(57)【要約】  マイクロプロジェクタは、ＬＥＤ層と、このＬＥＤ層に接続されたライトパイプと、ＬＣＯＳパネルと、投影レンズと、ＰＢＳと、前記ライトパイプの出力端部に接続されるとともに、前記光出力の一部を透過する透過開口部と、前記光出力の残りの部分を前記ライトパイプの入力端部に向けて反射する反射面とを備える開口層とを有する。これにより、光出力の残り部分はＬＥＤに戻しリサイクルされＬＥＤの光出力の光度を増大させる。前記マイクロプロジェクタは、更に、前記ライトパイプと前記開口層との間に配設されて、前記光出力の所定の偏光部分を透過しつつ、前記光出力の他の偏光部分を反射し、それによって、前記光出力の未使用偏光部分を前記ＬＥＤへとリサイクルして前記ＬＥＤの光出力の光度を増大させる反射偏光板を有する。
2011512547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光マルチプレクサ及びリサイクラであって、以下を有する、
それぞれが光出力を放射する複数のＬＥＤを含むＬＥＤ層、
入力端部と出力端部とを備える光学層、ここで当該光学層の前記入力端部は前記複数のＬＥＤに接続されてこれら複数のＬＥＤからの光出力を多重化する、そして
前記光学層の前記出力端部に接続された開口層、これは、前記多重化光出力の一部を透過して単一の光出力を提供する透過開口部と、前記多重化光出力の残り部分を前記光学層の前記入力端部に向けて反射し、それによって当該多重化光の残り部分を前記複数のＬＥＤにリサイクルして前記複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる反射面と、を備えている。
【請求項２】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を前記開口層に対して透過するレンズ層と、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクリングのために前記複数のＬＥＤに戻し反射する反射層とを有する。
【請求項３】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を前記開口層に透過するとともに、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクリングのために前記複数のＬＥＤに戻し反射するライトパイプを有する。
【請求項４】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を前記開口層に対して透過するレンズと、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクリングのために前記複数のＬＥＤに戻し反射する球状リフレクタとを有する。
【請求項５】
請求項３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ライトパイプの前記入力端部における、当該入力端部の前記複数のＬＥＤが接続されている領域以外をカバーする反射層を有する。
【請求項６】
請求項５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記反射層は、前記ライトパイプの前記入力端部における、当該入力端部の前記複数のＬＥＤが接続されている領域以外をカバーする反射コーティングである。
【請求項７】
請求項５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ライトパイプの前記入力端部における、当該入力端部の前記複数のＬＥＤが接続されている領域以外をカバーする反射コーティングによって選択的にコーティングされたガラスプレートを有する。
【請求項８】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記透過開口部は１６：９又は４：３のアスペクト比を有する。
【請求項９】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記複数のＬＥＤは、ＭｘＮアレイに配置され、ここでＭとＮは共に正の整数である。
【請求項１０】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記複数のＬＥＤをマウントするヒートシンクを有する。
【請求項１１】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記複数のＬＥＤは、複数のカラーＬＥＤチップを含む。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記複数のカラーＬＥＤチップは、複数の緑色ＬＥＤ、複数の赤色ＬＥＤ及び１つの青色ＬＥＤを含む。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ＬＥＤ層をカバーするフィルタ層を有し、ここで、カラーＬＥＤチップをカバーする当該フィルタ層の領域は、前記カラーＬＥＤチップによって放射された色の光を透過し、その他全ての色の光を反射する。
【請求項１４】
請求項３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ライトパイプは、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、ストレートライトパイプ、漸次的に大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、及び自由形状のライトパイプのうちの少なくとも１つである。
【請求項１５】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記透過開口部は、所定の色の光を透過し、その他全ての色の光を反射する反射コーティングを有する。
【請求項１６】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記透過開口部をカバーする複数のカラーフィルタを含むカラーホイールを有し、ここで、当該カラーホイールのどのカラーフィルタが前記倒壊開口部をカバーしているかに応じて、異なる色の光を透過する。
【請求項１７】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記透過開口部をカバーする反射偏光層を有し、これは、前記単一光出力の所定の偏光成分を透過しつつ、前記単一光出力のその他全ての偏光成分を前記光学層の前記入力端部に向けて反射し、それによって前記光の未使用偏光部分を前記複数のＬＥＤにリサイクルして前記複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記単一光出力の偏光状態を回転させて、前記光の未使用偏光成分を前記所定の光偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項１９】
請求項１５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記透過開口部をカバーする反射偏光層を有し、これは、前記単一光出力の所定の偏光成分を透過しつつ、前記単一光出力のその他全ての偏光成分を前記光学層の前記入力端部に向けて反射し、それによって前記光の未使用偏光部分を前記複数のＬＥＤにリサイクルして前記複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記単一光出力の偏光状態を回転させて、前記光の未使用偏光成分を前記所定の光偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項２１】
請求項１２に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ＬＥＤ層をカバーするフィルタ層を有し、ここで、前記緑色ＬＥＤチップをカバーする前記フィルタ層の領域は緑色の光を透過しつつその他全ての色の光を反射し、前記青色ＬＥＤチップをカバーする前記フィルタ層の領域は青色の光を透過しつつその他全ての色の光を反射し、そして前記赤色ＬＥＤチップをカバーする前記フィルタ層の領域は赤色の光を透過しつつその他全ての色の光を反射する。
【請求項２２】
請求項１８に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記光出力の前記所定の偏光成分を捕らえてマイクロプロジェクタを提供する投影レンズを有する。
【請求項２３】
請求項１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ＬＥＤ層はヒートシンク層上にマウントされたＬＥＤウエハである。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、異なる色の前記複数のＬＥＤを提供するべく前記ＬＥＤウエハ上に堆積される色蛍光物質を有する。
【請求項２５】
請求項２４に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ＬＥＤウエハをカバーするフィルタ層を有し、ここで、前記フィルタ層の各ＬＥＤをカバーする領域が前記各ＬＥＤによって放射される色の光を透過しつつその他全ての色の光を反射する。
【請求項２６】
請求項２５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を透過するレンズ層と、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクリングのためにこれら複数のＬＥＤに戻し反射して、それによってウエハスケールＬＥＤ照明システムのアレイを提供する反射層と、を有する。
【請求項２７】
請求項２６に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ウエハスケールＬＥＤ照明システムは、個々の片に切断されて複数の別体のウエハスケールＬＥＤ照明システムを提供する。
【請求項２８】
請求項２６に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記透過開口部をカバーして前記単一光出力の所定の偏光成分を透過しつつ、前記単一光出力のその他全ての偏光成分を前記光学層の前記入力端部に向けて反射して、それによって、光の未使用偏光成分をリサイクルして前記複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる反射偏光層を有する。
【請求項２９】
請求項２８に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、単一光出力の偏光状態を回転させて、前記光の未使用偏光成分を前記光の所定の偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項３０】
請求項２８に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記反射偏光層上のディスプレイパネルの層と、前記ディスプレイパネル層上の投影レンズ層とを有し、それによってウエハスケールプロジェクタシステムのアレイを提供する。
【請求項３１】
請求項３０に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ディスプレイパネル層は、透過性液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの層を含む。
【請求項３２】
請求項３１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記カラー蛍光物質は、複数の白色ＬＥＤを提供する白色蛍光物質を含む。
【請求項３３】
請求項３１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記カラー蛍光物質は、赤、緑及び青色ＬＥＤを提供する赤、緑及び青蛍光物質を含む。
【請求項３４】
請求項３３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ウエハスケールＬＥＤプロジェクタシステムの前記アレイは、個々の片に切断されて複数の別々のウエハスケールプロジェクタシステムを提供する。
【請求項３５】
請求項２５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を前記開口層に透過するレンズと、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクルのために前記複数のＬＥＤに戻し反射する球状リフレクタと、を有し、これによってウエハスケール照明システムのアレイが提供される。
【請求項３６】
請求項２５に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光学層は、前記複数のＬＥＤからの光出力の一部を前記開口層に透過するとともに、前記複数のＬＥＤからの光出力の残り部分をリサイクルのために前記複数のＬＥＤに戻し反射するライトパイプを有し、これによってウエハスケール照明システムのアレイが提供される。
【請求項３７】
請求項３６に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ウエハスケールＬＥＤ照明システムの前記アレイは、個々の片に切断されて複数の別々のウエハスケール照明システムを提供する。
【請求項３８】
請求項３６に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記透過開口部をカバーし、前記単一光出力の特定の偏光成分を透過するとともに、前記単一光出力のその他全ての偏光成分を前記光学層の前記入力端部に向けて反射し、それによって光の未使用偏光成分を前記複数のＬＥＤに戻して、前記複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる反射偏光層を有する。
【請求項３９】
請求項３８に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記単一光出力の偏光状態を回転させて前記光の未偏光成分を前記所定の光偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項４０】
請求項３８に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記反射偏光層上のディスプレイパネルの層と、前記ディスプレイパネル層上の投影レンズ層とを有し、それによってウエハスケールプロジェクタシステムのアレイを提供する。
【請求項４１】
請求項４０に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ディスプレイパネル層は、透過性液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの層を含む。
【請求項４２】
請求項４１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記カラー蛍光物質は、複数の白色ＬＥＤを提供する白色蛍光物質を含む。
【請求項４３】
請求項４１に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記カラー蛍光物質は、赤、緑及び青色ＬＥＤを提供する赤、緑及び青蛍光物質を含む。
【請求項４４】
請求項４３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記ウエハスケールＬＥＤプロジェクタシステムの前記アレイは、個々の片に切断されて複数の別々のウエハスケールプロジェクタシステムを提供する。
【請求項４５】
請求項３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記開口層は、前記ライトパイプの前記出力端部上の反射コーティングである。
【請求項４６】
請求項３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記開口層は、前記ライトパイプの前記出力端部をカバーするべく反射コーティングによって選択的にコーティングされたガラスプレートである。
【請求項４７】
マイクロプロジェクタであって、以下を有する、
光出力を放射するＬＥＤを含むＬＥＤ層、
入力端部と出力端部とを備えるライトパイプ、ここで該ライトパイプの前記入力端部は前記ＬＥＤに接続されている、
前記ライトパイプの前記出力端部に接続された開口層、これは、前記光出力の一部を透過する透過開口部と、前記光出力の残りの部分を前記ライトパイプの前記入力端部に向けて反射して、それによってこの光出力の残り部分を前記ＬＥＤにリサイクルして、前記ＬＥＤの光出力の光度を増大させる反射面とを備える、
前記ライトパイプと前記開口層との間に配設されて前記光出力の所定の偏光成分を透過しつつ、前記光出力のその他全ての偏光成分を反射し、それによって前記光出力の未使用偏光成分を前記ＬＥＤにリサイクルして前記ＬＥＤの前記光出力の光度を増大させる反射偏光子、
前記光出力の所定の偏光成分を受けこれを反射する反射型液晶（ＬＣＯＳ）パネル、ここで、前記透過開口部のサイズは、前記ＬＣＯＳパネルのサイズに実質的にマッチし、これにより、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の前記ＬＣＯＳパネルを接続する面が前記ＬＣＯＳパネルよりも大きい、そして
前記ＬＣＯＳパネルからの前記光出力の前記所定偏光成分を捕らえて画像を投影する投影レンズ。
【請求項４８】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプは、ストレートライトパイプ、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、漸次的に大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、及び自由形状のライトパイプのうちの少なくとも１つである。
【請求項４９】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、更に、前記単一光出力の偏光状態を回転させて前記光の未偏光成分を前記所定の光偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項５０】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記開口層は前記偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、その全ての面は全反射を提供するべく研磨されることによって前記ＰＢＳが波長板として機能し、前記ＰＢＳの前記ライトパイプに結合する面は前記ライトパイプの前記出力端部に実質的に等しいサイズを有する。
【請求項５１】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＣＯＳパネルは、前記ライトパイプの前記出力端部の反対側又は、前記ライトパイプに対して鉛直に配設されている。
【請求項５２】
請求項５０に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプの前記出力端部は凸面を有し、一体型レンズを形成する。
【請求項５３】
請求項５０に記載のマイクロプロジェクタであって、更に、前記ライトパイプと前記ＰＢＳとの間に配設されたフレネルレンズを有する。
【請求項５４】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤは白色ＬＥＤであり、前記ＬＣＯＳバネルはカラーピクセルＬＣＯＳである。
【請求項５５】
請求項５４に記載のマイクロプロジェクタであって、前記カラーピクセルＬＣＯＳは、複数の赤、緑及び青色ピクセルを提供する透明カラーフィルタを含む。
【請求項５６】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤ層はカラーＬＥＤのアレイを含むＬＥＤパッケージであり、更に、前記カラーＬＥＤアレイをカバーする反射層を有する。
【請求項５７】
請求項５６に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は、２色性コーティングによってコーティングされ、ここで、前記反射層のカラーＬＥＤをカバーする領域は、このカラーＬＥＤによって放射される色の光を透過しつつ、その他全ての色の光をリサイクリングのために前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項５８】
請求項５６に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は、前記ライトパイプの前記入力端部上の２色性コーティングであり、ここで、カラーＬＥＤに接続された前記ライトパイプの前記入力端部上の前記反射層の領域は、前記カラーＬＥＤによって放射されたカラー光を透過し、その他全てのカラー光をリサイクリングのために前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項５９】
請求項５６に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、青色、緑色及び赤色のＬＥＤのアレイを含む。
【請求項６０】
請求項５９に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと１つの赤色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項６１】
請求項６０に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと二つの緑色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項６２】
請求項４７に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤは、互いに緊密にパッキングされた同じ色のＬＥＤのクラスタを含む。
【請求項６３】
マイクロプロジェクタであって、以下を有する、
光出力を放射するＬＥＤを含むＬＥＤ層、
入力端部と出力端部とを備えるライトパイプ、ここで前記ライトパイプの前記入力端部はＬＥＤに接続されている、
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、その全ての面は全反射を提供するべく研磨されることによって前記ＰＢＳが波長板として機能し、前記ＰＢＳは、前記ライトパイプの前記出力端部に接続されるとともに透過開口部を備え、ここで前記ＰＢＳの前記ライトパイプに接続する面は前記ライトパイプの前記出力端部に実質的に等しいサイズを有する、
前記光出力の所定の偏光成分を受けこれを反射する反射型液晶（ＬＣＯＳ）パネル、ここで、前記透過開口部のサイズは、前記ＬＣＯＳパネルのサイズに実質的にマッチし、これにより、前記ＰＢＳの前記ＬＣＯＳパネルを接続する面が前記ＬＣＯＳパネルよりも大きい、
前記ＰＢＳの面に接続されて、前記ＬＣＯＳパネルからの前記光出力の前記所定偏光成分を捕らえて画像を投影する投影レンズ、そして
ここで、前記ＰＢＳの全ての面は、前記投影レンズと前記透過開口部とに接続された面を除いて反射コーティング有して、前記光出力の一部を前記透過開口部を通って透過するとともに、前記光出力の残りの部分を前記ＬＥＤに戻し反射しリサイクルして前記ＬＥＤの光出力の光度を増大させる。
【請求項６４】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプは、ストレートライトパイプ、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、漸次的に大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、及び自由形状のライトパイプのうちの少なくとも１つである。
【請求項６５】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、更に、前記ライトパイプと前記ＰＢＳとの間に配置されて、前記単一光出力の偏光状態を回転させて前記光の未偏光成分を前記所定の光偏光成分に変換する波長板を有する。
【請求項６６】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＣＯＳパネルは、前記ライトパイプの前記出力端部の反対側又は、前記ライトパイプに対して鉛直に配設されている。
【請求項６７】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプの前記出力端部は凸面を有し、一体型レンズを形成する。
【請求項６８】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、更に、前記ライトパイプと前記ＰＢＳとの間に配設されたフレネルレンズを有する。
【請求項６９】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤは白色ＬＥＤであり、前記ＬＣＯＳバネルはカラーピクセルＬＣＯＳである。
【請求項７０】
請求項６９に記載のマイクロプロジェクタであって、前記カラーピクセルＬＣＯＳは、複数の赤、緑及び青色ピクセルを提供する透明カラーフィルタを含む。
【請求項７１】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤ層は、カラーＬＥＤのアレイを含むＬＥＤパッケージであり、更に、前記カラーＬＥＤのアレイをカバーする反射層を有する。
【請求項７２】
請求項７１に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は、２色性コーティングによってコーティングされ、これにより、この反射層のカラーＬＥＤをカバーする領域が当該カラーＬＥＤによって放射された色の光を透過し、かつ、リサイクリングのためにその他全ての色の光を前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項７３】
請求項７１に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は前記ライトパイプの前記入力端部上の２色性コーティングであり、これによって、この反射層のカラーＬＥＤをカバーする領域が当該カラーＬＥＤによって放射された色の光を透過し、かつ、リサイクリングのためにその他全ての色の光を前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項７４】
請求項７１に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、青、緑及び赤のＬＥＤのアレイを含む。
【請求項７５】
請求項７４に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと１つの赤色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項７６】
請求項７５に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと二つの緑色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項７７】
請求項６３に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、互いに緊密にパッキングされた同じ色のＬＥＤのクラスタを含む。
【請求項７８】
マイクロプロジェクタであって、以下を有する、
光出力を放射するＬＥＤを含むＬＥＤ層、
入力端部と出力端部とを備えるライトパイプ、ここで前記ライトパイプの前記入力端部はＬＥＤに接続されている、
全反射（ＴＩＲ）立方体プリズム、これは第１及び第２三角プリズムを含み、これら第１及び第２三角プリズムの全ての面は研磨されて導波路を提供する、
画像形成領域を提供するべく前記ＴＩＲ立方体プリズムの前記第１三角プリズムの面に接続された複数のチルト可能ミラーを含むデジタルミラー装置（ＤＭＤ）、ここで前記第１三角プリズムの前記面は、前記画像形成領域と前記ＤＭＤに入射する前記光出力の光線よりも大きい、
前記画像形成領域の外側で前記三角プリズムの前記面をカバーする反射構造、ここで当該反射構造は、この反射構造に入射する前記光出力の光線の残り部分を前記ＬＥＤに向けての反射、リサイクルして前記ＤＭＤの光出力の光度を増大させる、そして
前記第２三角プリズムの面に接続されて、前記ＤＭＤの前記チルト可能ミラーがＯＮされた時に、前記ＤＭＤから反射された前記光線を捕らえて画像を投影する投影レンズ。
【請求項７９】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプは、ストレートライトパイプ、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、漸次的に大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、及び自由形状のライトパイプのうちの少なくとも１つである。
【請求項８０】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ライトパイプ、前記ＴＩＲ立方体プリズム、前記ＤＭＤ、及び前記投影レンズの間の空間は空隙又は低指数接着剤によって充填されている。
【請求項８１】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射構造は、アングルリフレクタアレイ、ミラーのアングルアレイ、回折格子又はレトロリフレクアレイ、のいずれかである。
【請求項８２】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤ層は、複数のカラーＬＥＤのアレイと、更に、このカラーＬＥＤのアレイをカバーする反射層とを含む。
【請求項８３】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は、２色性コーティングによってコーティングされ、これにより、前記反射層のカラーＬＥＤをカバーする領域はこのカラーＬＥＤによって放射された色の光を透過するとともに、他の全ての色の光をリサイクリングのために前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項８４】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記反射層は、前記ライトパイプの前記入力端部の２色性コーティングであって、これにより、前記ライトパイプの前記入力端部上の前記反射面のカラーＬＥＤに接続された領域はこのカラーＬＥＤによって放射された色の光を透過するとともに、他の全ての色の光をリサイクリングのために前記カラーＬＥＤに戻し反射する。
【請求項８５】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、青、緑及び赤ＬＥＤのアレイを含む。
【請求項８６】
請求項８５に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと１つの赤色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項８７】
請求項８６に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、１つの青色ＬＥＤと二つの緑色ＬＥＤとのアレイを含む。
【請求項８８】
請求項７８に記載のマイクロプロジェクタであって、前記ＬＥＤパッケージは、互いに緊密にパッキングされた同じ色のＬＥＤのクラスタを含む。
【請求項８９】
光マルチプレクサ及びリサイクラであって、以下を含む、
光源によって励起された時に光線を放射するとともに、反射面を備える発光層、
入力端部と出力端部とを備えるライトパイプ、ここで前記ライトパイプの前記入力端部は前記発光層に接続されて当該発光層からの光線を多重化して光出力を提供する、そして
前記ライトパイプの前記出力端部に接続された開口層、これは、前記光出力の一部を透過する透過開口部と、前記透過開口部に向けて光出力の残り部分を戻し反射しリサイクルする前記発光層に向けて光出力の残り部分を反射する反射面と、を有する。
【請求項９０】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、複数の波長又は色を有する光線を放射する単数又は複数の種類の組成物を含む。
【請求項９１】
請求項９０に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記単数又は複数種類の組成物は、前記発光層のそれぞれ異なる領域が異なる色の光線を放射するように前記発光層において空間的に分布されている。
【請求項９２】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層を励起するために使用される前記光源は、アークランプ、ＬＥＤ又はレーザのいずれかである。
【請求項９３】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光源は、第１波長の光線を放射し、前記発光層は第２波長の光線を放射し、前記第１波長は前記第２波長よりも短い。
【請求項９４】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記光源は、第１波長の光線を放射し、前記発光層は第２波長の光線を放射し、前記第１波長は前記第２波長よりも長い。
【請求項９５】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、前記ライトパイプの前記入力端部にコーティングされている。
【請求項９６】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、前記ライトパイプの前記入力端部の近傍に配設されたガラスプレートを有し、前記発光層は前記ガラスプレートにコーティングされている。
【請求項９７】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、前記光源にコーティングされている。
【請求項９８】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、互いに対向する反射層によって形成され、前記発光層を収納して、当該発光層によって放射された光線の角度分布を減少させるキャビティを有する。
【請求項９９】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、互いに対向する反射層によって形成され、前記発光層と前記光源とを収納して、前記発光層によって放射された光線の角度分布を減少させるキャビティを有する。
【請求項１００】
請求項９２に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記レーザはダイオードレーザである。
【請求項１０１】
請求項１００に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、前記ダイオードレーザによって励起される赤色、緑色及び青色光発光材料を含む。
【請求項１０２】
請求項１００に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、赤色、緑色及び青色光発光材料を含み、各発光材料は少なくとも１つのダイオードレーザによって励起される。
【請求項１０３】
請求項８９に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、前記発光層は、前記光源からの光線を透過しつつ、前記発光層から放射された前記光線を反射して、前記発光層が１つの方向の光線を放射するように、コーティングされている。
【請求項１０４】
請求項１０３に記載の光マルチプレクサ及びリサイクラであって、更に、三つの立方体プリズムを有し、ここで、前記発光層は、それぞれ、赤色、緑色及び青色の光線を放射する赤色、緑色及び青色発光材料を含み、各発光材料は少なくとも１つのダイオードレーザによって励起されるとともに別々の立方体プリズムに接続されて前記赤色、緑色及び青色の光線を赤色の単一の光出力へと多重化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤの出力を多重化する、特に、多重化されたＬＥＤ出力の光度をリサイクリングによって増大させるシステムと方法、及び、これらのマイクロプロジェクタへの組み込みに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源は、あらゆるタイプの照明用途において使用される。典型的な光源は、非限定的に、ランプ、ハロゲン、蛍光装置、マイクロ波ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。多くの用途は、小さな有効発光（emitting）領域での高レベルの光度を必要とする。高レベルの光度は、従来は、より多くの光源を追加することによって可能であった。しかしながら、もしも複数の光源を組み入れるための空間が限られている場合には技術的に不可能であるし、かつ、複数の光源を組み入れて使用することは高コストであるため経済的に実施不能でもありうる。従って、本発明は、光源の数を増加することなく、１つの光源の光度を増大させることの要望に基づくものである。
【０００３】
例えば、マイクロディスプレイ型テレビジョン（ＭＤＴＶ）は、大画面でありながら低コストとなる潜在性を有する。従来のＭＤＴＶは、通常、アークランプによって照明される。この光源は最小コストで最も高光度であるが、白色光を３つの色に分割する必要性と、寿命の短さとによってそれは魅力の低いものとなっている。ＬＥＤ技術の進歩に伴い、ＬＥＤの長寿命という特徴と瞬時ＯＮ等のその他の特徴を利用するべくＭＤＴＶの光源としてＬＥＤを使用することを考慮する必要がある。しかしながら、現時点では、ＬＥＤは、小型画像形成パネルを使用する、又は大型のスクリーンを用いる低コスト用途用としてはその光度は十分なものではない。光源の光度を高めるためにＬＥＤリサイクリング構成が提案されている。Zimmerman et al.の米国特許第６，８６９，２０６号を参照。しかし、Zimmerman et al.は、ＬＥＤを１つの光出力開口部を備える光反射キャビティに入れることを開示している。又、Zimmerman et al.に発行された米国特許第６，１４４，５３６号は、ガス充填中空内部を取り囲む蛍光体コーティングを備えるガラスエンベロープを有する蛍光灯を記載している。前記蛍光体コーティングによって発生された光の一部は、この蛍光体コーティングにリサイクルされる。本発明は、より小型のパネルを利用可能とする、或いは、大型のスクリーンを十分な光度で照明可能となるように効率的にリサイクルすることによって、ＬＥＤの利用可能な光度を増大させるべく単数又は複数のＬＥＤに接続可能なリサイクリング装置を提供するという要望に基づくものである。
【０００４】
例えば、ＬＥＤは、一般的な照明、建築物の照明、更に、より最近ではプロジェクションテレビなどの多く照明用途に使用されている１つのタイプの光源である。例えば、プロジェクションテレビに使用される場合、ＬＥＤは、テレビジョンスクリーン上に必要な高光出力を提供するために小さな有効発光領域に高光度レベルで発光しなければならない。具体的には、ＬＥＤは、小さな有効発光領域における小さな立体角で、ルーメン単位で測定したときに、プロジェクションテレビに使用可能であるように、強力で明るい光を提供しなければならない。
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発において非常に大きな進歩がなされたが、現在利用可能なＬＥＤの出力光度は多くの投光用途用としてはいまだ不十分である。原色の複数のＬＥＤを組み合わせ、光度を増大するべく出力光をリサイクリングする種々の方法が提案されている。しかし、これらの方法の大半は、高価なコンポーネントを利用するものであるか、および／又は、大型で嵩高い装置になり、それによってそれらの用途は限られたものとなっている。従って、本発明は、これらの問題を解決する、リサイクリング機能を備える低コストのＬＥＤマルチプレクサに対する要望に基づくものである。
【０００６】
情報伝達の進歩に伴い、画像の表示が、市場での重要な通信手段となっている。例えば、ｍｐ３プレーヤー、携帯電話、オーディオおよび／又はビデオプレーヤー、携帯デジタル端末（ＰＤＡ）、などの携帯電子装置は、そのサイズと価格が減少し続けているが、これらの携帯電子装置における大きな表示領域の必要性は相変わらず残っている。従って、現在では、スクリーンサイズがこれらの携帯電子装置のサイズを限定しており、これら携帯電子装置にマイクロプロジェクタを組み込むことは極めて望ましいことではあるが、それらの高コストによってそのような完全な組み込みが出来ない状態である。しかし、現在利用可能なマイクロプロジェクタのアーキテクチャは、単純に標準型プロジェクタの縮小版であり、そのため、低コストの携帯電子装置に組み込むにはいまだそのコストは高すぎる。なんらかのコンポーネントをこれら携帯電子装置に組み込むにあたって最も重要なパラメータは、そのサイズとコストである。従って、本発明は、本発明の実施例により、低コストプロジェクタに、一体型マルチプレクサ及びリサイクラを提供するという要望に基づくものである。
【０００７】
従って、本発明は、ＬＥＤマルチプレクサのサイズを小さく維持しながら、ＬＥＤの光度を増大するためのリサイクリング機能を備える低コストＬＥＤマルチプレクサを提供するという要望に基づくものである。これにより、本発明のＬＥＤマルチプレクサ及びリサイクラは、低コストの携帯電子装置に使用される低コストマイクロプロジェクタに容易に組み込むことが可能となる。即ち、本発明のマイクロプロジェクタは、携帯電子装置と容易に一体化が可能な、小型で、低コスト、多用途で明るいＬＥＤ型照明システムを提供する。このＬＥＤ型照明システムは、更に、色を多重化してカラーピクセルディスプレイと時系列（time sequential）ディスプレイとの両方を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，８６９，２０６号
【特許文献２】米国特許第６，１４４，５３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の課題は、ＬＥＤの光度を増大するためのリサイクリング機能を備えたＬＥＤマルチプレクサを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、マイクロプロジェクタに容易に組み込むことが可能な、リサイクリング機能付き小型、低コスト、ＬＥＤマルチプレクサを提供することにある。
【００１１】
本発明の更に別の課題は、ＬＥＤの赤、緑及び青出力を効率的に組み合わせ、その光度を増大させるべくその出力をリサイクルする、ライトパイプ型ＲＧＢマルチプレクサを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に別の課題は、ウエハスケールＬＥＤプロジェクションシステムに拡張可能なウエハスケールＬＥＤ照明システムを提供することにある。即ち、完全な照明及びプロジェクションシステムをウエハ形状に作り、これを最後に個々のシステムへとカットすることができる。
【００１３】
本発明の更に別の課題は、本発明のマルチプレクサ及びリサイクラを組み込んだ、携帯電子装置用の低コストマイクロプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施例によれば、光マルチプレクサ及びリサイクラは、そのそれぞれが光出力を発する複数のＬＥＤを備えるＬＥＤ層を有する。前記光マルチプレクサ及びリサイクラは、更に、入力端部と出力端部とを備える光学層を有する。前記光学層の入力端部は、前記複数のＬＥＤに接続されて、これら複数のＬＥＤからの光出力を多重化する。開口層が前記光学層の出力端部に接続され、これは、多重化された光出力の一部を透過して単一の光出力を提供する透過開口部と、前記多重化された光の残り部分を前記光学層の入力端部に向けて反射する反射面とを備えている。これにより、前記多重化光の前記残り部分は、前記複数のＬＥＤへとリサイクルされてこれら複数のＬＥＤの光出力の光度を増大させる。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、マイクロプロジェクタは、光出力を発するＬＥＤを備えるＬＥＤ層を有する。前記マイクロプロジェクタは、更に、入力端部と出力端部とを備えるライトパイプを有し、前記ライトパイプの出力端部は前記ＬＥＤに接続されている。開口層が前記ライトパイプの出力端部に接続され、これは、光出力の一部を透過する透過開口部と、前記光出力の残り部分を前記ライトパイプの入力端部に向けて反射する反射面とを備えている。これにより、前記光出力の残り部分は、前記ＬＥＤへとリサイクルされてこのＬＥＤの光出力の光度を増大させる。前記マイクロプロジェクタは、更に、前記光出力の所定の偏光部分を受け取りこれを反射する反射型液晶（liquid crystal on silicon）（ＬＣＯＳ）パネルを有し、前記ＬＣＯＳパネルを接続する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の面が前記ＬＣＯＳパネルよりも大きい状態で、前記透過開口部のサイズは実質的に前記ＬＣＯＳパネルのサイズにマッチしている。更に、前記マイクロプロジェクタは、前記ＬＣＯＳパネルからの前記光出力の所定偏光部分を捕らえて、画像を投影する投影レンズを有する。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、マイクロプロジェクタは、光出力を発するＬＥＤと、入力端部と出力端部とを備えるライトパイプとを有するＬＥＤ層を含む。前記ライトパイプの前記入力端部は、前記ＬＥＤに接続されている。前記マイクロプロジェクタは、更に、偏光ビームスプリッタを有し、このスプリッタの全ての面は、前記ＰＢＳが導波路（wave guide）として機能するべく全反射を提供するように研磨されている。
【００１７】
本発明のその他種々の課題、利点及び特徴は、以下の詳細説明から容易に理解されるであろう、そして、その新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
具体例として提供され、本発明をそれに限定するものではない、以下の詳細説明は、添付の図面を参照することによって良く理解されるであろう。これらの異なる図面において、類似のコンポーネント又は特徴構成る同様の参照番号によって表されている。
【図１】本発明の実施例によるライトパイプ型光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図である。
【図２】図１のライトパイプ型光マルチプレクサ及びリサイクラの斜視図である。
【図３ａ】本発明の実施例による、透過開口部を除いて反射コーティングを備えるライトパイプの出力端部の斜視図である。
【図３ｂ】本発明の実施例による、透過開口部を除いて反射コーティングを備えるライトパイプの出力端部の斜視図である。
【図４】本発明の実施例による、ライトパイプの入力端部に取り付けられた選択的にコーティングされた薄いガラスプレートを備える本発明のライトパイプ型光マルチプレクサ及びリサイクラの斜視図である。
【図５】本発明の実施例による外部光源によって励起される発光層を使用する本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図である。
【図６】図５の本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図であって、本発明の実施例により前記発光層は前記外部光源上に直接コーティングされている。
【図７ａ】本発明の実施例により、前記発光層および／又は前記外部光源を収納するキャビティの断面図である。
【図７ｂ】本発明の実施例により、前記発光層および／又は前記外部光源を収納するキャビティの断面図である。
【図８ａ】図５の本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図であって、ここで、本発明の実施例により前記発光層は、レーザによって励起される単数又は複数の異なる種類の発光材を含む。
【図８ｂ】本発明の実施例によるレーザによって励起される三種類の発光材を含む発光層の図である。
【図９ａ】図５の本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図であって、ここで、本発明の実施例により前記発光層は、単数又は複数のレーザによって励起される単数又は複数種の発光材を含む。
【図９ｂ】図５の本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図であって、ここで、本発明の実施例により前記発光層は、単数又は複数のレーザによって励起される単数又は複数種の発光材を含む。
【図９ｃ】図５の本発明の光マルチプレクサ及びリサイクラの断面図であって、ここで、本発明の実施例により前記発光層は、単数又は複数のレーザによって励起される単数又は複数種の発光材を含む。
【図１０】本発明の実施例によるコーティングを備える発光層の断面図である。
【図１１】本発明の実施例による、三種類の発光材からの三色の光を多重化して１つの出力を形成する三つの立方体プリズムの断面図である。
【図１２】本発明の実施例による、ウエハスケール照明システムおよび／又はウエハスケールプロジェクタシステムの略図である。
【図１３】本発明の実施例による、ウエハスケールライトパイプ型照明システムおよび／又はウエハスケールライトパイプ型プロジェクタシステムの略図である。
【図１４】本発明の実施例による、ウエハスケール照明システムおよび／又はウエハスケールプロジェクタの略図である。
【図１５】本発明の実施例による、カバーガラスを備えるＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１６】本発明の実施例によるマイクロプロジェクタの断面図である。
【図１７】本発明の実施例によるマイクロプロジェクタの断面図である。
【図１８】本発明の実施例によるマイクロプロジェクタの断面図である。
【図１９】本発明の実施例によるマイクロプロジェクタの断面図である。
【図２０】本発明の実施例によるＬＣＯＳパネルを接続するための開口部を除いて反射コーティングされているＰＢＳの面の図である。
【図２１】本発明の実施例による、ＤＭＤを内蔵するマイクロプロジェクタの断面図である。
【図２２】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【図２３】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【図２４】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【図２５】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【図２６ａ】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【図２６ｂ】本発明の実施例による、光マルチプレクサ及びリサイクラの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して、以下、本発明の実施例を説明する。これらの実施例は本発明の原理を例示するものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【００２０】
本発明の実施例により、光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、複数のＬＥＤ１１４０を備えるＬＥＤ層１１００を有する。各ＬＥＤ１１４０は、ライトパイプ１２００等の光学層１２００に光出力を発する。前記光学層１２００は、入力端部１２１０と出力端部１２２０とを備えている。前記光学層１２００の入力端部１２１０は、前記複数のＬＥＤ１１４０に接続されて、これら複数のＬＥＤ１１４０からの光出力を多重化する。従って、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、前記光学層１２００の前記出力端部１２２０に接続された、反射コーティング１５００等の、開口層１５００を有する。この開口層１５００は、前記多重化された光出力の一部を透過して単一の光出力１６００を提供する透過開口部１５１０と、前記多重化光の残り部分を、前記光学層１２０の入力端部１２１０に向けて反射し、それによってこの多重化光の残り部分を前記複数のＬＥＤ１１４０にリサイクルしてこれら複数のＬＥＤ１１４０の光出力の光度を増大させる反射面とを備えている。好ましくは、反射層１４００が、前記ライトパイプ１２００の入力端部１２０の領域１４１０，１４２０，１４３０を除いてこのライトパイプ１２００の入力端部端部１２１０をカバーし、ここで、前記複数のＬＥＤ１１４０は、前記入力端部１２１０が領域１４１０，１４２０，１４３０を除いて、光の全ての色に対して反射性である。
【００２１】
本発明の実施例により、図１は、ヒートシンク１１５０上に取り付けられた複数のＬＥＤチップ１１４０を含むＬＥＤ層１１１０と、光学層又はライトパイプ１２００とを備えるライトパイプ型光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００を図示している。前記ＬＥＤマルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、前記ライトパイプ１２００を使用して赤色、緑色及び青色のＬＥＤチップ１１１０，１１２０，１１３０の出力を多重化又は組み合わせて、単一の出力１６００を作り出す。本発明の一態様により、前記反射層１４００は、前記入力端部１２１０が、前記ＬＥＤチップ１１４０の上方又はこれらに対応する前記表面１２１０の入力端部の領域を除いて全ての色の光に対して反射性となるように構成された反射コーティング１４００である。更に、前記赤色ＬＥＤチップ１１１０の上方又はこれに対応する前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０の前記領域１４１０は、赤色光は透過するが、緑や青の光は反射する透過性赤色コーティングでコーティングされている。同様に、前記緑色ＬＥＤチップ１１２０の上方又はこれに対応する前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０の前記領域１４２０は、緑色光は透過するが、赤や青の光は反射する透過性緑色コーティングでコーティングされている。前記青色ＬＥＤチップ１１３０の上方又はこれに対応する前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０の前記領域１４３０は、青色光は透過するが、赤や緑の光は反射する透過性青色コーティングでコーティングされている。図１には、１つの赤色ＬＥＤチップ１１１０、１つの緑色ＬＥＤチップ１１２０、１つの青色ＬＥＤチップ１１３０のみが図示されているが、複数の赤色ＬＥＤチップ１１１０、複数の緑色ＬＥＤチップ１１２０、複数の青色ＬＥＤチップ１１３０を前記ヒートシンク１１５０上に取り付けることも可能である。好ましくは、前記ライトパイプ１２００の前記出力端部又は面１２２０は、この出力端部又は面１２２０の前記出力１６００が接続されている前記領域又は透過開口部１５１０を除いて反射性コーティング１５００を備えている。
【００２２】
前記赤色ＬＥＤチップ１１１０からの赤色光が前記ライトパイプ１２００に入ると、この赤色光の一部分は前記透過開口部１５１０を通って該ライトパイプから出る。前記赤色光の残りの部分は、ライトパイプ１２００の入力端部１２１０に向けて反射され、リサイクルされる。同様に、前記緑色ＬＥＤチップ１１２０からの緑色の光と前記青色ＬＥＤチップ１１３０からの青色光がライトパイプ１２００に入ると、これら緑色及び青色光の一部分が透過開口部１５１０を通ってライトパイプ１２００から出るとともに、これら緑色及び青色光の残りの部分はリサイクルされる。
【００２３】
図２は、本発明の実施例による、三種類の色（赤、緑及び青）の９つのＬＥＤチップ１１４０を備える光マルチプレクサ及びリサイクラの斜視図を示している。実際の用途においては、ＬＥＤチップ１１４０の数とこれらＬＥＤチップによって発せられる色は、所望の出力を作り出すべく最適化することができる。前記ＬＥＤチップ１１４０は、図２に図示されている３ｘ３アレイなどの任意のＭｘＮアレイ（ここでＭとＮは共に正の整数である）で配置することができる。
【００２４】
図３ａ及び図３ｂは、反射コーティング１５００によって取り囲まれたライトパイプ１２００の出力端部１２２０に透過性又は出力開口部１５１０を有する開口層１５００の二つの例を図示している。前記透過開口部１５１０は、前記ライトパイプ１２００の出力端部１２２０よりも小さい。又、前記透過開口部１５１０は、１６：９（図３ａ）、４：３（図３ｂ）、又はその他の許容可能なアスペクト比を有するものとすることができる。
【００２５】
本発明の実施例により、前記透過開口部１５１０は、赤色の光などの所定の色の光を透過しつつ、その他全ての色の光をリサイクリングのために前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０に向けて反射する反射コーティング１５３０によってコーティングされている。好ましくは、前記透過開口部１５１０は、更に、反射偏光コーティング１５４０によってもコーティング可能であり、或いは、ｓ−偏光やｐ−偏光などの所定の偏光の光出力を透過しつつ、その他全ての偏光の光出力（即ち、使用されない偏光の光）をリサイクリングのために反射する反射偏光層１５４０によってカバーすることができる。或いは、前記透過開口部１５１０は、前記反射コーティング１５３０無しで、前記反射偏光コーティングによってコーティング、又は、反射偏光層１５４０によってカバーされる。本発明の一態様により、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、更に、前記反射偏光層１５４０と反射コーティング１５３０との間、或いは、前記反射偏光層１５４０と前記透過開口部１５１０との間、に波長板１５５０を備える。この波長板１５５０は、光出力の偏光状態を回転させて、未使用の偏光の光を利用可能な所定の偏光の光に変換する。
【００２６】
本発明の実施例により、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、複数のカラーフィルタを含むカラーホイールを有し、各カラーフィルタは当該カラーフィルタに対応する色の光を透過するとともに、その他全ての色の光を反射する。即ち、ここでは、前記反射コーティング１５３０は、前記透過開口部１５１０をカバーしてとのカラーホイールのどのカラーフィルタが透過開口部１５１０をカバーしているかに応じて、異なる色の光を選択的に透過するカラーホイールによって置き換えられている。
【００２７】
本発明の当該実施例は、図１、２に図示されているように、前記ライトパイプ１２００の入力及び出力端部に直接コーティングされた反射コーティング１４００，１５００を備えている。これは高効率ではあるが、コスト高となりうる。従って、低コスト用途において、前記反射コーティング１４００，１５００を、例えば、選択的、反射コーティングされた薄いガラスプレート１４００等によって別々に行うことが可能である。１つの大きなガラスプレートを、反射コーティングによって選択的又はパターンコーティングして、その後、図４に図示されているように、ライトパイプ１２００の入力端部１２１０又は出力端部１２２０にマッチするように適当なサイズにカットすることも可能である。そしてこのようなパターン又は選択的にコーティングされたガラスプレート１４００がライトパイプ１２００に取り付けられる。
【００２８】
本発明の実施例により、前記ライトパイプ１２００は、以下のいずれかとして構成することが可能である。即ち、真直ぐな中空ライトパイプ、漸次的大きくテーパードされた（tapered）中実ライトパイプのように、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、ストレートライトパイプ、漸次的大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、その形状が等式によって定義される自由形状のライトパイプ、或いは数値的又はその他の手段によって決定される完全な自由形状のライトパイプ、又はこれらの任意の適当な組み合わせ。これら全ての様々なライトパイプがここではライトパイプと総称される。ライトパイプについて言及される場合は、それは、常に、個々に記載の種々のライトパイプいずれか、又は、これら種々のライトパイプの組み合わせを含む。
【００２９】
本発明の実施例により、図５に図示されているように、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、その入力側において、光源１７５０による励起時に光線を発生するとともに、反射面を備える発光層１７００を備える。前記ライトパイプ１１２０の入力端部１２１０は、前記発光層１７００に接続されてこの発光層１７００から発せられる光線を多重化して光出力を提供する。図１に図示されているように、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、その出力側に、前記ライトパイプ１２００の出力端部１２２０に接続される開口層１５００を有し、前記光出力の一部を透過する透過開口部１５１０と、前記透過開口部１５１０に向けて光出力の残り部分を戻し反射しリサイクルする前記発光層１７００に向けて光出力の残り部分を反射する反射面と、を備えている。
【００３０】
ここに記載されるように、但し図５には図示されていないが、前記発光層１７００を備える前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００は、更に、図１に示されているように、前記反射コーティング１５３０および／又は前記反射偏光層１５４０、および／又は、所定の色および／又は偏光の光を透過しつつ使用されていない色および／又は偏光の光を反射／リサイクルする波長板１５５０、によって部分的又は全体がカバーされた出力端部１２２０を備えるライトパイプ１２００を有している。前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０は、外部光源１７５０によって励起される発光層１７００の近傍に配設され、これにより、前記発光層１７００によって発せられた光が、ライトパイプ１２００中へとつながれる。好ましくは、前記発光層１７００は、更に、反射性を有し、前記ライトパイプ１２００の出力端部１２２０から反射された光は、その全部又は一部が、この反射性発光層１７００から前記ライトパイプ１２００の出力端部１２５０へと戻し反射される。
【００３１】
本発明の実施例により、前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０の近傍の前記発光層１７００は、複数の波長又は色を有する光線を放射する単数又は複数種類の材料組成物を含む。即ち、前記発光層１７００は、この発光層１７００の材料組成物に応じて、１つの色の光のみ、又は複数色の光を放射することができる。好ましくは、前記発光層１７００の種々の材料組成物は、この発光層１７００の各領域がそれぞれ別々の色の光線を放射するように、空間分布されている。前記外部励起光源１７５０は、１つの波長又は複数の波長の光（即ち、単数色又は複数色）を放射する、アークランプ、ＬＥＤ、レーザ、など、とすることができる。本発明の一態様により、前記励起波長（単数又は複数）（即ち、前記外部励起光源１７５０によって放射される光の波長）は、前記発光層１７００によって放射される波長（単数又は複数）よりも短いものとすることができる。例えば、赤、緑、青、その他の色の光を発生するために、青色又はＵＶ光を使用することができる。好ましくは、前記発光層１７００は、蛍光物質、又は、蛍光物質と同じ特性を有するその他の物質、から形成することができる。或いは、前記励起波長（単数又は複数）は、前記発光層１７００の波長（単数又は複数）よりも長いものとすることも可能である。例えば、赤外光は、赤、緑、青、又はその他の色の光を、非線形光学結晶を使用して、発生するために使用される。
【００３２】
本発明の実施例により、前記発光層１７００は、図１の反射コーティング１４００に類似して、ライトパイプの入力端部１２１０にコーティングすることができる。或いは、前記発光層１７００は、図４の薄いガラスプレート１４００に類似して、透明材のシート、例えば、ガラスプレート、上にコーティングし、前記ライトパイプ１２００の入力端部１２１０の近傍に配置するか、もしくは、図６に図示されているように前記励起光源１７５０上に直接コーティングすることも可能である。例えば、前記蛍光物質を青色又はＵＶ  ＬＥＤ１７５０上に直接コーティングし、そして、前記非線形光学結晶材を赤外線ＬＥＤ１７５０上に直接コーティングすることができる。青色又はＵＶ ＬＥＤ１７５０の一具体例は、ＧａＮ上に形成される発光接点である。赤外線ＬＥＤ １７５０の一具体例は、ＧａＡｓ上に形成される発光接点である。
【００３３】
本発明の実施例により、図７ｂに図示されているように、前記発光層１７００は、この発光層１７００の両側の全反射又は部分反射層１８１０の間に配設されてキャビティ１８００を形成し、それによって、この発光層１７００によって放射される光がより小さな出力角分布となるように、又はその角度分布を減少させている。本発明の一態様により、前記励起光源１７５０と前記発光層１７００とは、図７ａに図示されているように、前記キャビティ１８００内にある。
【００３４】
本発明の実施例により、図８ａに図示されているように、前記発光層１７００は、レーザによって励起された時に、単数又は複数の色の光を放射するために単数又は複数種の発光材１７１０を含む（例えば、色の違う蛍光物質を含有する）。これらの発光材は、行、列、アレイ又はなんらかの所定のパターン、で配置することができる。例えば、図８ｂは、三種類の発光材料１７１０（緑、赤及び青色発光材１７１０）を備える発光層１７００を図示している。好ましくは、前記レーザはダイオードレーザである。青色又はＵＶレーザの一例は、ＧａＮ材を使用して作られるレーザである。赤外線レーザの一例は、ＧａＡｓを使用して作られるレーザである。
【００３５】
本発明の実施例により、図９ａに図示されているように、前記発光層１７００の単数又は複数種類の発光材１７１０を励起するために単数又は複数のレーザ１７５０を使用することができる。例えば、図９ｂにおいて、三種類のレーザ１７５０を使用することができ、各レーザは、異なる発光材１７１０を励起し、それによって、光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００が発光層１７００からの三種類の色の放射を制御することを可能としている。本発明の一態様により、１つ以上のレーザ１７５０が、同じ発光材１７１０を励起するために用いられ、それによって、その発光材からより高い光出力を作り出す。例えば、図９ｃにおいて、前記赤色及び青色発光材１７１０は、それぞれ、１つのレーザ１７５０によって励起されるが、緑色の発光材１７１０は、二つのレーザによって励起され、それによって、前記発光層１７００によって青色又は赤色の光のどちらよりもより緑色の光を作り出す。
【００３６】
本発明の実施例により、図１０に図示されているように、前記発光層１７００はコーティングされ、そのコーティング１７６０が前記励起光源１７５０からの光は透過するが、前記発光層１７００によって発生された光は反射して、発生された光が１つの方向にのみ放射され、それによって、前記発光層１７００と、本発明の前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００の効率を増大させるように構成されている。好ましくは、前記励起光源１７５０の近傍の前記発光層１７００の表面はコーティングされている。
【００３７】
本発明の実施例により、三種類のレーザ１７５０からのレーザビームを使用して三種類の発光材１７１０（赤、緑及び青発光材１７１０）を励起する。これら三種類の発光材１７１０から放射された光は、図１１に図示されているように、三つの全反射（ＴＩＲ）プリズム又はキューブ１９００を使用して１つの出力に多重化される。レーザビームは非常に狭い放射角を有するので、それぞれの色の発光材１７１０は、１つ以上のレーザビームによって励起することができ、それによって、より高い光出力を作り出す。例えば、ホワイトバランスのためのより高い出力の緑色の光が必要であれば、青色と赤色の発光材に対してはそれぞれ１つのレーザビームのみを向けながら、緑色の発光材１７１０に対しては二つのレーザビームを向けて、それによってより高い出力の緑色光を作り出すことができる。
【００３８】
本発明の一態様に拠れば、前記ＴＩＲ立方体プリズムキューブ１９００は、二つの三角プリズムを含む。これら二つの三角プリズムの全部の表面又は面は、前記ＴＩＲプリズム１９００が導波路として作用するように研磨される。前記二つの三角プリズム間の接合部分（interface）においてこれら三角プリズムの面には、所定の波長又は色の光を透過しつつ、その他全ての波長又は色の光を反射するための二色性(dichroic)コーティング１９１０がコーティングされている。好ましくは、前記接合部分は、空隙又は低指数接着剤によって充填されている。
【００３９】
次に図１２−１４を参照すると、これらには、本発明の実施例による、ウエハスケール（wafer scale）照明システム２０００および／又はウエハスケールプロジェクタシステム３０００の略図が示されている。前記ウエハスケール照明システム２０００は、ＬＥＤウエハ又は層２２００をマウントするヒートシンク層２１００と、オプションのフィルタ層２３００、好ましくは、カラーフィルタ層、光学層２４００、及び開口層２５００、を有する。前記ウエハスケールプロジェクタシステム３０００は、更に、反射偏光層２６００、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル層や透過画像形成パネル層、等から構成される画像形成又はディスプレイパネル層２７００、及び投影レンズ層２８００、を有する。現在の技術では、複数のＬＥＤを同じ色で作ることも可能であるが、本発明の実施例では、色付き蛍光物質を利用して、同じウエハ上に、異なる色のＬＥＤ２２１０を作ることができる。同じ色のＬＥＤ２２１０からの放射を、色付き蛍光物質を使用して複数の他の色に変換することが可能である。例えば、青色又はＵＶ  ＬＥＤウエハを使用して、１つの色の複数のＬＥＤ２２１０を提供することができる。前記ＬＥＤウエハ上に色の異なる蛍光物質を堆積させて、それによって異なる色の複数のＬＥＤ２２１０を作りだすことも可能である。即ち、赤色、緑色及び青色の蛍光物質を使用して、三原色（赤、緑、青）の発光ＬＥＤ２２１０を作りだすことができる。
【００４０】
好ましくは、前記カラーフィルタ層２３００が、カラーＬＥＤ２２１０を含む前記ＬＥＤ層２２００上に載置されて、前記ウエハスケール照明システム２０００のリサイクリング効率を改善させる。ＬＥＤ２２１０上のカラーフィルタによって、ＬＥＤ２２１０によって放射された１つの色の光のみが透過され、その他の全て色の光は反射される。例えば、前記青色ＬＥＤ２２１０上のカラーフィルタは、青色の光のみを透過し、その他全ての色の光を反射する。白色又は単色ＬＥＤ用途の場合、前記フィルタ層２３００は、必要ではなく、除去することができる。
【００４１】
前記光学層２４００は、光を後続の層上に変換、又は画像形成する。本発明の実施例によれば、図１２に図示されているように、前記光学層２４００は、反射層２４２０と、レンズ層２４４０とを含む。その用途に応じて、前記光学層２４００は、図１３に図示されているように、ライトパイプ２４５０のアレイ、又は球形反射層２４６０とコリメータレンズ層２４８０とを備えることができる。その用途に応じて、前記ウエハスケール照明システム２０００と前記ウエハスケールプロジェクタシステム３０００は、複数の光学層２４００を備えることができる。
【００４２】
本発明の実施例によれば、前記ライトパイプ２４５０は、下記のいずれかとして構成することができる。即ち、真直ぐな中空ライトパイプ、漸次的大きくテーパードされた（tapered）中実ライトパイプのように、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、ストレートライトパイプ、漸次的大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、その形状が等式によって定義される自由形状のライトパイプ、或いは数値的又はその他の手段によって決定される完全な自由形状のライトパイプ、又はこれらの任意の適当な組み合わせ。これら種々のライトパイプの全てをここではライトパイプと総称する。ライトパイプについて言及される場合は、それは、常に、個々に記載の種々のライトパイプいずれか、又は、これら種々のライトパイプの組み合わせを含む。
【００４３】
前記光学層２４００を出た光は、その後、複数の開口又は透過開口部２５１０を含む前記開口層２５００に入射し、ここで、その光の一部は反射され、この光部分は開口２５１０を通過する。反射された光はＬＥＤ２１０にリサイクルされる。前記開口部２５１０を出た光は、未偏光光であって、これは、例えば、ウエハスケール照明システム２０００を提供するといった、非偏光用途のために利用可能である。
【００４４】
ウエハスケールプロジェクションシステム３０００を提供するなどといった、ＬＣＤ、反射型液晶（ＬＣＯＳ）、及びその他の偏光用途のためには、オプションの反射偏光層２６００が利用される。好ましくは、前記反射偏光層２６００は、図１の波長板１５５０に類似の波長板層（図示せず）を備える。反射偏光層もしくは反射偏光板２６００は、予め設定された偏光は通過し、その他全ての偏光の光（例えば、使用されていない偏光の光）はＬＥＤ層２２００に反射し、それによってリサイクリング効果を増加する。オプションの波長板層は、光出力の偏光状態を回転させて、光の利用されていない偏光成分を有用な所定の偏光の光に変換する。この段階において、複数の照明層２１００−２６００（前記オプションのフィルタ層２３００、オプションの反射偏光層２６００、又はオプションの波長板層の有無にかかわらず）は、ＬＥＤ照明システム２０００のアレイを形成する。このＬＥＤ照明システム２０００のアレイを、鋸切断線２９００に沿って個々の片に切断して、複数の別々のＬＥＤ照明システム２０００を提供することができる。
【００４５】
本発明の実施例により、前記ウエハスケール照明システム２０００を、更に、他の層を組み入れて、ウエハスケールプロジェクタシステム３０００を提供することができる。このウエハスケールプロジェクタシステム３０００は、更に、前記照明層２１００−２６００の上に配設されたディスプレイ又は画像形成パネル層２７００と、それに続く、単数又は複数の投影レンズ層２８００とを有する。図１２は、ウエハスケールプロジェクタシステム３０００を示し、ここでは、本発明の実施例により、前記画像形成パネル層は、複数の透過性ＬＣＤパネル２７１０を含む。カラーピクセルＬＣＤバネル２７１０の場合、前記ＬＥＤ２２１０は、白色蛍光物質の白色ＬＥＤ２２１０とするか、若しくは、リアルタイムで色を調節する能力を一緒に組み合わされた赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ２２１０とすることができる。高速スイッチングＬＥＤパネル２７００の場合、前記ウエハスケールプロジェクタシステム３０００は、前記赤、緑、青ＬＥＤ２２１０のうちの１つ又は複数を一度にＯＮにするために公知の時間カラー多重化を利用することができる。ここでも、ウエハ状の完成したプロジェクタユニット又はシステム３０００を鋸線２９００に沿って個々のプロジェクタユニット又はシステム３０００へと切断することができる。
【００４６】
ライトパイプを使用したウエハスケールプロジェクションシステムの実施例が図１３に図示され、ここでも同様に、画像形成パネル層２７００と投影レンズ層２８００とを図１４の照明層２１００−２６００に追加して前記ウエハスケールプロジェクションシステムを提供することができる。
【００４７】
携帯電話、ＭＰ３プレーヤー、携帯デジタルアシスタント（ＰＤＡ）、等といった携帯電子装置に使用される組み込み型マイクロプロジェクタにとって、最も重要なパラメータはサイズとコストである。従って、それらのサイズとコストとを縮小するために、これらの組み込み型マイクロプロジェクタにおけるコンポーネントの数を最小化することが重要である。本発明の実施例により、前記マイクロプロジェクタは、単一のパッケージ上に複数のＬＥＤ、即ち、赤、緑、及び青のＬＥＤを利用する。これら複数のＬＥＤからの光出力を多重化して色を組み合わせ、リサイクルしてＬＥＤの光度を増大させ、レンズ無しでＬＣＯＳに結合されることにより、コンポーネントの数を最小化する。
【００４８】
次に図１５を参照すると、ここには複数のＬＥＤ４１００を含むＬＥＤパッケージ４０００の構造が図示されている。好ましくは、このＬＥＤパッケージ４０００は、Osram社などの製造業者によって一般的に供給されている、１つの赤色と１つの青色と２つの緑色のＬＥＤ４１００から構成される。本発明の実施例により、前記ＬＥＤ４０００パッケージは、好ましくは二色性コーティング４４００でコーティングされたカバーウインドウ又はガラス４２００と、前記複数のＬＥＤ４１００をマウントするための基材４３００とを備えている。例えば、前記赤色ＬＥＤ４１００の上において、コーティング４４００は、図１５に図示されているように、赤色の光を透過するとともにその他全ての色の光を反射する。前記緑色ＬＥＤ４１００の上において、コーティング４４００は、図１５に図示されているように、緑色の光を透過するとともにその他全ての色の光を反射する。前記青色ＬＥＤ４１００の上において、コーティング４４００は、青色の光を透過するとともにその他全ての色の光を反射する（図示せず）。本発明の実施例により、各色のＬＥＤ４１００は、互いに独立して駆動される。オプションとして、二つの緑色ＬＥＤ４１００は、共に、又ば別々に駆動することができる。
【００４９】
図１６は、本発明の実施例による前記ＬＥＤ構造４０００を内蔵するマイクロプロジェクタ５０００を図示している。本発明の実施例によるマイクロプロジェクタ５０００は、前記ＬＥＤパッケージ４０００と、ライトパイプ５１００と、ＰＢＳ５２００と、投影レンズ５６００と、ＬＣＯＳパネル５５００と、オプションの反射偏光子５３００と、オプションの波長板５４００とを備えている。前記ライトパイプ５１００は、その入力端部５１１０が前記ＬＥＤパッケージ４０００の全てのＬＥＤ４１００を実質的にカバーし、カバーウインドウ４２００パッケージウインドウ上に載置され、ＬＥＤ４１００から放射された光を結合するのに使用される。本発明の実施例により、前記ライトパイプ５１００は、下記のいずれかとして構成することができる。即ち、真直ぐな中空ライトパイプ、漸次的大きくテーパードされた（tapered）中実ライトパイプのように、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、ストレートライトパイプ、漸次的大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、その形状が等式によって定義される自由形状のライトパイプ、或いは数値的又はその他の手段によって決定される完全な自由形状のライトパイプ、又はこれらの任意の適当な組み合わせ。これら種々のライトパイプの全てをここではライトパイプ１２００と総称する。ライトパイプについて言及される場合は、それは、常に、個々に記載の種々のライトパイプいずれか、又は、これら種々のライトパイプの組み合わせを含む。
【００５０】
前記ライトパイプ５１００の出力端部５１２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５２００と実質的に同じサイズを有し、光をこのＰＢＳ５２００内に結合する。前記ＰＢＳ５２００はその全ての面は研磨されて導波路として機能する。前記ライトパイプ５１００とＰＢＳ５２００との間には、光の所定の偏光成分のみがＰＢＳ５２００内に伝達されるように反射偏光子５３００が配設されている。前記ライトパイプ５１００と反射偏光子５３００との間には、オプションの波長板５４００、好ましくは４分の１波長板、を使用してシステムのリサイクリング効率を増大させることができる。図１６に図示されているように、前記ＬＣＯＳパネル５５００は、ライトパイプ５１００の丁度反対側に配設されている。前記ＰＢＳ５２０の向きに応じて、前記ＬＣＯＳパネル５５００を、図１７に図示されているように鉛直面に配設することができる。前記投影レンズ５６００は図１６又は図１７に図示されているように、ライトパイプに対して鉛直に配設することができる。ＬＣＯＳパネル５５００に入射する光は、一般的にはF／２.４の、或る程度の発散を有するので、光がＰＢＳ５２００によって妨げられることなく投影レンズ５６００によって捕らえられるようにＰＢＳ５２００はＬＣＯＳパネル５５００よりも大きい。前記ＬＣＯＳパネル５５００は、ロスを最小化するためにＰＢＳ５２００に対して可能な限り近く配設されている。ＰＢＳ５２００のＬＣＯＳパネル５５００に面する面は、開口部５２１５を備える反射コーティング５２１０によってコーティングされ、開口部５２１５のサイズはＬＣＯＳパネル５５００のサイズにマッチしている。その結果、光の一部がＬＣＯＳパネル５５００を照射し、反射コーティング５２１０に入射する残りの光部分がライトパイプ５１００内に戻り反射されＬＥＤパッケージ４０００にリサイクルされる。
【００５１】
本発明の実施例により、図１８及び図１９に図示されているように、図１６及び１７の反射偏光子５３００は、省略することができ、その機能を、図１８及び１９に図示するように、前記ＰＢＳ５２００とこのＰＢＳに追加された反射コーティング５２１０との組み合わせによって置き換えることができる。これによって、マイクロプロジェクタからもう一つのコンポーネントが省略され、それによってマイクロプロジェクタのコストが低減される。
【００５２】
本発明の実施例により、光の結合を改善するために、前記ライトパイプ５１００の出力端部５１２０を凸状に形成することができる。好ましくは、このライトパイプ５１００の出力端部５１２０の凸状面は一体レンズを形成する。本発明の一態様により、この一体レンズの機能は、ライトパイプ５１００とＰＢＳ５２００との間に配設されるオプションとしてのフレネルレンズ５７００によって果たすことができる。フレネンレンズ５７００の利点は、非常に薄く、本発明の一体型マイクロプロジェクタ用に極めて好適であることにある。好ましくは、最高の性能のために、フレネルレンズ５７００又は一体レンズの焦点距離は調節される。
【００５３】
本発明の実施例により、前記マイクロプロジェクタ５０００は、更に、ここに記載したカラーフィルタを備え、これは前記ＬＥＤパッケージ４０００のカバーガラス４２００上に載置されている。或いは、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ１０００についてここに記載したように、前記カラーフィルタ４４００を、ライトパイプ５１００の入力面又は端部５１１０上にコーティングしてもよい。これによって、好ましくは、前記カバーガラス４２００はオプションとなり、マイクロプロジェクタ５０００から更にもう１つのコンポーネントが省略される。
【００５４】
ここに記載したＬＥＤパッケージ４０００は、ＲＧＧＢ  ＬＥＤパッケージではあるが、このＬＥＤパッケージ４０００は、複数のＬＥＤ４１００又は、カラーＬＥＤ４００の任意のＭｘＮのアレイ、ここで、ＭとＮは共に正の整数、を備えることも可能である。本発明の実施例により、各カラーＬＥＤ４１００は、カラーフィルタの製造をより容易にするために単数又は複数のＬＥＤ設置を有するものとすることができる。即ち、各カラーは、互いに隣接する複数の小さなＬＥＤ設置から作ることができる。従って、本発明の実施例により、同じ色のＬＥＤのクラスタ（集合）を１つのＬＥＤとして取り扱うことが可能である。
【００５５】
尚、色の数は、ここに記載した三（赤、緑、青）に限定されるものではない。本発明のマイクロプロジェクタは、単数の色、二つの色、三つの色、又は、三つ以上の色、のＬＥＤを含むＬＥＤパッケージを使用して実施することが可能である。
【００５６】
本発明の実施例により、前記ＰＢＳ５２００の全ての面は研磨される。ＰＢＳ５２００のいくつかの面は透過と全反射（ＴＩＲ）用であり、他の面はＴＩＲ用のみに使用される。好ましくは、ＰＢＳ５２００のこれらのＴＩＲ専用の面は、オプションとして、組み立ての容易性のために、反射コーティングでコーティングすることができる。
【００５７】
次に、図２０を参照すると、ここには、ＬＣＯＳパネル５５００の方向から見たＰＢＳ５２００が図示され、ＬＣＯＳパネル５５００がＰＢＳ面の一部のみを使用している状態が示されている。ＰＢＳ面の残りの部分は、リサイクルの目的のために、反射性にされるか、若しくは、反射コーティング５２１０が備えられる。
【００５８】
本発明の実施例により、前記マイクロプロジェクタ５０００は、前記ＲＧＧＢ ＬＥＤ４１００の代わりに白色ＬＥＤ４１００のみを備えるＬＥＤパッケージ４０００を利用している。その結果、前記ＬＥＤパッケージ上のコーティング４４００を省略することができる。前記マイクロプロジェクタ５０００は、白色ＬＥＤ４１００と、ライトパイプ５１００と、ＰＢＳ５２００とを有する。もしも図１６−１９に図示されているように標準型ＬＣＯＳパネル５５００を使用するのであれば、その出力はスクリーン（図示せず）上に投影された白黒画像になる。好ましくは、カラー画像を作り出すために、標準型ＬＣＯＳパネルの代わりにカラーピクセルＬＣＯＳを使用することができる。このカラーピクセルＬＣＯＳは、それらのピクセルのいくつかが赤色となり、ピクセルのいくつかが緑色となり、ピクセルのいくつかが青色となるように、そのピクセル上に透明カラーフィルタを備えて形成することができる。本発明の態様により、前記ピクセルの一部は着色されず、白色ピクセルと見なされ、それによってディスプレイの光度を増大させる。カラーピクセルＬＣＯＳは構造を単純化するが、その解像度は低いものとなる可能性がある。ある種の用途においては、もしもそれによってマイクロプロジェクタの複雑性が減少しそれによってマイクロプロジェクタのコストが低減されるのではあれば、低い解像度も許容可能である。
【００５９】
本発明の実施例によれば、前記マイクロプロジェクタ５０００は、テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル光処理（ＤＬＰ（登録商標））装置に類似のデジタルミラー装置（ＤＭＤ）５９１０を内蔵する。このＤＭＤ５９１０は、好ましくは、ＤＭＤパッケージ５９００上にマウントされる。前記ＤＭＤ５９１０は、多数の小さなミラー（ピクセル）を備え、これらのミラーはチルト可能である。ピクセルＯＦＦ状態で光が前記ＤＭＤ５９１０に入射すると、この光は入射角から離れる方向であって前記投影レンズ５６００から離れる方向に反射され、スクリーン（図示せず）上には投影されない。ピクセルがＯＮになると、ＤＭＤ５９１０のミラーは入射ビームに向けてチルトし、反射光は投影レンズ５６００に向けられ、スクリーン上に投影される。前記ＴＩＲ立方体プリズム５８００は、二つの三角プリズム５８１０，５８２０を備え、ここで第１の三角プリズム５８１０はＤＭＤ５９１０への入射ビームを提供し、この入射ビームは全反射によって反射される。ＤＭＤ５９１０からの反射ビームは反射されずに、境界部材を通って第２三角プリズム５８２０へと透過される。これら二つの三角プリズム５８１０，５８２０は、ＤＭＤ５９１０からの画像が歪まないように互いに平行な境界面を形成する。
【００６０】
前記第１三角プリズム５８１０の全部の面（そして、好ましくは、前記第２三角プリズム５８２０の全部の面も）は、導波路を形成するように、研磨される。最大効率のために、角度シーター（θ）が調節される。ＤＭＤ５９１０に入射する光はある数値の開口(aperture)を有するので、図２１に図示されているように、ＴＩＲプリズム５８００はＤＭＤの画像形成領域よりも大きい。ＤＭＤ面においてＴＩＲプリズム５８００へと案内される光はより大きく、そしてもしも光が収集されなければ、その光は通常は失われてしまう。従って、本発明の実施例によれば、前記ＴＩＲプリズム５８００の画像形成領域の外側の領域は、反射構造５９２０によってカバーされる。好ましくは、前記反射構造５９２０は、アングルミラーアレイ、アングルリフレクタアレイ、複数のミラーのアングルアレイ、又レトロリフレクタアレイであって、それにより、アングルミラーアレイ５９２０に入射する光は図２１において線（ｂ）として図示されているように、入射角に戻し反射される。前記アングルミラーアレイ５９２０は、その厚みをどのくらいにすることが出来るかによって決まる間隔を備えて形成することができる。この制約は、通常、ＴＩＲプリズム５８００とＤＭＤパッケージ５９００との間の空間によるものである。反射光は、最終的に、ライトパイプ５１００を通ってＬＥＤ４１００へと戻る。
【００６１】
次に図２２ａ〜ｂを参照すると、ここには本発明の実施例による光マルチプレクサ及びリサイクラ６０００が図示されている。この光マルチプレクサ及びリサイクラ６０００は、ライトパイプ６１００を有する。当該ライトパイプ６１００の断面は、矩形、正方形、円形、などとすることができる。本発明の実施例により、前記ライトパイプ６１００は、下記のいずれかとして構成することができる。即ち、真直ぐな中空ライトパイプ、漸次的大きくテーパードされた中実ライトパイプのように、中空ライトパイプ、中実ライトパイプ、ストレートライトパイプ、漸次的に大きくテーパードされたライトパイプ、漸次的に小さくテーパードされたライトパイプ、複合放物状集光装置、その形状が等式によって定義される自由形状のライトパイプ、或いは数値的又はその他の手段によって決定される完全な自由形状のライトパイプ、又はこれらの任意の適当な組み合わせ。これら全ての様々なライトパイプがここではライトパイプ１２００と総称される。ライトパイプについて言及される場合は、それは、常に、個々に記載の種々のライトパイプいずれか、又は、これら種々のライトパイプの組み合わせを含む。
【００６２】
その出力端部６１２０を右側として、前記ライトパイプ６１００の上面、下面及び左面は、反射コーティングされている。図２２上図に示されているように、上を向いた下面６１３０はＬＥＤチップ６２００のための三つの開口部を備えている。赤色チップチップ６２００は、赤色の光を透過し緑色と青色の光を反射するＣＲコーティングを備える赤色ウインドウ６３１０に配設される。緑色チップチップ６２００は、緑色の光を透過し赤色と青色の光を反射するＣＧコーティングを備える緑色ウインドウ６３２０に配設される。青色チップチップ６２００は、青色の光を透過し赤色と緑色の光を反射するCBコーティングを備える青色ウインドウ６３３０に配設される。オプションとして、前記ライトパイプの側壁を、本来的に使用可能であるように、全反射コーティングすることが可能である。その結果、前記赤色チップ６２００からの光は前記赤色反射ウインドウ６３１０により、緑色や青色のチップ６２００には見えない。緑色と青色チップ６２００についても同じことが言える。
【００６３】
従って、各色がそれ自身のリサイクリングシステムを形成し、全ての色が同じライトパイプ６１００内で混合されて、多重化された出力６４００を作り出す。
【００６４】
図２２は、赤、緑及び青のＬＥＤチップ６２００を使用する構成を図示しているが、一般的構造は、図２３に図示されているように単数又は複数の色の単数又は複数のチップから構成することができる。ＬＥＤチップ６２００の各色にマッチする対応のコーティングが使用される。例えば、同じ色の二つ以上のチップ６２００を、同じタイプのコーティングされたウインドウ６３１０，６３２０，６３３０と使用することができる。特定の用途に必要とされる異なる色の相対的強度に応じて、適当な数のチップを利用することが可能である。前記ＬＥＤチップ６２００は図２２−２３においてそれぞれ単一のＬＥＤチップ６２００として図示されているが、これは、複数のチップが任意のアレイ形態で集められた状態で、同じ色の複数のチップから構成することも可能である。これらのチップ間の空間は最大限にすることが好ましい。
【００６５】
本発明の実施例により、図２４に図示されているように、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ６０００は、更に、前記ライトパイプ６１００の出力端部６１２０に特定の用途のために適した開口部を備える出力反射開口を含み、それによって更なるリサイクリングを提供することができる。偏光光用途に場合、反射偏光子６５００とオプションとしての波長板６６００とを追加することができる。本発明の他の実施例に関連してここに記載した反射コーティング又は開口部、反射偏光子及び光波長板に関する記載はここでも同様に当てはまるのでここでは繰り返し説明されない。
【００６６】
本発明の実施例により、図２５に図示されているように、前記光マルチプレクサ及びリサイクラ６０００は、前記マルチプレクサ及びリサイクラライトパイプ６１００と一体化されたテーパードライトパイプ６７００又は、出力を所望のサイズと角度とに変換するための別体のライトパイプ６７００を含む。
【００６７】
本発明の実施例により、図２６ａに図示されているように、白色ＬＥＤ６２００を使用している前記光マルチプレクサ及びリサイクラ６０００は、そのウインドウ６３４０がコーティングを持たない。単一色のＬＥＤ６２００が使用される場合、図２６ａに図示されているように、コーティング無しのクリアウインドウ６２００も使用可能である。
【００６８】
本発明の実施例により、図２６ｂに図示されているように、その波長が互いに非常に近い二つのＬＥＤを使用する場合、それらをコーティングウインドウ６３５０，６３６０を使用して多重化することが可能であるので、それによって、システム６０００の光度を高めることが可能である。例えば、この実施例は、それらの波長が共に緑色と見なすことが可能であるほど十分に近い二つ以上の緑色チップ６２００と使用可能である。
【００６９】
以上説明した本発明は、本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく様々に変更可能であることが当業者に理解されるであろう。そのような全ての任意の変更構成も下記の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【国際調査報告】
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