專利名稱：能夠調整寬高比的發光系統及使用該發光系統的投影系統的制作方法
技術領域：
與本發明一致的系統涉及一種具有高的光效率和對比度的發光系統以及一種采用該發光系統的投影系統，該發光系統可使用發光裝置作為光源而在低功率下運行。
背景技術：
投影系統使用從光源發出的光來在顯示面板上生成圖像，并通過投影透鏡單元將該圖像放大并投影到屏幕上，從而滿足觀眾對通過大屏幕進行觀看的需求。主要使用燈來作為投影系統的光源。然而，燈較大且昂貴，產生大量的熱，并且壽命短。
因此，投影系統可采用激光光源或發光二極管(LED)來取代燈。LED較便宜并且具有長的壽命，因此可被有效地用作光源。另一方面，一個LED不能提供足夠的亮度，因此以封裝件的形式使用多個LED。
圖1示出傳統的投影系統所采用的LED封裝件10。參照圖1，傳統的LED封裝件10包括LED基底13和以預定間隔排列在LED基底13上的多個LED芯片15。每個LED芯片15具有正方形形狀。作為投影系統中的圖像顯示面板的可變形反射鏡裝置(DMD)包括以二維排列的多個微鏡，每個微鏡獨立地打開或關閉，以回轉(pivot)。
圖2A示出當微鏡30打開和關閉時由微鏡30反射的光的傳播路徑。例如，具有16∶9的寬高比的顯示面板在水平方向上的長度為2.3cm，在垂直方向上的長度為1cm，而安裝在該芯片中的微鏡是微米級別的。由于一個微鏡如此小以至于以微米(μm)來測量，因此難以精確地控制微鏡的運動。微鏡可轉動的角度的范圍由于DMD的結構約束而受到限制，并且光的發散角(divergence angle)也受到微鏡傾斜角度的限制。
當微鏡30打開時，入射光Li以入射角α入射在微鏡30上，然后被微鏡30反射，從而被垂直地引導向屏幕。這里，當微鏡30打開時由微鏡30反射的將用于創建圖像的光稱作有效光Le，當微鏡30關閉時由微鏡30反射的被遠離投影透鏡單元引導的光稱作無效光Lu。為了防止入射光Li和有效光Le彼此干擾，入射光Li的發散角必須在±α內。例如，當角度α為12°時，入射光Li的發散角可在±12°內。當微鏡30關閉時，由于微鏡30在與微鏡30打開的情況下的方向相對的方向上傾斜，因此入射光Li被微鏡30反射，從而沿著不同于垂直軸P的方向傳播。同時，由遮蓋微鏡30的窗口31反射的光稱作外部光Lo。
如上所述，入射光Li的發散角被限制，以防止入射光Li與有效光Le之間的干擾。圖2B示出被投射到相同的平面上的入射光Li、有效光Le、外部光Lo以及無效光Lu，以顯示微鏡30的旋轉軸C與有效光Le之間的關系。當與旋轉軸C垂直的軸為第一軸(X軸)，與旋轉軸C平行的軸為第二軸(Y軸)時，考慮到上面參照圖2A所描述的發散角，沿著第一軸(X軸)入射光Li和有效光Le可能彼此干擾，但是沿著第二軸(Y軸)入射光Li和有效光Le沒有干擾。因此，沿著第二軸(Y軸)，發散角可具有相對大的范圍。結果，可通過與第一軸(X軸)相比增加沿著第二軸(Y軸)的發散角來提高光效率。可使用橢圓光闌(stop)來增加沿著第二軸(Y軸)的發散角。
圖3A示出其中多個微鏡30以二維排列的顯示面板35。參照圖3A，每個微鏡30的旋轉軸C由線指示。圖3B比較地示出由如圖1中所示的傳統LED封裝件發出的光40以及由投影透鏡單元的所述光闌形成的有效光42。微鏡30的旋轉軸C對應于Y軸。當比較時，由于由如圖1中所示的LED封裝件入射到顯示面板上的光以正方形方式分布，因此如圖3B所示，大量的光被所述光闌去除，從而降低了光效率。
發明內容
本發明提供一種可通過調整用作光源的發光裝置的光出射面的寬高比來提高光效率和對比度的發光系統和投影系統。
根據本發明的一方面，提供一種向投影系統發射光的發光系統，所述投影系統包括顯示面板，根據多個微鏡的旋轉來控制從該顯示面板入射在投影透鏡單元上的光；和非對稱光闌，用于調整從顯示面板入射的有效光的角度，所述發光系統包括一個或多個光源單元，所述光源單元中的每一個包括單個發光裝置或發光裝置陣列以及具有第一寬高比的光出射面，所述第一寬高比不同于顯示面板的第二寬高比；和寬高比調整單元，用于將從所述光出射面發射的光的第一寬高比調整為第二寬高比。
所述一個或多個光源單元是多個光源單元，所述多個光源單元中的每一個包括單個發光裝置芯片，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
所述多個光源單元的每一個包括以二維排列的發光裝置陣列以及用于對從所述發光裝置陣列發射的光進行準直的準直透鏡陣列，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
當顯示面板的水平長度為M，顯示面板的垂直長度為N，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行的方向上非對稱光闌的f數為fNo1，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直的方向上非對稱光闌的f數為fNo2時，所述一個或多個光源單元中的每一個的光出射面的水平長度與垂直長度之比(a∶b)可由下面的方程給出(a∶b)＝(M×fNo1)∶(N×fNo2)。
所述發光系統還可包括聚光透鏡組，其被置于所述一個或多個光源單元和寬高比調整單元之間，并具有物與像之間的1∶1共軛特性。
所述寬高比調整單元的光出射面的寬高比可等于顯示面板的第二寬高比。
所述寬高比調整單元可以是錐形光隧。
所述寬高比調整單元可包括具有第一寬高比的光入射面和具有第二寬高比的光出射面，所述第二寬高比等于顯示面板的寬高比。
所述寬高比調整單元可包括變形透鏡，具有物與像之間的1∶1共軛特性；和光隧，具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有基本相同的形狀。
所述寬高比調整單元可包括直角棱鏡；和光隧，被置于從直角棱鏡發射的光的光軸中，并具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有相同的面積。
所述寬高比調整單元可通過調整其光出射面在與所述多個微鏡的每一個的旋轉軸垂直的方向上的長度來調整其光出射面的寬高比。
根據本發明的另一方面，提供一種生成放大的圖像的投影系統，該投影系統包括一個或多個光源單元，所述光源單元中的每一個包括單個發光裝置或發光裝置陣列以及具有第一寬高比的光出射面，所述第一寬高比不同于顯示面板的第二寬高比；寬高比調整單元，用于將從所述一個或多個光源單元發射的光的第一寬高比調整為第二寬高比；顯示面板，包括以二維排列的多個微鏡，所述顯示面板通過根據輸入圖像信號旋轉所述多個微鏡并調制入射光來生成圖像；和投影透鏡單元，包括非對稱光闌，該投影透鏡單元調整從顯示面板入射的有效光的角度，并將由顯示面板生成的圖像放大并投影到屏幕上。
所述光闌可具有橢圓形狀，所述橢圓的長軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行，所述橢圓的短軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直。
所述顯示面板可具有長方形形狀，所述長方形的長軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行。
所述多個微鏡的可每一個具有正方形形狀，所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸與所述多個微鏡的每一個的對角線方向一致。
通過下面參照附圖對本發明示例性實施例進行詳細描述，本發明的上述和其他特性和方面將會變得更加清楚，其中圖1示出由傳統的投影系統采用的發光二極管(LED)封裝件；圖2A示出當可變微鏡裝置(DMD)被用作圖1的投影系統中的用于顯示圖像的顯示面板時，在微鏡的轉動期間入射光、有效光、外部光和無效光的傳播路徑；圖2B示出被投影到同一平面上的圖2A的入射光、有效光、外部光和無效光；圖3A示出用作顯示面板的DMD；圖3B比較地示出由安裝在投影透鏡單元中的光闌形成的有效光以及由采用圖1的傳統LED封裝件的發光系統形成的光；圖4A是根據本發明示例性實施例的發光系統和投影系統的平面圖；
圖4B是圖4A的寬高比調整單元的透視圖；圖5A示出多個微鏡沿長軸排列的顯示面板；圖5B示出多個微鏡沿短軸排列的顯示面板；圖6是解釋拉格朗日不變定律的示圖；圖7示出圖4A的投影系統的各面的寬高比；圖8是包括修改的寬高比調整單元的圖4A的發光系統的平面圖；圖9是包括另一修改的寬高比調整單元的圖4A的發光系統的平面圖；圖10A是根據本發明另一示例性實施例的發光系統和投影系統的平面圖；圖10B示出圖10A的發光系統的各面的寬高比；圖11A是包括修改的寬高比調整單元的圖10A的發光系統的平面圖；圖11B示出圖11A的發光系統的各面的寬高比；圖12是包括另一修改的寬高比調整單元的圖10A的發光系統的平面圖；圖13A是采用沿長軸布置的顯示面板的發光裝置和投影系統的平面圖；圖13B是由圖13A的發光系統采用的寬高比調整單元的透視圖；圖13C是由圖13A的發光系統采用的顯示面板的正視圖；和圖14示出圖13A的發光系統的各面的寬高比。
具體實施例方式
現在，將參照附圖更充分地描述本發明，本發明的示例性實施例示于附圖中。
圖4A是根據本發明示例性實施例的發光系統和投影系統的平面圖。參照圖4A，該投影系統包括光源單元100a、100b和100c，其每一個采用發光裝置作為光源；和顯示面板130，具有與光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比不同的寬高比，并利用從光源單元100a、100b和100c發射的光來生成圖像。向顯示面板130發射光的發光系統還包括寬高比調整單元120，其位于光源單元100a、100b和100c與顯示面板130之間，用于改變光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比，以使光展量(etendue)守恒并提高光效率。光源單元100a、100b和100c中的每一個采用單個發光裝置芯片或發光裝置陣列作為光源，其將在稍后進行描述。
參照圖4A，每個由單個發光裝置芯片組成的第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c彼此面對，顏色組合濾光器110被置于從第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c發射的光相交的位置。
第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c可包括發射不同波長的光的發光裝置，例如分別發射紅光、綠光和藍光的發光二極管(LED)。顏色組合濾光器110包括以直角彼此相交的第一分色濾光器110a和第二分色濾光器110b。第一分色濾光器110a反射來自第一光源單元100a的光并透射來自其他光源100b和100c的光。第二分色濾光器110b反射來自第三光源單元100c的光并透射來自其他光源單元100a和100b的光。顏色組合濾光器110可具有立方體形狀。
從第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c發射的不同波長的光通過顏色組合濾光器110沿著相同的路徑向著寬高比調整單元120傳播。聚光透鏡組115被置于第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c與寬高比調整單元120之間，以將從第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c發射的光1∶1共軛到寬高比調整單元120。聚光透鏡組115會聚從第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c發射的光以減小光的截面，并使會聚的光向寬高比調整單元120傳播，并且可具有物與像之間1∶1共軛的特性。因此，具有物與像之間1∶1共軛的特性的聚光透鏡組115改變放大率，但是保持當從光源單元100a、100b和100c發射的光入射在寬高比調整單元120上時的寬高比。
圖4B是圖4A的寬高比調整單元120的透視圖。參照圖4B，寬高比調整單元120可包括具有光入射面120a和光出射面120b的錐形的光隧(lighttunnel)，光出射面120b的寬高比不同于光入射面120a的寬高比。光入射面120a可具有與第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c相同的寬高比，光出射面120b可具有與顯示面板130相同的寬高比。
圖5A示出其中多個微鏡132以二維排列的顯示面板130。每個微鏡132繞旋轉軸C轉動。面板131具有沿著短軸(y軸)的一邊130b以及沿著長軸(y’軸)的一邊130a，并具有與屏幕相同的寬高比。面板131可具有4∶3或16∶9的寬高比。當如圖5A中所示，每一微鏡132的旋轉軸C與面板131的短軸(y軸)平行時，微鏡132被稱作沿著短軸(y軸)排列，而當如圖5B中所示，每一微鏡132的旋轉軸C與面板131的長軸(y’軸)平行時，微鏡132被稱作沿著長軸(y’軸)排列。盡管旋轉軸C與每一微鏡132的對角線方向一致，但是旋轉軸C可與每一微鏡132的邊的方向平行。不論微鏡132是沿著短軸(y軸)排列還是沿著長軸(y’軸)排列，光都在與每一微鏡132的旋轉軸C垂直的方向上入射。
反射單元126被置于寬高比調整單元120和顯示面板130之間，用于將通過寬高比調整單元120的光反射到顯示面板130。反射單元126決定入射在顯示面板130上的光的角度。由于如參照圖2A所描述，入射角的范圍受到限制，因此反射單元126的位置也由受限制的入射角范圍限制。因此，反射單元126與顯示面板130以及投影透鏡單元135非常鄰近地布置。在這種情況下，從顯示面板130發射到投影透鏡單元135的光可能與反射單元126干擾。為了減小這種干擾，顯示面板130可以沿著長軸(y’軸)布置。
圖4A示出采用具有沿短軸(y軸)排列的微鏡132的顯示面板130的投影系統。寬高比調整單元120在與微鏡132的旋轉軸C(即z方向)垂直的方向(即x方向)上成錐形。換言之，當如圖4B中所示，旋轉軸C是寬高比調整單元(光隧)120的截面的水平方向時，光入射面120a的水平長度m1和光出射面120b的水平長度m2彼此相等(m1＝m2)，并且光出射面120b的垂直長度n2大于光入射面120a的垂直長度n1(n2＞n1)。光入射面120a的寬高比m1∶n1可等于第一光源單元100a、第二光源單元100b和第三光源單元100c的每一個的光出射面的寬高比。光出射面120b的寬高比m2∶n2可等于顯示面板130的寬高比。
將詳細解釋確定光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比以提高光效率的方式。根據安裝在投影透鏡單元135中的光闌133的形狀，即f數來確定光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比。由于入射在微鏡132上的光的角度限制，光闌133具有非對稱形狀。例如，光闌133可具有橢圓形狀，該橢圓的長軸平行于每一微鏡132的旋轉軸C，短軸垂直于旋轉軸C。由于f數＝(焦距/有效孔徑)，因此當光闌133為非對稱時，在水平方向和垂直方向上產生f數差異。該f數差異可通過基于對水平和垂直方向的每一個變化的拉格朗日不變定律(Lagrange Invariant Law)調整發光系統的光出射面的寬高比來補償，從而提高光效率和對比度。
為了更好地理解通過調整發光系統的光出射面的寬高比來提高光效率和對比度的原理，將詳細地解釋光展量守恒和拉格朗日不變定律。光展量是由光發散角和截面面積表示的光學系統的幾何關系。
光學系統在光入射面和光出射面處光展量守恒，并且在從光源單元100a、100b和100c發射的光傳播通過光隧120、傳播到顯示面板130、傳播到投影透鏡單元135的過程中根據光展量定律來確定發光面積和光發散角。然而，當使用非對稱的橢圓光闌133時，僅通過光展量定律不能準確地設計發光系統。為了根據光闌133的形狀設計高效率的發光系統，應該使用光展量定律所基于的拉格朗日不變定律。現在，將參照圖6解釋作為二維方程的拉格朗日不變定律。這里，n和n’分別表示物和像所處點的折射率，i和i’表示入射在分界面上的主光的入射角，h和h’表示物和像的大小，l和l’分別表示物與分界面之間的距離以及像與分界面之間的距離，y表示入射在分界面上的光的高度，θ1/2and θ’1/2表示外部光的角度。
nsin(i)＝n′sin(i′) ....(1)當利用sin(i)h/l和sin(i’)h’/l’而獲得的nh/l＝n′h′/l′與y相乘時，獲得下面的方程。
nhyl=n′h′y′l′----(2)]]>使用θ1/2和θ’1/2將方程2表示如下。
nhsin(θ1/2)≈n′h′sin(θ′1/2) ...(3)根據方程3，光學系統的物面的一側的長度與光發散角的乘積與光學系統的像面的相應一側的長度與光發散角的乘積大致相等。這里，物面與寬高比調整單元120的入射面120a對應，像面與寬高比調整單元120的光出射面120b對應。光入射面120a具有與第一至第三光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面相同的寬高比，光出射面120b具有與顯示面板130相同的寬高比。相應地，光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面與寬高比調整單元120的光入射面120a的發散角之比也是恒定的。即，由于從光源單元100a、100b和100c發射的光以正方形方式發散，因此從光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面發射的光的發散角在水平方向和垂直方向上是相同的，從而入射在光入射面120a上的光也具有正方形的發散角。
另一方面，由寬高比調整單元120將從顯示面板130發射的光調整為具有與光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比不同的寬高比，從而從顯示面板130發射的光的發散角在水平方向(與每一微鏡132的旋轉軸C垂直)和在垂直方向(與每一微鏡132的旋轉軸C平行)上是不同的。使用上述幾何關系和拉格朗日不變定律可獲得下面的方程。
(光源單元的光出射面的水平長度×光源單元的出射發散角)∶(光源單元的光出射面的垂直長度×光源單元的發散角)＝(顯示面板的水平長度×在與微鏡的旋轉軸垂直的方向上的發散角)∶(顯示面板的垂直長度×在與微鏡的旋轉軸平行的方向上的發散角) ...(4)當從方程4中消去光源單元100a、100b和100c的出射發散角并且使用光闌133的f數來表示微鏡132的發散角時，獲得下面的方程。與每一微鏡132的旋轉軸C平行的方向上的發散角以及與每一微鏡132的旋轉軸C垂直的方向上的發散角可以與光闌133的有效孔徑成比例。由于光闌133的有效孔徑與f數成反比，因此當方程4中微鏡132上的光的發散角由光闌133的f數代替，顯示面板130的水平長度為M，顯示面板130的垂直長度為N，在與每一微鏡132的旋轉軸C平行的方向上光闌133的f數為fNO1，，在與每一微鏡132的旋轉軸C垂直的方向上光闌133的f數為fNO2時，光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的水平長度和垂直長度之比a∶b由下面的方程給出(a∶b)＝(M×fNo1)∶(N×fNo2) ...(5)通過基于方程5使光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的寬高比能夠依光闌133的f數而定，來使得光展量守恒并且光效率最大化。通過根據光闌133的形狀控制入射在顯示面板130上的光的發散角，還提高了對比度。
圖7示出圖4A的投影系統的第一至第三光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面100s的寬高比、寬高比調整單元120的光入射面120a和光出射面120b的寬高比、以及顯示面板130的寬高比。盡管光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面100s以及寬高比調整單元120的光入射面120a可具有相同的寬高比和不同的面積，但是為了解釋方便，它們具有相同的面積。盡管光出射面120b和顯示面板130可具有相同的寬高比和不同的面積，但是為了解釋方便，它們具有相同的面積。各面中的繪制陰影線的部分代表發散角分布。由于光出射面100s的寬高比和光入射面120a的寬高比彼此相等，因此光出射面100s和光入射面120a的發散角彼此相等。由于寬高比調整單元120的光入射面120a和光出射面120b的寬高比彼此不同，因此根據拉格朗日不變定律，光入射面120a和光出射面120b的發散角不同。
寬高比調整單元120是錐形的光隧，其垂直方向(Z方向)上的長度為恒定的，水平方向(y方向)上的長度增加。根據拉格朗日不變定律，隨著長度增加，發散角減小。相應的，y方向(與旋轉軸C垂直)上的光的發散角減小，從而生成橢圓的發散角。寬高比調整單元120的寬高比和發散角與顯示面板130的寬高比和發散角相等。由于該非對稱發散角分布與由光闌133確定的有效發散角分布相符，因此提高了光效率。
從光出射面120b發射的具有寬高比調整單元120的非對稱寬高比的光通過中繼透鏡125透射到反射單元126，被反射單元126反射從而入射到顯示面板130上，并透射通過投影透鏡單元135，從而被放大并投影到屏幕(未示出)上。在顯示面板130和投影透鏡單元135之間還設置有聚焦透鏡127和128。
圖8是包括修改的寬高比調整單元的圖4A的發光系統的平面圖。參照圖8，該寬高比調整單元包括變形透鏡140以及具有相同形狀的光入射面145a和光出射面145b的光隧145。除了寬高比調整單元之外的其他元件與圖4A的元件相同，因此它們由相同的標號表示，將不給出其詳細解釋。變形透鏡140通過改變光源單元100a、100b和100c中的每一個的光出射面的水平長度和垂直長度來調整寬高比，并具有1∶1共軛特性。此外，光隧145的光入射面145a和光出射面145b具有與顯示面板130的寬高比相同的寬高比。
圖9是包括另一修改的寬高比調整單元的圖4A的發光系統的平面圖。參照圖9，該寬高比調整單元包括直角棱鏡160，被置于顏色組合濾光器110的光出射面上；和光隧165，具有相同形狀的光入射面165a和光出射面165b。直角棱鏡160通過使從光源單元100a、100b和100c發射的光色散來調整光出射面的寬高比。通過增加直角棱鏡160的斜邊160a的長度來調整所述寬高比。以這樣的方式調整了其寬高比的光被聚光透鏡組1151∶1共軛，從而入射在光隧165的光入射面165a上。光隧165的光入射面165a和光出射面165b具有與顯示面板130相同的寬高比。
圖10A是根據本發明另一示例性實施例的發光系統和投影系統的平面圖。參照圖10A，光源單元200a、200b和200c分別包括二維陣列的發光裝置201a、201b和201c，準直透鏡陣列205對從發光裝置陣列201a、201b和201c發射的光進行準直。多個光源單元200a、200b和200c可發射不同波長的光。例如，第一光源單元200a、第二光源單元200b和第三光源單元200c可分別發射紅光、綠光和藍光。準直透鏡陣列205包括多個準直透鏡，所述多個準直透鏡中的每一個與發光裝置陣列對應。
顏色組合濾光器210將從第一至第三光源單元200a、200b和200c發射的光組合，以使光可沿著相同的路徑傳播。顏色組合濾光器210包括第一分色濾光器210a，其反射從第一光源單元200a發射的光并透射從其他光源單元200b和200c發射的光；和第二分色濾光器210b，反射從第三光源單元200c發射的光并透射從其他光源單元200a和200b發射的光。為了生成彩色圖像，第一至第三光源單元200a、200b和200c包括發射不同波長的光的發光裝置陣列201a、201b和201c。從第一至第三發光裝置陣列201a、201b和201c，例如LED陣列發射的光由準直透鏡陣列205準直，從而入射在顏色組合濾光器210上。顏色組合濾光器210包括第一分色濾光器210a，其反射從第一LED陣列201a發射的光并透射從其他LED陣列201b和201c發射的光；和第二分色濾光器210b，其反射從第三LED陣列201c發射的光并透射從其他LED陣列201a和201b發射的光。顏色組合濾光器210具有立方體形狀。
由于顏色組合濾光器210的作用而沿著相同的路徑傳播的光通過聚光透鏡組215入射在寬高比調整單元220上。聚光透鏡組215將從第一至第三光源單元200a、200b和200c中的每一個的光出射面發射的光1∶1共軛到寬高比調整單元220的光入射面220a。寬高比調整單元220包括具有光入射面220a和光出射面220b的光隧220，光入射面220a和光出射面220b具有彼此不同的寬高比。光入射面220a具有與第一至第三光源單元200a、200b和200c中的每一個相同的寬高比，光出射面220b具有與顯示面板230相同的寬高比。光源單元200a、200b和200c中的每一個的光出射面具有方程5中表示的寬高比。
圖10B示出圖10A的發光系統的各面的寬高比。參照圖10B，光源單元200a、200b和200c中的每一個的光出射面200s的寬高比等于寬高比調整單元220的光入射面220a的寬高比，但是不同于寬高比調整單元220的光出射面220b的寬高比。隨著寬高比改變，發散角也改變。改變的發散角可與由圖4A的非對稱光闌133確定的有效發散角相符。寬高比調整單元220可通過調整垂直于顯示面板230的每一微鏡的旋轉軸C的方向上的長度來調整寬高比。
由寬高比調整單元220調整了其寬高比的光通過中繼透鏡225透射到反射單元226，然后被反射單元220反射到顯示面板230。由顯示面板230生成的圖像通過聚焦透鏡227和228入射在投影透鏡單元235上，并由投影透鏡單元235放大并投影到屏幕上。投影透鏡單元235包括非對稱光闌233。
圖11A是包括修改的寬高比調整單元的圖10A的發光系統的平面圖。該寬高比調整單元包括被置于顏色組合濾光器210的光出射面210c上的直角棱鏡260以及光隧265。光隧265包括具有相同形狀的光入射面265a和光出射面265b。通過顏色組合濾光器210的光被光直角棱鏡260色散，以使光的寬高比被改變。具有改變的寬高比的光透射通過光隧265，以使光的發散角被改變。圖11B示出圖11A的發光系統的各個面的寬高比。參照圖11B，光源單元200a、200b和200c中的每一個的光出射面200s的寬高比被直角棱鏡260改變，從光出射面200s發射的光的發散角也被改變。直角棱鏡260的光出射面260s以及光隧265的光入射面265a和光出射面265b具有相同的寬高比。
圖12是包括另一修改的寬高比調整單元的圖10A的發光系統的平面圖。該寬高比調整單元包括變形透鏡270和光隧275。光隧275具有光入射面275a和光出射面275b，光入射面275a和光出射面275b具有相同的寬高比和面積。變形透鏡270和光隧275的功能和操作與上面參照圖8所描述的相同，因此將不給出詳細的描述。
圖13A是采用沿長軸布置的顯示面板的發光系統和投影系統的平面圖。該發光系統和投影系統包括第一至第三光源單元400a、400b和400c，第一至第三光源單元400a、400b和400c分別包括第一至第三發光裝置陣列401a、401b和401c以及準直透鏡陣列405；和寬高比調整單元420，用于調整第一至第三光源單元400a、400b和400c中的每一個的光出射面的寬高比。如圖13B所示，寬高比調整單元420具有光入射面420a和光出射面420b，光入射面420a和光出射面420b具有彼此不同的寬高比。
顯示面板430利用通過寬高比調整單元420的光來生成圖像。圖13C是由圖13A的發光系統采用的顯示面板430的正視圖。參照圖13C，顯示面板430的長軸平行于每一微鏡432的旋轉軸C。光出射面420b在水平方向(z方向)上延長，以與沿長軸布置的顯示面板430對應。
標號410表示顏色組合濾光器，標號410a表示第一分色濾光器，標號410b表示第二分色濾光器，標號415表示聚光透鏡組，標號425表示中繼透鏡。這些元件的功能和操作與參照圖9所描述的相同，因此將不對其進行詳細描述。
穿過中繼透鏡425的光通過反射單元426入射在顯示面板430上，由顯示面板430生成的圖像通過聚焦透鏡427和428入射在投影透鏡單元435上，并被放大并投影到屏幕(未示出)上。投影透鏡單元435包括非對稱光闌433。
當顯示面板430沿長軸布置時，由于顯示面板430沿著短軸的長度430b與從寬高比調整單元420發射的光的光路平行，因此可以減小與反射單元426的干擾。圖14示出光源單元400a、400b和400c中的每一個的光出射面400s、寬高比調整單元420的光入射面420a和光出射面420b、以及沿長軸布置的顯示面板430的寬高比和發散角。
如上所述，所述能夠調整寬高比的發光系統和采用該發光系統的投影系統使用發光裝置作為光源，并且使用非對稱光闌，以具有與由該非對稱光闌確定的有效發散角相符的發散角，并將每個光源單元的光出射面的寬高比調整為與顯示面板的寬高比相等。因此，可提高光效率和對比度，發光裝置可在低功率下有效地發光，并且可降低由發光裝置產生的熱量。
盡管已參照本發明的示例性實施例具體顯示和描述了本發明，但是本領域的普通技術人員應理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的范圍和精神的情況下，可對其進行各種形式和細節上的改變。
權利要求
1.一種向投影系統發射光的發光系統，所述投影系統包括顯示面板，根據多個微鏡的旋轉來控制從該顯示面板入射在投影透鏡單元上的光；和非對稱光闌，用于調整從顯示面板入射的光的容許角度，所述發光系統包括一個或多個光源單元，所述光源單元中的每一個包括單個發光裝置或發光裝置陣列以及具有第一寬高比的光出射面，所述第一寬高比不同于顯示面板的第二寬高比；和寬高比調整單元，用于將從所述光出射面發射的光的第一寬高比調整為第二寬高比。
2.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述一個或多個光源單元是多個光源單元，所述多個光源單元中的每一個包括單個發光裝置，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
3.如權利要求2所述的發光系統，還包括顏色組合濾光器，用于使從所述多個光源單元發射的光沿著相同的路徑傳播。
4.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述一個或多個光源單元是多個光源單元，所述多個光源單元中的每一個包括以二維排列的發光裝置陣列以及用于對從所述發光裝置陣列發射的光進行準直的準直透鏡陣列，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
5.如權利要求4所述的發光系統，還包括顏色組合濾光器，用于使從所述多個光源單元發射的第一光和第二光沿著相同的路徑傳播。
6.如權利要求1所述的發光系統，其中，當顯示面板的水平長度為M，顯示面板的垂直長度為N，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行的方向上非對稱光闌的f數為fNo1，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直的方向上非對稱光闌的f數為fNo2時，所述一個或多個光源單元中的每一個的光出射面的水平長度與垂直長度之比(a∶b)由下面的方程給出(a∶b)＝(M×fNo1)∶(N×fNo2)。
7.如權利要求1所述的發光系統，還包括聚光透鏡組，布置在所述一個或多個光源單元和寬高比調整單元之間，并具有物與像之間的1∶1共軛特性。
8.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元的光出射面的寬高比基本等于所述第二寬高比。
9.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元為錐形光隧。
10.如權利要求9所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元包括具有第一寬高比的光入射面和具有第二寬高比的光出射面。
11.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元包括變形透鏡，具有物與像之間的1∶1共軛特性；和光隧，具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有基本相同的形狀。
12.如權利要求11所述的發光系統，其中，所述光隧的光輸入面和光輸出面中的每一個具有第二寬高比。
13.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元包括直角棱鏡；和光隧，被置于從直角棱鏡發射的光的光軸中，并具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有基本相同的面積。
14.如權利要求13所述的發光系統，其中，所述光隧的光輸入面和光輸出面中的每一個具有第二寬高比。
15.如權利要求1所述的發光系統，其中，所述寬高比調整單元通過調整其光出射面在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直的方向上的長度來調整其光出射面的寬高比。
16.如權利要求1所述的發光系統，還包括中繼透鏡，其將從寬高比調整單元發射的光透射向顯示面板。
17.一種生成放大的圖像的投影系統，該投影系統包括一個或多個光源單元，所述光源單元中的每一個包括單個發光裝置或發光裝置陣列以及具有第一寬高比的光出射面，所述第一寬高比不同于顯示面板的第二寬高比；寬高比調整單元，用于將從所述一個或多個光源單元發射的光的第一寬高比調整為第二寬高比；顯示面板，包括以二維排列的多個微鏡，所述顯示面板通過根據輸入圖像信號旋轉所述多個微鏡并調制入射光來生成圖像；和投影透鏡單元，包括非對稱光闌，該投影透鏡單元調整從顯示面板入射的有效光的角度，并將由顯示面板生成的圖像放大并投影到屏幕上。
18.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述一個或多個光源單元是多個光源單元，所述多個光源單元中的每一個包括單個發光裝置芯片，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
19.如權利要求18所述的投影系統，還包括顏色組合濾光器，用于使從所述多個光源單元發射的光沿著相同的路徑傳播。
20.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述一個或多個光源單元是多個光源單元，所述多個光源單元中的每一個包括以二維排列的發光裝置陣列以及用于對從所述發光裝置陣列發射的光進行準直的準直透鏡陣列，所述多個光源單元中的一個發射第一波長的第一光，所述多個光源單元中的另一個發射第二波長的第二光，所述第一波長不同于所述第二波長。
21.如權利要求20所述的投影系統，還包括顏色組合濾光器，用于使從所述多個光源單元發射的第一光和第二光沿著相同的路徑傳播。
22.如權利要求17所述的投影系統，其中，當顯示面板的水平長度為M，顯示面板的垂直長度為N，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行的方向上非對稱光闌的f數為fNo1，在與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直的方向上非對稱光闌的f數為fNo2時，所述一個或多個光源單元中的每一個的光出射面的水平長度與垂直長度之比(a∶b)由下面的方程給出(a∶b)＝(M×fNo1)∶(N×fNo2)。
23.如權利要求17所述的投影系統，還包括聚光透鏡組，布置在所述一個或多個光源單元和寬高比調整單元之間，并具有物與像之間的1∶1共軛特性。
24.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元的光出射面的寬高比基本等于所述第二寬高比。
25.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元為錐形光隧。
26.如權利要求25所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元包括具有第一寬高比的光入射面和具有第二寬高比的光出射面。
27.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元包括變形透鏡，具有物與像之間的1∶1共軛特性；和光隧，具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有基本相同的形狀。
28.如權利要求27所述的投影系統，其中，所述光隧的光輸入面和光輸出面中的每一個具有第二寬高比。
29.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元包括直角棱鏡；和光隧，其被置于從直角棱鏡發射的光的光軸中，并具有光輸入面和光輸出面，所述光輸入面和光輸出面具有基本相同的面積。
30.如權利要求29所述的投影系統，其中，所述光隧的光輸入面和光輸出面中的每一個具有第二寬高比。
31.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述寬高比調整單元通過調整其光出射面在與所述多個微鏡的每一個的旋轉軸垂直的方向上的長度來調整其光出射面的寬高比。
32.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述非對稱光闌具有橢圓形狀，所述橢圓的長軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行，所述橢圓的短軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸垂直。
33.如權利要求17所述的投影系統，其中，所述顯示面板具有長方形形狀，所述長方形的長軸與所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸平行。
34.如權利要求33所述的投影系統，其中，所述多個微鏡中的每一個具有正方形形狀，所述多個微鏡中的每一個的旋轉軸與所述多個微鏡中的每一個的對角線方向一致。
35.如權利要求17所述的投影系統，還包括中繼透鏡，布置在寬高比調整單元和顯示面板之間，其中，所述中繼透鏡將從寬高比調整單元發射的光透射向顯示面板。
36.如權利要求17所述的投影系統，還包括反射單元，其將從寬高比調整單元發射的光反射向顯示面板。
全文摘要
提供一種能夠提高光效率和對比度的發光系統和投影系統。所述投影系統包括顯示面板，根據多個微鏡的旋轉來控制從該顯示面板入射在投影透鏡單元上的光；和非對稱光闌，用于調整從顯示面板入射的有效光的角度。所述向投影系統發射光的發光系統包括一個或多個光源單元，所述光源單元中的每一個包括單個發光裝置或發光裝置陣列，并具有光出射面，所述光出射面具有不同于顯示面板的寬高比的寬高比；和寬高比調整單元，用于調整光的寬高比，以便每個光源單元的光出射面的寬高比可以等于顯示面板的寬高比。
文檔編號G03B21/00GK1873469SQ20061008027
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月15日 優先權日2005年6月2日
發明者李啟薰, 李元鏞, 金種會 申請人:三星電子株式會社