CN101334142B - 一种数字光处理显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源模块及使用该光源模块的显示系统。显示系统包含光源系统、光导引系统以及成像系统。光源系统其包含第一光源模块及第二光源模块，第一光源模块提供第一色光，第二光源模块提供多个与第一色光不同颜色的多个色光。光源系统根据预设的整合时序，点亮第一色光及不同颜色的多个色光，以提供至光导引系统，光导引系统适可将光源系统产生的光线导引至成像系统以进行成像。

Description

一种数字光处理显示系统

技术领域

本发明涉及一种光源装置，特别涉及一种采用多个发光二极管(LightEmitting Diode，LED)作为发光源的模块，以及使用该光源模块的显示系统。

背景技术

第11/081,825号美国专利申请披露以发光二极管为光源的发光架构，在非持续点灯的状态下，以输入较高的电流来驱动发光，据此架构以建立光源模块及使用该光源模块的投影系统。

参照图1，上述光源模块1包含第一发光二极管111、第二发光二极管112、镜轮12，以及电源控制装置(图中未示)。二发光二极管111、112是以其光线发射路径呈实质正交的方向设置，而镜轮12则设置于该二发光二极管111、112之间。

镜轮12包含多个交错设置的扇形反射部121及穿透部122，以其轴心123旋转。若以微观的方式分解其工作方式可知，当电源控制装置通以电流而使一侧的第一发光二极管111发光时，镜轮12的其中一个穿透部122同步地被旋转至与该第一发光二极管111的光束射出方向对应的位置，使其光束通过该穿透部122并往输出方向射出；当电源控制装置通以电流而使对侧的第二发光二极管112发光时，此时其对向第一发光二极管111的电流同时被电源控制装置切断，镜轮12的其中一个反射部121被旋转至与该第二发光二极管112的光束射出方向对应的位置，使该发光二极管112的光束反射，同样地往该输出方向射出。通过上述微观的分解动作，使整体光源得以快速交错的方式提供所需的光线，且由肉眼看来，该光线几乎可呈连续的光线，不会出现瑕疵。

图2为显示前述发光架构的交替式发光循环(duty cycle)示意图；进一步来说，其所采行两个发光二极管轮流发光的方式，将使出口光源呈现开启态(On-State，即图中A所标示的“平坦波峰段”)的发光通量(Light Flux)，其在时间轴上适可建构成趋近连续的发光通量，以取代纯粹单一发光二极管的连续发光模式，并提供更佳的亮度。

然而，此理想架构在实际操作上，将产生瑕疵。特定而言，由于镜轮12，是由多个反射部121及穿透部122所交错组成，因此其间必然形成若干交界区域。若任一发光二极管光束的全部或局部恰落于此交界区域，不但散失部分光线，也降低出口光线的瞬时通量。

为避免上述的光散失，在控制时就必须使两个发光二极管所产生光束，尽可能避开此交界区域，但由于两个发光二极管的设置位置预先被固定，因此只有使交界区域在镜轮12在转近光束前即提早使发光二极管熄灭，再赶紧启动对向的发光二极管。换句话说，即要使交界区域尽可能落于关闭态(Off-State，即附图中B所标示的“狭窄波谷段”)，待交界区域通过对向的发光二极管后再容许另一发光二极管发亮。

虽然如此，众所周知者，发光二极管为提供极度发散的光束，其并非聚光的椭球灯，也非提供平行光的抛物面灯，因此发光二极管的光束投射于镜轮12上时，将占据相当的面积，上述提前驱动灯泡亮灭的措施，恐无法如愿达成预期的结果；再加上镜轮12上有多处交界区域，为避开每一道交界处，镜轮12上自始即有相当面积无法被利用，此状况均无异减短该所需的连续发光通量的A段“平坦波峰段”，且增加不需要的B段“狭窄波谷段”，也即增加发光通量的非连续性，大幅地减低镜轮12所能正常提供的使用效率。

有鉴于此，提供一种部分或同时解决上述缺失的光源模块，及使用该装置的显示系统，乃为此业界所共同企盼达成的目标。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种光源模块及使用此光源模块的显示装置，其实际发光效率提升、光通量充足、且连续性也可维持而不受肉眼察觉。

为达上述目的，本发明的光源模块包含镜轮以及至少两个次光源模块。镜轮具有中心转轴及本体部。本体部设于转轴的外周缘，其包含内部区域及外部区域，而外部区域为形成于内部区域的外周缘。外部区域具有至少一个反射区域及至少一个穿透区域，至少一个反射区域与至少一个穿透区域为接续沿内部区域的外周缘排列。至少两个次光源模块分设于镜轮的两相对侧，各个次光源模块具有发光二极管以及至少一个聚光元件，适可将发光二极管所投射出的光束，进行收敛，使其投射至至少一个反射区域及至少一个穿透区域中的一个。

本发明的显示系统包含光源系统、光导引系统以及成像系统。光源系统提供成像所需的光线，其包含第一光源模块及第二光源模块。光导引系统适可将光源系统产生的光线导引至成像系统，使成像系统得以将导引的光线进行成像。其中第一光源模块包含如前所述的光源模块，其提供第一色光；第二光源模块提供多个与第一色光不同颜色的多个色光，并根据预设的整合时序，点亮第一色光及不同颜色的多个色光，以进入光导引系统。

在参照附图及随后描述的实施方式后，所属技术领域的技术人员便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施方式。

附图说明

图1A为先前技术中，镜轮及光源间的位置设置示意图；

图1B为图1A的镜轮平面示意图；

图2为图1的交替式发光循环(duty cycle)架构下的发光通量随时间变化的关系图；

图3A为本发明第一实施例的显示系统示意图；

图3B为根据图3A架构的发光时序图；

图4A为本发明第二实施例的显示系统示意图；

图4B为根据图4A架构的发光时序图；以及

图5为本发明第一实施例的镜轮示意图。

主要元件标记说明

1：光源模块            3213：第四发光二极管

111：第一发光二极管    3215：合光元件

112：第二发光二极管    33：光导引系统

12：镜轮               35：成像系统

121：反射部            351：数字微镜装置

122：穿透部            37：透镜阵列组

123：轴心              39：棱镜

3：显示系统            4：显示系统

31：光源系统           411：第一光源模块

310：中心转轴          421：第二光源模块

311：第一光源模块      4215：合光元件

312：本体部            43：光导引系统

313：镜轮              431：第一分光镜

314：反射区域          433：第二分光镜

3151：第一发光二极管   435：第三分光镜

3153：第一聚光元件     451：液晶装置

316：穿透区域          453：双色棱镜

3171：第二发光二极管   471：第一透镜阵列组

3173：第二聚光元件     473：第二透镜阵列组

321：第二光源模块      G₁：第一时序

3211：第三发光二极管   G₂：第二时序

B：第三时序    R：第四时序

具体实施方式

本发明的第一实施例为一种显示系统3，如图3A所示，此显示系统3包含光源系统31、光导引系统33及成像系统35。在此实施例中，显示系统3为数字光处理(digital light processing，DLP)投影机。

光源系统31用以提供成像所需的光线，其包含第一光源模块311及第二光源模块321。第一光源模块311包含镜轮313、两个次光源模块以及控制器(图中未示)。

配合参照图5，镜轮313具有中心转轴310与本体部312，在此实施例中，本体部312呈圆盘型，举例而言，可为直径为5厘米的圆盘(直径可视实际需求调整)。本体部312设于转轴的外周缘，本体部312包含内部区域及外部区域，外部区域形成于内部区域的外周缘。外部区域具有多个反射区域314及多个穿透区域316，这些反射区域314与穿透区域316为交错沿内部区域的外周缘排列，使相异区域接续排列于外周缘上。附图中，反射区域314为间隔设置于内部区域的外周缘，两相邻的反射区域314间形成镂空区域，而各该镂空区域适对应界定出各该穿透区域316。在此实施例中，反射区域314与穿透区域316的数目皆为两个，如图5所示，但所属技术领域的技术人员可推及反射区域314与穿透区域316的数目皆仅一个或一个以上的实施方式。

第一次光源模块与第二次光源模块分别相对于镜轮313而对称设置，第一次光源模块具有第一发光二极管3151以及第一聚光元件3153。第一聚光元件3153适可收敛第一发光二极管3151所投射出的光线，使其根据第一时序(G₁)，顺序投射至上述穿透区域316。第二次光源模块具有第二发光二极管3171以及第二聚光元件3173。第二聚光元件3173适可收敛第二发光二极管3171所投射出的光线，使其根据第二时序(G₂)，顺序投射至上述反射区域314。在此实施例中，上述聚光元件可为透镜；而第一发光二极管3151与第二发光二极管3171皆为绿色发光二极管。

控制器(图中未示)电性连接至两个次光源模块，以分别控制第一时序(G₁)及第二时序(G₂)的输入电压。在本实施例中，第一时序(G₁)及第二时序(G₂)均以波段脉冲型态，提供交错的输入电压。

由图3B所示的时序图可知，第一发光二极管3151与第二发光二极管3171在不同时间发光，通过镜轮313的反射区域314与穿透区域316，二发光二极管所产生的光线的路径恰为重叠，以提供第一色光至光导引系统33，且此第一色光为绿色光。反射区域314与穿透区域316两者的交错设置用以配合第一次光源模块与第二次光源模块的切换使用。第一时序(G₁)的三次波段脉冲为第一发光二极管3151产生的光线投射到镜轮313的反射区域314；第二时序(G₂)的三次波段脉冲则为第二发光二极管3171产生的光线投射到镜轮313的穿透区域316。其中，上述各个发光二极管的切换速度极快，且此切换速度与镜轮313的穿透区域316与反射区域314数目、镜轮313的旋转速度相关。

第二光源模块321用以提供多个与第一色光不同颜色的多个色光，其中多个色光的数目为(但不限于)两个。第二光源模块321包含第三发光二极管3211、第四发光二极管3213与合光元件3215，合光元件3215适可将第三发光二极管3211与第四发光二极管3213所产生的光线转向至光导引系统33。在此实施例中，第三发光二极管3211根据第三时序(B)提供蓝色光，第四发光二极管3213根据第四时序(R)提供红色光。

第一光源模块311与第二光源模块321内的上述发光二极管为根据如图3B所示的预设由第一、第二、第三与第四时序的整合时序，点亮第一色光及不同颜色的多个色光(蓝色光与红色光)，以进入光导引系统33。

本实施例中，光导引系统33为合光镜，合光镜适可将光源系统31的第一光源模块311所产生的第一色光直接导引至成像系统35，并可将第二光源模块321所产生的多个色光转向导引至成像系统35。合光镜及前述第二光源模块321的合光元件3215也可为叉型折光板(X-Plate)、分光镜(dichroic mirror)、三角棱镜或滤光镜。

在此实施例中，成像系统35包含透镜阵列(lens array)组37、数字微镜装置(digital micromirror device，DMD)351以及棱镜39。因此透镜阵列组37接着将经光导引系统33导引的第一色光与多个色光进行均匀亮度的处理后，再交由数字微镜装置351将光线进行成像，最后通过棱镜39将成像投射至荧幕。

本发明的第二实施例为一种显示系统4，此显示系统4包含光源系统、光导引系统43及成像系统。在此实施例中，显示系统4为液晶显示(liquid crystal display，LCD)投影机。如图4A所示，显示系统4与显示系统3(见图3A)大体上相似，主要为各光学元件的排列及设置有所差异；此外，如图4B所示，显示系统4所适用的整合时序也与显示系统3的时序大相径庭。

在第二实施例中，除各光源模块的配放位置与第二光源模块421的时序外，光源系统与其包含的第一光源模块411及第二光源模块421与第一实施例相同。第一光源模块411与第二光源模块421内的上述发光二极管根据如图4B所示由第一、第二、第三与第四时序的预设整合时序，点亮第一色光(绿色光)及不同颜色的多个色光(蓝色光与红色光)。其中，第一色光经过第一透镜阵列组471的均匀亮度处理后，直接投射至成像系统；而多个色光经过第二透镜阵列组473的均匀亮度处理后，投射入光导引系统43。

光导引系统43包含三个分光镜，第一分光镜431适可分离第二光源模块421经合光元件4215组合的蓝色光与红色光，接着第二分光镜433与第三分光镜435再分别将蓝色光与红色光转向导引以投射入成像系统。在此实施例中，分光镜及前述第二光源模块421的合光元件4215可为叉型折光板、分光镜、三角棱镜或滤光镜；此外，第二分光镜433与第三分光镜435也可使用反射镜代替。

成像系统适可将绿色光、红色光及蓝色光进行成像。在此实施例中，成像系统包含三个液晶装置451与双色棱镜(x cube)453，三个液晶装置451分别用以处理第一光源模块411产生的绿色光以及自光导引系统43的第一分光镜431分离出的红色光、蓝色光。最后，双色棱镜453结合来自三个液晶装置451的绿色光、红色光与蓝色光以成像，并投射至荧幕。

在上述各实施例中，显示系统可视情况增加聚光元件于光源系统与光导引系统之间、光导引系统与成像系统之间或光源系统中，此外也可增添其他光学元件以改变光线路径，进而缩小显示系统的尺寸。

本发明将发光二极管以特定时序间断点灯，使各发光二极管可承受更高电流，进而提升亮度，而实施例中，间断点灯的第一光源模块的二发光二极管更得以提升绿色光的效率，此外，上述收敛的绿色光束可大幅减少光束投射于镜轮上的面积，相较于公知技术的镜轮上较大投射面积而延迟时序切换时机，再者，本发明的反射区域与穿透区域设置方式，更增加镜轮面积的使用效率并得到更连续的“平坦波峰段”，因而避免如公知技术切换时的光线散失情形，更不会降低光线的瞬时通量。因此，采用本发明的显示装置可以最佳的发光效率达到成像显示的目的。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何所属技术领域的技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

Claims (13)

1.一种数字光处理显示系统，包含：

光源系统，提供成像所需的光线，其包含第一光源模块及第二光源模块，该第一光源模块包含：

镜轮，具有中心转轴及本体部；本体部设于该中心转轴的外周缘，该本体部包含内部区域及外部区域，该外部区域形成于该内部区域的外周缘；其中该外部区域具有至少一个反射区域及至少一个穿透区域，该至少一个反射区域与该至少一个穿透区域为接续沿该内部区域的外周缘排列；及

至少两个次光源模块，分设于该镜轮的两相对侧，各该次光源模块具有一个发光二极管以及至少一个聚光元件，该聚光元件适可将该发光二极管所投射出光束，进行收敛，使其投射至该至少一个反射区域及该至少一个穿透区域中的一个；

光导引系统，用以导引该光源系统提供的光线；及

成像系统，适可将导引的光线进行成像；

其中该第一光源模块的该至少两个次光源模块根據第一时序及第二时序，提供第一色光；该第二光源模块具有第三时序及第四时序，以提供多个与该第一色光不同颜色的多个色光，并根据第一时序及第二时序、第三时序、第四时序三者交错而成的预设的整合时序，点亮该第一色光及不同颜色的多个色光，以进入该光导引系统。

2.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该至少两个次光源模块的该发光二极管投射出相同颜色的光束。

3.根据权利要求2所述的数字光处理显示系统，其特征在于该相同颜色的光束为绿色光束，该多个色光包含蓝色光及红色光。

4.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该镜轮的本体部为呈圆盘型。

5.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该外部区域具有多个反射区域及多个穿透区域，上述反射区域与穿透区域为交错沿该内部区域的外周缘排列。

6.根据权利要求5所述的数字光处理显示系统，其特征在于该多个反射区域为间隔设置于该内部区域的外周缘，使各相邻的反射区域间形成镂空区域，上述镂空区域适对应界定出上述穿透区域。

7.根据权利要求5所述的数字光处理显示系统，其特征在于包含两个次光源模块，分别关于该镜轮对称设置，各该次光源模块具有发光二极管以及聚光元件，适可将该发光二极管所投射出的光束，进行收敛，使其投射至各该反射区域及各该穿透区域中的一个。

8.根据权利要求5所述的数字光处理显示系统，其特征在于，

该至少两个次光源模块，包含第一次光源模块及第二次光源模块，分别关于该镜轮对称设置，该第一次光源模块具有第一发光二极管以及第一聚光元件，该第一聚光元件适可将该第一发光二极管所投射出的光束，进行收敛，使其根据该第一时序，顺序投射至上述反射区域；该第二次光源模块具有第二发光二极管以及第二聚光元件，该第二聚光元件适可将该第二发光二极管所投射出的光束，进行收敛，使其根据该第二时序，顺序投射至上述穿透区域；及

该第一时序及该第二时序，均以脉冲型态，提供交错的输入电压。

9.根据权利要求8所述的数字光处理显示系统，其特征在于还包含控制器，电性连接至该二次光源模块，以控制该第一时序及该第二时序的输入电压。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的数字光处理显示系统，其特征在于，该聚光元件为透镜。

11.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该第二光源模块还包含合光元件，适可将上述多个色光转向至光导引系统。

12.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该光导引系统包含叉型折光板。

13.根据权利要求1所述的数字光处理显示系统，其特征在于该光导引系统包含棱镜。

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