JP2007256829A - Projection display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投写型表示装置、特に液晶パネルや電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスなどのライトバルブを用いた投写型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device, and more particularly to a projection display device using a light valve such as a liquid crystal panel or a semiconductor device equipped with a plurality of mirrors operated by electrical signals.
投写型表示装置は画面の大型化が容易であるため、プレゼンテーションやホームシアターなどに用いられている。この種の投写型表示装置は、主に、光源と、光源からの光を均一化するための照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調する液晶パネルなどのライトバルブと、ライトバルブにより形成された光学像を拡大投写する投写レンズと、投写レンズからの光が投写されるスクリーンとから構成されている(例えば、特許文献1を参照)。
この種のライトバルブ方式の投写型表示装置では、照明光学系からの均一な光がライトバルブに照射され、ライトバルブの透過率や反射率を映像信号に応じて変化させている。これにより、映像信号に応じた光学像がライトバルブにより形成され、投写レンズを介してスクリーン上に映像が再現される。すなわち、この投写型表示装置では、均一な照明光を部分的に絞ることで輝度分布としての光学像を形成し映像を再現している。
照明光学系は光源からの光束を効率よく、そしてムラ無くライトバルブに導くように構成されている。このため以下のような2つの機能を有している。
(1)光源から出射した円形形状の光束をライトバルブ上では短形形状となるように変換する。
(2)光源から出射した光束をマトリックス状に分割し再度重ねてライトバルブ上に導く。
この2つの機能を実現するために、例えばフライアイレンズ1とフライアイレンズ2を用いる方法がある(例えば、特許文献1の図10参照)。このフライアイレンズ1,2は、マトリックス状に配置された微小レンズを有しており、フライアイレンズ1では光源からの光が微小レンズにより複数の光束に分割され、フライアイレンズ2では分割された光束が微小レンズにより被照明面の全面に重畳的に導かれる。上記の(1)の機能を実現するために、フライアイレンズ1の1つの微小レンズの形状はライトバルブの短形形状と相似形に設定されている。また上記の(2)の機能を実現するために、フライアイレンズ2の1つの微小レンズの光軸中心は対応するフライアイレンズ1の微小レンズの光軸中心と合うように調整されている。
In this type of light valve type projection display apparatus, the light valve is irradiated with uniform light from the illumination optical system, and the transmittance and reflectance of the light valve are changed in accordance with the video signal. As a result, an optical image corresponding to the video signal is formed by the light valve, and the video is reproduced on the screen via the projection lens. That is, in this projection display device, an optical image as a luminance distribution is formed by partially narrowing uniform illumination light to reproduce an image.
The illumination optical system is configured to efficiently guide the light beam from the light source to the light valve without unevenness. For this reason, it has the following two functions.
(1) A circular light beam emitted from the light source is converted into a short shape on the light valve.
(2) The light beam emitted from the light source is divided into a matrix and superimposed again and guided onto the light valve.
In order to realize these two functions, for example, there is a method using a fly-eye lens 1 and a fly-eye lens 2 (see, for example, FIG. 10 of Patent Document 1). The fly-eye lenses 1 and 2 have minute lenses arranged in a matrix. In the fly-eye lens 1, light from a light source is divided into a plurality of light beams by the minute lens, and is divided in the fly-eye lens 2. The reflected light beam is guided in a superimposed manner by the micro lens over the entire surface to be illuminated. In order to realize the function (1), the shape of one minute lens of the fly-eye lens 1 is set to be similar to the short shape of the light valve. Further, in order to realize the function (2), the optical axis center of one minute lens of the fly-eye lens 2 is adjusted so as to match the optical axis center of the corresponding minute lens of the fly-eye lens 1.
しかしながら、表示する映像の種類によって画面の縦横比(アスペクト比)が変化するときもある(例えば映画ソフトはビスタサイズ、シネマサイズ、16:9、4:3など)。例えば投写型表示装置が4:3のアスペクト比をもったライトバルブで構成されている場合、画面のアスペクト比が16:9の映像ソフトを表示する際には、上下に黒帯が入った信号をライトバルブに入力することで、16:9の映像をスクリーン上に投写できる。このとき、黒帯の部分はライトバルブで光が常時カットされるので、光源からの光を効率よくスクリーンに投写できない。
このように従来のライトバルブ式の投写型表示装置では、画面のアスペクト比の変化に対応させると、装置全体の光利用効率が低下する結果となる。
本発明の課題は、投写型表示装置において画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することにある。
However, the aspect ratio (aspect ratio) of the screen may change depending on the type of video to be displayed (for example, movie software is Vista size, cinema size, 16: 9, 4: 3, etc.). For example, when a projection display device is configured with a light valve having an aspect ratio of 4: 3, when displaying video software with an aspect ratio of 16: 9, a signal with black bands above and below Is input to the light valve, so that a 16: 9 image can be projected on the screen. At this time, since the light is always cut by the light valve in the black belt portion, the light from the light source cannot be efficiently projected onto the screen.
As described above, in the conventional light valve type projection display device, if the change is made to the change in the aspect ratio of the screen, the light utilization efficiency of the entire device is lowered.
An object of the present invention is to prevent a decrease in light utilization efficiency associated with a change in screen aspect ratio in a projection display device.
第1の発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源からの光を照明光に変調する照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系とを備えている。照明光学系は、マトリックス状に配置され映像信号のアスペクト比情報に応じてライトバルブの被照明領域のアスペクト比を調節する複数の可動ミラーを含む変調光学系を有している。
この投写型表示装置では、光源からの光が照明光学系により照明光に変換され、ライトバルブに入射する。照明光はライトバブルにより映像信号に応じた光学像に変調され、この光学像が投写光学系により拡大投写され映像が再現される。
ここでは、映像信号のアスペクト比情報に応じて、変調光学系の可動ミラーによりライトバルブの被照明領域が調節される。このため、例えば映像のアスペクト比が4:3の場合も16:9の場合もともにライトバルブ上に光学像が形成される領域のみに照明光を照射することができる。これにより、この投写型表示装置では、画面のアスペクト比が変化しても必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。
ここで、映像信号のアスペクト比情報とは、映像の再現に寄与する領域のアスペクト比情報のことを意味している。
A projection display device according to a first aspect of the present invention includes a light source, an illumination optical system that modulates light from the light source into illumination light, and a light valve that modulates light from the illumination optical system into an optical image according to a video signal. And a projection optical system for enlarging and projecting light from the light valve. The illumination optical system has a modulation optical system including a plurality of movable mirrors arranged in a matrix and adjusting the aspect ratio of the illuminated area of the light valve according to the aspect ratio information of the video signal.
In this projection display device, light from a light source is converted into illumination light by an illumination optical system and is incident on a light valve. The illumination light is modulated into an optical image corresponding to the video signal by the light bubble, and this optical image is enlarged and projected by the projection optical system to reproduce the video.
Here, the illuminated area of the light valve is adjusted by the movable mirror of the modulation optical system in accordance with the aspect ratio information of the video signal. For this reason, for example, in both cases where the video aspect ratio is 4: 3 and 16: 9, illumination light can be irradiated only to a region where an optical image is formed on the light valve. As a result, the projection display device can irradiate illumination light only in a necessary area even when the aspect ratio of the screen changes, and prevents a decrease in light utilization efficiency due to a change in the aspect ratio of the screen. Can do.
Here, the aspect ratio information of the video signal means aspect ratio information of an area that contributes to the reproduction of the video.
第2の発明に係る投写型表示装置は、第1の発明において、変調光学系が複数の可動ミラーを含み投写範囲に応じて光源からの光を変調する第1光変調素子と、複数の可動ミラーを含み投写範囲に応じて第1光変調素子からの光をさらに変調する第2光変調素子とを有している。
第3の発明に係る投写型表示装置は、第1または第2の発明において、変調光学系とライトバルブとの間の光路上に配置され変調光学系からの光を拡大する拡大光学系をさらに備えている。
この場合、変調光学系に含まれる可動ミラーの可動範囲を小さくすることができ、変調光学系の小型化を図ることができる。
第4の発明に係る投写型表示装置は、第3の発明において、拡大光学系が所定の曲率を有する反射ミラーである。
第5の発明に係る投写型表示装置は、第1から第4の発明のいずれかにおいて、可動ミラーの角度と高さとは任意の値に可変である。
A projection display device according to a second invention is the projection display device according to the first invention, wherein the modulation optical system includes a plurality of movable mirrors and modulates light from the light source according to the projection range, and a plurality of movable A second light modulation element that includes a mirror and further modulates light from the first light modulation element according to the projection range.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a projection display apparatus according to the first or second aspect, further comprising: an enlarging optical system that is disposed on an optical path between the modulation optical system and the light valve and expands light from the modulation optical system I have.
In this case, the movable range of the movable mirror included in the modulation optical system can be reduced, and the modulation optical system can be downsized.
A projection display device according to a fourth aspect of the present invention is the reflection mirror according to the third aspect, wherein the magnifying optical system has a predetermined curvature.
In a projection display device according to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the angle and the height of the movable mirror are variable to arbitrary values.
本発明に係る投写型表示装置では、照明光学系が複数の可動ミラーを含む変調光学系を有しているため、映像信号のアスペクト比情報に応じて被照明領域を調節することができる。これにより、画面のアスペクト比が変化しても必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。 In the projection display device according to the present invention, since the illumination optical system has a modulation optical system including a plurality of movable mirrors, the illuminated area can be adjusted according to the aspect ratio information of the video signal. Thereby, even if the aspect ratio of the screen changes, the illumination light can be irradiated only to a necessary region, and a decrease in light utilization efficiency accompanying a change in the aspect ratio of the screen can be prevented.
図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
〔1〕全体構成
図1に本発明の第1実施形態としての投写型表示装置100の概略構成図の一例を示す。なお、ここでは単板式(カラーフィルタ方式)の投写型表示装置を例に説明する。
この投写型表示装置100は、主に、光源105と、光源105からの光を照明光に変調する照明光学系104と、照明光学系104からの光を拡大する拡大光学系としてのフィールドミラー103と、フィールドミラー103からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブとしての表示パネル102と、表示パネル102からの光を拡大投写する投写光学系としての投写レンズ101と、投写レンズ101からの光が投写されるスクリーン106とから構成されている。
光源105は、電圧の印可により発光するランプ115と、ランプ115からの光を集光するリフレクタ116とから構成されている。ランプ115としては、例えば超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
この投写型表示装置100は、照明光学系104において映像信号のアスペクト比情報に応じて被照明領域が調節されることに特徴を有している。具体的には、照明光学系104は、光源105からの光を変調する変調光学系の一部としての第1光変調素子120と、第1光変調素子120からの光をさらに変調する変調光学系の一部としての第2光変調素子130とから構成されている。第1光変調素子120および第2光変調素子130の構成については後述する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] Overall Configuration FIG. 1 shows an example of a schematic configuration diagram of a projection display apparatus 100 as a first embodiment of the present invention. Here, a single-plate type (color filter type) projection display device will be described as an example.
The projection display apparatus 100 mainly includes a
The
The projection display apparatus 100 is characterized in that the illuminated area is adjusted in the illumination
フィールドミラー103は、照明光学系104の第2光変調素子130からの光を拡大するミラーであり、反射面が曲面により構成されている。表示パネル102は、フィールドミラー103からの光を映像信号に応じた光学像に変調するための素子であり、例えば反射型液晶パネルや電気信号により動作する複数の可動ミラーを搭載する半導体デバイスなどが挙げられる。本実施形態では、表示パネル102のアスペクト比は4:3に設定されている。投写レンズ101は、表示パネル102により形成された光学像をスクリーン106に拡大投写する。
〔2〕第1光変調素子120および第2光変調素子130について
ここで図2および図3を用いて、第1光変調素子120および第2光変調素子130について説明する。図2に第1光変調素子120および第2光変調素子130の平面概略図、図3に第1光変調素子120および第2光変調素子130を構成する可動ミラー121,131の動作説明図を示す。
図2に示すように、第1光変調素子120および第2光変調素子130は、マトリックス状に配置された複数の可動ミラー121,131と、可動ミラー121,131を支持および駆動する機構を含む基板122,132とから構成されている。可動ミラー121,131は、微小な矩形の平面ミラーから構成されており、例えば表示パネル102の画素数と同じだけ設けられている。なお、図2では、便宜上、可動ミラー121の数量は実際考えられる数量よりも少なくしている。
The
[2] About the 1st
As shown in FIG. 2, the first
図3に示すように、個々の可動ミラー121,131は、所定の範囲内で基板122,132に対する角度および高さを任意の値に調節可能である。
以上の構成により、この第1光変調素子120および第2光変調素子130は、任意に全体の反射面形状を変化させることができ、照明範囲や照度を任意に調節することができる。例えば、第1光変調素子120および第2光変調素子130の反射面をフライアイミラーに形状を調節することにより、第1光変調素子120および第2光変調素子130により従来の2つのフライアイレンズと同様に光源105からの光を均一にすることができる。
なお、第1光変調素子120および第2光変調素子130などの変調光学系については、例えば特許第3657259号などに記載されているものが考えられる。このため、ここでは可動ミラー121,131や基板122,132などの詳細な説明については省略する。
〔3〕各駆動部について
図1に示すように、投写型表示装置100は、光源105を駆動するランプ駆動部151と、第1光変調素子120の可動ミラー121を駆動する光変調素子駆動部152と、表示パネル102を駆動する表示パネル駆動部153と、各駆動部の動作の制御や演算を行うためのCPU154,ROM155,RAM156とをさらに備えている。
As shown in FIG. 3, the angle and height of each
With the above configuration, the first
In addition, about modulation optical systems, such as the 1st
[3] Each Drive Unit As shown in FIG. 1, the projection display apparatus 100 includes a
ランプ駆動部151は、ランプ115に接続されており、ランプ115に電圧を印可してランプ115を発光させる。光変調素子駆動部152は、第1光変調素子120および第2光変調素子130の基板122,132に接続されており、可動ミラー121,131の支持部に電圧を印可して個々の可動ミラー121,131の角度や高さを別個に調節する。ここでは2つの光変調素子120,130に対して1つの光変調素子駆動部152を備えているが、駆動部を別個に設けてもよい。表示パネル駆動部153は、外部から順次送られてくる映像信号に応じて表示パネル102の各画素に電圧を印可し照明光学系104からの光を光学像に変調する。表示パネル駆動部153は、例えば順次送られてくる映像信号を記憶するための表示メモリなどを有している。
CPU154は、各駆動部151,152,153の動作を制御する回路、あるいは外部から取得した情報に基づいて演算を行う回路などを有しており、バス158を介してROM155,RAM156,各駆動部151,152,153に接続されている。バス158には、例えば映像信号を出力可能な映像出力機器157が接続されている。
〔4〕動作
図1〜図5を用いて投写型表示装置100の動作について説明する。図4にアスペクト比4:3に対応する第1光変調素子120および第2光変調素子130の概略構成図、図5にアスペクト比16:9に対応する第1光変調素子120および第2光変調素子130の概略構成図を示す。なお、図4および図5の上側および左側に示す図は第1光変調素子120および第2光変調素子130の概略断面図である。
The
The
[4] Operation The operation of the projection display apparatus 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the first
図1に示すように、光源105からの光は、照明光学系104のレンズ群111により均一な光に変換され、第1光変調素子120に対して均一に照射される。第1光変調素子120に入射した光は、個々の可動ミラー121により反射される。可動ミラー121により反射された光は、表示パネル102に入射する。例えば表示パネル102が透過型の液晶パネルの場合は、順次送られてくる映像信号に応じて表示パネル駆動部153からの電圧が液晶層に印可され、第1光変調素子120からの光は表示パネル102上において輝度分布としての光学像に変調される。表示パネル102を透過した光は投写レンズ101によりスクリーン106に拡大投写され、スクリーン106上に映像が再現される。
一方、映像出力機器157から順次送られてくる映像信号がRAM156に一旦格納される。格納された映像信号から映像のアスペクト比情報がCPU154により取得される。ROM155には、第1光変調素子120および第2光変調素子130を所定の反射面形状に駆動するための複数の駆動データが格納されており、例えば、アスペクト比に対応する駆動データがCPU154により選択される。選択された駆動データに基づいて光変調素子駆動部152により第1光変調素子120および第2光変調素子130の可動ミラー121,131の角度および高さが調節される。
As shown in FIG. 1, the light from the
On the other hand, video signals sequentially sent from the
例えば、再現される映像のアスペクト比が表示パネル102のアスペクト比と同じ4:3の場合、アスペクト比4:3に対応する第1駆動データがCPU154により選択される。図4に示すように、この第1駆動データに基づいて、第1光変調素子120および第2光変調素子130は3×3のフライアイミラーを構成するように各可動ミラー121,131の角度および高さが調節される。この場合、1つの反射面123,133は表示パネル102の相似形(アスペクト比が4:3)を有している。第1光変調素子120の複数の反射面123により光源105からの光は9個の光束に分割され、分割された光束は第2光変調素子130の反射面133により表示パネル102上に重畳的に照射される。これにより、表示パネル102および投写レンズ101を介してスクリーン106にはアスペクト比4:3の映像が再現される。
また、再現される映像のアスペクト比が16:9の場合、CPU154によりアスペクト比16:9に対応する第2駆動データが選択される。図5に示すように、この第2駆動データに基づいて、第1光変調素子120および第2光変調素子130は4×3のフライアイミラーを構成するように可動ミラー121,131の角度および高さが調節される。1つの反射面124,134はアスペクト比が16:9である。第1光変調素子120の複数の反射面124により光源105からの光は12個の光束に分割され、分割された光束は第2光変調素子130の反射面134により表示パネル102上に重畳的に照射される。このとき、表示パネル102上の被照明領域のアスペクト比は、反射面124,134と相似形である16:9となる。このため、表示パネル102および投写レンズ101を介して、スクリーン106にはアスペクト比16:9の映像が再現される。言い換えると、表示パネル102にはアスペクト比16:9の映像信号が入力されるため、映像の再現に寄与しない領域が表示パネル102やスクリーン106の上下にできるが、第1光変調素子120および第2光変調素子130により被照明領域のアスペクト比が16:9に調節されているため、表示パネル102上の映像の再現に寄与しない領域には照明光学系104からの照明光が照射されない。
For example, when the aspect ratio of the reproduced video is 4: 3 which is the same as the aspect ratio of the
When the aspect ratio of the reproduced video is 16: 9, the
〔5〕効果
以上に述べたように、この投写型表示装置100では、映像のアスペクト比が4:3の場合は被照明領域のアスペクト比が4:3となるように第1光変調素子120および第2光変調素子130により調節される。また、映像のアスペクト比が16:9の場合は、被照明領域のアスペクト比が16:9となるように第1光変調素子120および第2光変調素子130により調節される。このため、この投写型表示装置100では、映像のアスペクト比が変化しても表示パネル102上の必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。
〔6〕その他の実施形態
本発明は上記の実施形態に限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更または修正が可能である。
例えば、本実施形態では、照明光学系104が第1光変調素子120および第2光変調素子130により構成されているが、これらの素子以外にレンズなどが含まれていてもよい。
また、画質の向上の観点から考えて、可動ミラー121の数は表示パネル102の画素数と同じかあるいは表示パネル102の画素数よりも多く設けられることが望ましいが、これに限定されるものではない。
[5] Effect As described above, in the projection display apparatus 100, when the aspect ratio of the image is 4: 3, the first
[6] Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes or modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
For example, in the present embodiment, the illumination
From the viewpoint of improving image quality, it is desirable that the number of
また、投写型表示装置100としては単板式のカラーフィルタ方式のものに限られず、例えば単板式の色順次方式(ロットレンズおよびカラーホイールを備えたもの)や3板式の投写型表示装置であってもよい。なお、単板式の色順次方式の場合は、第1光変調素子120および第2光変調素子130の可動ミラー121,131の動作をR,G,Bの色変調のタイミングに同調させる。3板式の場合は、R,G,Bの各成分ごとに表示パネルおよびマイクロミラーアレイMEMS素子が設けられる。
Further, the projection display device 100 is not limited to a single plate type color filter type, for example, a single plate type color sequential method (with a lot lens and a color wheel) or a three plate type projection display device. Also good. In the case of the single-plate color sequential method, the operations of the
本発明の投写型表示装置は、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができるため、光利用効率が高い投写型表示装置が必要とされる分野において有用である。 The projection display device of the present invention can prevent a decrease in light utilization efficiency due to a change in the aspect ratio of the screen, and thus is useful in a field where a projection display device with high light utilization efficiency is required.
100 投写型表示装置
101 投写レンズ(投写光学系)
102 表示パネル(ライトバルブ)
103 フィールドミラー
104 照明光学系
105 光源
106 スクリーン
120 第1光変調素子
121 可動ミラー
122 基板
130 第2光変調素子
131 可動ミラー
132 基板
100
102 Display panel (light valve)
103
Claims (5)
前光源からの光を照明光に変調する照明光学系と、
前記照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系とを備え、
前記照明光学系は、マトリックス状に配置され前記映像信号のアスペクト比情報に応じて前記ライトバルブの被照明領域のアスペクト比を調節する複数の可動ミラーを含む変調光学系を有している、
投写型表示装置。 A light source;
An illumination optical system that modulates light from the front light source into illumination light;
A light valve that modulates light from the illumination optical system into an optical image according to a video signal;
A projection optical system for enlarging and projecting light from the light valve,
The illumination optical system has a modulation optical system including a plurality of movable mirrors arranged in a matrix and adjusting the aspect ratio of the illuminated region of the light valve according to the aspect ratio information of the video signal.
Projection display device.
請求項1に記載の投写型表示装置。 The modulation optical system includes a plurality of the movable mirrors, a first light modulation element that modulates light from the light source according to the projection range, and a plurality of the movable mirrors according to the projection range. A second light modulation element for further modulating light from the light modulation element,
The projection display device according to claim 1.
請求項1または2に記載の投写型表示装置。 The optical system further includes a magnifying optical system that is disposed on an optical path between the modulation optical system and the light valve and that expands light from the modulation optical system.
The projection display device according to claim 1.
請求項3に記載の投写型表示装置。 The magnifying optical system is a reflecting mirror having a predetermined curvature.
The projection display device according to claim 3.
請求項1から4のいずれかに記載の投写型表示装置。
The angle and height of the movable mirror are variable to an arbitrary value.
The projection display device according to claim 1.
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JP (1) | JP2007256829A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111338165A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳光峰科技股份有限公司 | Light source system and control method thereof, and display device and control method thereof |
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2006
- 2006-03-24 JP JP2006083704A patent/JP2007256829A/en active Pending
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CN111338165A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-26 | 深圳光峰科技股份有限公司 | Light source system and control method thereof, and display device and control method thereof |
CN111338165B (en) * | 2018-12-18 | 2021-07-23 | 深圳光峰科技股份有限公司 | Light source system and control method thereof, and display device and control method thereof |
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