[发明专利]调制多激光光源发射光束的投影显示系统

说明书

本发明为本发明的相同申请者于2006年12月20日提交的临时申请要求一个更早的日期，该早前提交的临时申请的申请号有误，还未确定，之后将添加至该申请。

技术领域

本发明涉及一个投影显示系统。更确切地，本发明涉及一个用于调制多激光光源发射光束的投影显示系统。

背景技术

在阴极射线管(CRT)技术在显示业界占据主导地位后的今天，平板显示(FPD)和投影显示以小波形系数和大屏幕尺寸受到了广泛欢迎。在几种投影显示技术中，基于微显示技术的投影显示由于具有比平板显示(FPD)更好的画面质量、更低的制造成本而获得了认可。市场上投影显示装置中的微显示技术主要有两种，一种是微液晶显示技术(micro-LCD)，另一种为微镜技术。微镜装置使用非偏振光，因而与使用偏振光的微液晶显示相比有亮度上的优势。

尽管近年来在制作空间光调制器这样的机电微镜装置方面取得了显著的进展，但要将其应用于高质量画面的显示仍有一些限制和困难。特别是对于数字信号控制的显示图像，反而会由于灰度等级足够导致图像不能显示，使图像质量受到影响。

微机电镜面器件由于其在空间光调制器(SLM)方面的应用受到广泛关注。一个空间光调制器需要一个由大量微镜单元组成的阵列。一般而言，每个SLM所需的微镜单元数量从60,000到几百万不等。

图1A所示，带有屏幕2的图像显示系统1在美国专利5214420中已做公开。光源10用于产生照亮屏幕2的光能。产生的光束9通过镜面11的聚集投射到透镜12上。透镜12，13，14形成光束聚焦器，将光束9聚焦成为光束8。空间光调制器(SLM)15通过总线18受电脑19输入的数据控制，选择性地将部分光线从路径7指向放大镜5并最终显示在屏幕2上。如图1B，SLM15包含一个反射镜阵列，该阵列由可开关的反射单元17，27，37和47组成，反射单元均由通过铰链30支撑并连接到机电反射镜装置衬底表面16的反射镜33组成。这一路径的光被放大或是沿着路径4投射在屏幕2上，从而形成一个照明像素3。当单元17处于另一位置时，光束投射到屏幕2以外，因此像素3是暗的。

如美国专利5,214.420中提到的一样，大多数传统的图像显示装置都是使用镜面的两态控制，即开态和关态。图像显示质量受到有限灰度等级的限制。尤其是在使用PWM(脉冲宽度调节器)的传统控制电路中，控制开关状态的最低有效位(LSB)或最小脉冲宽度限制了图像的质量。由于镜面受控工作在开态或关态，传统的图像显示装置无法提供比基于LSB的允许控制时间更短的脉冲来控制镜面。决定可调亮度最小量的、用于调整灰度的最小光量，是在最短脉冲宽度时间内反射的光。由LSB限制导致的有限灰度引起图像质量的下降。

具体而言，图1C给出了美国专利5285407中一个典型的镜面单元控制电路，该控制电路包含一个存储单元32。每个晶体管都标记为“M*”，其中*为晶体管编号，所有晶体管均为绝缘栅场效应晶体管。M5、M7为p沟道晶体管；M6、M8、M9为n沟道晶体管。电容C1、C2代表存储单元32中的容性负载。存储单元32包含一个存取开关晶体管M9和一个基于静态随机存储器(SRAM)设计的锁存器32a。连接到行线的M9通过位线接收数据信号。当M9从字线上收到行信号后呈导通状态，使存储单元32中的数据可以被读取。锁存器32a由两个交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8组成。这两个反相器能够提供两种稳态：状态1：节点A为高电位，节点B为低电位；状态2：节点A为低电位，节点B为高电位。

图1D显示了用四位字控制SLM时的“二进制时间长度”。正如图1D所示，时间周期有1、2、4、8四个相对值，它们依次决定着每一位字的相对光通量。其中“1”为最低有效位(LSB)，“8”为最高有效位(MSB)。在PWM控制机制下，决定灰度分辨率的最小光量就是受“最低有效位”控制，在最短可控时间内将镜面保持在开态时的亮度。

举个简单的例子，用n位字控制的灰度，一帧时间被分为(2ⁿ-1)个相等的时间段。如果一帧时间是16.7毫秒的话，每一时间段就是16.7/(2ⁿ-1)毫秒。

为每一帧图像的每一像素设置时长，像素上的光量为0时段时设定为黑(没有光量)，1为LSB代表的光量，15时(n＝4)为亮度最大时的光量。基于上述设定光量，镜面在一帧中处于开态的时间是由每个像素决定的。因此，每个设有比0时段长的特定值的像素被处于开态位置的镜面显示，这时时段的数值与在一帧内的光量相关。观众的眼睛结合了每一像素的亮度，因此图像显示就好像是以光的模拟方式控制形成的。