專利名稱：包括固態(tài)照明裝置的顯示器以及使用該顯示器的方法
技術領域：
一般地說，本發(fā)明涉及顯示器。更具體地說，本發(fā)明涉及包括固態(tài)照明裝置和一個或多個空間光調制器的顯示器以及使用該顯示器的方法。
背景技術：
傳統(tǒng)投影顯示器使用具有反射面和聚焦透鏡的電力弧光燈產生高亮度光束。使用空間光調制器和一系列成像光學元件使該光束成像。常用的空間光調制器包括基于液晶的系統(tǒng)以及可電控式微鏡陣列。
目前的一些可選方法通常使用一組高功率LED作為光源。借助于聚焦光學裝置將這種光源發(fā)出的光引導到單個光波導(如大芯徑塑料光纖)中，所述光波導將光傳輸?shù)竭h離光源的位置。在另一種方法中，可以采用一束獨立的光纖代替單根光纖。
投影顯示器通常具有遠低于人眼可感知范圍的動態(tài)照度范圍。照度范圍通常由顯示器的對比度描述，其中對比度是最亮狀態(tài)的輸出與最暗狀態(tài)的輸出的比率。
一種增大投影顯示器的對比度的方法是順序設置兩個空間光調制器。這些調制器中的一個可能具有與另一個相等或更低的分辨率。順序設置的兩個調制器的對比度大致等于單個調制器的對比度的乘積。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供顯示器和使用這種顯示器的方法。
一方面，本發(fā)明提供包括照明裝置的顯示器。所述照明裝置包括產生輻射的固態(tài)輻射源陣列，其中每個固態(tài)輻射源包括可控輻射輸出。所述照明裝置還包括聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述固態(tài)輻射源陣列中對應一個輻射源的輻射；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端，其中每個輸入端接收來自對應聚光器的集中輻射。所述顯示器還包括與所述照明裝置光學連通的空間光調制器，其中所述空間光調制器包括多個可控元件，可以操作所述可控元件以便調制來自所述照明裝置的光。
在另一個方面，本發(fā)明提供包括照明裝置的顯示器。所述照明裝置包括產生光輻射的LED晶粒(die)陣列。所述照明裝置還包括聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述LED晶粒陣列中對應一個LED晶粒的照明；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端，其中每個輸入端接收來自對應聚光器的集中照明。所述顯示器還包括與所述照明裝置電連通的控制器，其中可以操作所述控制器以便選擇性地激活所述LED晶粒陣列中的一個或多個LED晶粒。所述顯示器還包括與所述照明裝置光學連通的空間光調制器，其中所述空間光調制器包括多個可控元件，可以操作所述可控元件以便調制來自所述照明裝置的光。
在另一個方面，本發(fā)明包括用于顯示具有動態(tài)范圍的圖像的方法，該方法包括提供照明裝置。所述照明裝置包括產生輻射的固態(tài)輻射源陣列，其中每個固態(tài)輻射源包括可控輻射輸出。所述照明裝置還包括聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述固態(tài)輻射源陣列中對應一個固態(tài)輻射源的輻射；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端。每個輸入端接收來自對應聚光器的集中輻射。該方法還包括控制所述固態(tài)輻射源陣列以便具有由第一組圖像數(shù)據(jù)確定的輸出；采用來自所述固態(tài)輻射源陣列的光照明空間光調制器的面，其中所述空間光調制器包括可控元件陣列；以及采用第二組圖像數(shù)據(jù)控制所述空間光調制器的所述可控元件陣列的透射率。
本發(fā)明的上述概要說明并非旨在說明本發(fā)明的每個公開實施例或每種實施方式。下面的附圖和詳細說明部分更具體地舉例說明了示例性實施例。


圖1A是固態(tài)照明裝置的一個實施例的透視圖，并且圖1B是該圖2是設置在互連電路上的LED晶粒陣列的一個實施例的示意性平面圖。
圖3是固態(tài)照明裝置的另一個實施例的側視圖。
圖4是通過非成像聚光器與光纖耦合的單個LED晶粒的另一個圖5A至圖5F是固態(tài)照明裝置的光纖輸出圖案的可選實施例。
圖6A是用于方向可控輸出的可選光纖輸出圖案的實施例，并且圖6B和圖6C分別是用于方向可控輸出的捆扎器和支撐結構應用的可選實施例。
圖7A是用于方向可控輸出的光纖輸出圖案的實施例，其中光纖輸出端的一部分具有角拋光的輸出面。
圖7B是光纖輸出圖案的另一個實施例，其具有形成曲面的輸出端。
圖8是光纖陣列連接器的實施例。
圖9A是適合于像素化的固態(tài)照明系統(tǒng)的實施例。
圖9B是適合于像素化的控制器電路的實施例。
圖10是固態(tài)照明裝置的實際應用的實施例，這里用作“冷”頭燈。
圖11是固態(tài)照明裝置的實際應用的另一個實施例，這里用作牙科治療裝置的一部分。
圖12是固態(tài)照明裝置的實際應用的另一個實施例，這里用作放射治療器械的一部分。
圖13是用于方向可控輸出發(fā)射的實施例。
圖14A是具有照明裝置和空間光調制器的顯示器的一個實施例的示意圖。
圖14B是圖14A所示空間光調制器的示意圖。
圖15是具有照明裝置和空間光調制器的后投影顯示器的一個實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1A顯示固態(tài)照明裝置100(本文中也稱為照明裝置或光子發(fā)射裝置)的一個實施例。在圖1B中以分解視圖顯示照明裝置100。在本文中，術語“光”是指具有電磁波譜的紫外、可見和/或紅外區(qū)域中的波長的電磁輻射。在本文所述的結構中，照明裝置100可以具有與傳統(tǒng)高強度放電(HID)燈泡相當?shù)目傮w緊湊尺寸，于是提供了各種應用場合中放電燈裝置的替代物，包括道路照明、區(qū)域照明、背光照明、圖像投影和放射活化治療。
照明裝置100包括產生輻射的固態(tài)輻射源104陣列。通過對應的聚光器120陣列聚集并集中輻射。然后將集中的輻射發(fā)射到對應的波導103陣列中，波導(光纖)130由可選的支撐結構150支撐。下面將更詳細地說明上述每一個特征。
固態(tài)輻射源104陣列可以包括任何合適的固態(tài)輻射源。在一些實施例中，固態(tài)輻射源104陣列包括以陣列形式設置的離散LED晶粒或晶片106。離散的LED晶粒106獨立安裝并且具有用于操作控制的獨立電連接(而不是其中所有LED都通過它們公共的半導體基片彼此連接的LED陣列)。LED晶粒106可以產生對稱的輻射圖案，并且將電能有效轉換為光。因為很多LED晶粒106對溫度并非極度敏感，因此只使用與很多種激光二極管相比較為適度的散熱器，LED晶粒106就可以令人滿意地工作。在一個示例性實施例中，每個LED晶粒106以至少大于LED晶粒寬度的距離與其最近的相鄰晶粒(多個)隔開。在另一個示例性實施例中，每個LED晶粒106以至少大于六個LED晶粒寬度的距離與其最近的相鄰晶粒(多個)隔開。如在下面將要更詳細地說明的，這些示例性實施例提供適當?shù)臒峁芾怼?br> 另外，LED晶粒106可以在從-40℃到125℃的溫度下工作，并且可以具有100,000小時范圍內的工作壽命，相比之下，大多數(shù)激光二極管的壽命在10,000小時左右，而汽車鹵素頭燈的壽命為500-1000小時。在一個示例性實施例中，LED晶粒106可以分別具有大約50流明或更高的輸出亮度。離散的高功率LED晶?？梢允强梢詮囊恍┕局T如Cree(諸如Cree的氮化銦鎵基XBrightTM產品)和Osram等商業(yè)上獲得的氮化鎵基LED晶粒。在一個示例性實施例中，其中每個LED晶粒具有大約300μm×300μm發(fā)光面積的LED晶粒(由Cree制造)陣列可以用于提供集中的(小面積、高功率)光源。也可以使用其它發(fā)光面形狀，如矩形或其它多邊形。另外，在可選實施例中，所使用的LED晶粒的發(fā)射層可以位于頂面或底面上。
在一些實施例中，可以使用多個藍色或紫外(UV)LED裸晶粒，其中一個或多個LED晶?？梢詢?yōu)選在發(fā)光面上涂覆熒光體層(未示出)如YAG:Ce熒光體。熒光層可以用于將LED晶粒的輸出轉換為“白”光。在共同擁有的名稱為“ILLUMINATION SYSTEM USING A PLURALITYOF LIGHT SOURCES”的美國專利申請中詳細地說明了熒光層的布置和結構，該專利申請于2003年12月2日提交，現(xiàn)在的美國公開No.2004/0149998-A1。
在可選實施例中，可以在陣列中選擇性地設置紅色、藍色和綠色LED晶粒106的集合。所產生的發(fā)射(輻射)通過波導130陣列進行聚集，使得從波導130的輸出端133發(fā)出的光混合在一起，在觀察者看來為色光或“白”光。
在可選實施例中，固態(tài)輻射源104陣列可以包括垂直共振腔面射型激光(VCSEL)陣列，該陣列可以方便地提供可見光區(qū)域中的輸出，包括“白”光。
如圖1B所示，聚光器120陣列接收來自固態(tài)輻射源104陣列的發(fā)射。在一個示例性實施例中，每個聚光器接收來自固態(tài)輻射源104陣列中對應一個輻射源的輻射。在一個示例性實施例中，聚光器120陣列包括以陣列設置的非成像聚光器(也稱為反射式光學耦合器)。聚光器120陣列的反射面的形狀設計為捕獲每個輻射源104所發(fā)出的輻射中的很大一部分，以便保持功率密度。另外，集中輸出可以設計為基本上匹配光接收波導130的接受角標準，使得波導130有效捕獲很大一部分輻射，并且引導輻射從中通過。在一個示例性實施例中，非成像聚光器120陣列中的每個非成像聚光器具有符合二維(2D)面的內反射面，并且內反射面的至少第二部分符合三維(3D)面。在2003年12月2日提交的共同擁有的和共同未決的美國專利申請No.10/726244中詳細地說明了上述以及其它反射面設計。
陣列中的每個聚光器120可以例如通過注射成型、轉移成型、微復制、沖壓、沖切或熱成型等技術形成。其中可以(獨立地或者作為聚光器陣列的一部分)形成聚光器120陣列的基片或片材可以包括多種材料，如金屬、塑料、熱塑性材料或者多層光學膜(MOF)(如可以從3M Company，St.Paul，MN獲得的Enhanced SpecularReflector(ESR)膜)。用于形成聚光器120的基片材料可以涂有反射涂層(例如銀、鋁)或者反射性的多層無機薄膜層疊結構，或者僅僅拋光以增加其反射性。
另外，可以設置聚光器基片使得聚光器120陣列可以朝向LED晶粒106的下方、周圍或上方。在一個示例性實施例中，將聚光器基片設置在固態(tài)輻射源104陣列上面或者附近，使得陣列中的每個聚光器120可以形成為在每個LED晶粒106上滑動，使得聚光器的下孔123(參見圖4)圍繞LED晶粒106的周圍提供緊密配合。可選的聚光器設計包括在支撐LED晶粒106的基片上另外使用反射涂層。
圖1B所示實施例的一個特點是每個輻射源、對應聚光器以及對應波導之間的一一對應性。每個聚光器表面設計為將來自對應LED晶粒(包括采用熒光體涂覆的LED晶粒)的各向同性發(fā)射轉換為滿足對應光接收波導的接受角標準的光束。如上所述，該聚光器表面設計有助于保持從LED晶粒發(fā)出的光的功率密度?，F(xiàn)在參考圖1B，多個光波導130接收集中的輸出輻射，所述多個光波導在圖1B中顯示為光纖陣列，其中每個波導具有輸入端132和輸出端133。該示例性實施例包括大芯徑(例如，400μm至1000μm)聚合物包層石英光纖(如3M Company，St.Paul，MN銷售的商品名稱為TECSTM的產品)130的陣列。在另一個示例性實施例中，每根光纖130可以包括具有大約600μm至650μm芯徑的聚合物包層石英光纖。在示例性實施例中，光纖的縱向長度可以為大約1至5英寸(2.5cm至12.5cm)長。由于該示例性光纖非常柔軟，所以這么短的距離仍能在輸出端將光纖置入形成圖案的密集捆束中。另外，短的長度提供了非常緊湊的裝置，該裝置具有與傳統(tǒng)HI D燈的尺寸相當?shù)某叽?。當然，在其它應用場合中，在不會對工作產生不利影響的情況下，可以增加光纖長度。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，根據(jù)諸如LED晶粒源的輸出波長等的一些參數(shù)，也可以使用其它類型的光纖，如傳統(tǒng)光纖或專用玻璃光纖等。例如，對于涉及深藍或UV光源的應用，塑料光纖可能容易因曝曬過度而性能改變和/或脫色。
本領域的普通技術人員根據(jù)本發(fā)明的內容將會理解，作為選擇，也可以使用其它類型的波導，如平面波導、聚合物波導、柔性聚合物波導等。
一旦聚光器使LED晶粒106所發(fā)出的光聚集并且變向到光接收光纖中，光纖(多根)就可以用于通過全內反射以很低的光學損失將光傳輸?shù)教囟ㄎ恢谩Ｈ欢?，光接收光纖并非僅僅用于傳輸光；而且通過將光纖從間隔更大的LED晶粒陣列轉變成輸出孔處的更小間隔，諸如緊密捆扎的光纖束，可以將來自(相對)分散的LED陣列的光有效集中到很小的區(qū)域中。而且，因為輸入端以及輸出端的光纖數(shù)值孔徑(NA)，示例性的光接收光纖纖芯和包層的光學設計使從捆扎端出來的光束成形。如本文所述，光接收光纖實現(xiàn)聚光和光束成形、以及光傳輸。
光纖130還可以包括位于光纖的一個或多個輸出端133處的光纖透鏡。同樣，光纖130的每個輸入端132也可以包括光纖透鏡。在共同擁有的和共同未決的美國專利申請No.10/670630和美國公開No.2004/0112877-A1中說明了光纖透鏡的制造和應用。
光纖陣列連接器134可以用于支撐光纖陣列中每根光纖130的輸入端132。在一個示例性實施例中，光纖陣列連接器134包括具有孔的剛性材料諸如成型塑性材料等，其中所述孔具有與聚光器120陣列的圖案對應的圖案。每個孔容納光纖130陣列的輸入端132，并且可以與輸入端132直接結合。
在一個示例性實施例中，不管是剛性還是柔性，互連電路層都可以用于為LED晶粒106提供熱管理并且提供與LED晶粒106的電連接。如圖1B所示，互連電路層可以包括多層結構諸如可以從3MCompany，St.Paul，MN獲得的3MTM柔性電路板等。例如，多層互連層可以包括金屬安裝基片112，其由例如銅或其它導熱材料構成；電絕緣介電層114；以及導電層(第一導電層)113，其中LED晶粒106與導電層113的結合墊(未示出)可操作地連接。電絕緣介電層114可以包括多種合適的材料，例如包括聚酰亞胺、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚砜、或FR4環(huán)氧復合材料。導電導熱層113可以包括多種合適的材料，例如包括銅、鎳、金、鋁、錫、鉛及其組合。
在一個示例性實施例中，一組或多組LED晶粒106彼此互連，但是與其它組LED晶粒106隔開，以便提供像素化的輻射輸出，在本文中將更詳細地說明該實施例?？梢允褂醚由齑┻^介電層114的通孔(via)(未示出)。金屬安裝基片112可以安裝在散熱器或者散熱裝置140上。基片112可以通過電絕緣導熱材料層116與散熱器140隔開。在一個示例性實施例中，散熱器140還可以包括一系列導熱針，以便在工作過程中進一步使熱量遠離固態(tài)輻射源104陣列散去。
在一個示例性實施例中，每個LED裸晶粒106可以位于導電層113上面的介電表面114的凹入部分中。在目前未決的并且共同擁有的名稱為“照明裝置(ILLUMINATION ASSEMBLY)”的美國專利申請中，說明了互連電路的應用實例，該專利申請于2003年12月2日提交(美國公開No.2004/0112877-A1)。
在另一個實施例中，基于更剛性FR4環(huán)氧樹脂的印刷電路板結構可以用于電互連。在另一個實施例中，可以通過按照連接LED晶粒陣列的需要在合適的基片上面使導電性環(huán)氧樹脂或導電性油墨形成圖案制備低成本電路。
照明裝置100還包括可選的支撐結構。在圖1B所示示例性實施例中，支撐結構構造為具有輸入孔152和輸出孔154的外殼150。外殼150為波導130陣列提供應變釋放并且可以避免波導130受到來自外部的破壞。另外，外殼150可以提供對于車輛應用(如本文中更詳細說明的)優(yōu)選的剛性支撐。作為選擇，當波導130為光纖時，支撐結構還可以包括設置為與波導130的第二端的周邊部分接觸的捆扎器156。捆扎器156可以幫助使波導130的輸出端133以選定的輸出圖案分布，下面將更詳細地說明這一點。
另外，光纖陣列連接器134可以包括脊部或凹陷用于接收外殼150的輸入孔152。外殼150可以結合或者以其它方式連接到光纖陣列連接器134上，但是在一個示例性實施例中，外殼150咬扣配合在光纖陣列連接器134上。
在一種示例性構成技術中，首先將光纖安裝在光纖陣列連接器中并且結合在連接器上?？梢允褂霉潭ㄑb置(未示出)使光纖按行成組，以便具有整齊的組。固定裝置可以包括多個隔離物，這些隔離物從輸入端到輸出端可重復地定位每根光纖。另外，固定裝置可以設計為使得光纖不會相互交叉并且輸出端具有可預知的位置。為了固定輸出端，使用剛性或柔性捆扎器(例如聚合物材料)固定光纖在所期望的輸出圖案內的位置。然后可以將應變釋放/支撐外殼滑過光纖和捆扎器，并且固定在光纖陣列連接器上。通過使用傳統(tǒng)粘接或結合元件，可以將捆扎器固定在外殼的輸出孔內。作為選擇，支撐結構可以包括從頭到尾圍繞光纖束(多束)形成的封裝材料。
作為選擇，支撐結構150可以包括粘接材料，如粘合性環(huán)氧樹脂，粘接材料可以應用于波導130的一部分，使得當粘接劑固化時以期望的圖案固定波導。
可以通過一個或多個對準銷160提供總體對準，所述對準銷可以用于將外殼150、光纖陣列連接器134、聚光器120陣列、互連電路層110以及散熱器140一起對準。一系列對準孔(如圖2所示對準孔162)可以形成于裝置100的上述每個零件中，以便接收對準銷160。可以通過使用基準標志(未示出)實現(xiàn)聚光器120陣列與互連電路層的對準。
圖2顯示固態(tài)照明裝置100的針腳(footprint)。在該示例性構造中，可以在安裝于散熱器140上的互連電路層110上面以基本上為矩形陣列的圖案設置由六十(60)個LED晶粒106構成的陣列104。當然，根據(jù)本發(fā)明，LED晶粒106陣列可以包括更多或更少的LED晶粒106。然而，由于每個LED晶粒106具有大約300μm的寬度，并且每個LED晶粒106可以以大于LED晶粒寬度的距離與其最近的相鄰晶粒隔開，因此本發(fā)明的照明裝置100可以提供高的總功率密度、緊湊的針腳面積(大約1平方英寸至4平方英寸，或者6.5平方厘米至26平方厘米)以及足夠的熱控制。另外，在一些示例性實施例中，光纖130的輸出端133的針腳(參見圖1B)甚至可以更緊湊，例如處于大約0.1平方英寸至1平方英寸(0.65平方厘米至6.5平方厘米)的級別上。
圖3顯示固態(tài)照明裝置100的側視圖。在該示例性實施例中，互連電路層110(上面安裝有LED晶粒)設置在散熱器140上面，散熱器140還包括從外殼150的輸出孔154朝相反方向延伸的散熱針142。另外，如本文所述，外殼150可以包括突出部分153以便允許咬扣配合在光纖陣列連接器134上。聚光器120陣列設置在光纖陣列連接器134與互連電路層110之間。在該實施例中，由光纖陣列連接器134和捆扎器156支撐光纖130，其中捆扎器156發(fā)置在外殼150的輸出孔154內部。
如圖4中更詳細地顯示，固態(tài)照明裝置的示例性結構包括光纖聚光器對準機構，該機構減小光纖陣列的各根光纖131與聚光器陣列的各個聚光器121之間的未對準度。特別是，光纖陣列連接器134還可以包括與聚光器陣列基片的凹入部分125接合的突出部分135。因此，光纖131接收在光纖陣列連接器134的孔中。然后將光纖陣列連接器134設置在聚光器基片上面，使得突出部分135由凹入部分125接收。以這種方式，聚光器121的輸出孔126可以與光纖131的輸入端基本上齊平。另外，采用該示例性設計，可以同時拋光多根光纖130的輸入端，使得相對于聚光器陣列定位光纖端部。另外，在圖4所示的示例性結構中，聚光器121的接收孔123可以設置為位于對應LED晶粒106的發(fā)射面的周邊附近或者環(huán)繞該周邊。盡管沒有示出，但是位于聚光器基片與互連電路層之間的隔離物可以設置這兩個部件之間的適當間隔。然后可以使用傳統(tǒng)技術將聚光器基片固定在隔離物上或者以其它方式結合在互連電路層上。
圖4還顯示了示例性多層互連電路層110的橫截面，該多層互連包括將LED晶粒106結合在互連電路層110上的導電環(huán)氧樹脂115。第一導電層113和第二導電層111(可以包括，例如鎳和金或者其它導電材料)為陣列中的每個LED晶粒106提供電路跡線(electricaltrace)，而介電層114(例如，聚酰亞胺)設置為提供電絕緣。設置基片112(例如，銅)用于支撐導電層和絕緣層，并且提供向散熱器140的熱傳導以便背離發(fā)射方向導熱。
根據(jù)本文所述的原理，固態(tài)照明裝置可以同時提供一個或多個方向上的高度方向性和/或高度成形的輸出發(fā)射。如圖1A和圖1B所示，光纖130陣列的輸出端133可以以圖案布置以便提供矩形或正方形輸出。圖5A至圖5F顯示光纖陣列的可選的、可重新構造的輸出端圖案，可以取決于特定應用場合所需的照明類型而使用這些圖案。例如，圖5A顯示六邊形輸出光纖圖案133A，圖5B顯示圓形輸出光纖圖案133B，圖5C顯示環(huán)形輸出光纖圖案133C，圖5D顯示三角形輸出光纖圖案133D，圖5E顯示直線形輸出光纖圖案133E。另外，如圖5F所示，在可選的示例性實施例中，可以提供分段輸出圖案133F，其中可以將多個獨立光纖輸出組用于特殊的目標照明。在一些應用中，由于固定光纖輸出端的捆扎器可以由具有柔性的材料如鉛基、錫基和鋅基材料及合金形成，因此光纖輸出端圖案是可以重新構造的。
如圖6A至圖6C所示，固態(tài)照明裝置的輸出可以是方向可控的，使得可以同時或交替照明一個或多個不同的方向。圖6A顯示布置在例如三個不同的組233A、233B和233C中的光纖輸出端233。例如，當用作車輛頭燈時，固態(tài)照明裝置可以在正常工作中通過輸出端233A提供向前方向的輸出照明。在車輛轉向一側的情況下，可以(例如，通過轉向信號指示器或者通過使方向盤轉動設定的量)激活對應于輸出光纖233B的LED晶粒，使得可以通過輸出光纖233B另外提供該側方向上的照明。同樣，如果轉向另一側，可以激活對應于輸出光纖233C的LED晶粒，使得可以另外提供所述另一側方向上的照明。
作為選擇，可以使用橫向延伸的光纖輸出布置(如圖5E所示的布置)提供方向可控的照明系統(tǒng)，由此下面所述像素化控制電路(例如，參見圖9A和圖9B)可以(例如在轉向過程中)從一側到另一側激活照明光纖組。根據(jù)應用場合，以這種方式可以朝向(或者背離)轉彎方向引導輸出照明。
以這種方式，可以使用非機械方法提供來自固態(tài)照明裝置的方向可控輸出照明。作為選擇，所述領域中的普通技術人員通過本說明書可以理解，可以使用更多或更少光纖組。另外，各組可以具有不同的相對方位，諸如用于實現(xiàn)來自同一固態(tài)照明裝置的遠光束-近光束輸出發(fā)射等。
在圖6B中顯示可以用于穩(wěn)定和支撐不同光纖組的結構。例如，在光纖的輸出端設置捆扎器256。捆扎器256可以提供第一孔254、第二孔254A和第三孔254B，其中設置在孔254A和254B中的光纖將朝著與設置于孔254中的光纖不同的方向輸出光。另外，如圖6C所示，捆扎器256可以與外殼250連接或者與外殼250成為一體，作為固態(tài)照明裝置的支撐結構的一部分。
作為選擇，如圖7A所示，固態(tài)照明裝置可以從單束光纖輸出端產生方向可控光。例如，光纖輸出端133可以設置在相同的位置，如圖6B中的輸出孔254。在該示例性實施例中，這些輸出端中標識為光纖輸出端129的一部分以不同于或者甚至顯著不同于光纖輸出端133剩余部分的角度(例如，相對于光纖軸線為10至50度)進行角拋光。所產生的發(fā)射將被沿著與光纖端部133的輸出方向不同的方向引導。于是，與上面關于圖6A至圖6C所述的應用相似，當用作車輛頭燈時，固態(tài)照明裝置可以提供向前方向(通過輸出端133)和側向(通過輸出光纖129)上的輸出照明。
可以將每根光纖的輸出端構造為共同形成任何合適的形狀。例如，圖7B是固態(tài)照明裝置(例如，圖1所示固態(tài)照明裝置100)的光纖輸出端圖案的另一個實施例的示意圖。如圖7B所示，光纖束包括構造為使輸出端133形成彎曲形狀的輸出端133?？梢孕纬扇魏魏线m的彎曲形狀，例如橢圓形、球形等?？梢允褂萌魏魏线m的技術，例如研磨和拋光，使輸出端133成形。
如圖13所示，在一個提供方向可控照明的可選實施例中，從光纖陣列連接器734延伸的光纖可以捆扎成多個不重合的光纖束，包括中心光纖束730A以及側光纖束730B和730C。由多焦點透鏡750(如非球面透鏡)接收光纖束的輸出端所發(fā)出的光，該多焦點透鏡還將來自不重合的光纖束的輸出引導到期望的不同照明區(qū)域751A、751B和751C中。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，固態(tài)照明裝置可以用作照明裝置，如車輛頭燈應用中的照明裝置。例如，可以通過使用圖8所示凸緣139實現(xiàn)與現(xiàn)有頭燈接受器的連接。凸緣139可以設置在例如光纖陣列連接器134的周邊部分上。每個凸緣可以設計為接合在這種接受器的鎖定槽中。作為選擇，凸緣可以形成于固態(tài)照明裝置的其它部件如外殼或聚光器基片上面。
如圖9A所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供允許進行像素化光控制的照明系統(tǒng)300，其中像素化光控制可以用于孔成形和/或動態(tài)光束移動。系統(tǒng)300包括按照與本文所述固態(tài)照明裝置100類似的方式構成的固態(tài)照明裝置301?？刂破?04經(jīng)由可以與互連電路層連接的引線302和連接器310與固態(tài)照明裝置301電連通。電源306與控制器304電連通以便為固態(tài)照明裝置301提供電力/電流。
在一個示例性實施例中，控制器304構造為選擇性地激活固態(tài)照明裝置301中包含的各個LED晶?；蛘週ED晶粒組。另外，由于光接收波導與LED晶粒一一對應地設置，因此照明系統(tǒng)300可以提供像素化輸出。這種像素化控制允許控制不同顏色(例如，RGB輸出的紅色、綠色和藍色)或類似顏色(例如，白色)的LED晶粒。
圖9B顯示可以為固態(tài)照明裝置中包含的LED晶粒陣列提供像素化的控制電路305實例。在該實例中，在LED晶粒陣列中設置有六十個LED晶粒(LD1-LD60)，這些晶粒被分成三個大組(314A-314C)，每個組有20個LED晶粒，這些組每個被進一步劃分為更小的小組或通道(例如，LD1-LD5)，每個小組有五個LED晶粒?？傮w上，在該示例性實施例中可以獨立控制十二個通道，每個通道由五個LED晶粒組成。在一個示例性實施方式中，在RGB輸出應用中，第一組LED晶?？梢园òl(fā)紅光的LED晶粒，第二組LED晶?？梢园òl(fā)藍光的LED晶粒，第三組LED晶?？梢园òl(fā)綠光的LED晶粒。作為選擇，在另一個示例性實施方式中，第一組、第二組和第三組LED晶?？梢园òl(fā)“白光”的LED晶粒。
另外，互連電路層也設計為為不同的LED晶粒組提供獨立的互連。根據(jù)本文中所述的原理，也可以使用不同類型的LED晶粒組，以及更多或更少的LED晶粒。采用這種構造，可以驅動獨立的RGB LED晶粒通道以便提供“白色”或其它顏色的輸出。另外，如果某一二極管通道因為LED晶粒損壞而失效或變暗，可以以更高的電流驅動相鄰通道，使得輸出照明看上去保持不變。因為(相對)較寬的LED晶粒間隔和/或互連層的熱管理能力，為一些LED晶粒通道提供更大的驅動電流將不會對總體性能產生不利影響。
更具體地說，通過電源306為電路305提供電壓。通過升壓轉換芯片312A-312C及其相關電子裝置(未示出)將該電壓轉換為穩(wěn)定的輸出電流/電壓供應。以這種方式，可以減小來自電源306的電壓變化，同時將供應給LED晶粒的電流/電壓保持在穩(wěn)定水平上。芯片312A-312C可以包括例如可以從National Semiconductor獲得的LM2733芯片。在該示例性實施例中，驅動電壓/電流參數(shù)可以為大約20伏以及80-100毫安，因此為整個LED晶粒陣列提供大約1.0至1.2安的總電流。然后將驅動電流/電壓供應給陣列內的不同LED晶粒通道。在該實例中，每個LED晶粒將名義上需要大約20毫安的偏流，而偏流閾值隨著電流增大而增大，接近大約4.0伏。當然，不同的LED晶粒效率或成分可能需要不同的偏流和驅動級別。
另外，電路305中可以包括電阻/熱敏電阻測溫鏈316，以便設置每個LED晶粒通道的最大總電流。此外，可以設置包括對應數(shù)量的LED晶粒通道電子開關的開關組318，由此每個LED晶粒通道與地線連接/分離，以便激活每個特定的LED晶粒通道。基于特定應用所需的照明參數(shù)，可以通過微控制器(未示出)或遠程開關(例如，轉向信號)自動控制開關組318。當然，所述領域中的普通技術人員通過本說明書可以理解，該電路構架允許存在很多實施方式和變化。例如，控制電路305可以實施為以相同電流驅動所有LED晶粒，或者作為選擇，可以自動或者在接收到命令時開啟/關閉給定的LED晶粒通道。通過為開關組的開關引線增加固定或可變電阻，可以向每個通道施加不同的電流。
圖10顯示頭燈應用場合中所使用的示例性固態(tài)照明裝置401的示意圖。例如，固態(tài)照明裝置401可以根據(jù)上述實施例構造，該固態(tài)照明裝置設置在汽車或其它車輛(未示出)的頭燈室402中。照明裝置401可以通過使用可滑動接合的凸緣439固定在頭燈室402中，凸緣439構造為在接受器的槽438內滑動并鎖定。于是，使熱量背離光輸出方向散去的散熱器440位于獨立隔室404(如汽車或其它車輛的內部發(fā)動機室)中。通過光學元件415可以使束狀輸出照明聚集/聚焦在根據(jù)需要的照明圖案中。光學元件415可以設計為提供符合目前的安全組織(例如，NHTSA)標準的選定輸出圖案。示例性光學元件可以包括非球面/變形光學元件、和/或非連續(xù)和/或非解析(樣條)光學元件。
采用該方法，可以避免使用設置在頭燈室402中的復雜的反射光學裝置。另外，由于使熱量背離頭燈室402消散，就不需要對頭燈室402中的任何剩余光學元件進行特殊的熱處理，由此避免因為暴露于連續(xù)的高強度熱量而導致的潛在性能退化。此外，如果固態(tài)照明裝置401設置有(如圖6A至圖6C所示的)輸出光纖和輸出孔結構，那么就可以實現(xiàn)方向可控的輸出照明，而不必使用活動的鏡子、燈泡和/或透鏡機構，而在現(xiàn)有技術中當改變傳統(tǒng)HID燈的輸出方向時必須使用上述機構。
本文所述固態(tài)照明裝置還可以用于其它應用場合。例如，圖11是牙科治療應用的示意圖，其中在牙科治療裝置500中包括固態(tài)照明裝置501(具有與圖1A和圖1B所示和/或本文中其它實施例相似的結構)。固態(tài)照明裝置501可以設置在牙科治療裝置500的手柄部分510中。另外，用于接收和引導LED晶?；蚱渌虘B(tài)發(fā)光源的輸出的輸出光纖可以延伸穿過光傳輸臂525，該臂可以直接放在可固化材料上。在該應用中，根據(jù)接收照明的材料的固化特點，可以使用UV和/或藍色輻射源。
在另一個可選應用中，圖12是松散材料固化裝置(如絲網(wǎng)固化臺)的示意圖。例如，在基于粘接劑、膠帶或絲網(wǎng)的制造過程中，粘接劑通常為必須固化到不同材料基片上的藍色/UV可固化材料。在傳統(tǒng)方法中，經(jīng)常使用高強度放電燈和弧光燈進行固化處理。然而，這些傳統(tǒng)的放電燈在360度的角度范圍內發(fā)光，因此需要復雜的熱交換和/或冷卻機構。作為選擇，在一些傳統(tǒng)方法中，基片材料和UV固化劑必須適合于承受高強度熱量。
圖12提供傳統(tǒng)固化系統(tǒng)中出現(xiàn)的發(fā)熱問題的解決方案，其中固化臺600包括固態(tài)照明裝置604(按照與本文所述實施例相似的方式構成)，其中固態(tài)照明裝置604的散熱或吸熱部件位于熱交換單元602中。如上所述，通過合適的LED晶粒間隔、導熱互連電路和/或散熱器，使固態(tài)照明裝置604的輻射源所產生的熱量背離光輸出的方向散去。
另外，固態(tài)照明裝置604可以將高度集中的輻射傳輸給可輻射固化材料，由此減小由固化深度淺帶來的不利影響。LED晶?；蚱渌椛浒l(fā)生源的集中輸出可以通過設置在應變釋放外殼630中的波導陣列聚集和引導，并且傳輸?shù)骄哂锌奢椛涔袒牧系幕?50。基片650可以設置在活動平臺、基膜絲網(wǎng)或滾輪帶652上面，以便提供大量材料的連續(xù)固化。如上面關于圖5A至圖5F所述，波導(例如光纖)的輸出端可以以很多不同的可重新構造的圖案布置，因此使得固態(tài)照明裝置特別適合于固化具有很多種形狀和/或固化深度要求的材料。
在另一個應用中，本文所述的固態(tài)照明裝置可以用于投影系統(tǒng)中。因為具有提供像素化輸出的能力，LED晶粒陣列(例如，圖1所示固態(tài)輻射源104陣列)可以包括用于RGB輸出的不同輸出色LED晶粒。另外，可以使輸出多像素化用于進行逐級掃描，從而提供合適的投影圖像。此外，本文所述實施例的固態(tài)照明裝置可以用作在LCD顯示器中的背光照明裝置。特別地，當使用熒光體涂覆的晶粒發(fā)出“白光”時，像素化的白色LED晶?？梢詾長CD顯示器提供更大的對比度。
在固態(tài)照明裝置用于顯示器或投影系統(tǒng)中的實施例中，可以選擇性地控制各個LED晶?；蚋鱾€LED晶粒組的輸出，由此在波導陣列的輸出端產生受控的光輸出空間分布。例如，可以將照明裝置(例如，圖1所示固態(tài)照明裝置100)的輸出成像在空間光調制器(例如，LCD陣列或數(shù)字微鏡陣列)上，然后成像在前投影或后投影屏幕上，例如如PCT專利公開No.WO 03/077013 A2中所述。通過修改照明裝置產生的光的空間分布可以增大投影屏幕上圖像的對比度。在本文中，術語“對比度”是指圖像的最亮區(qū)域與同一圖像的最暗區(qū)域的亮度比率。例如，通過使照明裝置和空間光調制器都處于相對較暗的狀態(tài)，可以獲得相對較暗的顯示區(qū)域。作為選擇，通過使照明裝置的某一區(qū)域和對應的空間光調制器具有高亮度，可以在最終顯示中產生很亮的區(qū)域。
圖14A是顯示器800的一個實施例的示意圖。如圖14A所示，顯示器800包括照明裝置810和與照明裝置810光學連通的空間光調制器830。照明裝置810可以為任何合適的照明裝置。優(yōu)選的是，照明裝置810包括本文中所述的任何照明裝置，例如圖1B所示照明裝置100。如圖所示，照明裝置810包括固態(tài)輻射源812陣列、聚光器814陣列以及光纖816。每根光纖816具有輸入端818和輸出端819。本文中關于圖1B所示實施例中的固態(tài)輻射源104陣列、聚光器120陣列以及波導130所述的所有設計考慮和可能性同樣適用于圖14A所示實施例中的固態(tài)輻射源812陣列、聚光器814陣列以及光纖816。優(yōu)選的是，固態(tài)輻射源812陣列包括如本文中進一步說明的LED晶粒陣列。
另外如本文中所述，固態(tài)輻射源812陣列中的每個固態(tài)輻射源的輸出可以由控制器(例如，圖9A中照明系統(tǒng)300的控制304)控制。
在圖14A所示實施例中，將來自照明裝置810的光朝向空間光調制器830引導?？臻g光調制器830包括可獨立編址的可控元件(例如，圖14B所示可控元件832)的陣列。空間光調制器830可以包括任何合適類型的可控元件。例如，空間光調制器830可以包括透射率可變型顯示器。在一些實施例中，空間光調制器830可以包括液晶顯示器(即，LCD)，這是透射型光調制器的一個實例。在一些實施例中，空間光調制器830可以包括可變形鏡裝置(即，DMD)，這是反射型光調制器的一個實例。顯示器驅動電路(未示出)可以用于根據(jù)定義顯示圖像的數(shù)據(jù)來控制空間光調制器830的可控元件。此外，空間光調制器830可以包括一個或多個光學元件，例如透鏡、擴散器、偏振器、濾光器、光束分離器等，以便進一步將來自調制器830的光引導到觀察者。
照明裝置810的位置可以使得光纖816的輸出端819與空間光調制器830接觸或隔開。作為選擇，可以在照明裝置810的輸出端819與空間光調制器830之間設置一個或多個光學元件(未示出)。
然后可以將已經(jīng)通過空間光調制器830調制的光引導到位于觀察位置的觀察者。在一些實施例中，空間光調制器830可以使用如本文中進一步說明的任何合適的光學系統(tǒng)將圖像引導到后投影屏幕。作為選擇，空間光調制器830可以將圖像直接提供給觀察者，而不用首先引導到屏幕上。
在一些實施例中，可以將空間光調制器830所調制的光引導到一個或多個附加空間光調制器，例如如PCT專利公開No.WO03/077013A2中所述。所述一個或多個附加空間光調制器可以包括任何合適類型的元件，例如空間光調制器、準直儀、擴散器、濾光器等。
在一些實施例中，空間光調制器的空間分辨率可以遠高于照明裝置的分辨率。換句話說，空間光調制器中可控元件的數(shù)量可以大于照明裝置中固態(tài)輻射源的數(shù)量。
例如，圖14B是圖14A所示顯示器800的空間光調制器830的示意圖。圖14B顯示空間光調制器830的平面圖，并且包括由照明裝置810的光纖816的輸出端819產生的空間光分布輸出817(下面稱為輸出817)的理想化視圖。空間光調制器830包括可控元件832(例如，像素)。如圖14B所示，空間光調制器830包括與來自照明裝置810的每個輸出817(并因此與固態(tài)輻射源812(例如LED晶粒)陣列中的每個固態(tài)輻射源)對應的九個可控元件832?？梢詫谡彰餮b置810的每個輸出817為空間光調制器830提供任何適當數(shù)量的可控元件832。
低分辨率照明裝置810的每個輸出817的尺寸確定從最大亮度到最小亮度可靠變化的比例。例如，為了在區(qū)域870中產生最大的亮度，將照明裝置810的輸出817A和空間光調制器830的可控元件832A設置為其最大亮度值。
在區(qū)域870外部存在兩種不同類型的區(qū)域。例如，如果將區(qū)域870設置為最大亮度，因為低分辨率照明裝置810中對應于輸出817A的固態(tài)輻射源被設置為其最高亮度值，因此就不可能將區(qū)域872中的亮度設置為最小值。在區(qū)域874中，照明裝置810中對應于輸出817C的固態(tài)輻射源以及空間光調制器830的可控元件832C都可以設置為其最低亮度值。例如，如果照明裝置810和空間光調制器830每個都具有1至100單位的亮度范圍，那么區(qū)域870可能具有100×100＝10000單位的亮度，區(qū)域872將具有100×1＝100單位的亮度，并且區(qū)域874將具有1×1＝1單位的亮度。對于照明裝置810和空間光調制器830的這種輸出控制可以提供至少1000∶1的對比度。優(yōu)選的是，顯示器800提供至少1500∶1的對比度。換句話說，可能優(yōu)選的是，第一點(例如，區(qū)域870)與第二點(例如，區(qū)域874)的亮度比率至少為1000∶1，其中對于第一點對應的固態(tài)輻射源(例如，對應于輸出817A的輻射源)處于最大光輸出并且對應的可控元件(例如，可控元件832A)設置為提供最大亮度，對于第二點對應的固態(tài)輻射源(例如，對應于輸出817C的輻射源)處于最小光輸出并且對應的可控元件(例如，可控元件832C)設置為提供最小亮度。可能更優(yōu)選的是，第一點與第二點的亮度的比率至少為1500∶1，其中對于第一點對應的固態(tài)輻射源處于最大光輸出并且對應的可控元件設置為提供最大亮度，對于第二點對應的固態(tài)輻射源處于最小光輸出并且空間光調制器830中對應的可控元件設置為提供最小亮度。
任何合適的技術都可以用于控制照明裝置810和空間光調制器830以實現(xiàn)增大的對比度。例如，將表示期望圖像的圖像數(shù)據(jù)提供給控制器(未示出)。圖像數(shù)據(jù)表示對應于空間光調制器830的每個可控元件832的圖像區(qū)域中期望的亮度?？刂破骺梢栽O置照明裝置810的(用作像素的)固態(tài)輻射源812陣列的每個固態(tài)輻射源，以便使用從初始圖像數(shù)據(jù)產生的第一組圖像數(shù)據(jù)提供對期望圖像的近似。這可以例如通過確定對應于低分辨率照明裝置810的每個固態(tài)輻射源的圖像區(qū)域中的期望亮度值的平均值或加權平均值而實現(xiàn)。
控制器然后可以設置空間光調制器830的可控元件832，以便使用從初始圖像數(shù)據(jù)產生的第二組圖像數(shù)據(jù)使所產生的圖像接近期望的圖像。這可以例如通過用從照明裝置810入射在空間光調制器830的對應可控元件832上的光的強度除期望的亮度值來實現(xiàn)。從照明裝置810入射在空間光調制器830的可控元件832上的光的強度可以采用公知的方法進行計算，即來自固態(tài)輻射源812陣列的每個固態(tài)輻射源的光分布在空間光調制器830上?？梢詫⒁粋€或多個固態(tài)輻射源812的作用加起來，以便針對設置照明光810的固態(tài)輻射源812的方法，確定用于照明更高分辨率的空間光調制器830的任何可控元件832的強度。
在圖14B所示實施例中，空間光調制器830的一個或多個可控元件832可以包括三個或更多個次像素834。次像素834可以獨立進行編址。每個次像素834可以與特定的顏色關聯(lián)。例如，次像素834A可以與紅色濾光器或發(fā)光元件關聯(lián)，次像素834B可以與藍色濾光器或發(fā)光元件關聯(lián)，次像素834C可以與綠色濾光器或發(fā)光元件關聯(lián)。本領域中公知的任何合適的空間光調制器結構都可以用于提供顏色次像素834。
本發(fā)明的顯示器可以用于任何合適的顯示器構造中。例如，圖15是后投影顯示器900的實施例。如圖所示，顯示器900包括照明裝置910和與照明裝置910光學連通的屏幕920。照明裝置910可以為本文所述的任何合適的照明裝置(例如，圖1B所示照明裝置100)。照明裝置910包括固態(tài)輻射源912陣列、聚光器914陣列以及光纖916。每根光纖916具有輸入端918和輸出端919。本文中關于圖1B所示實施例中的固態(tài)輻射源104陣列、聚光器120陣列以及波導130所述的所有設計考慮和可能性同樣適用于圖15所示實施例中的固態(tài)輻射源912陣列、聚光器914陣列以及光纖916。優(yōu)選的是，固態(tài)輻射源912陣列包括如本文中進一步說明的LED晶粒陣列。
在圖15所示實施例中，朝向屏幕920引導來自照明裝置910的光。屏幕920包括空間光調制器930、可選的第一擴散器940以及可選的第二擴散器950，其中第一擴散器940與照明裝置910和空間光調制器930光學連通，第二擴散器950與空間光調制器930光學連通?？臻g光調制器930可以與屏幕920成為一體；作為選擇，空間光調制器930可以與屏幕920隔開。空間光調制器930包括可以獨立編址的可控元件(未示出)的陣列?？臻g光調制器930可以包括任何合適類型的可控元件。例如，空間光調制器930可以包括液晶顯示器。顯示器驅動電路(圖15中未示出)可以用于根據(jù)定義所顯示圖像的數(shù)據(jù)來控制空間光調制器930的元件。
可選的第一擴散器940可以為任何合適的擴散器。第一擴散器940可以使成像在空間光調制器930上的來自照明裝置910的光的強度均勻化。作為選擇，可以不使用第一擴散器940，而是通過將空間光調制器930與照明裝置910隔開合適的距離來實現(xiàn)相似的均勻化效果。
顯示器900還包括可選的第二擴散器950。將空間光調制器930調制的光引導通過第二擴散器950，該擴散器使輸出光在一定的方向范圍內擴散，使得位于第二擴散器950中與空間光調制器930相對一側的觀察者可以看到基本上從屏幕920的整個區(qū)域上發(fā)出的光。一般地說，可選的第二擴散器950可以在水平面和豎直面內將光朝向不同的角度擴散。本領域公知的任何合適的擴散器都可以用作第二擴散器950。
顯示器900還包括一個或多個位于照明裝置910與屏幕920之間的光學元件970。任何合適的光學元件都可以用于從照明裝置910到屏幕920引導光，例如透鏡、擴散器、偏振器、濾光器、光束分離器等。
顯示器900還包括與照明裝置910和屏幕920電連通的控制器960?？刂破?60可以為任何合適的控制器，例如，一個或多個運行合適控制軟件的微處理器?？刂破?60可以控制固態(tài)輻射源912陣列，以提供將要成像在空間光調制器930上的低分辨率的圖像。控制器960還可以控制空間光調制器930的可控元件，以供應具有高空間分辨率的特征并且以其它方式修正由照明裝置910提供的光。
顯示器900還可以包括校準機構，用于補償照明裝置910中不同固態(tài)輻射源912之間的亮度差?？梢允褂萌魏魏线m的校準機構，例如在PCT專利公開No.WO 03/077013A2中所述的校準機構。例如，可以將光探測器移動到不同位置，用于捕獲來自LED陣列中不同LED的光?？刂破?例如，圖15所示控制器960)接收來自光探測器的信號。該信號可以指示給定電流下每個LED所發(fā)出的光的亮度。如果由一個或多個LED發(fā)出的光的亮度不同于期望值，控制器就確定對提供給每個LED的電流實施的修正值?？刂破麟S后可以對LED陣列中的一個或多個LED實施修正。
在一些實施例中，例如，如PCT專利公開No.WO 03/077013A2中所述，可以將來自照明裝置910的光引導到一個或多個附加空間光調制器。所述一個或多個附加空間光調制器可以包括任何合適類型的元件，例如，空間光調制器、準直儀、擴散器、濾光器等。
在一些實施例中，可以使每個固態(tài)輻射源912在空間光調制器930的對應可控元件進行刷新時變暗或關閉。例如，一些空間光調制器刷新很緩慢，以至于觀察者可以感覺到刷新。這產生稱為“運動模糊”的不期望的效果。
通過適當?shù)亩〞r，當正在對空間光調制器930中的每行進行刷新時，可以使對應固態(tài)輻射源912關閉或變暗。在其它時間，可以過度驅動對應固態(tài)輻射源912至足以使觀察者感覺到期望的亮度。觀察者的眼睛不能感覺到固態(tài)輻射源912的快速閃爍。實際上，觀察者感覺到的是平均亮度。通常情況下，總是期望復用固態(tài)輻射源912陣列的操作。例如，當以復用方式操作LED時，通過使固態(tài)輻射源912陣列的復用與空間光調制器930的刷新同步可以實現(xiàn)對運動模糊的修正。
上面已經(jīng)討論了本發(fā)明的示意性實施例并且參考了本發(fā)明范圍內的可能變化形式。本領域的技術人員將很清楚，本發(fā)明的上述以及其它變化和修改并沒有脫離本發(fā)明的范圍，并且應該理解，本發(fā)明并不限于本文中所提出的示意性實施例。因此，本發(fā)明只受到下面提供的權利要求書的限制。
權利要求
1.一種顯示器，包括照明裝置，所述照明裝置包括固態(tài)輻射源陣列，其產生輻射，其中每個固態(tài)輻射源包括可控輻射輸出；聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述固態(tài)輻射源陣列中對應一個輻射源的輻射；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端，其中每個輸入端接收來自對應聚光器的集中輻射；以及空間光調制器，其與所述照明裝置光學連通，其中所述空間光調制器包括多個可控元件，可以操作所述可控元件以便調制來自所述照明裝置的光。
2.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述空間光調制器的可控元件的數(shù)量大于所述照明裝置的固態(tài)輻射源的數(shù)量。
3.如權利要求2所述的顯示器，其中，所述照明裝置的固態(tài)輻射源陣列的每個固態(tài)輻射源構造為照明所述空間光調制器的多個對應可控元件。
4.如權利要求1所述的顯示器，還包括位于所述照明裝置與所述空間光調制器之間的擴散器，其中，所述擴散器與所述照明裝置和所述空間光調制器光學連通。
5.如權利要求1所述的顯示器，還包括位于所述空間光調制器與觀察位置之間的擴散器，其中所述擴散器與所述空間光調制器光學連通。
6.如權利要求1所述的顯示器，還包括一個或多個位于所述照明裝置與所述空間光調制器之間的附加光調制級。
7.如權利要求1所述的顯示器，還包括構造為將所述照明裝置成像在所述空間光調制器上的成像光學裝置。
8.如權利要求7所述的顯示器，還包括前投影式顯示器，所述前投影式顯示器包括構造為將光反射到觀察者的顯示屏幕。
9.如權利要求8所述的顯示器，其中，所述空間光調制器與所述顯示屏幕成為一體。
10.如權利要求1所述的顯示器，其中，第一點與第二點的亮度比率至少為1000∶1，其中，對于所述第一點，對應的固態(tài)輻射源處于最大光輸出并且所述空間光調制器的對應可控元件設置為提供最大亮度；對于所述第二點，對應的固態(tài)輻射源處于最小光輸出并且所述空間光調制器的對應可控元件設置為提供最小亮度。
11.如權利要求10所述的顯示器，其中，第一點與第二點的亮度比率至少為1500∶1，其中，對于所述第一點，對應的固態(tài)輻射源處于最大光輸出并且所述空間光調制器的對應可控元件設置為提供最大亮度；對于所述第二點，對應的固態(tài)輻射源處于最小光輸出并且所述空間光調制器的對應可控元件設置為提供最小亮度。
12.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述固態(tài)輻射源陣列包括多個LED晶粒。
13.如權利要求12所述的顯示器，其中，所述多個LED晶粒的至少一部分包括發(fā)射紫外光的LED晶粒。
14.如權利要求12所述的顯示器，其中，所述多個LED晶粒的至少一部分包括發(fā)射白光的LED晶粒。
15.如權利要求12所述的顯示器，其中，所述LED晶粒發(fā)射的光的顏色為可控制的。
16.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述空間光調制器的多個可控元件包括透射率可變的顯示元件。
17.如權利要求16所述的顯示器，其中，所述透射率可變的顯示元件包括液晶顯示元件。
18.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述空間光調制器包括顏色空間光調制器。
19.如權利要求18所述的顯示器，其中，所述空間光調制器的多個可控元件中的每個可控元件包括多個顏色次像素。
20.如權利要求1所述的顯示器，還包括與所述照明裝置和所述空間光調制器電連通的控制器，其中，可以操作所述控制器以將圖像數(shù)據(jù)傳輸給所述照明裝置和所述空間光調制器。
21.如權利要求20所述的顯示器，其中，所述控制器構造為周期性刷新所述多個可控元件，并且在刷新可控元件的同時使對應的固態(tài)輻射源變暗或關閉。
22.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述固態(tài)輻射源陣列以規(guī)則陣列形式布置。
23.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述多根光纖中的每根光纖包括具有纖芯和包層的聚合物包層石英光纖，其中，所述聚合物包層石英光纖還包括大約250μm至大約1000μm的芯徑。
24.如權利要求1所述的顯示器，其中，所述多根光纖的輸出端形成非平面表面。
25.一種顯示器，包括照明裝置，所述照明裝置包括LED晶粒陣列，其產生光學輻射；聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述LED晶粒陣列中對應一個LED晶粒的照明；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端，其中每個輸入端接收來自對應聚光器的集中照明；控制器，其與所述照明裝置電連通，其中可以操作所述控制器以便選擇性地激活所述LED晶粒陣列中的一個或多個LED晶粒；以及空間光調制器，其與所述照明裝置光學連通，其中所述空間光調制器包括多個可控元件，可以操作所述可控元件以便調制來自所述照明裝置的光。
26.如權利要求25所述的顯示器，其中，所述控制器向所述LED晶粒陣列的多個LED晶粒通道提供穩(wěn)定的驅動電流和電壓。
27.如權利要求26所述的顯示器，其中，第一LED晶粒通道包括發(fā)紅光的LED晶粒，第二LED晶粒通道包括發(fā)藍光的LED晶粒，第三LED晶粒通道包括發(fā)綠光的LED晶粒。
28.如權利要求26所述的顯示器，其中，所述控制器響應于遠程信號選擇性地激活第一LED晶粒通道。
29.如權利要求26所述的顯示器，其中，所述控制器將增大的驅動電流發(fā)送給第一LED晶粒通道，以便補償?shù)诙﨤ED晶粒通道的減小的發(fā)射輸出。
30.如權利要求25所述的顯示器，其中，所述光纖陣列的輸出端形成非平面表面。
31.一種用于顯示具有動態(tài)范圍的圖像的方法，所述方法包括提供照明裝置，所述照明裝置包括固態(tài)輻射源陣列，其產生輻射，其中每個固態(tài)輻射源包括可控輻射輸出；聚光器陣列，其中每個聚光器接收來自所述固態(tài)輻射源陣列中對應一個固態(tài)輻射源的輻射；以及多根光纖，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端和輸出端，每個輸入端接收來自對應聚光器的集中輻射；控制所述固態(tài)輻射源陣列以便具有由第一組圖像數(shù)據(jù)確定的輸出；采用來自所述固態(tài)輻射源陣列的光照明空間光調制器的面，其中所述空間光調制器包括可控元件陣列；以及采用第二組圖像數(shù)據(jù)控制所述空間光調制器的所述可控元件陣列的透射率。
32.如權利要求31所述的方法，其中，所述第二組圖像數(shù)據(jù)在分辨率方面高于所述第一組圖像數(shù)據(jù)。
33.如權利要求31所述的方法，其中，所述方法還包括檢測所述固態(tài)輻射源陣列的至少一部分中的每個固態(tài)輻射源的可控輻射輸出；將檢測到的可控輻射輸出與期望的輻射輸出進行比較；以及將所述可控輻射輸出調節(jié)至期望的輻射輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種顯示器(800)，該顯示器(800)包括固態(tài)照明裝置(810)和與固態(tài)照明裝置光學連通的空間光調制器(830)。所述固態(tài)照明裝置包括產生輻射的固態(tài)輻射源(812)陣列，其中每個固態(tài)輻射源包括可控輻射輸出。所述固態(tài)照明裝置還包括聚光器(814)陣列，其中每個聚光器接收來自所述固態(tài)輻射源陣列中對應一個輻射源的輻射。所述固態(tài)照明裝置還包括多根光纖(816)，其中所述多根光纖中每根光纖包括輸入端(818)，所述輸入端接收來自對應聚光器的集中輻射。所述空間光調制器包括多個可控元件，可以操作所述可控元件以便調制來自所述固態(tài)照明裝置的光。
文檔編號H04N9/31GK1914530SQ200480041515
公開日2007年2月14日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權日2003年12月18日
發(fā)明者安德魯·J·歐德科克, 邁克爾·A·梅斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司