[發明專利]調制多激光光源發射光束的投影顯示系統

有效

• 申請號: 200780102351.1
• 申請日: 2007-12-20
• 公開（公告）號: CN102119358A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 石井房雄;市川博敏
• 申請（專利權）人: 石井房雄
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 北京天平專利商標代理有限公司 11239
• 代理人: 孫剛

本發明為本發明的相同申請者于2006年12月20日提交的臨時申請要求一個更早的日期，該早前提交的臨時申請的申請號有誤，還未確定，之后將添加至該申請。

技術領域

本發明涉及一個投影顯示系統。更確切地，本發明涉及一個用于調制多激光光源發射光束的投影顯示系統。

背景技術

在陰極射線管(CRT)技術在顯示業界占據主導地位后的今天，平板顯示(FPD)和投影顯示以小波形系數和大屏幕尺寸受到了廣泛歡迎。在幾種投影顯示技術中，基于微顯示技術的投影顯示由于具有比平板顯示(FPD)更好的畫面質量、更低的制造成本而獲得了認可。市場上投影顯示裝置中的微顯示技術主要有兩種，一種是微液晶顯示技術(micro-LCD)，另一種為微鏡技術。微鏡裝置使用非偏振光，因而與使用偏振光的微液晶顯示相比有亮度上的優勢。

盡管近年來在制作空間光調制器這樣的機電微鏡裝置方面取得了顯著的進展，但要將其應用于高質量畫面的顯示仍有一些限制和困難。特別是對于數字信號控制的顯示圖像，反而會由于灰度等級足夠導致圖像不能顯示，使圖像質量受到影響。

微機電鏡面器件由于其在空間光調制器(SLM)方面的應用受到廣泛關注。一個空間光調制器需要一個由大量微鏡單元組成的陣列。一般而言，每個SLM所需的微鏡單元數量從60,000到幾百萬不等。

圖1A所示，帶有屏幕2的圖像顯示系統1在美國專利5214420中已做公開。光源10用于產生照亮屏幕2的光能。產生的光束9通過鏡面11的聚集投射到透鏡12上。透鏡12，13，14形成光束聚焦器，將光束9聚焦成為光束8。空間光調制器(SLM)15通過總線18受電腦19輸入的數據控制，選擇性地將部分光線從路徑7指向放大鏡5并最終顯示在屏幕2上。如圖1B，SLM15包含一個反射鏡陣列，該陣列由可開關的反射單元17，27，37和47組成，反射單元均由通過鉸鏈30支撐并連接到機電反射鏡裝置襯底表面16的反射鏡33組成。這一路徑的光被放大或是沿著路徑4投射在屏幕2上，從而形成一個照明像素3。當單元17處于另一位置時，光束投射到屏幕2以外，因此像素3是暗的。

如美國專利5,214.420中提到的一樣，大多數傳統的圖像顯示裝置都是使用鏡面的兩態控制，即開態和關態。圖像顯示質量受到有限灰度等級的限制。尤其是在使用PWM(脈沖寬度調節器)的傳統控制電路中，控制開關狀態的最低有效位(LSB)或最小脈沖寬度限制了圖像的質量。由于鏡面受控工作在開態或關態，傳統的圖像顯示裝置無法提供比基于LSB的允許控制時間更短的脈沖來控制鏡面。決定可調亮度最小量的、用于調整灰度的最小光量，是在最短脈沖寬度時間內反射的光。由LSB限制導致的有限灰度引起圖像質量的下降。

具體而言，圖1C給出了美國專利5285407中一個典型的鏡面單元控制電路，該控制電路包含一個存儲單元32。每個晶體管都標記為“M*”，其中*為晶體管編號，所有晶體管均為絕緣柵場效應晶體管。M5、M7為p溝道晶體管；M6、M8、M9為n溝道晶體管。電容C1、C2代表存儲單元32中的容性負載。存儲單元32包含一個存取開關晶體管M9和一個基于靜態隨機存儲器(SRAM)設計的鎖存器32a。連接到行線的M9通過位線接收數據信號。當M9從字線上收到行信號后呈導通狀態，使存儲單元32中的數據可以被讀取。鎖存器32a由兩個交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8組成。這兩個反相器能夠提供兩種穩態：狀態1：節點A為高電位，節點B為低電位；狀態2：節點A為低電位，節點B為高電位。

圖1D顯示了用四位字控制SLM時的“二進制時間長度”。正如圖1D所示，時間周期有1、2、4、8四個相對值，它們依次決定著每一位字的相對光通量。其中“1”為最低有效位(LSB)，“8”為最高有效位(MSB)。在PWM控制機制下，決定灰度分辨率的最小光量就是受“最低有效位”控制，在最短可控時間內將鏡面保持在開態時的亮度。

舉個簡單的例子，用n位字控制的灰度，一幀時間被分為(2ⁿ-1)個相等的時間段。如果一幀時間是16.7毫秒的話，每一時間段就是16.7/(2ⁿ-1)毫秒。

為每一幀圖像的每一像素設置時長，像素上的光量為0時段時設定為黑(沒有光量)，1為LSB代表的光量，15時(n＝4)為亮度最大時的光量。基于上述設定光量，鏡面在一幀中處于開態的時間是由每個像素決定的。因此，每個設有比0時段長的特定值的像素被處于開態位置的鏡面顯示，這時時段的數值與在一幀內的光量相關。觀眾的眼睛結合了每一像素的亮度，因此圖像顯示就好像是以光的模擬方式控制形成的。