TW527830B - Display system with light-emitting elements - Google Patents

Description

527830 五、發明說明（1) 本發明與包含複數個發光元件以及一旋轉元件之顯示系 統有關。其中發光元件可依據待顯示之影像資訊而驅動， 並且彼此之間整齊的排列；而旋轉元件的部分則包括至少 一個反射表面，一個可將發光元件產生之光調變訊號轉換 成影像的光學系統。 根據上述類型所製作的顯示系統可從，例如：美國專利 第4, 93 4, 773號當中得知。此專利包含了複數個發光元件 以顯示影像資訊。根據此項目的，這些發光元件將選擇性 地被驅動。這些被排列成，例如一線性陣列的發光元件， 以一個移動式的鏡面掃描。這將造成複數個圖素投射在鏡 面上被選定的位置。因為鏡面同步地移動並驅動各個含有 不同影像資訊的圖素，於是我們可以得到一個二維空間的 影像。 本發明其中一項目的即是提供與前述之顯示系統相較， 具有更優良表現的顯示系統。 為了達成此項目的，根據本發明之顯示系統的特徵為包 含至少一個反射表面，此表面内含一個反射元件旋轉轴所 在之平面的角度，其中該元件之旋轉軸實質地垂直於發光 元件的發光光路。 上述之旋轉元件可以是例如位於一個平面上在軸周圍以 最大角度作旋轉。 上述之旋轉元件也可以包含不只一個反射表面。在此種 情況下，因為反射表面與旋轉軸所在的平面之間所含的角 度之差異，每一個發光元件將根據反射表面的數量而被投

527830 五、發明說明（2) 射到不同的位置上。因此，我們可以減少發光元件的數 量，或者以同樣數目的發光元件顯示更大更多的影像資 訊。 根據本發明之顯示系統，其中一具體實施例的特徵為旋 轉元件之反射表面在垂直於旋轉方向的某方位上為非固定 的。 由於反射表面於該方位上為非固定的，因此可以實現在 垂直於反射表面進行掃描動作的平面上之倍率放大。所 以，可以藉此提供彼此獨立的兩互相垂直方向的倍率放 大。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為在 影像形成之光學系統中至少包含一非固定式的鏡面。 此項元件提供了對影像形狀在投射之前更多的調整能 力。 一種簡單的根據本發明之具體實施例，其特徵為發光元 件成線性陣列狀之排列方式。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為至 少用以顯示某種顏色的發光元件，其數量小於用以顯示其 他顏色的發光元件數量。 藉由選擇每種顏色所需要之發光元件的數量，解析度將 大幅的提昇。 人類的眼睛對於空間中不同顏色的解析度的感應能力均 不相同。這表示，對於那些人眼感應能力較低的顏色而 言，可以使用較少數量之發光元件。

527830 五、發明說明（3) 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為不 同顏色之發光元件彼此成縱向的線性陣列方式排列。 此具體實施例是與發光元件成縱向線性陣列方式排列的 彩色顯示系統以及改善其解析度有關。兩具有相同顏色之 發光元件陣列彼此成縱向排列。而此兩陣列之間的偏移距 離可取為欲顯示圖素大小的一半。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為發 光元件陣列形成於一塊平面之上。 這可以藉由切割一片晶圓為一塊一塊陣列而達成。其優 點為，尤其是，一種可忽略離散元件之間彼此的定位及校 準之簡單、緊密的製作陣列方式。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為提 供與發光元件數量相同之導光元件。 藉由利用，例如光纖所掃描的圖素陣列相較於體積大的 發光元件而言，可以製作得更小。另外，藉由光纖來傳導 光可允許對發光元件定位而言更高的自由度。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為發 光元件使用脈衝雷射，使得兩相鄰發光元件所顯示的影像 資訊在形成影像的時候可在不同的瞬間提供。 使用此種方法，相鄰圖素之間的串音失真效應將可大幅 的降低。 一種更進一步地根據本發明之具體實施例，其特徵為使 用複數個發光元件一起形成某單一圖素，此顯示系統包含 了回授的機制以對每一個圖素而言，其中的發光元件先被

527830 五、發明說明（4) 驅動至事前決定的某狀態。 每一個圖素由一個或多個接收相同影像資訊的發光元件 所組成並決定每一個圖素的驅動位準。回授機制的使用表 示可以藉由正在動作的發光元件來保證位於同一個圖素内 的發光元件均保持在一定的驅動位準之上。藉由此種方 法，圖素不動作或者動作錯誤的情況將大幅的降低。 上述這些以及其餘和本發明相關的各方面將在接下來所 要描述的具體實施例中做更進一步的說明。 在圖示中： 圖1為根據本發明之顯示系統之具體實施例； 圖2為一旋轉反射元件，其中此反射元件包含一表面； 圖3為根據本發明之顯示系統之具體實施例，其中反射 元件包含了複數個反射表面； 圖4為可變形式鏡面對於光束之效應； 圖5為兩交錯排列之發光元件線性陣列之範例； 圖6為發光元件陣列間距縮小並包含光導之範例； 圖7為一包含雙色性之鏡面以結合從發光元件產生之 紅、綠、藍三色光之發光元件線性陣列； 圖8為一發光元件陣列之一部份，其中單一圖素包含複 數個發光元件；及 圖9為包含回授機制以及各圖素均包含複數個發光元件 之顯示系統之具體實施例。 圖1為根據本發明之顯示系統。顯示系統1包含了複數個 發光元件，例如：一由半導體雷射組成的線性陣列3，一

52783〇

& g含反射表面6並繞著轉軸8旋轉的反射元件5，以及一 =像形成光學系統7以將雷射陣列產生的光調變信號轉換 為影像並將此影像投射在螢幕9上。線性陣列3包含，例 如· 2 8 9個雷射元件。在此例中，單一個雷射元件的長度 為3 0 0微米，兩連續雷射元件之間的距離為5〇微米。而 且，影像顯示系統}包含一控制系統13以產生影像信號17 以及控制k號1 9。影像信號將被傳送至線性陣列3，而控 制信號1 9將被傳送至旋轉反射元件5使其與反射元件6同 步’以形成由投射線條所組成的影像。在操作中，控制系 統1 3將被連接至個人電腦之電視接收器以藉由上#〜衣且 來顯不_影像。另外，在此例中，繞著垂直軸8旋轉的反射 表面6實質地是垂直於由雷射陣列3發射之光束的光路，此 光路由雷射陣列3經過反射表面6以及光學系統7最後射向 螢幕9。以此種方式，影像將以線條狀方式建立並 方向延伸，而且這些線條可以對應到，例如·· 256個 平方向的影像元素。為了建立垂直方向的影像並水平在水 轴8，反射兀件6將被耦合至一線性致動器1 1 ;轉 線性壓力致動器。此線性致動器n將:义二例如：—個 及第二個極限角度移動反射表面6。藉由削決定的第一以 直方向的線條數目將變為兩倍。正常來/種方式’在垂 是由奇數條線形成第一場型以及偶數條纟兄 個影像晝面 例如：一個PAL影像包含了 625條線，复線形成第二場型。 288條線，第二場型包含288條線。 、中第一場型包含 圖2為包含一反射表面以及一飨 勒15之反射元 件

527830

五、發明說明（6) 圖2中的位置a對應於第 — ..^ PE κ τ 7愛力致動考Π 的 型 被舒張，而反射表面6向上傾斜一個相對於 ^ 角度A，光束則經由奇數線條1 10 —1 14 1在平面 。在位置b，壓力致動器11被收縮，而 苟 斜一個相對於轉轴所在平面的角度α2，光束❹由=傾 線條1 2 0- 1 24形成第二場型。第一以及第二極限 ，

將以反射表面6位於第二極限角q來做決定。1 A =:1偶數線條將在反射表面位於第一個極限角A時奇 =條建立的帛―場型的各個位4之間成像。因此，我 传到一個交錯式成像的影像。 減少線性陣列的發光元件數目或者增加形成影像的 、條數目，反射元件可以包含多於一個的反射表面。 圖3—為具有三個反射表面3〇，31 ’32之反射元\牛5之範 /。第一個反射表面30定義在相對於轉軸所在平面之第一 固角度，第二個反射表面31定義在相對於轉軸所在平 2之第一個角度α2，第三個反射表面32定義在相對於轉 a所在平面之第一個角度α3，為了在此例中螢幕7上顯示 =像’控制系統1 3將影像分割成三個包含相同線條數目之 =晝面。在一個PAL影像中，線條數目為，例如·· 6 2 5條， 破且線性陣列的發光元件數目為2 〇 〇個。則每一個次晝面 $線條數目即為2 0 〇條。相對於這些次畫面的影像資訊將 &由此控制系統13傳送至線性陣列3已取得與相對的旋轉 表面30，31，32之間的同步並在螢幕7上顯示出影像。在 圖3中，反射元件5中的位置a，第一反射平面3(3延伸了相 527830 五、發明說明（7) 對於轉軸所在平面之一個角度a i ，而由線性陣列3發出的 光束101··· 104，經由反射表面30投射形成第一個次晝面。 反射元件5中的位置b，第二反射平面31延伸了相對於轉軸 所在平面之一個角度α 2，而由線性陣列3發出的光束 1 1 1…1 1 4，經由反射表面3 1投射形成第二個次畫面。反射 元件5中的位置c，第三反射平面32延伸了相對於轉軸所在 平面之一個角度α ，而由線性陣列3發出的光束1 2 1… 124，經由反射表面32投射形成第三個次畫面。藉由此種 方式，我們可以建立一個包含6 0 0條線的影像。 為了在與水平方向，也就是反射表面進行掃描動作的方 向，正交的垂直方向獲得倍率放大的效果，位在垂直於轉 轴方向的反射表面將設計為可變形式。 圖4為一可變形式反射元件之範例。在反射元件5中的位 置a，此反射元件包含一平坦的反射表面6以作為平面鏡面 使用。影像在垂直方向的倍率放大則為顯示系統中之光學 系統7 所決定。在反射元件5的位置b 中，反射表面6將在 垂直平面被切割成曲線形，因此垂直於旋轉方向。曲面6 的半徑，以及光學系統7，將一起決定垂直方向的倍率放 大。在此例中，一個螺絲甜裝置1 5將連接於反射表面6 的 兩端，因此可變形反射表面6在設計的執跡上。另外，為 了在投射前調整影像的形狀，影像形成光學系統7可以包 含更多的可變形式鏡面。 在此例中，線性陣列3包含了紅、綠、藍光的雷射二極 體。或者，發光二極體的陣列亦可應用於此。像這樣的線

第10頁 527830 五、發明說明（9) 為了重新形成發光元件之線性卩車 的影像，我們可以使用光導。例如·的尺寸以配合欲顯示 光學系統。例如：當發光元件之間光纖或者包含鏡面之 要求間距的時候，發光元件的間距j ^距大於欲掃描陣列 相同數量的光導來減少間距。 可藉由連接與發光元件 圖6為一具有1 6個發光元件以及1 6 | 、> 的範例。線性陣列6 0具有5 0微米的條光纖之線性陣列6 0 的直徑D為12. 5微米。這將造成掃/距1"1而每一條光纖64 元件6 2 0，621的間距Ρ2為12· 5微/。Ρ列62上相鄰兩發光 用光纖64，可以允許相對於反射元φ另一個優點為藉由使 町凡件5與線性陣列6 η 鬥 更高的對於位置的自由度。 〗b 0之F曰 1 圖7為另一個使用鏡面以形成緊宗姚而丨μ 又糸在排列的發光元件陣列 的範例。發光元件線性陣列70包含了三個線性陣列71， 7 3 ’ 7 5分別代表為紅、綠、^發光元件。另外，第一以及 第二鏡面7 7，7 9被溝槽7 8隔開約3 0 0微米，當作是結合分 別從線性陣列7 1 ，7 3，7 5送出的紅、綠、藍光束的復合裝 置。第一鏡面77反射紅光線性陣列71。第二鏡面79反射藍 光線性陣列7 5。綠光線性陣列7 3發出的光束則穿過溝槽 78 ° 為了降低線性陣列中雷射元素不正常工作對於圖素造成 的影響，每一個圖素可以由多個發光元件所組成。 圖8為上述之具有兩圖素之線性陣列，其中每一個圖素 由五個發光元件所組成。第一圖素8 0包含了五個發光元件 801 ’802 ’803，804，805。另一個圖素81也包含了五個

第12頁 527830 五、發明說明（ίο) 發光元件8 1 1 ，8 1 2，8 1 3，8 1 4，8 1 5。在此例中，兩個位 於第一圖素80内的發光元件不正常工作。這兩個發光元件 802 ，803在圖8中以陰影區域表示，而且第二圖素81中也 有一個發光元件不正常工作。此發光元件8 1 1也以陰影區 域表示。為了獲得想要的發光位準，更多的能量將供應給 位於圖素80，81内正常工作的發光元件801，804，805， 8 1 2，8 1 3，8 1 4，8 1 5以代替並補償不正常工作之發光元件 之光輸出。此顯示系統將提供一回授系統，其中包含一控 制迴圈及一光偵測裝置，例如：光二極體。 圖9為包含上述發光元件線性陣列以及回授迴圈之顯示 系統。顯示系統9 0包含由第一線性陣列9 1形成的圖素，其 中每一個圖素包含五個發光元件，一反射元件5包含兩個 反射表面6，一光導9 2，以及光二極體9 3，一個影像形成 光學投射系統7以及螢幕9。光二極體9 3被連接至控制系統 1 3。在操作中，每一個工作週期内，反射元件5中的反射 表面6將反射由第一線性陣列9 1發出的光束並經由影像形 成光學投射系統7至螢幕9，而在每一個工作週期結束之 前，將光經由光導92送至光二極體93。而在每一個工作週 期結束的時候，控制系統1 3將供應一個參考功率給每一個 第一線性陣列9 1中參與圖素形成之發光元件，而光二極體 9 3則量測實際上由第一線性陣列9 1所發出的光的能量並傳 送給控制系統1 3。此控制系統1 3的回授迴圈將藉由參考功 率以及實際光輸出能量以計算出修正。這些修正將被利用 來計算應該提供給第一線性陣列9 1中參與圖素形成之發光

O:\64\64035.PTD 第13頁 527830 五、發明說明（11) 元件的能量以獲得根據影像資訊所欲顯示的圖素的光輸 出。因此，當一個或多個發光元件不正常工作的時候，此 回授迴圈將藉由供應更多能量給其餘正常工作的發光元件 以維持該圖素所應該具有的光輸出。

第14頁

Claims (1)

1. 527830 _案號89108032 奋年：/月/厂日 修正_ 六、申請專利範圍 .- 一.............' 1 . 一種顯示系統，包含複數個發光元件以及一旋轉元 件，及一個可將發光元件產生之光調變訊號轉換成影像的 光學系統，其中發光元件可依據待顯示之影像資訊而驅 動，並且彼此之間以一定義好之方式排列；旋轉元件包括 至少一個反射表面，其特徵為至少一個反射表面内含一個 反射元件旋轉軸所在之平面的角度，其中該元件之旋轉軸 實質地垂直於發光元件的發光光路。 2. 如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為旋轉元 件之反射表面實質地在垂直於旋轉的方向上為可變形。 3. 如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為影像形 成光學系統另外包含了至少一個可變形式鏡面。 ® 4. 如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為發光元 件成線性陣列方式排列。 5 .如申請專利範圍第1項之顯示系統，其中該顯示系統 為一彩色顯示系統，其特徵為至少一種顏色的發光元件數 量少於其他顏色的發光元件數量。 6 .如申請專利範圍第5項之顯示系統，其特徵為發光元 件成線性陣列方式排列，而且在這些陣列之中，具有同樣 顏色之發光元件彼此之間的間距在縱向具有一定的偏移 量。 7. 如申請專利範圍弟4項之顯不糸統’其特徵為線性陣_ 列只由一塊組成。 8. 如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為該顯示 系統提供具有和發光元件數量相同之光導。

   O:\64\64035-920117.ptc 第17頁 527830 —-—:二丨 _案號89108032 ^^少/月/孓日^ 修正_ 六、申請專利範圍 [__________ 9 .如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為發光元件 由脈衝雷射所組成，其中在形成影像的週期内，兩相鄰發 光元件可在不同的瞬間被影像資訊所驅動。 1 0.如申請專利範圍第1項之顯示系統，其特徵為以複數 個發光元件共同形成單一圖素，該顯示系統包含回授機制 以驅動每一個圖素内之發光元件至事先決定之驅動位準。

   O:\64\64035-920117.ptc 第18頁