CN110870073A - 具有两个发射显示器的彩色投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被配置为实现彩色投影的图像投影系统(200)，该图像投影系统包括：具有发射显示器的第一矩阵装置(210)，用于发送彩色图像的第一颜色分量和第二颜色分量，其中，每个像素适于透射与第一颜色分量相关联的波长和与第二颜色分量相关联的波长；以及具有发射显示器的第二矩阵装置(220)，用于发送彩色图像的第三颜色分量(221)。根据本发明的彩色图像投影仪提供了良好的能量效率和较小的占用空间。

Description

具有两个发射显示器的彩色投影仪
技术领域
彩色图像可以被分解为多个子图像，每个子图像均为单色，被称为色度分量。
彩色图像优选地由三个子图像组成。
本发明涉及彩色图像投影系统领域，并且尤其涉及彩色视频投影系统。
该投影系统通过对彩色图像的三个色度分量中的每个色度分量进行单独投影，来投影出该彩色图像。这些投影被称为是分离的，因为其在时间或空间上是分离的。
背景技术
在现有技术中已知存在有不同类型的投影仪，尤其是被配置为使用顺序型彩色投影的投影仪。
这些投影仪被配置为对彩色图像(多色)的不同色度(单色)分量逐一进行投影。
这些不同的色度分量优选地分别对应于通过加色合成的三种原色：红色，绿色和蓝色。
在下文中，这种投影仪被简称为“顺序型投影仪”。
图1图解地示出了顺序型投影仪100的已知实施例。
对投影仪100所进行的操作基于彩色滤光轮110的使用。彩色滤光轮110为旋转盘，其表面被三个光谱透射滤光器1121、1122、1123所占据，分别透射蓝色光，红色光和绿色光。
在操作期间，白光源120发射具有恒定振幅的连续信号。
色轮110位于光源120所发射的光束的光路上，并且其将进行自身旋转以连续处于三个位置。
在第一位置，由源120所发射的光束在仅透射蓝色光的第一光谱滤光器1121处穿过色轮110。在第二位置，该光束在仅透射红色光的第二光谱滤光器1122处穿过色轮110。在第三位置，该光束在仅透射绿色光的第三光谱滤光器1123处穿过色轮110。
从这些光谱滤波器之一输出的光束穿过中继透镜130，并且到达诸如数字微镜器件的反射式微屏140。
中继透镜可用于准直由白光源120所发射的光束，因此其也可位于色轮110的上游。
反射式微屏140接收空间中近似均匀的信号。反射式微屏140中的每个微镜均接收该信号的一部分，并且可以在所述信号部分返回至光学投影系统150的位置与所述信号部分在另一个方向上返回的位置之间枢转。通过改变在信号被发送至光学投影系统150期间的时间比例，可以在这两个位置之间形成不同的灰度级图像。
因此，反射式微屏140将代表均匀图像的光束转换为代表灰度级化的像素化图像的光束。
反射式微屏140连续地使不同的像素化图像形成灰度级。
色轮110的位置的连续频率与由反射式微屏140所形成的图像的连续频率同步。
因此，反射式微屏依次向光学投影系统150发送蓝色图像，然后发送绿色图像，再发送红色图像，依此类推。
在将彩色图像的蓝色分量、绿色分量和红色分量依次发送至光学投影系统150时，投影仪100进行顺序型彩色图像投影。
然而，该实施例的一个缺点为其尺寸。
此外，组成色轮110的每个光谱滤光器的透射系数约为30％，这严重限制了投影仪100的能量效率。
本发明的一个目的是公开一种更紧凑的彩色图像投影仪。
本发明的另一个目的是公开一种具有高能量效率的彩色图像投影仪。
发明内容
该目的通过配置为实现彩色投影的图像投影系统来实现，该图像投影系统包括：
-第一发射矩阵显示装置，被配置为发射彩色图像的第一色度分量和第二色度分量，并且第一发射矩阵显示装置包括第一像素矩阵，第一像素矩阵中的每个像素适于以与所述第一色度分量相关联的波长和与所述第二色度分量相关联的波长进行发射；以及
-第二发射矩阵显示装置，被配置为发射彩色图像的第三色度分量。
因此，本发明提出完全消除波长滤光器的概念，而是使用发射矩阵显示装置直接输出所需波长的信号。
因此，这消除了与滤光器有关的损耗，从而可以提供具有良好能量效率的彩色图像投影仪。
本发明还提出通过发射矩阵显示装置来替代彼此不同的光源和图像形成矩阵元件，该发射矩阵显示装置执行发光功能和图像形成功能两者。
因此，可以获得具有减小的体积的紧凑型彩色图像投影仪。
特别是，根据本发明的单个发射矩阵显示装置可用于输出彩色图像的三个色度分量中的两个分量，从而减小了其尺寸。
仅使用两个发射矩阵显示装置来发射彩色图像的三个色度分量也可以简化光束偏移装置，该光束偏移装置被实施以确保图像的三个色度分量沿着相同的光路出现在图像投影系统中。
仅使用两个发射矩阵显示装置来发射彩色图像的三个色度分量也可以降低图像投影系统的制造成本。
最后，本发明所公开的解决方案不同于包括使用由宏像素矩阵构成的三色发射显示装置的这种明显的解决方案，宏像素矩阵中的每个宏像素至少由一个蓝色像素、一个绿色像素和一个红色像素组成。
根据本发明，投影可以为完全顺序型(图像投影系统依次发射图像的三个色度分量中的每个色度分量)，或者为部分顺序型(第一发射矩阵显示装置发射图像的第一色度分量和第二色度分量，同时第二发射矩阵显示装置发射同一图像的第三色度分量)。至少部分顺序型的投影使得更高的显示分辨率成为可能。此外，两个发射矩阵显示装置中的每个发射矩阵显示装置的所有像素可以具有相同的发射光谱，从而简化了它们的制造。
第一发射矩阵显示装置也不是由宏像素组成的，每个宏像素均包括两种类型的像素，第一种类型的像素用于发射第一色度分量，第二种类型的像素用于发射第二色度分量。相比之下，第一发射矩阵显示装置包括像素矩阵，该像素矩阵中的每个像素均参与形成彩色图像的第一色度分量和第二色度分量。因此，所述矩阵的所有像素在发射时均可以具有相同的光谱特性，这使得更高的显示分辨率成为可能，并且简化了第一发光显示装置的制造。
在操作期间，第一发射矩阵显示装置和第二发射矩阵显示装置投影出与彩色图像的不同色度分量相对应的图像，这些图像中的每个图像均为“灰度级”图像，每个灰度级对应于预定亮度值(可能为由眼睛观看到的时间平均值)。
根据本发明的系统有利地具有以下特征：
-所述第一像素矩阵由发光二极管的第一矩阵组成，其中，每个发光二极管均具有取决于其电源电压的振幅的发射光谱；以及
-第一发射矩阵显示装置被连接至第一控制装置，该第一控制装置被配置为向所述发光二极管提供电源电压，该电源电压交替地具有与第一色度分量的发射相关联的第一振幅，以及与第二色度分量的发射相关联的第二振幅。
第一控制装置可以包括脉冲宽度调制单元，所述第一矩阵中的每个发光二极管与对应的脉冲宽度调制单元相关联。
优选地，所述第一矩阵中的发光二极管为多量子阱二极管，每个多量子阱二极管均包括两种类型的量子阱，所述两种类型的量子阱具有不同的所对应的相关发射光谱。
作为变型，所述第一矩阵中的发光二极管可以为多量子阱二极管，每个多量子阱二极管均包括单一类型的量子阱，所有的这些量子阱都与相同的发射光谱相关联。
优选地，所述第一矩阵中的发光二极管为基于氮化铟镓(InGaN)的二极管。
优选地，第二发射矩阵显示装置包括基于磷化铟镓铝(InGaAlP)的发光二极管的第二矩阵。
有利地：
-第一发射矩阵显示装置被配置为发射彩色图像的绿色分量和蓝色分量；以及
-第二发射矩阵显示装置被配置为发射所述彩色图像的红色分量。
根据本发明的图像投影系统还可以包括光束偏移装置，该光束偏移装置被布置为叠加分别由第一发射矩阵显示装置和第二发射矩阵显示装置发射的光信号所遵循的光路。
光束偏移装置可以包括二向色镜。
有利地，第一发射矩阵显示装置包括所述第一像素矩阵，第二发射矩阵显示装置包括第二像素矩阵，并且第一像素矩阵和第二像素矩阵中的每个像素矩阵为边尺寸等于5mm至20mm的正方形矩阵或矩形矩阵。
附图说明
通过阅读纯粹出于指示性而绝非限制性目的所给出的示例性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中：
-图1图解地示出了根据现有技术的顺序型彩色图像投影仪；
-图2图解地示出了根据本发明的图像投影系统的第一实施例；
-图3示出了图2中的系统的第一发射矩阵显示装置的发射光谱；
-图4A至4C图解地示出了图2中的系统的操作；
-图5图解地示出了对图2中系统的第一发射矩阵显示装置的控制；
-图6A示出了根据本发明的图像投影系统的第二实施例的第一发射矩阵显示装置的发射光谱；以及
-图6B示出了根据本发明的系统的所述第二实施例。
具体实施方式
图2图解地示出了根据本发明的图像投影系统200的第一实施例。
系统200尤其包括：
-第一发射矩阵显示装置210，包括第一像素矩阵；以及
-第二发射矩阵显示装置220，包括第二像素矩阵。
第一像素矩阵中的像素根据正方形(或矩形)矩阵分布，在这种情况下，正方形(或矩形)矩阵的边尺寸为L(矩形矩阵的边尺寸分别为L1，L2)，边尺寸等于5mm至20mm。
在这种情况下，这些像素以小于10μm的间距P分布，例如以等于5μm的间距分布。
第一发射矩阵显示装置210和第二发射矩阵显示装置220中的每个发射矩阵显示装置均形成了微屏。
第一像素矩阵和第二像素矩阵有利地具有相同的尺寸和相同的像素间距。
第一发射矩阵显示装置和第二发射矩阵显示装置中的每个发射矩阵显示装置适于提供具有非常高的发光密度的照明，例如超过103Cd/m2，甚至高达107Cd/m2。
第一像素矩阵和第二像素矩阵中的每个像素由发光二极管(LED，Light EmittingDiode)构成。因此，每个像素矩阵均形成了LED矩阵。
由于这些发光二极管的尺寸为微米级(在这种情况下，分布间距小于10μm)，因此可以被称为微型LED。
第一发射矩阵显示装置210的第一LED矩阵在正交坐标系(Oxyz)的(xOz)平面中延伸。
其被配置为发射沿(Oy)轴传播至二向色镜230的光信号211。
第一LED矩阵由包含铟和镓的LED组成，尤其是基于氮化铟镓(InGaN)的LED。
第一LED矩阵中的不同LED彼此相同。换而言之，它们均具有相同的尺寸和相同的构成。
根据本发明的第一实施例，这些LED中的每个LED均包括两种类型的结构，使得它们可以根据电源电压以一种波长或另一种波长发射。
特别地，这些LED中的每个LED均为多量子阱LED，包括适于发射蓝色分量的多量子阱，换而言之，发射440nm至500nm之间的波长，以及适于发射绿色分量的多量子阱，换而言之，发射510nm至570nm之间的波长。
特别地，这些LED中的每个LED均包括具有多量子阱的两个叠加结构，两个叠加结构由于相关联的对应光谱而不同。
更具体地，这些LED中的每个LED均包含GaN和InGaN的交替堆叠，从而形成电荷载流子的量子阱。在堆叠的第一部分中，InGaN层中的铟浓度等于适于发射蓝色分量的第一值。在堆叠的第二部分中，InGaN层中铟的浓度等于适于发射绿色分量的第二值。
这些LED的结构在发明中将不作更详细的描述，因为本发明并不涉及这种不会造成任何特定困难的发光二极管。
当LED由具有第一振幅值(不等于零)的第一电源电压供电时，第一类型的量子阱将被激发，并且LED发射绿光。
当LED由具有第二振幅值(不等于零)的第二电源电压供电时，第二类型的量子阱将被激发，并且LED发射蓝光。
图3示出了这种现象。图3示出了对于所述第一电源电压(光谱31)和所述第二电源电压(光谱32)的这种LED的发射光谱(光强I为波长λ的函数)。
当LED由第一电源电压供电时，其光谱31包含位于绿光区域的发射峰。
该光谱31可以包括位于可见光谱(介于400nm和800nm之间)以及近紫外区域(大约从300nm至400nm)之外的、未被图像投影系统200使用的附加峰。
在任何情况下，在下文中都认为光谱31为单色光谱，并且对应于绿光的单色发射。
当LED由第二电源电压供电时，其光谱32包含蓝光区域的发射峰。
该光谱32可以具有位于可见光谱和近紫外区域之外的并且未被图像投影系统200所使用的附加峰。
在任何情况下，在下文中都认为光谱32为单色光谱，并且对应于蓝光的单色发射。
第一电源电压小于第二电源电压。
例如，这两个电压之间的差值可以介于0.5V和1.5V之间。
在这种情况下，第一电源电压等于4V，第二电源电压等于5V。
应当注意，可以不加区别地考虑电源电流和电源电压，这两个参数是相关的，每个参数的数值一同增大或一同减小。
在操作期间，第一LED矩阵中的所有LED在每个时刻均由具有相同振幅的对应电源供电。如前文所述，该振幅交替地对应于第一电源电压，然后对应于第二电源电压。
因此，根据LED的电源电压的不同，第一LED矩阵适于发射：
-具有发射光谱31的光信号211A(参见图4A)；或
-具有发射光谱32的光信号211B(参见图4B)。
光信号211A和211B并非同时发射，而是相继发射。
光信号211A和光信号211B中的每个光信号均由第一发射矩阵显示装置210的第一LED矩阵所产生的照明而形成。
因此，它们中的每个均对应于在所述LED矩阵上形成的像素化“灰度级”图像，其中，图像中的每个像素对应于LED矩阵中的LED，并且其中，该像素的灰度级对应于相关联的LED的亮度。
在下文中，认为该灰度级也对应于由相关联的LED所发射的光束的光强度。
光信号211A的光谱具有发射峰位于绿光区域的波长。
该光信号211A对应于彩色图像的绿色分量。
光信号211B的光谱具有发射峰位于蓝光区域的波长。
该光信号211B对应于彩色图像的蓝色分量。
第二发射矩阵显示装置220的第二LED矩阵在同一正交坐标系(Oxyz)的(xOy)平面中延伸。
因此，其垂直于第一LED矩阵延伸。
其被配置为发射沿(Oz)轴传播至二向色镜230的光信号221。
第二LED矩阵由包含铟和镓的LED组成，尤其是基于氮化铟镓铝(InGaAlP)的LED。
第二LED矩阵中的不同LED彼此相同。换而言之，它们均具有相同的尺寸和相同的构成。
第二LED矩阵的发射光谱具有位于红色波长区域的发射峰，换而言之，波长集中在600nm至750nm之间。
该发射光谱可以具有位于可见光谱和近紫外区域之外的(例如，位于红外区域)，未被图像投影系统使用的附加峰。
在任何情况下，在下文中都认为第二发射矩阵显示装置220输出位于红光区域的单色发射。
再次，由第二发射矩阵显示装置220所发射的光信号221对应于在第二LED矩阵上形成的像素化“灰度级”图像，其中，图像的每个像素对应于第二LED矩阵中的LED，并且其中，该像素的灰度级对应于相关联的LED的亮度，以及由所述相关联的LED所发射的光束的光强度。
该光信号211对应于彩色图像的红色分量。
在这种情况下，二向色镜230相对于(Oy)轴和(Oz)轴倾斜45°，平行于(Ox)轴。
在这种情况下，二向色镜适于透射波长小于580nm的光，并适于反射波长大于580nm的光。
因此，由第一发射矩阵显示装置所发射的光信号211穿过二向色镜230，而由第二发射矩阵显示装置器件所发射的光信号221在二向色镜230上被反射。
在二向色镜230的输出处，光信号211和光信号221的光路重合。
二向色镜230形成光束偏移装置，该光束偏移装置被布置为叠加光信号211和221所遵循的光路。
在这种情况下，由于两个LED矩阵被布置为彼此正交，所以仅使用二向色镜即可获得该叠加。
然而，本发明不限于该示例，也可以使用LED矩阵的其他布置，然后光束偏离装置可以包括附加的光学元件。
在这种情况下，根据本发明的系统200还包括光学投影系统240，该光学投影系统240包括至少一个折射光学元件，并且被配置为在确定的聚焦平面上交替地形成第一LED矩阵和第二LED矩阵的放大图像(取决于第一发射矩阵显示装置或第二发射矩阵显示装置是否正在发射光信号)。
在操作期间，根据本发明的系统200针对多个彩色图像中的每个彩色图像发射以下信号：
-对应于彩色图像的绿色分量的光信号211A(参见图4A)；
-对应于彩色图像的蓝色分量的光信号211B(参见图4B)；
-对应于彩色图像的红色分量的光信号211C(参见图4C)；
同一彩色图像的不同色度分量可以被相继发射，对应于完全顺序型投影。然后，这些不同分量可以按照一个顺序或另一个顺序彼此跟随。
作为变型，同一彩色图像的绿色分量和蓝色分量被依次发射(按照一个顺序或另一个顺序)，而红色分量在发射蓝色分量和/或绿色分量的同时被发射。可以使用部分顺序型投影这一术语来表示。红色分量的发射可在整个发射过程中发生，或在蓝色分量和/或绿色分量的部分发射过程中发生。
所述色度分量的连续性可以通过控制装置(未示出)来控制，该控制装置被配置为控制多个彩色图像的色度分量的连续显示。
不同的色度分量彼此连续，尤其是以每秒N个分量的频率f彼此连续，这对应于在完全顺序的情况下以每秒3*N个图像的频率滚动彩色图像，或在部分顺序的情况下以每秒2*N个图像的频率滚动彩色图像。
N的值通常等于50。将该值N增加到100或200对于图像质量是有利的(尤其是对于减少闪烁)。由于使用了响应时间非常快的LED矩阵，本发明使得实现这种N值成为可能。使用根据现有技术的基于诸如LCD微屏之类的微屏的系统无法实现这样的值。
本发明将不对上述控制装置进行详细描述。它们的使用细节对于这方面的专家，以及顺序型彩色显示的专家来说是没有任何困难的。
在第二LED矩阵中，每个LED所发射的光强度取决于其电源电压的振幅。
因此，控制装置被配置为在所述第二矩阵中的每个LED的输入处将彩色图像的红色分量上的灰度级图像转换为电源电压的相应振幅值。
可以等效地认为，所述控制装置被配置为将灰度级图像转换为LED电源电流的值，电压与电流相关。
在第一LED矩阵中，LED的电源电压的振幅用于选择蓝色分量或绿色分量的发射。
然后，通过调制脉冲宽度来获得获取灰度级图像所需的光强度的不同数值，而眼睛仅对每个LED所发射的调制光信号的光强度的平均值敏感。
因此，由LED所发射的光强度取决于电压脉冲宽度与脉冲重复周期之间的比率，其中，脉冲振幅为固定的。在下文中，将该比率简称为“占空比”。
在本发明中，术语“振幅”表示信号的最大值，而并非振幅的平均值或均方根值。因此，如本发明所定义的振幅的值并非脉冲宽度与脉冲重复周期之间的比率的函数。
因此，控制装置被配置为在所述第一矩阵中的每个LED的输入处，将绿色分量和蓝色分量上的灰度级图像转换为对应的电源电压的占空比的值。
再次，可以等效地认为，LED的电源电流的振幅用于选择蓝色分量或绿色分量的发射，并且由于电压和电流相关，所述控制装置被配置为将灰度级图像转换为LED的电源电流的占空比的值。
图5图解地示出了第一矩阵显示装置510，以及对其进行控制的装置550，装置550被称为第一控制装置。
这些第一控制装置550形成前文所述的控制装置的一部分。
第一控制装置包括：
-从与彩色图像的绿色分量的显示相关联的第一值U1和与同一图像的蓝色分量的显示相关联的第二值U2中选择电源电压的振幅的装置551，以及
-脉冲宽度调制单元552，每个脉冲宽度调制单元均与第一矩阵显示装置510中的LED矩阵的LED 515中的一个相关联，并且被配置为以预定占空比进行脉冲宽度调制。
因此，脉冲宽度调制单元552的数量与第一LED矩阵中的LED的数量相同。
优选地，每个单元552将等于值U1(或U2)的直流信号转换成交流信号，优选地为矩形交流信号，在值U1和小于U1的值(优选地为零值)之间交替变化(或在值U2和小于值U2的值之间交替变化，小于值U2的值优选地为零值)。
以上所提到的所有均为与本发明相关的LED控制元件，而有源LED矩阵包括许多其他连接，用于以已知的方式对LED进行寻址。
图6A和图6B示出了根据本发明的图像投影系统600的第二实施例。
接下来，将仅对系统600与本发明的第一实施例之间的区别进行描述。
系统600如图6B所示。为了避免使附图过载，在二向色镜630的输出处并未示出投影透镜，因为这种透镜对于本发明的限定并非必不可少的。
在本说明书中，第一LED矩阵中的LED仅包括一种量子阱，适于发射绿色分量。所有量子阱与相同的发射光谱相关联(针对相等的电源电压，请参见下文)。
更具体地，这些LED中的每个LED均包含GaN和InGaN的交替堆叠，从而形成用于电荷载流子的量子阱。InGaN层中铟的浓度等于适于发射绿色分量的值。
如前文所述，这些LED中的每个都适于依次发射彩色图像的蓝色分量和绿色分量。
当电源电压的振幅急剧增加时，一种称为蓝移的效应被巧妙地用于此目的。
在由Z.Gong等人发表于《半导体科学与技术》，27(2012)015003(第7页)的名为“黄绿色和琥珀色微像素化InGaN发光二极管的电性能，光谱性能和光学性能”(“Electrical,spectral and optical performance of yellow-green and amber micro-pixelatedInGaN light-emitting diodes”)的文章中特别指出了这种蓝移效应。
然而，这篇文章仅涉及消除该光谱偏移，与之相反的是，本发明公开了根据需要，该光谱偏移可用于获得绿色分量的发射或蓝色分量的发射。
图6A示出了针对第一电源电压(光谱61)和对于具有更高幅值的第二电源电压(光谱62)，第一矩阵显示装置610的LED的发射光谱。
当LED由第一电源电压供电时，其光谱61包含位于绿光区域的发射峰。
该光谱可包括位于可见光谱和近紫外区域之外的、未被图像投影系统使用的附加峰。
在任何情况下，在下文中都认为光谱61为单色光谱，并且对应于绿光的单色发射。
当LED由第二电源电压供电时，其光谱62包含蓝光区域的发射峰。
可以看出，在这种情况下，光谱62在绿光区域中也具有发射峰。
通过简单地优化第一矩阵显示装置610的LED，可以消除该边际发射峰。
在这种情况下，下文所描述的光谱滤光器将用于获得蓝色分量的单色信号的发射。
如前文所述，第一电源电压(与发射绿色分量相关联)小于第二电源电压(与发射蓝色分量相关联)。
为了获得这种光谱偏移效应，这两个电压之间的差值必须很大，例如大于2V。
在这种情况下，第一电源电压等于4V，第二电源电压等于6.5V。
与LED的控制有关的所有细节也可适用于本发明的第二实施例。
在这种情况下，根据本发明的系统600包括光谱滤光器660，其被配置为：
-当第一矩阵显示装置610发射蓝色分量和绿色分量(电源电压为高值)时，使得440nm至500nm之间的波长(蓝光)能够通过，并且阻止510nm和570nm之间的波长(绿光)；以及
-当第一矩阵显示装置610发射绿色分量而不发射蓝色分量(电源电压为低值)时，使得在510nm至570nm之间的波长(绿光)能够通过。
因此，滤光器660有利地为具有可调波长的滤光器，其滤光器特性取决于电控信号。可调波长的滤光器可以实现非常高的切换速度，与彩色视频投影的色度分量的连续频率兼容。
滤光器660被放置于由第一矩阵显示装置610所发射的光信号的光路上，优选地被放置于该器件610和二向色镜630之间。
对波长可调滤光器660的控制和对LED的控制通过同步装置(未示出)进行彼此同步。
因此，通过使用滤光器660，第一矩阵显示装置610可以用于依次获得对应于彩色图像的蓝色色度分量的蓝色单色信号，以及对应于彩色图像的绿色色度分量的绿色单色信号。
然而，本发明不限于用于制造滤光器的该解决方案。作为变型，光谱滤光器660包括具有两个区域的旋转盘滤光器。第一区域包括使得蓝色分量能够通过并且阻挡绿色分量的光谱滤光器。第二个区域为透明的，没有光谱过滤器。再次，滤光轮的旋转与第一矩阵显示装置610中的LED的控制同步。
本发明的第二实施例比第一实施例(第一像素矩阵中仅有一种类型的量子阱)，更容易制造，但是其光电效率较低(需要更高的电源电压以获得蓝色分量的发射)。
本发明不限于上述示例，并且许多变型可以在不超出本发明的范围的情况下使用。
例如，每个发射矩阵显示装置可以由除了上述示例之外的发光二极管构成。
当一种类型的量子阱的激发引起第一LED矩阵中的另一种类型的量子阱的激发时，可以将前文所述的滤光器与本发明的第一实施例结合。
类似地，在本发明的第二实施例中，当频率蓝移伴随着绿光区域中的发射峰的振幅显著减小时，可以使用不具有滤光器的变型。
本发明还可以使用除了分解为红色原色，蓝色原色和绿色原色之外的光谱分解。
本发明用于在紧凑型投影仪和平视显示器(HUD)领域中的有利应用。

Claims (11)

1.一种图像投影系统(200；600)，被配置为实现彩色投影，其特征在于，该图像投影系统包括：
-第一发射矩阵显示装置(210；510；610)，被配置为发射彩色图像的第一色度分量和第二色度分量(211A，211B)，并且包括第一像素矩阵，所述第一像素矩阵中的每个像素由发光二极管组成，所述发光二极管适于以与所述第一色度分量(211A)相关联的波长和与所述第二色度分量(211B)相关联的波长进行发射；以及
-第二发射矩阵显示装置(220；620)，被配置为发射所述彩色图像的第三色度分量(221)。
2.根据权利要求1所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于：
-所述第一像素矩阵由发光二极管的第一矩阵组成，其中，每个发光二极管(515)具有发射光谱，所述发射光谱取决于所述发光二极管(515)的电源电压的振幅；以及
-所述第一发射矩阵显示装置(510)被连接至第一控制装置(550)，所述第一控制装置(550)被配置为向所述发光二极管(515)提供电源电压，所述电源电压交替地具有与所述第一色度分量的发射相关联的第一振幅(U1)，以及与所述第二色度分量的发射相关联的第二振幅(U2)。
3.根据权利要求2所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述第一控制装置(550)包括脉冲宽度调制单元(552)，所述第一矩阵中的每个发光二极管(515)与对应的脉冲宽度调制单元(552)相关联。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像投影系统(200)，其特征在于，所述第一矩阵中的发光二极管为多量子阱二极管，所述多量子阱二极管中的每个多量子阱二极管包括两种类型的量子阱，所述两种类型的量子阱具有不同的对应的相关联的发射光谱(31，32)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的图像投影系统(600)，其特征在于，所述第一矩阵中的发光二极管为多量子阱二极管，所述多量子阱二极管中的每个多量子阱二极管包括单一类型的量子阱，所有的量子阱都与相同的发射光谱(61；62)相关联。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述第一矩阵中的发光二极管为基于氮化铟镓(InGaN)的二极管。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述第二发射矩阵显示装置(220；620)包括基于磷化铟镓铝(InGaAlP)的发光二极管的第二矩阵。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于：
-所述第一发射矩阵显示装置(210；510；610)被配置为发射彩色图像的绿色分量和蓝色分量；以及
-所述第二发射矩阵显示装置(220；620)被配置为发射所述彩色图像的红色分量。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述图像投影系统还包括：光束偏移装置(230；630)，被布置为叠加分别由所述第一发射矩阵显示装置和所述第二发射矩阵显示装置发射的光信号(211，221)所遵循的光路。
10.根据权利要求9所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述光束偏移装置(230；630)包括二向色镜。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像投影系统(200；600)，其特征在于，所述第一发射矩阵显示装置(210；510；610)包括所述第一像素矩阵，所述第二发射矩阵显示装置(220；620)包括第二像素矩阵，并且所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵中的每个像素矩阵为边尺寸等于5mm至20mm的正方形矩阵或矩形矩阵。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114488666B (zh) * 2020-11-13 2023-06-06 中强光电股份有限公司 显示单元以及投影装置
TWI786470B (zh) 2020-10-14 2022-12-11 中強光電股份有限公司 顯示單元以及投影裝置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10285607A (ja) * 1997-03-31 1998-10-23 Sony Corp 映像表示装置および方法
JP2000180823A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toshiba Corp プロジェクタの照明装置
KR20010001337A (ko) * 1999-06-03 2001-01-05 윤종용 칼라 프로젝트장치
EP1650736A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-26 Barco NV Backlight modulation for display
JP2009186567A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Canon Inc 画像投射装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5555035A (en) * 1994-10-03 1996-09-10 Hughes Aircraft Company Very high resolution light valve writing system based on tilting lower resolution flat panels
US20040021831A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Canon Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan Projection type image display apparatus and image display system
GB2414127A (en) * 2004-05-12 2005-11-16 Sharp Kk Time sequential colour projection
CA2627880A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-10 Trustees Of Boston University Optical devices featuring textured semiconductor layers
US20070146655A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Zili Li Compact projection display with emissive imager
FR3012676A1 (fr) 2013-10-25 2015-05-01 Commissariat Energie Atomique Diode electroluminescente a puits quantiques separes par des couches barrieres d'ingan a compositions d'indium variables
FR3068483B1 (fr) * 2017-06-29 2019-08-30 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Projecteur couleur a roue de coloration par conversion spectrale.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10285607A (ja) * 1997-03-31 1998-10-23 Sony Corp 映像表示装置および方法
US6476820B1 (en) * 1997-03-31 2002-11-05 Sony Corporation Video image display apparatus and method
JP2000180823A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toshiba Corp プロジェクタの照明装置
KR20010001337A (ko) * 1999-06-03 2001-01-05 윤종용 칼라 프로젝트장치
EP1650736A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-26 Barco NV Backlight modulation for display
JP2009186567A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Canon Inc 画像投射装置

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