(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクター、ＬＥＤプロジェクターアレイ、並びにＬＥＤプロジェクター及びＬＥＤプロジェクターアレイの製造方法を提供する。一般的には、成形光学要素内に配置された複合放物面集光器（ＣＰＣ）の入力開口部に光を注入するためにＬＥＤが配置される。少なくとも部分的にコリメートされた光がＣＰＣの出力開口部から出射する。ＣＰＣの表面の一部は、ＬＥＤプロジェクターの性能を低下させることなく自由に膨張及び収縮する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱抽出基板と、
成形光学要素であって、
入力開口部と、出力開口部と、キャビティを画定する内表面と、
前記内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、該外表面の一部分が前記熱抽出基板と熱接触している、外表面と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料と、
を含む、成形光学要素と、
前記入力開口部に光線を注入するように配置されたＬＥＤと、を備え、
前記注入された光線が前記キャビティを通って伝播し、前記出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する、発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクター。
【請求項２】
前記ＬＥＤが、前記熱抽出基板と熱接触している、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項３】
前記入力開口部が、前記出力開口部の出力面積よりも小さい入力面積を有する、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項４】
前記部分的にコリメートされた光線が、３０°よりも小さい発散角を有する、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項５】
前記キャビティが、前記光線に対して透明な第１のポリマー材料を含む、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項６】
前記成形材料が、前記第１のポリマー材料の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）よりも小さい第１の熱膨張係数を有する、請求項５に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項７】
前記第１のポリマー材料が、シリコーン、エポキシ、アクリレート、又はシクロオレフィンコポリマーを含む、請求項５に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項８】
前記成形材料が、第２のポリマー、金属、又はセラミックを含む、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項９】
前記第２のポリマーが、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）を含む、請求項８に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１０】
前記キャビティが中空である、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１１】
前記内表面が、前記光線に対して反射性である、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１２】
前記内表面が、金属、第３のポリマーコーティング、誘電体ミラー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１３】
前記ＬＥＤが、前記入力開口部と接触している光出力面を含む、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１４】
前記ＬＥＤが、前記入力開口部から間隙によって分離された光出力面を含み、前記間隙が、約１．０〜約１．６の屈折率を有する材料を含む、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１５】
前記外表面が、前記内表面を完全に包囲している、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１６】
前記キャビティが、正方形の複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状を有する、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクター。
【請求項１７】
熱抽出基板と、
第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素であって、それぞれが、
入力開口部と、出力開口部と、キャビティを画定する内表面と、
前記内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、該外表面の第１の部分が前記熱抽出基板と熱接触している、外表面と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料と、を含む、第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素と、
前記第１の成形光学要素の前記入力開口部に第１の光線を注入するように配置された第１のＬＥＤと、
前記第２の成形光学要素の前記入力開口部に第２の光線を注入するように配置された第２のＬＥＤと、
前記第３の成形光学要素の前記入力開口部に第３の光線を注入するように配置された第３のＬＥＤと、を備え、
前記第１、第２、及び第３の注入された光線のそれぞれが、それぞれ第１、第２、及び第３の部分的にコリメートされた光線としてそれぞれの前記出力開口部から出射し、前記成形材料の少なくとも第２の部分が、前記第１の成形光学要素、前記第２の成形光学要素、及び前記第３の成形光学要素の少なくとも２つにわたって連続している、ＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項１８】
前記第１、前記第２、又は前記第３のＬＥＤの少なくとも１つが、前記熱抽出基板と熱接触している、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項１９】
前記入力開口部が、前記出力開口部の出力面積よりも小さい入力面積を有する、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２０】
前記第１、前記第２、及び前記第３の部分的にコリメートされた光線のそれぞれが、３０°よりも小さい発散角を有する、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２１】
前記キャビティが、前記光線に対して透明な第１のポリマー材料を含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２２】
前記成形材料が、前記第１のポリマー材料の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）よりも小さい第１の熱膨張係数を有する、請求項２１に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２３】
前記第１のポリマー材料が、シリコーン、エポキシ、アクリレート、又はシクロオレフィンコポリマーを含む、請求項２１に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２４】
前記成形材料が、第２のポリマー、金属、又はセラミックを含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２５】
前記第２のポリマーが、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）を含む、請求項２４に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２６】
前記キャビティが中空である、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２７】
前記内表面が、前記光線に対して反射性である、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２８】
前記内表面が、金属、第３のポリマーコーティング、誘電体ミラー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項２９】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤの少なくとも１つが、前記入力開口部と接触している光出力面を含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３０】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤの少なくとも１つが、前記入力開口部から間隙によって分離された光出力面を含み、前記間隙が、約１．０〜約１．６の屈折率を有する材料を含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３１】
前記外表面が、前記内表面を完全に包囲している、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３２】
前記キャビティが、正方形の複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状を有する、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３３】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤが、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び緑色ＬＥＤを含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３４】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤの少なくとも１つが、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤ及び波長逓降変換要素を含む、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３５】
それぞれの前記出力開口部からの前記第１、前記第２、及び前記第３の部分的にコリメートされた光線を受容するように配置された色合成要素であって、合成された部分的にコリメートされた光線を出力する、色合成要素を更に備える、請求項１７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３６】
熱抽出基板と、
第１の成形光学要素及び第２の成形光学要素であって、それぞれが、
入力開口部と、出力開口部と、キャビティを画定する内表面と、
前記内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、該外表面の第１の部分が前記熱抽出基板と熱接触している、外表面と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料と、を含む、第１の成形光学要素及び第２の成形光学要素と、
前記第１の成形光学要素の前記入力開口部に第１の光線を注入するように配置された第１のＬＥＤと、
前記第２の成形光学要素の前記入力開口部に第２の光線を注入するように配置された第２のＬＥＤと、を備え、
前記第１及び第２の注入された光線のそれぞれが、それぞれ第１及び第２の部分的にコリメートされた光線としてそれぞれの前記出力開口部から出射し、前記成形材料の少なくとも第２の部分が、前記第１の成形光学要素及び前記第２の成形光学要素にわたって連続している、ＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３７】
前記第２の成形光学要素の前記入力開口部に第３の光線を注入するように配置された第３のＬＥＤを更に備え、前記第３の注入された光線が、前記第２の出力開口部から第３の部分的にコリメートされた光線として出射する、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３８】
前記第１及び前記第２のＬＥＤの少なくとも一方が、前記熱抽出基板と熱接触している、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項３９】
前記入力開口部が、前記出力開口部の出力面積よりも小さい入力面積を有する、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４０】
前記第１及び前記第２の部分的にコリメートされた光線のそれぞれが、３０°よりも小さい発散角を有する、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４１】
前記キャビティが、前記光線に対して透明な第１のポリマー材料を含む、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４２】
前記成形材料が、前記第１のポリマー材料の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）よりも小さい第１の熱膨張係数を有する、請求項４１に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４３】
前記第１のポリマー材料が、シリコーン、エポキシ、アクリレート、又はシクロオレフィンコポリマーを含む、請求項４１に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４４】
前記成形材料が、第２のポリマー、金属、又はセラミックを含む、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４５】
前記第２のポリマーが、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）を含む、請求項４４に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４６】
前記キャビティが中空である、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４７】
前記内表面が、前記光線に対して反射性である、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４８】
前記内表面が、金属、第３のポリマーコーティング、誘電体ミラー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項４７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項４９】
前記第１及び前記第２のＬＥＤの少なくとも一方が、前記入力開口部と接触している光出力面を含む、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５０】
前記第１及び前記第２のＬＥＤの少なくとも一方が、前記入力開口部から間隙によって分離された光出力面を含み、前記間隙が、約１．０〜約１．６の屈折率を有する材料を含む、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５１】
前記外表面が、前記内表面を完全に包囲している、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５２】
前記キャビティが、正方形の複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状を有する、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５３】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤが、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び緑色ＬＥＤを含む、請求項３７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５４】
前記第１、前記第２、及び前記第３のＬＥＤの少なくとも１つが、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤ及び波長逓降変換要素を含む、請求項３７に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５５】
それぞれの前記出力開口部からの前記第１及び前記第２の部分的にコリメートされた光線を受容するように配置された色合成要素であって、合成された部分的にコリメートされた光線を出力する、色合成要素、を更に備える、請求項３６に記載のＬＥＤプロジェクションアレイ。
【請求項５６】
ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、
成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程であって、前記成形型が、
前記内表面を包囲する外表面と、
前記内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料と、を含む、工程と、
前記外表面の一部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、
前記入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程であって、前記注入された光線が前記キャビティを通って伝播し、前記出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する、工程と、を含む、方法。
【請求項５７】
ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、
成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程であって、前記成形型が、
前記内表面を包囲する外表面と、
前記内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料と、を含む、工程と、
前記外表面の第１の部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、
前記入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程であって、前記注入された光線が前記キャビティを通って伝播し、前記出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する、工程と、
前記キャビティを硬化性樹脂で充填する工程と、
前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記硬化樹脂から前記成形型の第２の部分を取り外す工程と、を含む、方法。
【請求項５８】
ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、
成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程であって、前記成形型が、
前記内表面を包囲する外表面と、
前記内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と、
前記内表面と前記外表面との間の空間を充填する成形材料であって、該成形材料の一部分が弾性材料を含む、成形材料と、を含む、工程と、
前記外表面の第１の部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、
前記入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程であって、前記注入された光線が前記キャビティを通って伝播し、前記出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する、工程と、
前記キャビティを硬化性樹脂で充填する工程と、
前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
照明システムは、投射型表示システム、液晶ディスプレイ用のバックライトなどを含む多くの異なる用途において使用されている。投射システムでは、高圧水銀ランプなどの１以上の従来の白色光源を通常使用している。白色光線は、通常、赤、緑、及び青の３原色に分けられ、それぞれの画像形成空間光変調器に導入され、各原色の画像を生成する。生成された原色の画像光線は合成され、投射スクリーン上に投射されて視認される。従来の白色光源は一般的に嵩張るものであり、１以上の原色の発光効率が低く、組み込むことが困難であり、これを使用する光学システムのサイズ及び消費電力が大きくなる傾向にある。
【０００２】
より最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が従来の白色光源に代わるものとみなされるようになっている。ＬＥＤは、従来の光源に匹敵する輝度及び動作寿命を与える可能性を有するものである。しかしながら、現在のＬＥＤ、特に緑色発光ＬＥＤは比較的効率が低い。
【０００３】
マイクロプロジェクションは、極めて小さいフォームファクターを有する発光素子を含むディスプレイ技術である。マイクロプロジェクション技術の代表的な例として、スリー・エム社（3M Company）より最近発表された、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣｏＳ）型空間光変調器（ＳＬＭ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）照射装置、及び小型の偏光ビームスプリッタに基づいたマイクロプロジェクションエンジンがある。
【０００４】
携帯電話及びデジタルスチールカメラなどの携帯用及び埋め込み型用途のための、より小型かつより高輝度でより出力効率の高いフルカラーのマイクロプロジェクターが求められている。こうしたマイクロプロジェクターは、静止画像又は動く画像を投射することが可能なものであることが好ましい。プロジェクターの開発における動向は、より高い画素数、より高い輝度、よりコンパクトでかつより消費電力の低いエンジンに向かう傾向にある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本開示は、熱抽出基板、成形光学要素、及びＬＥＤを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクターを提供する。成形光学要素は、入力開口部、出力開口部、及びキャビティを画定する内表面を含む。成形光学要素は、内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、その外表面の一部分が熱抽出基板と熱接触している、外表面を更に含む。成形光学要素は、内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料を更に含む。ＬＥＤは入力開口部に光線を注入するように配置され、注入された光線がキャビティを通って伝播し、出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する。
【０００６】
別の態様では、本開示は、熱抽出基板、第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素を含むＬＥＤプロジェクションアレイを提供する。第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素のそれぞれは、入力開口部、出力開口部、及びキャビティを画定する内表面を含む。第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素のそれぞれは、内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、その外表面の第１の部分が熱抽出基板と熱接触している外表面と、内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料とを更に含む。ＬＥＤプロジェクションアレイは更に、第１の成形光学要素の入力開口部に第１の光線を注入するように配置された第１のＬＥＤと、第２の成形光学要素の入力開口部に第２の光線を注入するように配置された第２のＬＥＤと、第３の成形光学要素の入力開口部に第３の光線を注入するように配置された第３のＬＥＤと、を含む。第１、第２、及び第３の注入された光線のそれぞれは、それぞれ第１、第２、及び第３の部分的にコリメートされた光線としてそれぞれの出力開口部から出射し、成形材料の少なくとも第２の部分が、第１の成形光学要素、第２の成形光学要素、及び第３の成形光学要素の少なくとも２つにわたって連続している。
【０００７】
更に別の態様では、本開示は、熱抽出基板、第１の成形光学要素、及び第２の成形光学要素を含むＬＥＤプロジェクションアレイを提供する。第１の成形光学要素及び第２の成形光学要素のそれぞれは、入力開口部、出力開口部、及びキャビティを画定する内表面を含む。第１の成形光学要素及び第２の成形光学要素のそれぞれは、内表面を少なくとも部分的に包囲する外表面であって、その外表面の第１の部分が熱抽出基板と熱接触している外表面と、内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料とを更に含む。ＬＥＤプロジェクションアレイは更に、第１の成形光学要素の入力開口部に第１の光線を注入するように配置された第１のＬＥＤと、第２の成形光学要素の入力開口部に第２の光線を注入するように配置された第２のＬＥＤと、を含む。第１及び第２の注入された光線のそれぞれは、それぞれ第１及び第２の部分的にコリメートされた光線としてそれぞれの出力開口部から出射し、成形材料の少なくとも第２の部分が、第１の成形光学要素及び第２の成形光学要素にわたって連続している。
【０００８】
更に別の態様では、本開示は、ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程を含む、方法を提供する。この成形型は、内表面を包囲する外表面と、内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と；内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料とを含む。ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法は更に、外表面の一部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程と、を含み、注入された光線はキャビティを通って伝播し、出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する。
【０００９】
更に別の態様では、本開示は、ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程を含む、方法を提供する。この成形型は、内表面を包囲する外表面と、内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と；内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料とを含む。ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法は更に、外表面の第１の部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程と、を含み、注入された光線はキャビティを通って伝播し、出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する。ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法は更に、キャビティを硬化性樹脂で充填する工程と、硬化性樹脂を硬化させる工程と、硬化樹脂から成形型の第２の部分を取り外す工程と、を含む。
【００１０】
更に別の態様では、本開示は、ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法であって、成形型の内表面を反射性材料でコーティングする工程を含む、方法を提供する。この成形型は、内表面を包囲する外表面と、内表面によって画定されるキャビティと、入力開口部と、出力開口部と；内表面と外表面との間の空間を充填する成形材料とを含み、成形材料の一部分は弾性材料を含む。ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法は更に、外表面の第１の部分を熱抽出基板と熱接触させて配置する工程と、入力開口部に光線を注入するようにＬＥＤを配置する工程と、を含み、注入された光線はキャビティを通って伝播し、出力開口部から部分的にコリメートされた光線として出射する。ＬＥＤプロジェクターを製造するための方法は更に、キャビティを硬化性樹脂で充填する工程と、硬化性樹脂を硬化させる工程と、を含む。
【００１１】
上記の概要は、本開示の各実施形態又はすべての実現形態を説明することを目的としたものではない。以下の図面及び詳細な説明によって例示的な実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本明細書の全体を通じ、添付図面を参照されたい。なお、同様の参照符合は同様の要素を指す。
【図１】ＬＥＤプロジェクターの概略断面図。
【図２】ＬＥＤプロジェクターの概略断面図。
【図３】ＬＥＤプロジェクターの概略断面図。
【図４】ＬＥＤプロジェクターアレイの概略平面図。
【図５】ＬＥＤプロジェクターアレイの概略平面図。
【図６Ａ】ＬＥＤプロジェクターアレイのプロセスの斜視図。
【図６Ｂ】ＬＥＤプロジェクターアレイのプロセスの斜視図。
【図６Ｃ】ＬＥＤプロジェクターアレイのプロセスの斜視図。  図面は、必ずしも縮尺に従うものではない。図面で用いられる同様の番号は、同様の構成要素を指す。しかしながら、与えられた図中の特定の構成要素を指す数字の使用は、同じ数字を付した別の図中のその構成要素を限定することを目的とするものではない点は理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願は、成形された光学要素がＬＥＤダイから放射される光を少なくとも部分的にコリメートするＬＥＤプロジェクターなどの照射装置について述べるものである。ＬＥＤプロジェクターは、投射型照射装置、すなわち投射装置の「光エンジン」として一般的に述べることもできる。成形された光学要素には内部表面によって画定されるキャビティが含まれ、キャビティを充填する材料よりも低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する成形材料によって内部表面の一部分が機械的に束縛されている。成形された光学要素は、成形材料によって束縛されていない内部表面の部分では膨張又は収縮することができる。
【００１４】
一態様では、成形された光学要素は、光をコリメートするために複合放物面集光器（ＣＰＣ）形状のキャビティを含んでいる。ＣＰＣは、エテンデューをほとんど増大させることなく、ＬＥＤなどの発光素子から放射される光をコリメートするうえで極めて効率的な装置である。ＣＰＣには大きく分けて２つのタイプがある。第１のタイプは、キャビティから形成された中空型ＣＰＣであり、このキャビティの内側に金属又は誘電体などの反射性コーティングがコーティングされたものである。第２のタイプは中実型ＣＰＣであり、光はＣＰＣの表面から全反射（ＴＩＲ）によって反射される。
【００１５】
中実型ＣＰＣは、特に光源が光抽出効率を高めるために透明な樹脂に封入されているような場合に、中空型ＣＰＣと比較して多くの利点を有する。特定の一実施形態では、中実型ＣＰＣの材料は光学的かつ熱的に安定なものであってよい。光学的かつ熱的安定性は、光源が高温及び大きな熱勾配を発生しうるコンパクトなシステムにおいて中実型ＣＰＣが使用されている場合に、特に望ましいものとなりうる。
【００１６】
中実型ＣＰＣの材料としては、ガラス及びキャスト成形ポリマーが使用されてきた。しかしながら、ガラス製ＣＰＣは製造が高価であり、ＣＰＣをキャスト成形するために使用される一般的なエンジニアリングポリマーは、適当な熱及び光安定性を有していないことがしばしばである。ガラス及びキャスト成形ポリマーに対して、シリコーンは極めて良好な熱及び光安定性の組み合わせを有し、ＬＥＤの封入材としてしばしば使用されている。残念なことに、シリコーン及びＣＰＣの製造に適した性質を有する他の多くのポリマーは、熱膨張係数（ＣＴＥ）が極めて高く、引張強度が比較的低い。無機充填剤を添加するなどのシリコーンのＣＴＥを低下させる方法は、これらの充填剤によってシリコーン中の光学散乱が増大し、更にＣＰＣから放射される光のエテンデューが大きくなることから、ＣＰＣに応用するにはあまり効果的なものとはいえなかった。高いＣＴＥは、ＣＰＣの製造におけるシリコーンの利用を制限するものである。
【００１７】
コンパクトなＬＥＤプロジェクターでは、ＬＥＤダイと、空間光変調器との間に安価で効率的な主要光学要素を必要とする場合がある。これらの主要光学要素は更に、機械的、光分解的、及び熱的に強いものでなければならない。ＣＰＣの側面の少なくとも一部分が機械的に束縛されておらず、かつＣＰＣの少なくとも別の一部分が機械的に束縛されたＣＰＣでは、ＣＰＣを形成するうえでよりＣＴＥの高い材料の使用が可能である。
【００１８】
成形ＣＰＣを投射型照射装置において使用することが可能であり、同じか又は異なる色を放射する１個以上のＬＥＤを、個々の成形ＣＰＣの入力開口部に配置することができる。成形ＣＰＣは、それぞれのＣＰＣが１個以上のＬＥＤによって照射された２個以上のＣＰＣのアレイとすることができる。ＣＰＣの一部のものを中空として、同じアレイの他のＣＰＣを中実のものとすることができる。中空及び充填ＣＰＣは、例えば同程度のエテンデューの光を放射するように異なる寸法を有してもよい。成形ＣＰＣを光起電装置と結合させてもよく、その場合、光はＣＰＣの大きな入射口から導入され、この光は光起電装置と効率的に結合される。
【００１９】
図１は、本開示の特定の一態様に基づいたＬＥＤプロジェクター１００の概略断面図である。図１に示される概略断面図は、図６Ｂの「ｙ−ｚ」平面内の切片と関連付けることができる。ＬＥＤプロジェクター１００は、熱抽出基板１１０上に配置された成形光学要素１２０を含んでいる。成形光学要素１２０は、キャビティ１５５の周囲を少なくとも部分的に包囲した第１の成形材料１６５及び第２の成形材料１６５’を含んでいる。キャビティ１５５は、内表面１５０、１５０’、入力開口部１３０、及び出力開口部１４０によって画定される。成形光学要素は外表面１６０を更に含み、外表面１６０の少なくとも一部分１６０’は熱抽出基板１１０と熱接触している。
【００２０】
熱抽出基板１１０は、ＬＥＤプロジェクター１００からの充分な熱抽出性及び熱放散性を与えるのに適した高い熱伝導率を有する、例えばアルミニウム又は他の金属などの任意の公知の材料であってよい。第１の成形材料１６５は、約５〜約１００ｐｐｍ／Ｋ（１００万分の１／ケルビン度）の範囲のＣＴＥを有する材料で形成することができ、例えば、金属；ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、若しくは液晶ポリマー（ＬＣＰ）などのポリマー；又はセラミックスが含まれる。場合により、第１の成形材料１６５は、例えば約３００ｐｐｍ／Ｋの範囲のＣＴＥを有するシリコーン材料などの１００ｐｐｍ／Ｋよりも高いＣＴＥを有する材料で形成することができる。別の箇所で述べるように、第１の成形材料１６５の主要な機能がＬＥＤダイにおける応力の集中を防止することにある場合には、ＣＴＥがより高い材料を使用することができる。別の箇所で述べるように、第２の成形材料１６５’は第１の成形材料１６５と同じであっても異なっていてもよい。
【００２１】
キャビティ１５５は、入力開口部１３０から出力開口部１４０を通過する光線を部分的にコリメートするのに適した任意の形状を有しうる。図１に示される特定の一実施形態では、キャビティは、複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状の断面を有している。ＣＰＣ形状の断面は、例えば円形のＣＰＣ、長方形のＣＰＣ、又は正方形のＣＰＣとすることができる。場合によっては、長方形のＣＰＣ又は正方形のＣＰＣが好ましい場合がある。以下の説明文においては、正方形のＣＰＣが特に好ましい。ＣＰＣの設計は周知のものであり、例えば、ＬＥＤ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｙｕら、Ｊ．Ｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、第３巻、第３号、２９５〜３０３、（２００７）、及びＬＥＤ−ｂａｓｅｄ  ｍｉｎｉ−ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓ、Ｋｒｉｊｎら、ＳＰＩＥ議事録第６１９６巻６１９６０２、１〜１２、（２００６）にそれについての説明が見られる。ＣＰＣの形状は、入力面１３０及び出力面１４０の相対面積に関連する夾角θを定義することによって一部を特徴付けることができる。夾角θは、関係式Ｃ＝（１／ｓｉｎ（θ／２））により、入力面１３０の面積に対する出力面１４０の面積の比（又は濃度）「Ｃ」と関連付けることができる。一般にＣＰＣキャビティの設計においては、入力開口部１３０に入射する光のすべてが、夾角θ内で出力開口部１４０から出射する。これにより、例えば、入力開口部１３０に注入されるＬＥＤ  １７０からのランベルト放射光は、部分的にコリメートされた光（すなわち、夾角θ内の光線）となって出力開口部１４０から出射することになる。特定の一実施形態では、夾角θは、約５°〜約５０°、約１０°〜約３０°、又は約１０°〜約２０°の範囲であってよい。
【００２２】
特定の一実施形態では、キャビティ１５５は中空型ＣＰＣであってよく、第１の成形材料１６５及び第２の成形材料１６５’は、定位置に保持されて成形光学要素１２０を画定することができる。特定の一実施形態では、キャビティ１５５の内表面１５０、１５５’は、当業者には周知の方法によって光を反射するように構成することができる。場合により、内表面１５０上に銀若しくは銀合金などの反射性金属、フッ化マグネシウムなどの誘電体、又はこれらの組み合わせを配置してもよい。場合により、無機酸化物の交互の層のような多層誘電体干渉リフレクター又はポリマー多層干渉リフレクターを内表面１５０、１５０’上に配置してもよい。
【００２３】
別の特定の実施形態では、キャビティ１５５は中実型ＣＰＣを含んでよく、第２の成形材料１６５’を成形光学要素１２０から取り除くことができる。中実型ＣＰＣは、例えば、ポリメチルシリコーン及びポリフェニルシリコーンなどのシリコーン、エポキシ、アクリレート、シクロオレフィンコポリマー、並びに他の透明なポリマーなどの任意の光学的に透明なポリマーで形成することができる。中実型ＣＰＣの内表面１５０’にはコーティングを施さなくともよいが、ポリマー干渉ミラーのような可撓性反射コーティング、保護コーティング、誘電体ミラー、金属上の誘電体コーティングなどによってコーティングしてもよい。
【００２４】
レーザー、半導体レーザー、ＬＥＤ、ＵＶ−ＬＥＤ、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、及び、超高圧（ＵＨＰ）ハロゲン又はキセノンランプなどの非固体光源などの各種の光源を、適当な集光器又はリフレクターと共に投射装置に使用することができる。ＬＥＤ光源は、動作の経済性、長寿命、堅牢性、効率的な光発生、及び高いスペクトル出力を含む、他の光源と比較した場合の利点を有しうる。ＬＥＤは、青色、赤色、及び緑色ＬＥＤなどの可視光を発光するＬＥＤであってよい。あるいはＬＥＤは、例えば発明の名称が「発光要素のアレイ（ARRAY OF LUMINESCENT ELEMENTS）」である国際特許公開公報第２００８／１０９２９６号に述べられるような、波長逓降変換要素に光を放射して異なる色の光を発生することが可能な青色又はＵＶ−ＬＥＤであってもよい。
【００２５】
特定の一実施形態では、ＬＥＤプロジェクター１００は、光線を入力開口部１３０に注入するように配置されたＬＥＤ  １７０を更に含む。特定の一実施形態では、ＬＥＤ  １７０は、図１に示されるように入力開口部１３０と接触した出力面を有することにより、ＬＥＤから放射された光を入力開口部１３０内に結合することができる。ＬＥＤ  １７０は、ＬＥＤ  １７０に通電するための電気的接点を与えることができる回路化基板１７５上に配設することができる。回路化基板１７５は、熱抽出基板１１０と熱接触した第２の熱抽出基板１８０に配設することができる。
【００２６】
一般に、ＬＥＤ  １７０は、キャビティ１５５の入力開口部１３０に光学的に結合された発光面を含んでいる。温度変化にともなって生ずる成形光学要素１２０の膨張及び収縮によって、この光学的結合が劣化する可能性があり、別の箇所において述べるようにキャビティ１５５の光学特性が変化する可能性もある。図１において距離「ｄ」によって示されるキャビティ１５５の少なくとも一部分は、ＬＥＤ  １７０と位置を合わせて保持される。
【００２７】
キャビティ１５５が中空型ＣＰＣである特定の一実施形態では、位置合わせは、熱抽出基板１１０と熱接触した外表面の部分１６０’に沿って第１の成形材料１６５を取り付けることによって維持される。
【００２８】
キャビティ１５５が中実型ＣＰＣである別の特定の実施形態では、位置合わせは、中実型ＣＰＣのキャビティ１５５を、第１の成形材料１６５の内表面１５０の少なくとも一部分に沿って（距離「ｄ」に沿って）束縛することによって維持される。第２の成形材料１６５’は成形光学要素１２０から取り除かれており、ＬＥＤに対する中実型ＣＰＣの光学的結合を劣化させることなく、内表面の部分１５０’が膨張又は収縮することが可能な自由表面となっている。束縛距離「ｄ」は、キャビティ１５５の全体の深さ「Ｄ」の約５％〜最大約１００％で変化しうる。内表面１５０の少なくとも第２の部分は「自由」表面であり、温度変化による膨張又は収縮による運動は束縛されていない。束縛された中実型ＣＰＣは、当業者には周知の方法によって成形型と接着することが可能であり、装置の製造又は使用の所定の部分において成形型から部分的に脱着することもできる。
【００２９】
第２の成形材料１６５’が取り除かれた成形光学要素１２０は、例えばシリコーン（約３００ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有する）などのキャビティ１５５内の材料が、中実型ＣＰＣによってコリメートされた光に大きく影響することなく膨張及び収縮することを可能とするものである。ＣＰＣの複数の部分に自由表面を有することによって同様の効果を得ることができる。特定の一実施形態では、第１の成形材料１６５は、ＣＰＣの全表面積の約５％を支持する比較的幅狭のストリップであってよい。一般に、光学的結合及びコリメーションの光学特性を維持するうえで、ＬＥＤの近傍において支持を与えることがより重要である。このため、ＣＰＣの外表面の面積の約５％〜約８０％にわたってこうした支持を与えることができる。
【００３０】
特定の一実施形態では、ＬＥＤプロジェクター１００は、出力開口部１４０からの光を受光するように配置された、必要に応じて用いられる色合成要素１９０を更に含む。必要に応じて用いられる色合成要素１９０には、例えば別の箇所で述べるような、熱抽出基板１１０と熱接触した、必要に応じて用いられる支持体１９５を有しうるガラスプリズムが含まれる。必要に応じて用いられる支持体１９５は、第１の成形材料１６５で形成することができ、光学要素１２０と一体に形成することができる。必要に応じて用いられる支持体１９５によって、必要に応じて用いられる色合成要素１９０の出力開口部１４０に対する位置決めを助けるための整列構造を与えることができる。
【００３１】
図２は、本開示の特定の一態様に基づいたＬＥＤプロジェクター２００の概略断面図である。図２に示される概略断面図は、図６Ｂの「ｙ−ｚ」平面内の切片と関連付けることができる。ＬＥＤプロジェクター２００は、熱抽出基板２１０上に配置された成形光学要素２２０を含んでいる。図２に示される要素２１０〜２９５のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の参照符合にて示した要素１１０〜１９５に対応している。例えば、図１の熱抽出基板１１０の説明は、図２の熱抽出基板２１０の説明に対応している、といった具合である。
【００３２】
図２において、キャビティ２５５の入力開口部２３０は第１の間隙２３５によってＬＥＤ  ２７０から分離されており、出力開口部１４０は、第２の間隙２４５によって必要に応じて用いられる色合成要素２９０から分離されている。特定の一実施形態では、第１の間隙２３５は、別の箇所で述べるように、中実型ＣＰＣのキャビティ２５５を形成するのに先立って、成形光学要素２２０とＬＥＤ  ２７０との間に配置される薄膜（図には示されていない）によって与えることができる。第２の間隙２４５は、別の箇所で述べるように、中実型ＣＰＣのキャビティ２５５を形成するのに先立って、成形光学要素２２０と必要に応じて用いられる色合成要素２９０との間に配置される薄膜（図には示されていない）によって与えることができる。次いでこれらの薄膜を取り去ることにより、それぞれ入力開口部２３０及び出力開口部２４０上に平滑な表面を与えることができる。
【００３３】
特定の一実施形態では、第１の間隙２３５及び第２の間隙２４５の少なくとも一方を空気で充填することができる。特定の一実施形態では、第１の間隙２３５及び第２の間隙２４５の少なくとも一方を、キャビティ１５５内の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で充填することができる。場合により、この材料は約１．０（例えば、空気）〜約１．６以下（例えば、シリコーン）の屈折率を有してよい。特定の一実施形態では、第２の間隙２４５を、必要に応じて用いられる色合成要素２９０の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で充填することができる。
【００３４】
図３は、本開示の特定の一態様に基づいたＬＥＤプロジェクター３００の概略断面図である。図３に示される概略断面図は、図６Ｂの「ｙ−ｚ」平面内の切片と関連付けることができる。ＬＥＤプロジェクター３００は、熱抽出基板３１０上に配置された成形光学要素３２０を含んでいる。図３に示される要素３１０〜３９５のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の参照符合にて示した要素１１０〜１９５に対応している。例えば、図１の熱抽出基板１１０の説明は、図３の熱抽出基板３１０の説明に対応している、といった具合である。
【００３５】
図３では、第２の成形材料３６５’が成形光学要素３２０から取り除かれている。その代わりに外表面３６０を有する膜３６８を、内表面３５０’に沿って配置することができる。反射膜３６８は反射膜であってもよく、あるいは別の箇所で述べる方法のいずれかによって反射性としてもよい。反射膜は、温度変化による中実型ＣＰＣのキャビティ３５５の膨張及び縮小を可能とするような弾性率を有することが好ましい。
【００３６】
図４は、本開示の一態様に基づいたＬＥＤプロジェクターアレイ４００の概略平面図である。図４に示される概略平面図は、図６Ｂの「ｘ−ｙ」平面内の切片と関連付けることができる。ＬＥＤプロジェクターアレイ４００は、第１、第２、及び第３の成形光学要素４２０ａ、４２０ｂ、及び４２０ｃを含んでいる。第１、第２、及び第３の成形光学要素４２０ａ、４２０ｂ、及び４２０ｃのそれぞれを単一の成形光学要素４２０に組み込むことが可能であり、それぞれ熱交換表面４１０と熱接触させられる。単一の成形光学要素４２０は、第１の成形光学要素４２０ａと第２の成形光学要素４２０ｂとの間の第１の線４６３上に配置された、長さ「ｌ」を有する膨張スリット４６２を含みうる。単一の成形光学要素４２０は更に、第２の成形光学要素４２０ｂと第３の成形光学要素４２０ｃとの間の第２の線４６４上に配置された、長さ「ｌ」を有する膨張スリット４６２を含みうる。
【００３７】
図４では、図４に示される要素４１０〜４９５のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の参照符合にて示した要素１１０〜１９５に対応している。例えば、図１の熱抽出基板１１０の説明は、図４の熱抽出基板４１０の説明に対応している、といった具合である。簡単のため、図４に示される各要素の以下の説明では第１、第２、及び第３のキャビティ（４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ）は中実型ＣＰＣであるものと仮定しているが、別の箇所で述べるように、その代わりに第１、第２、及び第３のキャビティ（４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ）の１以上を中空のキャビティとすることができる。
【００３８】
図４では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）は、それぞれ第１、第２、及び第３の成形光学要素（４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ）の第１、第２、及び第３の入力開口部（４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ）に光を注入するように配置されている。特定の一実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）はそれぞれ、例えば赤色、緑色、及び青色光などの異なる波長の光を注入することが可能である。別の実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）の少なくとも２つは、同じ波長の光を注入することが可能である。
【００３９】
第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）のそれぞれは、それぞれのＬＥＤに通電するための電気的接点を与えうる第１、第２、及び第３の回路化基板（４７５ａ、４７５ｂ、４７５ｃ）上にそれぞれ配設することができる。それぞれの回路化基板（４７５ａ、４７５ｂ、４７５ｃ）は、熱抽出基板４１０と熱接触した第２の熱抽出基板４８０に配設することができる。図４に示される特定の一実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）のそれぞれは、第１、第２、及び第３の入力開口部（４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ）と接触させて配置することができる。別の実施形態では、図２に示されるものと同様の間隙（図に示されていない）を、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）の少なくとも１つと、それぞれの入力開口部（４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ）との間に配置することができる。
【００４０】
第１、第２、及び第３のＬＥＤ（４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ）のそれぞれと、それぞれの入力開口部（４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ）との間の位置合わせは、別の箇所で述べたように、それぞれの中実型ＣＰＣのキャビティ（４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ）を、第１の成形材料４６５の内表面４５０の少なくとも一部分に沿って（例えば、距離「ｄ」に沿って）束縛することによって維持される。内表面４５０の少なくとも第２の部分は「自由」表面であり、温度変化による膨張又は収縮による運動は束縛されていない。
【００４１】
図４では、必要に応じて用いられる色合成要素４９０が、第１、第２、及び第３の出力開口部（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）からの光を受容して、合成された光をプロジェクター開口部４９９から出力するように配置されている。プロジェクター開口部４９９は、図４に示されるように、第１、第２、及び第３の出力開口部（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）の合計よりも小さい断面積を有しうる。必要に応じて用いられる色合成要素４９０は、図４に示されるように複数のプリズムを含んでよく、これらのプリズムは、例えば、１以上の光の波長を反射して他の光の波長を透過するように構成されたダイクロイックフィルター、反射偏光板などの偏光板、１／４波長板などの位相遅延板などであってよい第１、第２、及び第３の対角要素４９２、４９４、４９６を有している。
【００４２】
図４に示されるように、各プリズム間には、やはり例えばダイクロイックフィルター、反射偏光板などの偏光板、１／４波長板などの位相遅延板などであってよい第１、第２、及び第３の光学フィルム４９３、４９５、４９７のような他の光学フィルムを配置することができる。色合成要素における各種の光学要素及びフィルムの配置については、例えば、国際特許出願公開第２００８／１４４２０７号（マガリル（Magarill）ら）、同第２００９／０８５８５６号（イングリッシュ（English）ら）及び同第２００９／０８６３１０号（マガリル（Magarill）ら）、国際特許出願第２００８／０８７３６９号（ブルゾネ（Bruzzone）ら）及び同第２００８／０８８０２０号（マガリル（Magarill）ら）、並びに米国特許出願第６１／１１６０７２号（オウデルカーク（Ouderkirk）ら）及び同第６１／１１６０６１号（オウデルカーク（Ouderkirk）ら）に見ることができる。
【００４３】
図５は、本開示の一態様に基づいたＬＥＤプロジェクターアレイ５００の概略平面図である。図５に示される概略平面図は、図６Ｂの「ｘ−ｙ」平面内の切片と関連付けることができる。ＬＥＤプロジェクターアレイ５００は、第１及び第２の成形光学要素５２０ａ、５２０ｂを含んでいる。第１及び第２の成形光学要素５２０ａ、５２０ｂのそれぞれを単一の成形光学要素５２０に組み込むことが可能であり、それぞれ熱交換表面５１０と熱接触させられる。単一の成形光学要素５２０は、第１の成形光学要素５２０ａと第２の成形光学要素５２０ｂとの間の線５６３上に配置された、長さ「ｌ」を有する膨張スリット５６２を含みうる。
【００４４】
図５では、図５に示される要素５１０〜５９５のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の参照符合にて示した要素１１０〜１９５に対応している。例えば、図１の熱抽出基板１１０の説明は、図５の熱抽出基板５１０の説明に対応している、といった具合である。簡単のため、図５に示される各要素の以下の説明では、第１及び第２のキャビティ（５５５ａ、５５５ｂ）は中実型ＣＰＣであるものと仮定しているが、別の箇所で述べるように、その代わりに第１及び第２のキャビティ（５５５ａ、５５５ｂ）の１以上を中空のキャビティとすることができる。
【００４５】
図５に示される特定の一実施形態では、第１のＬＥＤ  ５７０ａが、第１の成形光学要素５２０ａの第１の入力開口部５３０ａに光を注入するように配置されている。第２及び第３のＬＥＤ（５７０ｂ、５７０ｃ）が、第２の成形光学要素５２０ｂの第２の入力開口部５３０ｂに光を注入するように配置されている。特定の一実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）はそれぞれ、例えば赤色、緑色、及び青色光などの異なる波長の光を注入することが可能である。別の実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）の少なくとも２つは、同じ波長の光を注入することが可能である。
【００４６】
第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）のそれぞれは、それぞれのＬＥＤに通電するための電気的接点を与えることができる第１及び第２の回路化基板（５７５ａ、５７５ｂ）上にそれぞれ配設することができる。それぞれの回路化基板（５７５ａ、５７５ｂ）は、熱抽出基板５１０と熱接触した第２の熱抽出基板５８０に配設することができる。図５に示される特定の一実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）のそれぞれは、第１及び第２の入力開口部（５３０ａ、５３０ｂ）と接触させて配置することができる。別の実施形態では、図２に示されるものと同様の間隙（図に示されていない）を、第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）の少なくとも１つと、それぞれの入力開口部（５３０ａ、５３０ｂ）との間に配置することができる。
【００４７】
第１、第２、及び第３のＬＥＤ（５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ）のそれぞれと、それぞれの入力開口部（５３０ａ、５３０ｂ）との間の位置合わせは、別の箇所で述べたように、それぞれの中実型ＣＰＣのキャビティ（５５５ａ、５５５ｂ）を、第１の成形材料５６５の内表面５５０の少なくとも一部分に沿って（例えば、距離「ｄ」に沿って）束縛することによって維持される。内表面５５０の少なくとも第２の部分は「自由」表面であり、温度変化による膨張又は収縮による運動は束縛されていない。
【００４８】
図５では、必要に応じて用いられる色合成要素５９０が、第１及び第２の出力開口部（５４０ａ、５４０ｂ）からの光を受容して、合成された光をプロジェクター開口部５９９から出力するように配置されている。プロジェクター開口部５９９は、図５に示されるように、第１及び第２の出力開口部（５４０ａ、５４０ｂ）の合計よりも小さい断面積を有しうる。必要に応じて用いられる色合成要素５９０は、図５に示されるように複数のプリズムを含んでよく、これらのプリズムは、例えば、１以上の光の波長を反射して他の光の波長を透過するように構成されたダイクロイックフィルター、反射偏光板などの偏光板、１／４波長板などの位相遅延板などであってよい第１及び第２の対角要素５９２、５９４を有している。
【００４９】
図５に示されるように、各プリズム間には、やはり例えばダイクロイックフィルター、反射偏光板などの偏光板、１／４波長板などの位相遅延板などであってよい第１及び第２の光学フィルム５９３、５９５のような他の光学フィルムを配置することができる。色合成要素における各種の光学要素及びフィルムの配置については、例えば、国際特許出願公開第２００８／１４４２０７号（マガリル（Magarill）ら）、同第２００９／０８５８５６号（イングリッシュ（English）ら）及び同第２００９／０８６３１０号（マガリル（Magarill）ら）、国際特許出願第２００８／０８７３６９号（ブルゾネ（Bruzzone）ら）及び同第２００８／０８８０２０号（マガリル（Magarill）ら）、並びに米国特許出願第６１／１１６０７２号（オウデルカーク（Ouderkirk）ら）及び同第６１／１１６０６１号（オウデルカーク（Ouderkirk）ら）に見ることができる。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｃは、本開示の一態様に基づくＬＥＤプロジェクターアレイ６００を製造するためのプロセスの斜視図である。図６Ａ〜６Ｃの斜視図は、図１〜５において上記に示した断面図及び平面図の可視化を助けるものでもある。例えば、図１〜３は「ｙ−ｚ」平面内の断面図を示し、図４〜５は「ｘ−ｙ」平面内の平面図を示している。図６Ａ〜６Ｃでは、図６に示される要素６１０〜６９９のそれぞれは、上記に述べた図４に示される同様の参照符合にて示した要素４１０〜４９９に対応している。例えば、図４の熱抽出基板４１０の説明は、図６の熱抽出基板６１０の説明に対応している、といった具合である。
【００５１】
ＬＥＤプロジェクターアレイ６００は、第１、第２、及び第３の成形光学要素６２０ａ、６２０ｂ、及び６２０ｃを含んでいる。第１、第２、及び第３の成形光学要素６２０ａ、６２０ｂ、及び６２０ｃのそれぞれを、図６Ａ〜６Ｃに示されるような単一の成形光学要素に組み込むことが可能であり、それぞれが熱交換表面６１０と熱接触させられる。単一の成形光学要素は、別の箇所で述べたように、少なくとも１個の膨張スリット（図に示されていない）を含んでもよい。成形光学要素（６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ）は、ポリマーを射出成形すること、ポリマーを成形型に流し込んで硬化させること、金属射出成形、直接的な機械加工、及び打ち抜き加工などの複数の従来の方法のいずれかによって形成することができる。
【００５２】
図６Ａでは、第１、第２、及び第３の成形光学要素（６２０ａ、６２０ｂ、及び６２０ｃ）の第１、第２、及び第３のキャビティ（６５５ａ、６５５ｂ、及び６５５ｃ）の境界をそれぞれ形成する、成形材料６６５の内表面上に反射性材料がコーティングされている。適当なコーティングとしては、フッ化マグネシウムなどの物理的蒸着コーティング、フルオロカーボン、アルミニウム又は銀などの金属、ポリマー多層光学フィルム、酸化ケイ素及び二酸化チタンの１以上の層に基づいたものなどの誘電体コーティング、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。反射表面を調製した後、ＬＥＤ  ６７０、回路化基板６７５、第２の熱抽出基板６８０、及び必要に応じて用いられる色変換要素６９０を図６Ａに示されるように配置する。
【００５３】
次いで、第１、第２、及び第３のキャビティ（６５５ａ、６５５ｂ、６５５ｃ）の少なくとも１つを、例えば、エポキシ、アクリレート、熱硬化性シリコーン、又は光硬化性シリコーンなどの適当な硬化性樹脂で充填する。図６Ａに示される特定の一実施形態では、ニードル６１５を使用して第３のキャビティ６５５ｃを充填することができる。図６Ａ〜６Ｃに示されるように、残りの第１及び第２のキャビティ（６５５ａ、６５５ｂ）は同様に硬化性樹脂で充填するか、あるいは中空のままとすることができる。
【００５４】
図６Ｂにおいて、次いで第２の成形材料６６５’で第１の成形材料６６０を覆い、硬化性樹脂を硬化させることができる。第２の成形表面は平坦であってもよく、あるいはキャビティの所望の表面形状を生ずるように形成してもよい。硬化性樹脂が光硬化される場合には、第１の成形材料６６５、第２の成形材料６６５’の１以上、又はキャビティの端部の１つ（例えば、投射開口部６９９）が硬化放射線に対して透明でなければならない。硬化性樹脂が熱硬化される場合には、成形材料は硬化温度で安定でなければならない。樹脂は、キャビティの自由表面が所望の光学的形状を有するように、想定される装置の動作温度で硬化させてもよい。ＬＥＤの結合部付近におけるＣＰＣの形状の一体性を確保するために、ＣＰＣの幅狭の端部で硬化を開始させることが好ましい場合もある。
【００５５】
図６Ｃに示される特定の一実施形態では、第２の成形材料６６５’がＬＥＤプロジェクターアレイ６００から取り除かれて、中空の第１のキャビティ６５５ａ、中空の第２のキャビティ６５５ｂ、及び充填された第３のキャビティ６５５ｃが露出している。別の実施形態では、第１及び第２のキャビティ（６５５ａ、６５５ｂ）も充填されたキャビティであってよい。
【００５６】
特定の一実施形態では、第２の成形材料６６５’をＬＥＤプロジェクターアレイ６００から物理的に取り外すことができる。別の実施形態では、冷却した際に樹脂が収縮するように通常の動作温度を上回る温度で樹脂を硬化させてもよい。第２の成形材料に塗布された適当な剥離コーティングによって、第２の成形材料から樹脂を分離させ、全反射を可能とする露出面を残すことが可能である。また、例えばシリコーン、ゴム、又はポリウレタンで形成された弾性を有する第２の成形材料６６５’を使用することもできる。この場合、第２の成形型は、塗布時に反射性を大きく損なうことなく膨張及び収縮を繰り返すことが可能な材料でコーティングする必要がある。
【００５７】
ＣＰＣの上面が開放していることにより、高いＣＴＥを有するキャビティ材料が、ＣＰＣを大きく歪ませることなく膨張及び収縮することが可能である。低い歪みは、表面プロファイルのわずかな変化がＣＰＣの出力開口部における光の分布の大きな変化につながりうる、ＬＥＤ  ６７９の付近において特に重要となりうる。ＬＥＤに取り付けられ、自由に懸吊されたＣＰＣ及びＣＰＣの出力開口部の必要に応じて用いられる色合成要素６９０により、ＣＰＣに光学的に望ましくない歪みが生じうる。例えば、シリコーン製のＣＰＣを保持する第１の成形材料６６５に対してＣＰＣが膨張することによって、ＬＥＤ  ６７０の付近における断面積が比較的小さいために、ＣＰＣの幅狭の部分が歪むことになる。ＣＰＣから放射される大部分の光の方向がこの歪みによって影響されるため、制御手段が必要とされる。
【００５８】
特に断らないかぎり、本明細書並びに「特許請求の範囲」において用いる要素の大きさ、量及び物性を示すすべての数値は、「約」という語によって修飾されたものとして理解されるべきである。したがって、そうではないことを特に明記しないかぎりは、上記の明細書及び添付の「特許請求の範囲」に記載される数値的パラメータは、本明細書に開示される教示を利用することで当業者が得ようとする所望の性質に応じて変化しうる近似値である。
【００５９】
本明細書において引用するすべての参照文献及び刊行物は、それらが本開示と直接矛盾しうる場合を除いてそれらの全容を本開示に援用するものである。以上、本明細書において具体的な実施形態について例示及び説明したが、様々な代替的及び／又は等価的な実施形態を図示及び説明した具体的な実施形態に本開示の範囲から逸脱することなく置き換えうる点は当業者には認識されるであろう。本願は、本明細書において説明した具体的な実施形態のあらゆる適応形態又は変形形態を包含することを目的としたものである。したがって本開示は、「特許請求の範囲」及びその均等物によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【国際調査報告】
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