发光二极管。与图1和图2所示的实施例比较，这里的系统中只有一个光路。
权利要求
1．一种投影显示器，其特征在于，它包括红、绿、蓝三色光部件，各光部件包括至少一个发射光束的发光二极管；一个准直仪，与光源光连接，产生准直光束；和一个分束器，与光源光连接，产生分束光束；一个空间光调制器，具有M×N个像素，与红、绿、蓝光部件的各分束器光连接；一个投影透镜，与空间光调制器光连接，工作时将红、绿、蓝光束聚焦；一个投影屏幕，与投影透镜光连接；一个驱动电路，接空间光调制器，工作时产生彩色子帧；一个电源，接空间光调制器和红、绿蓝光部件；和一个外壳，里面装有红、绿、蓝光部件、空间光调制器、投影透镜、投影屏幕、控制电路和电源。
2．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，任何一个红、绿、蓝光源为N个发光二极管芯片组成的阵列，其中N≤10，阵列的直径≤3毫米。
3．如权利要求2所述的投影显示器，其特征在于，任何一个红、绿、蓝光源还包括一个反射器，围绕着所述发光二极管阵列；和一个浸没透镜，接收来自发光二极管阵列的光，工作时将光预准直成等于或小于3立体弧度的立体角。
4．如权利要求3所述的投影显示器，其特征在于，发光二管阵列的视在光源直径小于5毫米。
5．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，任何一个红、绿蓝光源还包括一个反射器，围绕着发光二极管；和一个浸没透镜，接收来自发光二极管的光，工作时将光预准直成等于或小于3立体弧度的立体角。
6．如权利要求5所述的投影显示器，其特征在于，发光二极管经放大后的视在光源直径小于5毫米。
7．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，红、绿、蓝光发射源的综合光通量为10-1000流明，光通量比的近似值为65％绿光，25％红光和10％蓝光。
8．如权利要求2所述的投影显示器，其特征在于，红、绿、蓝的其中一个发光二极管为激光器。
9．如权利要求8所述的投影显示器，其特征在于，激光器为发射出绿光束的倍频Nd:YAG(掺钕钇石榴石)激光器。
10．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，它还包括至少两个反射镜，所述反射镜接收红、绿、蓝光束，工作时折叠红、绿、蓝光束。
11．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，它还包括三个空间光调制器，各空间光调制器分别接收红、绿、蓝的其中一个光束；且其中驱动电路产生平行彩色子帧。
12．如权利要求1所述的投影显示器，其特征在于，驱动电路连续产生彩色子帧。
13．一种投影显示器，其特征在于，它包括一个光部件，包括至少一个红光源、一个绿光源和一个蓝光源，设在单一衬底上，其中红、绿、蓝光源可单独切换；和一个准直仪，与红、绿、蓝光源光连接，产生准直的红、绿蓝光束；一个分束器，接收准直的红、绿、蓝光束，工作时输出经分束的红、绿、蓝光束；一个空间光调制器，具有M×N个像素，与分束器光连接；一个投影透镜，与空间光调制器光连接，工作时将红、绿、蓝光束聚焦；一个驱动电路，接空间光调制器，工作时产生彩色子帧；一个电源，接空间光调制器和光部件；和一个外壳，里面装有光部件、空间光调制器、投影透镜、投影屏幕、控制电路和电源。
14．如权利要求13所述的投影显示器，其特征在于，光部件产生由25％红光、60％绿光和15％蓝光组成的白光。
15．如权利要求13所述的投影显示器，其特征在于，红、绿、蓝光源为N个发光二极管组成的单一阵列，其中N小于10，阵列直径为≤3毫米。
16．如权利要求15所述的投影显示器，其特征在于，红、绿、蓝光源还包括一个反射器，围绕着发光二极管阵列；和一个浸没透镜，接收来自发光二极管阵列的光，工作时将光预准直成等于或小于3个立体弧度的立体角。
17．如权利要求6所述的投影显示器，其特征在于，发光二极管阵列放大后的视在源大小，其直径小于5毫米。
18．如权利要求13所述的投影显示器，其特征在于，红、绿、蓝光源的综合光通量为10～1000流明，光通量比近似值为65％绿光，25％红光和10％蓝光。
19．如权利要求13所述的投影显示器，其特征在于，驱动电路连续产生彩色子帧。
全文摘要
一种小巧节能的投影显示器可从较纯的红、绿、蓝光源制取。彩色光源的输出光束由至少一个空间光调制器接收下来。经调制的输出光束经准直和混合之后由一个投影透镜接收下来,将其投射到投影屏幕上。所有上述组成部分可装入一个外壳中从而形成小巧、质,轻的投影显示器。
文档编号G02F1/13GK1224169SQ9811552
公开日1999年7月28日 申请日期1998年6月25日 优先权日1997年6月25日
发明者R·H·海茨 申请人:惠普公司