KR20060131805A

KR20060131805A - 고상 광소자를 포함하는 표시 장치와 이를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR20060131805A
Application number: KR1020067014158A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 제이. 오우더커크; 마이클 에이. 메이스
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-12-20
Also published as: JP2007515684A; US20050134527A1; TW200530966A; US7456805B2; EP1695130A1; CN1914530A; WO2005066671A1

Abstract

표시 장치는 고상 광소자와, 상기 고상 광소자와 광학적으로 연통하는 공간 광변조기를 포함한다. 상기 고상 광소자는 방사광을 생성하고 각각의 고상 방사광원이 제어 가능한 방사광 출력을 포함하는 고상 방사광원 어레이를 포함한다. 상기 고상 광소자는 각각의 집광기가 상기 고상 방사광원 어레이의 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용하는 집광기 어레이를 더 포함한다. 상기 고상 광소자는 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 방사광을 수용하는 복수의 광섬유를 포함한다. 상기 공간 광변조기는 상기 고상 광소자로부터의 광을 변조하도록 작동 가능한 복수의 제어 가능 소자를 포함한다. 상기 표시 장치는 다양한 적용예에 사용될 수 있다.

표시 장치, 고상 광소자, 공간 광변조기, 방사광원, 집광기, 광섬유

Description

고상 광소자를 포함하는 표시 장치와 이를 사용하는 방법 {DISPLAY INCLUDING A SOLID STATE LIGHT DEVICE AND METHOD USING SAME}

본 발명은 일반적으로 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고상 광소자와 하나 이상의 공간 광변조기를 포함하는 표시 장치와 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.

전통적인 투사 표시 장치는 고 휘도 광선을 생성하도록 반사면과 초점렌즈를 갖는 전기 동력식 아크 램프를 사용한다. 이 광선은 일련의 화상 광학 소자와 공간 광변조기를 사용하여 화상을 형성한다. 일반적인 공간 광변조기는 액정을 기반으로 한 시스템과 전기적으로 제어 가능한 마이크로 거울 어레이를 포함한다.

현재의 일부 대안적인 해결책은 일반적으로 고 출력 LED(high power Light Emitting Diode) 패키지를 사용한다. 그러한 광원에서 방출된 광은 집광 광학장치의 도움으로 광원에서 멀리 떨어진 위치로 광을 전송하는 대형 코어 플라스틱 광섬유 같은 하나의 광 도파로 향하게 된다. 다른 해결책으로는, 하나의 광섬유가 개별 광섬유의 다발로 대체될 수 있다.

투사 표시 장치는 종종 눈으로 인식 가능한 것보다 훨씬 낮은 동적 조도 범위를 가진다. 이러한 조도 범위는 가장 어두운 상태에서의 출력에 대한 가장 밝은 상태의 출력비인 표시 장치의 대조비로 통상 기술된다.

투사 표시 장치의 대조비를 증가시키기 위한 한 해결법은 두 개의 공간 광변조기를 직렬로 두는 것이다. 이러한 변조기 중의 하나는 다른 하나와 같거나 그보다 더 낮은 해상도를 가질 수 있다. 직렬로 된 두개 변조기의 대조비는 각 변조기의 곱과 대략 동일하다.

본 발명은 표시 장치와 이러한 표시 장치를 사용하는 방법을 제공한다.

일 태양에서, 본 발명은 광소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 상기 광소자는 방사광을 생성하고 각각의 고상 방사광원이 제어 가능한 방사광 출력을 포함하는 고상 방사광원 어레이를 포함한다. 상기 광소자는 각각의 집광기가 상기 고상 방사광원 어레이의 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 방사광을 수용하는 복수의 광섬유를 더 포함한다. 상기 표시 장치는 상기 광소자와 광학적으로 연통하고 상기 광소자로부터의 광을 변조하도록 작동 가능한 복수의 제어 가능 소자를 포함하는 공간 광변조기를 더 포함한다.

다른 태양에서, 본 발명은 광소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 상기 광소자는 광학 방사광을 생성하는 LED 다이 어레이를 포함한다. 상기 광소자는 또한 각각의 집광기가 상기 LED 다이 어레이의 해당하는 하나에서의 조명을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 조명을 수용하는 복수의 광섬유를 포함한다. 상기 표시 장치는 상기 광소자와 전기적으로 연통하고 상기 LED 다이 어레이의 하나 이상의 LED 다이를 선택적으로 활성화하도록 제어 가능한 제어기를 더 포함한다. 상기 표시 장치는 상기 광소자와 광학적으로 연통하고 상기 광소자로부터의 광을 변조하도록 작동 가능한 복수의 제어 가능 소자를 더 포함한다.

다른 태양에서, 본 발명은 광소자를 구비하는 단계를 포함하는, 동적 범위를 갖는 화상을 표시하는 방법을 포함한다. 상기 광소자는 방사광을 생성하고 각각의 고상 방사광원이 제어 가능한 방사광 출력을 포함하는 고상 방사광원 어레이를 포함한다. 상기 광소자는 각각의 집광기가 상기 고상 방사광원 어레이의 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하는 복수의 광섬유를 더 포함한다. 각각의 입력 단부는 해당 집광기로부터의 집광된 방사광을 수용한다. 상기 방법은 제1 세트의 화상 데이터에 의해 결정된 출력을 갖도록 상기 고상 방사광원 어레이를 제어하는 단계와, 제어 가능 소자 어레이를 포함하는 공간 광변조기의 일 면을 상기 고상 방사광원 어레이로부터의 광으로 조명하는 단계와, 제2 세트의 화상 데이터로 상기 제어 가능 소자 어레이의 투광율을 제어하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 상기 설명은 본 발명의 개시된 각각의 실시예 또는 모든 실행을 설명하기 위한 것이 아니다. 후속하는 도면 및 상세한 설명은 도시된 실시예를 보다 특별히 예시할 뿐이다.

도1A는 고상 광소자의 일 실시예의 사시도이고 도1B는 그에 대한 분해도이 다.

도2는 배선 회로(interconnect circuit) 상에 배치된 LED 다이 어레이의 일 실시예의 개략 평면도이다.

도3은 고상 광소자의 다른 실시예에 대한 측면도이다.

도4는 비화상 집광기에 의해 광섬유에 결합된 각 LED 다이의 다른 실시예의 확대도이다.

도5A 내지 도5F는 고상 광소자의 광섬유 출력 패턴의 다른 실시예이다.

도6A는 조향 가능한(steerable) 출력에 대한 광섬유 출력 패턴의 다른 실시예이고, 도6B와 도6C는 각각 조향 가능한 출력에 대한 밴드 및 지지 구조에 대한 다른 실시예이다.

도7A는 조향 가능한 출력에 대한 광섬유 출력 패턴의 일 실시예로서, 광섬유들의 출력 단부의 일부는 각지게 연마(polish)된 출력면을 갖는다.

도7B는 곡면을 형성하는 출력 단부를 갖는 광섬유 출력 패턴의 다른 실시예이다.

도8은 광섬유 어레이 커넥터의 일 실시예이다.

도9A는 화소화에 적응된 고상 조명 시스템의 일 실시예이다.

도9B는 화소화에 적응된 제어기 회로에 대한 일 실시예이다.

도10은 "냉"전조등으로 여기서 이용된 고상 광소자의 일 실시예이다.

도11은 치과용 경화 장치의 부품으로 여기서 이용된 고상 광소자의 다른 실시예이다.

도12는 여기서 광경화 장치의 부품으로 이용된 고상 광소자의 다른 실시예이다.

도13은 조향 가능한 출력 발광에 대한 일 실시예이다.

도14A는 광소자와 공간 광변조기를 갖는 표시 장치의 일 실시예의 개략도이다.

도14B는 도14A의 공간 광변조기의 개략도이다.

도15는 광소자와 공간 광변조기를 갖는 후방 투사 표시기의 일 실시예의 개략도이다.

도1A는 여기에서 광소자나 양자 방출 소자라고도 하는 고상 광소자(100)의 일 실시예를 설명한다. 광소자(100)는 도1B에서 분해도로 도시된다. 여기서 사용된 바와 같이 용어 광(light)은 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선 및/또는 적외선 부분의 파장을 갖는 전자기 방출을 언급하는 것이다. 여기서 기술된 구조에서, 광소자(100)는 종래의 고 밀도 방전(High Intensity Discharge, HID) 전구의 크기에 비교해서 전체적으로 소형일 수 있어서 도로 조명, 국부 조명, 후방 조명, 화상 투사 그리고 광 활성화 경화를 포함하여 여러 적용예에서 방전 램프 소자를 대체할 수 있다.

광학소자(100)는 방사광을 발생하기 위해 고상 방사광원(104) 어레이를 포함한다. 상기 방사광은 집광기(120)의 해당 어레이에 의해 모여서 집광된다. 집광된 방사광은 선택 사양인 지지 구조(150)에 의해 지지되는 도파로(130)의 해당 어 레이로 투사된다. 이러한 특징의 각각이 이제 더 자세히 기술될 것이다.

고상 방사광원(104) 어레이는 어떤 적절한 고상 방사광원을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고상 방사광원(104) 어레이는 어레이 패턴으로 배치된 분리된 LED 다이 또는 칩(106)을 포함한다. 분리된 LED 다이(106)는 개별적으로 장착되고 (공통 반도체 기판에 의해 모든 LED가 서로 연결된 하나의 LED 어레이보다는 오히려) 작동식 제어를 위한 독립적인 전기적 연결을 갖는다. LED 다이(106)는 대칭적인 방사 패턴을 생성할 수 있고 전기 에너지를 광으로 전환하는데 효율적이다. 많은 LED 다이(106)가 심하게 온도에 민감하지 않기 때문에, LED 다이(106)는 많은 형태의 레이저 다이오드에 비해서 적절한 히트 싱크만으로 적절히 동작할 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 각 LED 다이(106)는 그의 가장 가까운 것에서부터 LED 다이 넓이보다 적어도 더 먼 거리만큼 떨어져있다. 다른 예시적인 실시예에서, 각 LED 다이(106)는 그의 가장 가까운 것에서부터 6개의 LED 다이 넓이보다 적어도 더 먼 거리만큼 떨어져있다. 여기서 더 자세히 설명된 것처럼, 이러한 예시적인 실시예들은 적절한 열관리에 대비한 것이다.

더욱이, LED 다이(106)는 섭씨 -40도 내지 125도의 온도에서 동작할 수 있고, 약 10,000시간인 대부분의 레이저 다이오드의 수명이나 500 내지 1,000시간인 할로겐 승용차 전조등 수명과 비교할 때 100,000시간 범위의 작동 수명을 가질 수 있다. 본 실시예에서, LED 다이(106)의 각각은 약 50 또는 그 이상의 루멘의 출력 세기를 가질 수 있다. 분리된 고 출력 LED 다이(106)는 오스람(Osram) 및 (크리(Cree)의 InGaN 계열의 등록 상표 엑스브라이트(Xbright) 제품과 같은) 크 리(Cree)와 같은 회사에서 상업적으로 구입 가능한 GaN 계열의 LED 다이일 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 각각의 LED 다이가 대략 300 μm x 300 μm의 발광 면적을 갖는 (크리에 의해 제조된) LED 다이 어레이는 (작은 면적, 고 출력의) 집광된 광원을 제공하도록 이용될 수 있다. 직사각형이나 다른 다각형과 같은 다른 발광 표면 형상이 또한 이용될 수 있다. 더욱이, 다른 실시예에서, 이용된 LED 다이의 발광층은 상부 또는 하부 표면 상에 위치될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 하나 이상의 LED 다이가 바람직하게는 발광 표면이 YAG:Ce 형광체와 같은 (도시되지 않은) 형광층으로 코팅되는 복수의 청색 또는 자외선(UV)의 베어(bare) LED 다이가 사용될 수 있다. 상기 형광층은 LED 다이의 출력을 "백색" 광으로 변환하는 데 사용될 수 있다. 형광층의 배치와 구조는 현재 미국 공개 번호 제2004/0149998-A1로 2003년 12월 2일자로 출원된 "복수의 광원을 이용하는 조명 시스템"이라는 제목의 공동 소유의 미국 특허 출원에 자세히 기술된다.

다른 실시예에서, 적색, 청색 및 녹색의 LED 다이(106)의 집합체가 어레이 내에 선택적으로 배치될 수 있다. 결과적인 방출광은, 도파로(130)의 출력 단부(133)에서 방출된 광이 일제히 함께 혼합되었을 때 관찰자에게 유색광 또는 "백색"광으로 보이도록 도파로(130) 어레이에 의해 모인다.

다른 실시예에서, 고상 방사광원(104) 어레이는 "백색"광을 포함하여 가시 영역에서 통상적으로 출력을 제공할 수 있는 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL) 어레이를 포함할 수 있다.

도1B에 도시된 바와 같이, 고상 방사광원(104) 어레이로부터의 방출광은 집 광기(120) 어레이에 의해 수용된다. 예시적인 일 실시예에서, 각각의 집광기는 고상 방사광원(104) 어레이 중 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용한다. 예시적인 일 실시예에서, 집광기(120) 어레이는 어레이로 배열된 (반사 광학 커플러라고도 하는) 비영상 집광기를 포함한다. 집광기(120) 어레이의 반사면의 형상은 출력 밀도를 유지하기 위해 고상 방사광원(104)의 각각에 의해 방출된 방사광의 실질적인 부분을 포획하도록 설계된다. 더욱이, 집광된 출력은 상기 방사광의 실질적인 부분이 상기 도파로(130)에 의해 사용 가능하게 포획되고 그를 통하여 안내되도록 수광용 도파로(130)의 수용각 기준과 사실상 어울리는 방식으로 설계될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 비영상 집광기(120) 어레이의 각각의 비영상 집광기는 2차원(2-D) 표면을 따르는 내부 반사 표면을 갖고, 상기 내부 반사 표면의 적어도 제2 부분이 3차원(3-D) 표면을 따른다. 이러한 그리고 다른 반사 표면 설계는 2003년 12월 2일자로 출원되고, 공동으로 소유되고 함께 진행 중인 미국 특허 출원 번호 제10/726,244호에 자세히 기술된다.

어레이(120) 내의 집광기 각각은, 예를 들어 사출 성형, 트랜스퍼 몰딩, 마이크로 복제(microreplication), 스탬핑, 펀칭, 또는 열성형에 의해 형성될 수 있다. 상기 집광기(120) 어레이가 (집광기 어레이 일부로서 또는 단수로) 형성될 수 있는 상기 기판 또는 시트는 (미네소타 세인트 폴의 쓰리엠 회사로부터 입수 가능한 인핸스드 스펙큘러 리플렉터(Enhanced Specular Reflector, ESR) 필름과 같은) 다중 광학 필름(MOF), 열가소성 재료, 플라스틱 또는 금속과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 상기 집광기(120)를 형성하는 데 사용되는 기판 재료는 은, 알루 미늄 또는 무기 박막의 반사성 다층 적층물과 같은 반사성 코팅으로 코팅되거나, 반사율을 증가시키기 위하여 단순히 연마될 수 있다.

더욱이, 상기 집광기 기판은 집광기(120) 어레이가 LED 다이(106)의 아래, 둘레, 또는 위에 배향될 수 있도록 배치될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 상기 집광기 기판은 상기 어레이(120)의 각각의 집광기가 각각의 LED 다이(106) 위에 활주하도록 형성될 수 있도록 고상 방사광원(104) 어레이 상에 또는 그에 인접하게 배치되어, 상기 집광기의 하부 개구(123)(도4 참조)가 LED 다이(106)의 주연부 둘레에 밀착하여 끼워 맞춤된다. 이와 다른 집광기 설계는 LED 다이(106)가 지지되는 기판 상의 반사 코팅을 추가로 사용하는 것을 포함한다.

도1B의 도시된 실시예의 일 태양은 각 방사광원과, 해당 집광기와, 해당 도파로 사이의 일대일 대응하는 것이다. 각각의 집광기 표면은 형광체가 코팅된 LED 다이를 포함하는 해당 LED 다이로부터의 등방성 방출광을 해당 수광용 도파로의 수용각 기준과 만날 수 있는 광선으로 변환시키도록 설계된다. 전술된 바와 같이, 이러한 집광기 표면 설계는 LED 다이로부터 방출되는 광의 출력 밀도를 보존하는 데 조력한다. 다시 도1B를 참조하면, 상기 집광된 출력 방사광은 광섬유 어레이로서 도1B에 도시되고 각각이 입력 단부(132) 및 출력 단부(133)를 갖는 복수의 광 도파로(130)에 의해 수용된다. 예시적인 본 실시예는 (미네소타 세인트 폴의 쓰리엠 회사로부터 입수 가능한 등록 상표 티이씨에스(TECS)의 이름으로 판매되는 것들과 같은) (예를 들어, 400 μm 내지 1,000 μm의) 대형 코어의 폴리머를 입힌 실리카 광섬유의 어레이(130)를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 광섬 유(130)의 각각은 대략 600 μm 내지 650 μm의 코어 직경을 갖는 폴리머를 입힌 실리카 광섬유를 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 상기 광섬유의 종방향 길이는 대략 1 내지 5인치(2.5 내지 12.5 cm)일 수 있다. 상기 예시적인 광섬유는 상당한 가요성을 가짐으로써, 이러한 짧은 거리도 광섬유를 출력 단부에서 촘촘한 패턴의 다발로 배치시킬 수 있게 한다. 더욱이, 이러한 짧은 길이는 종래의 HID 램프의 크기에 필적하는 크기를 갖는 매우 소형의 소자에 대비한다. 물론, 상기 광섬유 길이는 작동에 있어서 불리한 효과를 일으키지 않고 다른 적용예에서 증가될 수 있다.

통상적인 또는 특수한 유리 광섬유와 같은 다른 형태의 광섬유가, 예를 들어 LED 다이 광원의 출력 파장(들)과 같은 매개 변수에 종속하여, 본 발명의 실시예에 따라서 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 광섬유는 응용예가 짙은 청색 또는 자외선(UV) 광원을 포함하는 상태에서 과도 노출에 의한 반전(solarization) 및/또는 표백에 민감할 수 있다.

이와 달리, 본 설명에 주어진 통상의 기술을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 평면 도파로, 폴리머 도파로, 가요성 도파로 등과 같은 다른 도파로 형태가 본 교시에 따라 또한 사용될 수 있다.

일단 상기 LED 다이(106)에 의해 방출된 광이 집광기에 의해 수광용 광섬유 내에 모여 방향을 돌리면, 상기 광섬유(들)는 전체 내부 반사에 의해 낮은 광손실을 갖고 특정 위치에 광을 전송하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 수광용 광섬유는 광을 전송하는 역할만 하지 않고, 상기 광섬유를 LED 다이 어레이의 넓은 간격에서 출력 개구에서의 단단히 묶인 광섬유 다발과 같이 촘촘한 간격 또는 간격들로 바꿈으로써, (비교적) 분산된 LED 다이로부터의 광은 매우 작은 영역으로 효율적으로 집광된다. 또한, 예시적인 수광용 광섬유 코어 및 외피의 광학적 설계는 출력 단부뿐만 아니라 입력 단부에서도 상기 광섬유의 개구수(NA)로 인해 상기 묶인 단부에서 나오는 광선을 형상화하는 데 대비한다. 여기에서 기술된 바와 같이, 수광용 광섬유는 광 전송뿐만 아니라 집광 및 광선의 형상화도 수행한다.

상기 광섬유(130)는 광섬유 출력 단부(113)의 하나 이상에 광섬유 렌즈를 더 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 광섬유(130)의 입력 단부(132)는 각각 광섬유 렌즈를 더 포함할 수 있다. 광섬유 렌즈 제조 및 설치는 공동으로 소유되고 함께 진행 중인 미국 특허 출원 번호 제10/670,630호 및 미국 특허 출원 공개 번호 제2004/0112877-A1에서 개시된다.

광섬유 어레이 커넥터(134)가 상기 어레이(130)의 광섬유 각각의 입력 단부(132)를 지지하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 상기 광섬유 어레이 커넥터(134)는, 집광기(120) 어레이의 패턴에 대응하는 패턴을 갖는 개구를 구비한, 성형된 플라스틱 재료와 같은, 강성 재료를 포함한다. 각각의 개구는 상기 어레이(130)의 광섬유의 입력 단부(132)를 수용하여, 그에 용이한 접착을 할 수 있게 한다.

예시적인 일 실시예에서, 강성 또는 가요성의 배선 회로층은 상기 LED 다이(106)에 대한 열관리 및 그와의 전기적인 접속을 제공한다. 도1B에 도시된 바와 같이, 상기 배선 회로층은 미네소타 세인트 폴의 쓰리엠 회사로부터 입수 가능한 등록 상표 쓰리엠 플렉서블 (또는 플렉스) 서킷츠(3M Flexible (or Flex) Circuits)와 같은 다층 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다층 배선층은 예를 들어 구리 또는 다른 열도전성 물질로 형성된 금속 장착 기판(112)과, 전기 절연성 유전체층(114)과, 패턴이 형성된 도전층(113)을 포함할 수 있는 데, 상기 LED 다이(106)는 상기 도전층(113)의 (도시되지 않은) 접착 패드에 작동식으로 접속된다. 전기 절연성 유전체층(114)은, 예를 들어 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리카보네이트, 폴리술폰, 또는 에프알포(FR4) 에폭시 합성물을 포함하여 여러 적절한 재료를 포함할 수 있다. 전기 및 열적 도전층(113)은 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 주석, 납 및 이들의 조합을 포함하여 여러 적절한 재료를 포함할 수 있다.

예시적인 일 실시예에서, 그리고 여기에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, LED 다이(106)의 하나 이상의 그룹은 서로 연결되지만, 화소화된 방사광 출력을 제공하기 위하여 LED 다이(106)의 다른 그룹으로부터 분리된다. (도시되지 않은) 비아(via)가 상기 유전체층(114)을 통하여 연장하는 데 사용될 수 있다. 상기 금속 장착 기판(112)은 히트 싱크 또는 방열조립체(140) 상에 장착될 수 있다. 상기 기판(112)은 전기적으로 절연성을 갖고 열적으로 도전성을 갖는 재료의 층(116)에 의해 히트 싱크(140)에서 분리될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 히트 싱크(140)는 작동 중에 고상 방사광원(104) 어레이로부터 열을 멀리 더 끌어내도록 일련의 열전도체 핀들을 더 포함할 수 있다.

예시적인 일 실시예에서, 각각의 베어 LED 다이(106)는 유전체 표면(114)의 리세스부 내에, 금속/회로층(113) 상에 직접, 존재할 수 있다. 배선 회로의 예시적 실시는 (미국 특허 출원 공개 번호 제2004/0112877-A1호인) 2003년 12월 2일자로 출원된 조명 조립체라는 제목의 현재 진행 중이고 공동 소유인 미국 특허 출원 내에 기술되어 있다.

다른 실시예에서, 보다 강성의 에프알포(FR4) 에폭시 계열의 인쇄 배선 기판 구조가 전기적 배선을 위해 사용될 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 저비용의 회로가 LED 다이 어레이를 접속하기 위해 요구되는 바와 같이 적절한 기판 상에 도전성 에폭시 또는 도전성 잉크를 패턴화함으로써 구비될 수 있다.

광소자(100)는 선택 사양인 지지 구조를 더 포함한다. 도1B의 상기 예시적인 실시예에서, 상기 지지 구조는 입력 개구(152) 및 출력 개구(154)를 갖는 하우징(150)으로 구성된다. 상기 하우징(150)은 도파로(130) 어레이에 대한 변형 완화를 제공하고 외부 원인으로부터 상기 도파로(130)의 손상을 방지할 수 있다. 더욱이, 하우징(150)은, 여기에서 보다 상세히 기술된 것들과 같이, 차량용 적용예에 바람직한 단단한 지지를 제공할 수 있다. 선택 사양으로, 도파로(130)가 광섬유일 때, 상기 지지 구조는 도파로(130)의 제2 단부의 주연부와 접촉하여 배치되는 밴드(156)를 더 포함할 수 있다. 밴드(156)는 아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 선택된 출력 패턴으로 도파로(130)의 출력 단부(133)를 분포시키는 데 조력할 수 있다.

더욱이, 광섬유 어레이 커넥터(134)는 하우징(150)의 입력 개구(152)를 수용하도록 융기부 또는 만입부를 포함할 수 있다. 상기 하우징(150)이 광섬유 어레이 커넥터(134)에 접착 또는 부착될 수 있는 한편, 예시적인 일 실시예에서, 하우징(150)은 광섬유 어레이 커넥터(134) 상에 스냅식으로 끼워 맞춤된다.

예시적인 구성 기술에서, 광섬유는 먼저 광섬유 어레이 커넥터 내에 탑재되어 상기 커넥터에 결합된다. (도시되지 않은) 고정구는 광섬유를 정돈된 그룹을 갖도록 행으로 그룹을 짓는 데 사용된다. 이러한 고정구는 각각의 광섬유를 입력 단부에서 출력 단부로 반복 가능하게 위치시키는 다중 칸막이를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 고정구는 광섬유가 서로 교차하지 않고 출력 단부에 대해 예측 가능한 위치를 갖도록 설계될 수 있다. 출력 단부를 고정하기 위하여, 예를 들어 폴리머 재료와 같은 가요성 또는 강성 밴드가 원하는 출력 패턴 내에 광섬유의 위치를 고정시키는 데 사용된다. 그 다음, 상기 변형 완화/지지 하우징은 광섬유 및 밴드 위에 활주되어 광섬유 어레이 커넥터에 고정될 수 있다. 상기 밴드는 종래의 접착제 또는 접착 소자를 사용하여 상기 하우징의 출력 개구 내에 고정될 수 있다. 이와 달리, 상기 지지 구조는 광섬유 다발(들) 전체에 그리고 그의 둘레에 형성되는 캡슐화 재료를 포함할 수 있다.

이와 달리, 지지 구조(150)는 도파로(130)의 일부에 도포될 수 있는 결합 에폭시와 같은 접착 재료를 포함할 수 있어서, 접착제가 경화될 때 도파로는 원하는 패턴으로 고정된다.

하우징(150), 광섬유 어레이 커넥터(134), 집광기 어레이(120), 배선 회로층(110) 및 히트 싱크(140)를 함께 정렬하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 정렬핀(160)에 의해 전체적인 정렬이 이루어질 수 있다. 도2에 도시된 정렬 구멍(162) 과 같은 일련의 정렬 구멍은 상기 정렬핀(160)을 수용하도록 상기 장치(100)의 전술된 부분의 각각에 형성될 수 있다. 상기 집광기 어레이(120)를 배선 회로층에 정렬하는 것은 (도시되지 않은) 기준점들의 사용을 통하여 달성될 수 있다.

도2는 고상 광소자(100)의 풋프린트(footprint)를 도시한다. 이러한 예시적인 구성에서, 60개의 LED 다이(106)로 된 어레이(104)는 히트 싱크(140) 상에 장착된 배선 회로층(110) 상에 사실상 직사각형인 어레이 패턴으로 구비될 수 있다. 물론, 본 발명에 따르면, 상기 LED 다이(106) 어레이는 사실상 많거나 적은 수의 LED 다이(106)를 포함할 수 있다. 그러나, 각각의 LED 다이(106)가 대략 300 μm의 폭을 갖고 각각의 LED 다이(106)가 그의 가장 가까운 것에서부터 다이의 폭보다 큰 만큼 이격될 수 있기 때문에, 본 발명의 광소자(100)는 높은 전체 출력 밀도, (대략 1 in² 내지 4 in², 즉 6.5 cm² 내지 26 cm²)의 소형 풋프린트 영역 및 적절한 열 제어를 제공할 수 있다. 더욱이, 상기 광섬유(130)(도1B 참조)의 출력 단부(133)의 풋프린트는, 예시적인 실시예에서, 예를 들어 대략 0.1 in² 내지 1 in²(즉, 0.65 cm² 내지 6.5 cm²)의 차수로 더욱 더 소형일 수 있다.

고상 광소자(100)의 측면도가 도3에 도시된다. 본 실시예에서는, (LED 다이가 장착된) 배선 회로층(110)이 하우징(150)의 출력 개구(154)로부터 반대 방향으로 연장된 방열핀(142)을 더 포함하는 히트 싱크(140) 상에 배치된다. 더욱이, 여기에서 기술된 바와 같이, 상기 하우징(150)은 광섬유 어레이 커넥터(134) 상에 스냅 끼움을 허용하는 돌기(153)를 포함할 수 있다. 집광기(120) 어레이는 상기 광 섬유 어레이 커넥터(134)와 배선층(110) 사이에 배치된다. 본 실시예에서, 광섬유(130)는 하우징(150)의 출력 개구(154) 내에 배치된 밴드(156)와 광섬유 어레이 커넥터(134)에 의해 지지된다.

도4에 상세히 도시된 바와 같이, 상기 고상 광소자의 예시적인 구조는 집광기 어레이의 개별 집광기(121)와 광섬유 어레이의 개별 광섬유(131) 사이의 오정렬을 감소시키는 광섬유-집광기 정렬 기구를 포함한다. 특히, 상기 광섬유 어레이 커넥터(134)는 집광기 어레이 기판의 함몰부(125) 내에 결합하는 돌기부(135)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 광섬유(131)는 광섬유 어레이 커넥터(134)의 개구 내에 수용된다. 그 다음, 상기 광섬유 어레이 커넥터(134)는 돌기부(135)가 함몰부(125)에 의해 수용되도록 집광기 기판 상에 배치된다. 이러한 방식으로, 상기 집광기(121)의 출력 개구(126)는 광섬유(131)의 입력 단부와 사실상 동일 높이가 될 수 있다. 더욱이, 이러한 예시적인 설계에서, 상기 광섬유(130)의 다중 입력 단부는 광섬유 단부가 상기 집광기 어레이에 대하여 위치되도록 동시에 연마될 수 있다. 또한, 도4의 예시적인 구조에서, 상기 집광기(121)의 수용 개구(123)는 해당 LED 다이(106)의 발광 표면의 주연부에 인접하거나 그를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 상기 집광기 기판과 배선 회로층 사이에 위치된 스페이서는 이들 2개의 구성 부품 사이에 적절한 공간을 설정할 수 있다. 상기 집광기 기판은 상기 스페이서에 부착될 수 있고, 이와 달리 종래의 기술을 이용하여 배선 회로층에 접착될 수 있다.

도4는 LED 다이(106)를 배선층(110)에 접착하기 위한 도전성 에폭시(115)를 포함하는 예시적인 다층 배선층(110)의 단면도를 도시한다. (예를 들어, 니켈 및 금 또는 다른 도전성 재료를 포함할 수 있는) 제1 및 제2 전기 도전층(113, 111)은 (예를 들어, 폴리이미드와 같은) 유전체층(114)이 전기 절연을 제공하도록 배치된 상기 어레이 내의 각 LED 다이에 전기적 트레이스(trace)를 제공한다. (예를 들어, 구리와 같은) 기판(112)은 도전성 및 절연성 층들을 지지할 뿐만 아니라 방출광 방향에서부터 열을 멀리 전달하도록 히트 싱크(140)에 열전도성을 제공하도록 구비된다.

여기서 기술된 원리에 따르면, 상기 고상 광소자는 동시에 하나 이상의 방향으로 상당한 방향성 및 형상성을 갖는 출력 방출광을 제공할 수 있다. 도1A 및 도1B에 도시된 바와 같이, 광섬유 어레이(130)의 출력 단부(130)는 직사각형 또는 정사각형 출력을 제공하도록 패턴화 될 수 있다. 도5A 내지 도5F는 특정 적용예에 대해 요구되는 조명 타입에 따라 채택될 수 있는 광섬유 어레이에 대한 다른 변형 가능한 출력 단부 패턴을 도시한다. 예를 들어, 도5A는 6각형 출력 광섬유 패턴(133A)을, 도5B는 원형 출력 광섬유 패턴(133B)을, 도5C는 링형 출력 광섬유 패턴(133C)을, 도5D는 삼각형 출력 광섬유 패턴(133D)을, 도5E는 선형 출력 광섬유 패턴(133E)을 도시한다. 또한, 도5F에 도시된 바와 같이, 다른 예시적인 일 실시예에서, 다중으로 분리된 광섬유 출력 그룹이 특정 표적의 조명을 위해 이용될 수 있는 구획화된 출력 패턴(133F)이 제공될 수 있다. 상기 광섬유의 출력 단부를 고정하는 밴드가 납, 주석 및 아연계 재료와 합금과 같은 가요성을 갖는 재료로 형성될 수 있으므로, 몇몇 적용예에서, 광섬유 출력 패턴은 변형 가능할 수 있다.

도6A 내지 도6C에 도시된 바와 같이, 고상 광소자의 출력은 조향 가능하여, 하나 이상의 상이한 방향이 동시에 또는 교호로 조명될 수 있다. 도6A는, 예를 들어 3개의 상이한 그룹(233A, 233B, 233C)으로 배열된 광섬유 출력 단부(233)를 도시한다. 예를 들어, 차량용 전조등으로서 사용되는 경우, 상기 고상 광소자는 정상적인 작동 하에서 출력 단부(233A)를 통하여 전방으로 출력 조명을 제공할 수 있다. 차량이 일 측으로 회전하는 경우에, 상기 출력 광섬유(233B)에 대응하는 상기 LED 다이는 추가 조명이 출력 광섬유(233B)를 통하여 상기 일 측 방향으로 제공될 수 있도록 (예를 들어, 회전 신호 표시기에 의해 또는 설정된 양만큼 조향 휠을 돌림으로써) 활성화될 수 있다. 유사하게, 만일 타 측으로 회전하면, 출력 광섬유(233C)에 대응하는 LED 다이는 추가 조명이 상기 타 측 방향으로 제공될 수 있도록 활성화될 수 있다.

이와 달리, 도5E에 도시된 것과 같은 광섬유의 횡방향으로 연장된 출력 배열을 이용하는 조향 가능한 조명 시스템이 제공될 수 있어서, 후술되는 화소화 제어 회로(예를 들어, 도9A 및 도9B를 참조)가 예를 들어 회전하는 동안 일 측에서 타 측으로 조명된 광섬유의 블록을 활성화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 출력 조명은 적용예에 따라서 회전 방향으로 (또는 그로부터 멀리) 향하게 될 수 있다.

이러한 방식으로, 비기계적 해결책이 고상 광소자에서부터 조향 가능한 출력 조명을 제공하도록 사용될 수 있다. 이와 달리, 본 설명에 주어진 본 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 더 많거나 더 적은 광섬유 그룹들이 이용될 수 있다. 더욱이, 상기 그룹들은, 동일한 고상 광소자로부터의 상향 광선-하향 광선 출력 방출광을 위한 것처럼 상이한 상대적 배향을 가질 수 있다.

도6B에는 상이한 광섬유 그룹들을 안정화하고 지지하기 위해 사용될 수 있는 구조가 도시된다. 예를 들어, 밴드(256)가 광섬유의 출력 단부에 구비된다. 상기 밴드(256)는 제1 개구(254), 제2 개구(254A) 및 제3 개구(254B)를 제공할 수 있는 데, 개구(254A, 254B) 내에 배치된 광섬유는 개구(254) 내에 배치된 광섬유에서부터 상이한 방향으로 광을 출력할 것이다. 더욱이, 도6C에 도시된 바와 같이, 상기 밴드(256)는 고상 광소자에 대한 지지 구조의 일부로서 하우징(250)에 연결되거나 또는 그와 일체일 수 있다.

이와 달리, 도7A에 도시된 바와 같이, 상기 고상 광소자는 광섬유 출력 단부의 단일 다발에서부터 조향 가능한 광을 생성한다. 예를 들어, 광섬유 출력 단부(133)는 도6B의 출력 개구(254)와 같이 동일한 위치에 구비될 수 있다. 예시적인 본 실시예에서, 광섬유 출력 단부(129)로 표시된 이들 출력 단부의 일부는 나머지의 광섬유 출력 단부(133)와는 상이한 각도로, 또는 (예를 들어 광섬유 축에 대해 10 내지 50도 만큼) 실질적으로도 상이한 각도로 각지게 연마된다. 결과적인 방출광은 광섬유 단부(133)의 출력과 상이한 방향을 향하게 될 것이다. 따라서, 도6A 내지 도6C에 대해 앞서 논의된 적용예와 유사하게, 차량용 전조등으로 사용될 때, 상기 고상 광소자는 (출력 광섬유(133)를 통하여) 전방 및 (출력 광섬유(129)를 통하여) 측방 모두로 출력 조명을 제공할 수 있다.

각각의 광섬유의 출력 단부는 어떤 적절한 형상을 집합적으로 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도7B는 (예를 들어, 도1의 고상 광소자(100)와 같은) 고상 광소자에 대한 광섬유 출력 단부 패턴의 다른 실시예의 개략도이다. 도7B에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유 다발은 출력 단부(133)가 굴곡진 형상을 형성하도록 구성될 수 있는 출력 단부(133)를 포함한다. 어떤 적절한 굴곡진 형상은 예를 들어 타원형, 구형 등으로 형성될 수 있다. 상기 출력 단부(133)는 예를 들어 그라인딩 및 연마와 같은 어떤 적절한 기술을 사용하여 형상화 될 수 있다.

도13에 도시된 조향 가능한 조명을 제공하는 다른 실시예에서, 광섬유 어레이 커넥터(734)로부터 연장하는 광섬유는 다중 오프셋 광섬유 다발, 즉 중심 다발(730A) 및 측부 다발(730B, 730C)로 묶일 수 있다. 상기 광섬유 다발의 출력 단부에 의해 방출된 광이, 상기 오프셋 다발의 출력을 원하는 상이한 조명 영역(751A, 751B, 751C)으로 더 향하게 하는 비구면 렌즈와 같은 다중 초점 렌즈(750)에 의해 수광된다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 상기 고상 광소자는 차량 전조등 적용예에서와 같은 조명 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 현재 사용되는 전조등 리셉터클에 부착하는 것은 도8에 도시된 플랜지(139)를 사용하여 달성될 수 있다. 상기 플랜지(139)는 예를 들어 광섬유 어레이 커넥터(134)의 주연부 상에 배치될 수 있다. 각 플랜지는 이러한 리셉터클의 잠금 슬롯 내에 결합되도록 설계될 수 있다. 이와 달리, 상기 플랜지는 하우징 또는 집광기 기판과 같은 고상 광소자의 다른 부품 상에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도9A에 도시된 바와 같이, 개구 형상화 및/또는 동적 광선 이동을 위해 사용될 수 있는 화소화된 광 제어를 허용하는 조명 시스템(300)이 제공된다. 상기 시스템(300)은 여기서 기술된 고상 광소자(100)와 유사한 방식으로 구성되는 고상 광소자(301)를 포함한다. 제어기(304)는 배선 회로층에 연결될 수 있는 배선(302) 및 커넥터(310)를 거쳐 고상 광소자(301)와 전기적으로 연통한다. 전원(306)은 고상 광소자(301)에 전원/전류를 제공하기 위하여 상기 제어기(304)와 전기적으로 연통한다.

예시적인 일 실시예에서, 상기 제어기(304)는 고상 광소자(301)에 포함된 LED 다이의 그룹 또는 개별 LED 다이를 선택적으로 활성화하기 위하여 구성된다. 더욱이, 수광용 도파로가 LED 다이와 일대일로 대응하여 구비되기 때문에, 상기 조명 시스템(300)은 화소화된 출력을 제공할 수 있다. 이러한 타입의 화소화 제어는 (예를 들어, RGB 출력을 위한 적색, 녹색 및 청색과 같은) 상이한 컬러 또는 (예를 들어, 백색과 같은) 유사한 컬러 LED 다이의 제어를 허용한다.

도9B는 고상 광소자에 포함된 LED 다이 어레이에 화소화를 제공할 수 있는 예시적인 제어 회로(305)를 도시한다. 이러한 예에서, 각각이 20개의 LED 다이로 된 3개의 큰 그룹(314A 내지 314C)으로 분류되고 각각의 큰 그룹은 각각이 5개의 LED 다이로 된 작은 부그룹 또는 채널(예를 들어, LD1 내지 LD5)로 더 분할되는 60개의 LED 다이 (LD1 내지 LD60)가 LED 다이 어레이 내에 구비된다. 전체적으로, 각각이 5개의 LED 다이로 된 12개의 채널이 예시적인 본 실시예에서 개별적으로 제어될 수 있다. 일 예에서, RGB 출력 적용예에서, LED 다이의 제1 그룹이 적색 발광 LED 다이를 포함할 수 있고, LED 다이의 제2 그룹이 청색 발광 LED 다이를 포함할 수 있고, LED 다이의 제3 그룹이 녹색 발광 LED 다이를 포함할 수 있다. 이와 달리, 다른 예에서, LED 다이의 제1, 제2, 및 제3 그룹은 "백색" 발광 LED 다이를 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 배선 회로층은 상이한 LED 다이 그룹을 위한 개별 배선을 제공하도록 설계된다. 상이한 타입의 LED 다이 그룹과 더 많거나 또는 더 적은 개수의 LED 다이가 여기에서 기술된 원리에 따라 사용될 수도 있다. 이러한 구성으로, 개별 RGB LED 다이 채널은 "백색" 또는 다른 컬러의 출력을 제공하도록 구동될 수 있다. 더욱이, 특정 다이오드 채널이 LED 다이 불량에 의해 흐려지거나 고장나면, 인접한 채널은 출력 조명이 변하지 않게 보이도록 높은 전류로 구동될 수 있다. (비교적) 넓은 LED 다이 간격 및/또는 상기 배선층의 열관리 용량으로 인해, 몇몇 LED 다이 채널에 인가되는 더 큰 구동 전류는 전체 성능에 불리한 영향을 주지 않을 것이다.

보다 상세히, 전압이 전원 장치(306)를 통하여 회로(305)에 제공된다. 상기 전압은 승압 컨버터 칩(312A 내지 312C) 및 이와 관련된 (도시되지 않은) 전자 장치에 의해 조절된 출력 공급 전류/전압으로 변환된다. 이러한 방식으로, 전원(306)으로부터의 전압 변동은, LED 다이에 공급된 전류/전압이 조절된 레벨을 유지한 채로, 감소될 수 있다. 칩(312A 내지 312C)은 예를 들어 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor)로부터 구매 가능한 엔엘2733(LM2733) 칩을 포함할 수 있다. 예시적인 본 실시예에서, 구동 전압/전류 매개변수는 대략 20V에 80 내지 100mA일 수 있어서, 전체 LED 다이 어레이에 대해 전체 대략 1.0 내지 1.2A를 제공한다. 그 후, 상기 구동 전류/전압은 상기 어레이 내의 상이한 LED 다이 채널에 공급된다. 본 예에서, 각각의 LED 다이는 공칭적으로 대략 20mA의 바이어스 전류를 요구하여, 상기 전류가 증가할수록 바이어스 문턱값이 증가하여 대략 4.0V에 근접한다. 물론, 상이한 LED 다이 효율 또는 구성은 상이한 바이어스 및 구동 레벨을 요구할 수 있다.

또한, 저항/서미스터 체인(316)은 각각의 LED 다이 채널에 대한 전체 최대 전류를 설정하기 위해 회로(305) 내에 포함될 수 있다. 더욱이, 해당 개수의 LED 다이 채널 전자 스위치를 포함하는 스위치 세트(318)가 구비될 수 있어서, 각각의 LED 다이 채널이 각각의 특정 LED 다이 채널을 활성화하기 위하여 접지에 결합/분리된다. 상기 스위치 세트(318)는, 특정 적용예를 위해 요구되는 조명 매개변수를 기초로, (예를 들어, 회전 신호기와 같은) 원격 스위치 또는 (도시되지 않은) 마이크로제어기에 의해 자동적으로 제어될 수 있다. 물론, 이러한 회로 구성은 본 설명에 주어진 본 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 이해되는 바와 같이, 많은 실시와 치환을 허용한다. 예를 들어, 상기 제어 회로(305)는 동일한 전류로 모든 LED 다이를 구동하도록 실행될 수 있거나, 또는 이와 달리 주어진 LED 다이 채널은 자동으로 또는 명령에 의해 온/오프될 수 있다. 고정 또는 가변 저항을 상기 스위치 세트의 스위치 다리부에 더함으로써, 상이한 전류가 각각의 채널에 인가될 수 있다.

도10은 전조등 적용예에 사용되는 예시적인 고상 광소자(401)의 개략적인 예를 도시한다. 예를 들어, 전술된 실시예에 따라서 구성될 수 있는 고상 광소자(401)는 (도시되지 않은) 승용차 또는 다른 차량의 전조등 칸막이(402) 내에 배 치된다. 상기 광소자(401)는 리셉터클의 슬롯(438) 내에 활주되고 잠기도록 구성된 플랜지(439)를 활주 가능하게 결합하는 것으로 칸막이(402) 내에 고정될 수 있다. 따라서, 광 출력의 방향에서 멀리 열을 끌어내는 상기 히트 싱크(440)는 승용차 또는 다른 차량의 내부 엔진 칸막이와 같은 분리 칸막이(404) 내에 위치된다. 비임 형상의 출력 조명은 광학 소자(415)에 의하여 필요에 기초한 조명 패턴으로 모여 초점이 맞추어질 수 있다. 상기 광학 소자(415)는 (예를 들어, NHTSA와 같은) 전류 안전 협회의 표준에 따르는 선택된 출력 패턴을 제공하도록 설계될 수 있다. 광학 소자의 예는 비구면/왜상(anamorphic) 광학 소자, 그리고/또는 불연속 및/또는 비분해 (스플라인) 광학 소자를 포함할 수 있다.

이러한 해결책으로, 전조등 칸막이(402) 내에 배치된 복잡한 반사 광학 장치의 사용을 피할 수 있다. 더욱이, 열을 상기 칸막이(402)에서 멀리 끌어내기 때문에, 칸막이(402) 내의 어떤 남아 있는 광학 소자를 특별히 열처리할 필요가 없어서, 계속적인 고열에 노출되어서 일어나는 잠재 성능 저하를 피할 수 있다. 더욱이, 만일 고상 광소자(401)에 도6A 내지 도6C에서 앞서 도시된 바와 같은 출력 광섬유 및 출력 개구 구조가 구비된다면, 조향 가능한 출력 조명은, 종래의 HID 램프에서의 출력을 조향할 때 현재 사용되어야 하는 이동식 거울, 전구 및/또는 렌즈 기구를 이용할 필요 없이 달성될 수 있다.

여기서 기술된 고상 광소자는 다른 적용예에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도11은 치과용 경화 장치의 개략도로서, 여기에서 (여기의 다른 실시예 및/또는 도1A 및 도1B에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는) 고상 광소자(501)가 치과용 경화 장치(500) 내에 포함된다. 상기 고상 광소자(501)는 치과용 경화 장치(500)의 손잡이부(510) 내에 배치될 수 있다. 더욱이, LED 다이 또는 다른 고상 광 생성원으로부터의 출력을 수용하고 안내하는 데 사용되는 상기 출력 광섬유는 경화성 재료의 바로 위에 위치될 수 있는 광 이송 아암(525)을 통하여 연장될 수 있다. 이러한 적용예에서, UV 및/또는 청색 방사광원이 상기 조명을 수용하는 재료의 경화 양상에 따라 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 도12는 웨브 경화 스테이션(web curing station)과 같은 벌크 재료 경화 장치의 개략도이다. 예를 들어, 접착제, 테이프 또는 웨브를 기초로 한 제조에 있어서, 접착제는 종종 상이한 재료의 기판에 경화되어야 하는 청색/UV 경화성 재료이다. 종래의 방법에서, 고휘도 방전 및 아크 램프는 상기 경화 공정을 수행하는 데 종종 사용된다. 그러나, 이들 종래의 방전 램프는 광 및 열을 360도로 방출하여, 복잡한 열교환 및/또는 냉각 기구를 요구한다. 이와 달리, 상기 기판 재료 및 UV 경화제는 몇몇 종래의 해결법으로 고열을 견디도록 구성되어야 한다.

도12는 종래의 경화 시스템에서 발견되는 가열 문제점에 대한 해결책을 제공하는 데, 여기에서 경화 스테이션(600)이 (여기에 기술된 실시예들과 유사하게 구성된) 고상 광소자(604)를 포함하고, 상기 고상 광소자(604)의 열 방산 또는 히트 싱크 부품이 열 교환 유닛(602)에 위치된다. 전술된 바와 같이, 고상 광소자(604)의 방사광원에 의해 생성되는 열은 적절한 LED 다이 간격, 열전도성 배선 회로 및/또는 히트 싱크에 의해 광 출력의 방향에서 멀리 끌어내진다.

더욱이, 고상 광소자(604)는 방사광 경화성 재료에 고집광 방사광을 가할 수 있어서, 불충분한 경화 깊이에 의해 발생되는 유해한 결과를 줄이게 된다. LED 다이 또는 다른 방사광 생성원의 집광된 출력은 도파로 어레이에 의해 모여 안내될 수 있고, 변형 완화 하우징(strain relief housing)(630) 내에 배치될 수 있고, 방사광 경화 재료를 갖는 기판(650)에 인가될 수 있다. 상기 기판(650)은 많은 양의 재료를 연속적으로 경화하기 위하여 이동식 플랫폼, 기판 필름 웨브, 또는 롤러 벨트(652) 상에 배치될 수 있다. 도5A 내지 도5F에 대해 전술된 바와 같이, 광섬유와 같은 상기 도파로의 출력 단부는 복수의 상이한 변형 가능한 패턴 내에 배열될 수 있어서, 매우 다양한 형상 및/또는 경화 깊이 요구를 갖는 경화 재료에 특히 적합한 고상 광소자를 만들 수 있다.

여전히 다른 적용예에서, 여기서 기술된 상기 고상 광소자는 투사 시스템에 사용될 수 있다. 화소화된 출력을 제공할 수 있기 때문에, (예를 들어, 도1의 고상 방사광원(104) 어레이와 같은) LED 다이 어레이는 RGB 출력을 위한 상이한 출력 컬러 LED 다이를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 출력은 적절한 투사 화상을 제공하도록 순차 주사(progressive scanning)를 위해 다중 처리될 수 있다. 또한, 여기서 기술된 실시예의 상기 고상 광소자는 LCD 표시 장치의 백라이트를 위한 장치로서 사용될 수 있다. 특히, "백색" 방출광을 위해 형광체가 코팅된 다이를 사용할 때, 화소화된 백색 LED 다이는 LCD 표시 장치를 위한 증가된 대조비를 제공할 수 있다.

상기 고상 광소자가 표시 장치 또는 투사 시스템에 사용되는 실시예에서, 개 별 LED 다이 또는 개별 LED 다이의 그룹의 출력은 선택적으로 제어될 수 있어서, 도파로 어레이의 출력에서 제어된 광 출력의 공간적 분포를 생성할 수 있다. 예를 들어, (도1의 고상 광소자(100)와 같은) 광소자의 출력은 (예를 들어, LCD 어레이 또는 디지털 마이크로 거울 어레이와 같은) 공간 광변조기 상에 화상이 형성될 수 있어서, 예를 들어, PCT 특허 출원 공개 번호 제WO 03/077013 A2호에 기술된 바와 같이 전방 또는 후방 투사 스크린 상에 화상이 형성된다. 투사 스크린에서 화상의 대조비는 광소자에 의해 생성되는 광의 공간적 분포를 변형시킴으로써 증가될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "대조비"는 화상의 휘도가 가장 높은 영역과 동일한 화상에서 휘도가 가장 낮은 영역의 명암 비율을 의미한다. 예를 들어, 비교적 어두워야 하는 표시 장치의 영역은 상기 광소자 및 공간 광변조기 모두가 비교적 어두운 상태에 있도록 함으로써 얻어질 수 있다. 이와 달리, 매우 밝은 영역은 광소자와 해당 공간 광변조기의 영역에서 고휘도를 갖도록 함으로써 최종 표시 장치에서 생성될 수 있다.

도14A는 표시 장치(800)의 일 실시예의 개략도이다. 도14A에 도시된 바와 같이, 상기 표시 장치(800)는 광소자(810)와 상기 광소자(810)와 광학적으로 연통하는 공간 광변조기(830)를 포함한다. 상기 광소자(810)는 임의의 적절한 광소자일 수 있다. 상기 광소자(810)는 예를 들어 도1B의 광소자(100)와 같이 여기서 기술된 임의의 광소자를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 광소자(810)는 고상 방사광원(812) 어레이와, 집광기(814) 어레이와, 광섬유(816)를 포함한다. 각각의 광섬유(816)는 입력 단부(818) 및 출력 단부(819)를 갖는다. 도1B에 도시된 실시예의 고상 방사광원(104) 어레이, 집광기(120) 어레이 및 도파로(130)에 대해 여기에서 기술된 모든 설계 고려 사항과 가능성은 도14A에 도시된 실시예의 고상 방사광원(812) 어레이, 집광기(814) 어레이 및 광섬유(816)에 동일하게 적용한다. 고상 방사광원(812) 어레이는 여기에서 더 기술되는 바와 같이 LED 다이를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

여기에서도 기술되는 바와 같이, 고상 방사광원(812) 어레이의 각 고상 방사광원의 출력은 (예를 들어, 도9A의 조명 시스템(300)의 제어기(304)와 같은) 제어기에 의해 제어될 수 있다.

도14A에 도시된 실시예에서, 상기 광소자(810)의 광은 공간 광변조기(830)를 향하게 된다. 상기 공간 광변조기(830)는 개별적으로 어드레스로 불러낼 수 있는 제어 가능 소자(즉, 도14B의 제어 가능 소자(832)) 어레이를 포함한다. 공간 광변조기(830)는 적절한 타입의 제어 가능 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(830)는 가변 투광성 타입의 표시 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 공간 광변조기(830)는 투광성 타입 광변조기의 일 예인 액정 표시 장치(즉, LCD)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 공간 광변조기(830)는 반사 타입 광변조기의 일 예인 변형 거울 기기(즉, DMD)를 포함할 수 있다. (도시되지 않은) 표시 장치 구동 회로는 표시되는 화상을 한정하는 데이터에 따라서 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자를 제어하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 공간 광변조기(830)는, 예를 들어 렌즈, 디퓨저, 편광자, 필터, 빔 스플리터 등과 같은, 광변조기(830)로부터 관찰자에게 광을 더 향하게 하는 하나 이상의 광학 소자를 포 함할 수 있다.

상기 광소자(810)는 상기 광섬유(816)의 출력 단부(819)가 공간 광변조기(830)와 접촉하거나 그로부터 이격되도록 위치될 수 있다. 이와 달리, 하나 이상의 (도시되지 않은) 광학 소자가 공간 광변조기(830)와 광소자(810)의 출력 단부(819) 사이에 위치될 수 있다.

상기 공간 광변조기(830)에 의해 변조된 광은 관찰 위치에 위치한 관찰자를 향하게 될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공간 광변조기(830)는, 여기에서 더 기술되는 바와 같이, 임의의 적절한 광학 시스템을 사용하여 후방 투사 스크린 상에 화상을 향하게 할 수 있다. 이와 달리, 공간 광변조기(830)는 스크린으로 먼저 향하게 하지 않고 관찰자에게 직접 화상을 제공할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 공간 광변조기(830)에 의해 변조된 광은, 예를 들어 PCT 특허 출원 공개 번호 제WO 03/077013 A2호에 기술된 바와 같이 하나 이상의 추가 공간 광변조기를 향하게 될 수 있다. 이들 하나 이상의 추가 공간 광변조기는, 예를 들어 공간 광변조기, 콜리메이터, 디퓨저, 필터 등과 같은 임의의 적절한 타입의 소자를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 공간 광변조기의 공간 해상도는 광소자보다 상당히 더 높을 수 있다. 즉, 상기 공간 광변조기의 제어 가능 소자의 개수는 상기 광소자의 고상 방사광원의 개수보다 많을 수 있다.

예를 들어, 도14B는 도14A의 표시 장치(800)의 공간 광변조기(830)의 개략도이가. 도14B는 상기 공간 광변조기(830)의 평면도를 도시하고, 광소자(810)의 광 섬유(816)의 출력 단부(819)에 의해 생성되는 (이하, 출력(817)이라고 하는) 공간 광 분포 출력(817)의 이상화된 도면을 포함한다. 상기 공간 광변조기(830)는 (예를 들어, 화소와 같은) 제어 가능 소자(832)를 포함한다. 도14B에 도시된 바와 같이, 상기 공간 광변조기(830)는 광소자(810)로부터의 각 출력(817)에 대응하는 (그리고, 그에 따라서, 예를 들어 LED 다이와 같은 고상 방사광원(812) 어레이 내의 각 고상 방사광원에 대응하는) 9개의 제어 가능 소자(832)를 포함한다. 공간 광변조기(830)의 임의의 적절한 개수의 제어 가능 소자(832)는 상기 광소자(810)의 각 출력(817)에 대응하도록 구비될 수 있다.

낮은 해상도의 광소자(810)의 각 출력(817)의 크기는 최대 세기로부터 최소 세기에 이를 수 있게 하는 비율을 결정한다. 예를 들어, 영역(870) 내에서 최대 휘도를 생성하기 위하여, 상기 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자(832A)와 광소자(810)의 출력(817)은 그들의 최대 휘도값으로 설정된다.

두 개의 상이한 타입의 영역이 상기 영역(870)의 외부에 존재한다. 예를 들어, 만일 상기 영역(870)이 최대 휘도로 설정되면, 출력(817A)에 대응하는 해상도가 낮은 광소자(810)의 고상 방사광원이 가장 높은 휘도값으로 설정되기 때문에 상기 휘도는 영역(872) 내에서 최소값으로 설정될 수 없다. 상기 영역(874) 내에서, 상기 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자(832C)와 출력(817C)에 대응하는 광소자(810)의 고상 방사광원 모두는 그들의 가장 낮은 휘도값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 만일 공간 광변조기(830)와 광소자(810)의 각각이 1 내지 100 단위의 휘도 범위를 갖는다면, 상기 영역(870)은 100x100=10,000 단위의 휘도를 가질 수 있고, 상기 영역(872)은 100x1=100 단위의 휘도를 가질 수 있고, 상기 영역(874)은 1x1=1 단위의 휘도를 가질 것이다. 공간 광변조기(830)와 광소자(810)의 출력의 이와 같은 제어는 적어도 1000:1의 대조비를 제공할 수 있다. 상기 표시 장치(800)는 적어도 1500:1의 대조비를 제공하는 것이 바람직하다. 즉, (예를 들어, 출력(817A)에 대응하는 광원과 같은) 해당 고상 방사광원이 최대 광 출력에 있고 (예를 들어, 제어 가능 소자(832A)와 같은) 해당 제어 가능 소자가 최대 조명을 제공하도록 설정된 (예를 들어, 영역(870)과 같은) 제1 지점과, (예를 들어, 출력(817C)에 대응하는 광원과 같은) 해당 고상 방사광원이 최소 광 출력에 있고 (예를 들어, 제어 가능 소자(832C)와 같은) 해당 제어 가능 소자가 최소 조명을 제공하도록 설정된 (예를 들어, 영역(874)과 같은) 제2 지점의 휘도의 비는 적어도 1000:1인 것이 바람직하다. 해당 고상 방사광원이 최대 광 출력에 있고 해당 제어 가능 소자가 최대 조명을 제공하도록 설정된 제1 지점과, 해당 고상 방사광원이 최소 광 출력에 있고 공간 광변조기(830)의 해당 제어 가능 소자가 최소 조명을 제공하도록 설정된 제2 지점의 휘도의 비는 적어도 1500:1인 것이 더 바람직하다.

임의의 적절한 기술이 증가된 대조비를 얻기 위하여 광소자(810)와 공간 광변조기(830) 모두의 제어에 이용될 수 있다. 예를 들어, 원하는 화상을 상술하는 화상 데이터가 (도시되지 않은) 제어기에 공급된다. 상기 화상 데이터는 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자(832) 각각에 대응하는 화상 영역에 대한 원하는 휘도를 나타낸다. 상기 제어기는 광소자(810)의 (화소로서 작동하는) 고상 방사광원(812) 어레이의 각 고상 방사광원 각각을, 원래의 화상 데이터로부터 유도된 제1 화상 데이터 세트를 이용하여 원하는 화상의 근사치를 제공하도록, 설정한다. 이는, 예를 들어 해상도가 낮은 광소자(810)의 각 고상 방사광원에 대응하는 화상 영역에 대한 원하는 휘도의 평균 또는 가중 평균을 결정함으로써, 얻어질 수 있다.

그 다음, 상기 제어기는, 원래의 화상 데이터로부터 유도된 제2 화상 데이터 세트를 이용하여 결과 화상이 원하는 화상에 도달하도록, 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자(832)를 설정할 수 있다. 이는, 예를 들어 광소자(810)로부터 상기 공간 광변조기(830)의 해당 제어 가능 소자(832) 상에 입사되는 광의 세기로 원하는 휘도값을 나눔으로써, 달성될 수 있다. 광소자(810)로부터 상기 공간 광변조기(830)의 제어 가능 소자(832) 상에 입사되는 광의 세기는 상기 광소자(810)의 고상 방사광원(812) 어레이의 각 고상 방사광원으로부터의 광이 공간 광변조기(830) 상에 분포되는 공지 기술로부터 계산될 수 있다. 하나 이상의 고상 방사광원(812)으로부터의 기여는 합산되어, 해상도가 높은 공간 광변조기(830)의 임의의 제어 가능 소자(832)가 상기 광소자(810)의 고상 방사광원(812)이 설정되는 방향에 대해 조명될 세기를 결정한다.

도14B에 도시된 실시예에서, 상기 공간 광변조기(830)의 하나 이상의 제어 가능 소자(832)는 3개 이상의 서브 화소(834)를 포함할 수 있다. 상기 서브 화소(834)는 독립적으로 어드레스로 불러낼 수 있다. 각각의 서브 화소(834)는 특정 컬러 또는 컬러들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 서브 화소(834A)는 적색 필터 또는 발광 소자와 관련될 수 있고, 서브 화소(834B)는 청색 필터 또는 발광 소자와 관련될 수 있고, 서브 화소(834C)는 녹색 필터 또는 발광 소자와 관련될 수 있다. 본 기술 분야에서 알려진 공간 광변조기의 임의의 적절한 구성이 컬러 서브 화소(834)를 제공하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 상기 표시 장치는 임의의 적절한 표시 장치 구성에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도15는 후방 투사 표시 장치(900)의 일 실시예이다. 도시된 바와 같이, 상기 표시 장치(900)는 광소자(910)와 상기 광소자(910)와 광학적으로 연통하는 스크린(920)을 포함한다. 상기 광소자(910)는 (예를 들어, 도1B의 광소자(100)와 같은) 여기에서 기술된 임의의 적절한 광소자일 수 있다. 상기 광소자(910)는 고상 방사광원(912) 어레이와, 집광기(914) 어레이와, 광섬유(916)를 포함한다. 상기 광섬유(916)의 각각은 입력 단부(918)와 출력 단부(919)를 갖는다. 도1B에 도시된 실시예의 고상 방사광원(104) 어레이, 집광기(120) 어레이 및 도파로(130)에 대해 여기에서 기술된 모든 설계 고려 사항과 가능성은 도15에 도시된 실시예의 고상 방사광원(912) 어레이, 집광기(914) 어레이 및 광섬유(916)에 동일하게 적용한다. 고상 방사광원(912) 어레이는 여기에서 더 기술되는 바와 같이 LED 다이 어레이를 포함하는 것이 바람직하다.

도15에 도시된 실시예에서, 상기 광소자(910)의 광은 스크린(920)을 향한다. 상기 스크린(920)은 공간 광변조기(930)와, 상기 광소자(910) 및 공간 광변조기(930)와 광학적으로 연통하는 선택 사양인 제1 디퓨저(940)와, 상기 공간 광변조기(930)와 광학적으로 연통하는 선택 사양인 제2 디퓨저(950)를 포함한다. 상기 공간 광변조기(930)는 상기 스크린(920)과 일체일 수 있고, 이와 달리 상기 공간 광변조기(930)는 상기 스크린(920)과 이격될 수 있다. 상기 공간 광변조기(930)는 개별적으로 어드레스로 불러낼 수 있는 (도시되지 않은) 제어 가능 소자 어레이를 포함한다. 공간 광변조기(930)는 어떤 적절한 타입의 제어 가능 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공간 광변조기(930)는 액정 표시 장치를 포함할 수 있다. (도15에 도시되지 않은) 표시 장치 구동 회로는 표시되는 화상을 한정하는 데이터에 따라서 공간 광변조기(930)의 상기 소자를 제어하는 데 사용될 수 있다.

선택 사양인 제1 디퓨저(940)는 임의의 적절한 디퓨저일 수 있다. 상기 제1 디퓨저(940)는 상기 공간 광변조기(930) 상에 화상을 형성하는 상기 광소자(910)의 광의 세기가 매끄럽게 되도록 할 수 있다. 이와 달리, 매끄럽게 하는 유사한 효과는 상기 광소자(910)에서 적절한 거리만큼 공간 광변조기(930)를 이격시킴으로써 제1 디퓨저(940) 없이 달성될 수 있다.

상기 표시 장치(900)는 또한 선택 사양인 제2 디퓨저(950)를 포함한다. 상기 공간 광변조기(930)에 의해 변조된 광은, 상기 공간 광변조기(930)로부터 상기 제2 디퓨저(950)의 대향 측 상에 위치된 관찰자가 사실상 스크린(920)의 전체 영역으로부터 나오는 광을 볼 수 있도록 하는 방향의 범위에 걸쳐 나오는 광을 분산시키는 제2 디퓨저(950)를 통하여 안내된다. 일반적으로, 선택 사양인 제2 디퓨저(950)는 수평 및 수직 평면에서 상이한 각도 범위로 광을 분산시킬 수 있다. 본 기술 분야에서 알려진 임의의 적절한 디퓨저가 상기 제2 디퓨저(950)로 사용될 수 있다.

상기 표시 장치(900)는 또한 광소자(910)와 스크린(920) 사이에 위치된 하나 이상의 광학 소자(970)를 포함한다. 임의의 적절한 광학 소자 또는 소자들이, 예 를 들어 렌즈, 디퓨저, 편광자, 필터, 빔 스플리터 등이, 광을 광소자(910)에서 스크린(920)으로 향하게 하는 데 사용될 수 있다.

상기 표시 장치(900)는 상기 스크린(920) 및 광소자(910)와 전기적으로 연통하는 제어기(960)를 더 포함한다. 상기 제어기(960)는, 예를 들어 적절한 제어 소프트웨어를 구동하는 하나 이상의 마이크로프로세서인, 임의의 적절한 제어기일 수 있다. 상기 제어기(960)는 공간 광변조기(930) 상에 형성되는 화상의 저해상도 변형을 제공하기 위하여 고상 방사광원(912) 어레이를 제어할 수 있다. 상기 제어기(960)는 높은 공간 해상도를 갖는 형상을 제공하고 광소자(910)에 의해 제공되는 화상을 달리 보정하기 위하여 공간 광변조기(930)의 제어 가능 소자를 또한 제어할 수 있다.

상기 표시 장치(900)는 또한 광소자(910) 내의 상이한 고상 방사광원(912) 사이의 휘도 차이를 보상하기 위한 캘리브레이션 기구를 포함할 수 있다. 임의의 적절한 캘리브레이션 기구는 예를 들어 PCT 특허 출원 공개 번호 제WO 03/077013 A2호에 기술된 캘리브레이션 기구가 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 검출기 또는 검출기들이 LED 어레이 내의 상이한 LED로부터의 광을 포획하기 위해 상이한 위치로 이동될 수 있다. (예를 들어, 도15의 제어기(960)와 같은) 제어기가 광 검출기로부터의 신호를 수신한다. 이러한 신호는 주어진 전류에 대한 각 LED에 의해 방출된 광의 휘도를 나타낼 수 있다. 만일 하나 이상의 LED에 의해 방출되는 광의 휘도가 원하는 값과 상이하다면, 상기 제어기는 각각의 LED에 공급되는 전류에 인가될 보정값을 결정한다. 상기 제어기는 LED 어레이 내의 하나 이상의 LED에 상기 보정값을 연속적으로 인가할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 광소자(910)의 광은 예를 들어 PCT 특허 출원 공개 번호 제WO 03/077013 A2호에 기술된 바와 같이 하나 이상의 추가 공간 광변조기를 향하게 될 수 있다. 이들 하나 이상의 추가 공간 광변조기는, 예를 들어 공간 광변조기, 콜리메이터, 디퓨저, 필터 등과 같은 임의의 적절한 타입의 소자를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 각각의 고상 방사광원(912)은 상기 공간 광변조기(930)의 해당 제어 가능 소자가 리프레시되는 시간 동안 흐려지거나 꺼질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 공간 광변조기는 이러한 리프레시가 관찰자에 의해 인식될 수 있을 정도로 충분히 느리게 리프레시한다. 이는 "모션 블러(motion blur)"라고 하는 바람직하지 않은 효과를 일으킨다.

공간 광변조기(930)의 각 행이 리프레시되는 적절한 시기에, 해당 고상 방사광원(912)은 꺼지거나 흐려질 수 있다. 다른 시간에, 해당 고상 방사광원(912)은 관찰자가 원하는 휘도를 인식하기에 충분히 과구동될 수 있다. 관찰자의 눈은 고상 방사광원(912)의 빠른 깜박거림을 인식할 수 없다. 그 대신, 관찰자는 평균 휘도를 인식한다. 고상 방사광원(912) 어레이의 작동을 다중 처리하는 것이 대체적으로 바람직하다. 예를 들어, LED가 다중 처리되는 방식으로 작동되는 경우. 모션 블러를 보정하는 것은 공간 광변조기(930)의 리프레시로 고상 발광장치(912) 어레이의 다중 처리를 동기화함으로써 수행될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예가 논의되고 본 발명의 범위 내에 잠재적인 변형 을 참고한다. 본 발명의 이들 및 다른 변형 및 변경은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 본 기술 분야의 기술자에게 명백할 것이고 본 발명이 여기에서 설명된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 다음에 제공된 청구의 범위에 의해서만 한정될 것이다.

Claims

표시 장치이며,

방사광을 생성하고 각각의 고상 방사광원이 제어 가능한 방사광 출력을 포함하는 고상 방사광원 어레이와, 각각의 집광기가 상기 고상 방사광원 어레이의 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 방사광을 수용하는 복수의 광섬유를 포함하는 광소자와;

상기 광소자와 광학적으로 연통하고 상기 광소자로부터의 광을 변조하도록 작동 가능한 복수의 제어 가능 소자를 포함하는 공간 광변조기를 포함하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 공간 광변조기의 제어 가능 소자의 개수는 상기 광소자의 고상 방사광원의 개수보다 큰 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 광소자의 고상 방사광원 어레이의 각 고상 방사광원은 상기 공간 광변조기의 복수의 해당 제어 가능 소자를 조명하도록 구성된 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광소자와 공간 광변조기 사이에 위치된 디퓨저를 더 포함하고, 상기 디퓨저는 광소자 및 공간 광변조기와 광학적으로 연통하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 공간 광변조기와 관찰 위치 사이에 위치된 디퓨저를 더 포함하고, 상기 디퓨저는 공간 광변조기와 광학적으로 연통하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광소자와 공간 광변조기 사이에 하나 이상의 추가 광변조 스테이지를 더 포함하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광소자를 공간 광변조기 상에 비추도록 구성된 화상 광학 장치를 더 포함하는 표시 장치.
제7항에 있어서, 광을 관찰자에게 반사하도록 구성된 표시 장치 스크린을 포함하는 전방 투사형 표시 장치를 더 포함하는 표시 장치.
제8항에 있어서, 상기 공간 광변조기는 상기 표시 장치 스크린과 일체인 표시 장치.
제1항에 있어서, 해당 고상 방사광원이 최대 광 출력에 있고 상기 공간 광변조기의 해당 제어 가능 소자가 최대 조명을 제공하도록 설정된 제1 지점과 상기 해 당 고상 방사광원이 최소 광 출력에 있고 상기 공간 광변조기의 해당 제어 가능 소자가 최소 조명을 제공하도록 설정된 제2 지점의 휘도비는 적어도 1000:1인 표시 장치.
제10항에 있어서, 해당 고상 방사광원이 최대 광 출력에 있고 상기 공간 광변조기의 해당 제어 가능 소자가 최대 조명을 제공하도록 설정된 제1 지점과 상기 해당 고상 방사광원이 최소 광 출력에 있고 상기 공간 광변조기의 해당 제어 가능 소자가 최소 조명을 제공하도록 설정된 제2 지점의 휘도비는 적어도 1500:1인 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 고상 방사광원 어레이는 복수의 LED 다이를 포함하는 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 복수의 LED 다이의 적어도 일부는 자외선 발광 LED 다이를 포함하는 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 복수의 LED 다이의 적어도 일부는 백색 발광 LED 다이를 포함하는 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 LED 다이에서 발광된 컬러광은 제어 가능한 표시 장 치.
제1항에 있어서, 상기 공간 광변조기의 복수의 제어 가능 소자는 가변 투광성 표시 장치 소자를 포함하는 표시 장치.
제16항에 있어서, 상기 가변 투광성 표시 장치 소자는 액정 표시 장치 소자를 포함하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 공간 광변조기는 컬러 공간 광변조기를 포함하는 표시 장치.
제18항에 있어서, 상기 공간 광변조기의 복수의 제어 가능 소자의 각 제어 가능 소자는 복수의 컬러 서브 화소를 포함하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광소자 및 공간 광변조기와 전기적으로 연통하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 광소자 및 공간 광변조기 모두에 화상 데이터를 전송하도록 작동 가능한 표시 장치.
제20항에 있어서, 상기 제어기는, 복수의 제어 가능 소자를 주기적으로 리프레시하도록 하고 제어 가능 소자가 리프레시되는 동안 해당 고상 방사광원을 흐리 게 하거나 끄도록 구성되는 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 고상 방사광원 어레이는 규칙적인 어레이로 배열된 표시 장치.
제1항에 있어서, 복수의 광섬유 각각은 코어 및 외피를 포함하는 폴리머를 입힌 실리카 광섬유를 포함하고, 상기 폴리머를 입힌 실리카 광섬유는 대략 250 μm 내지 1000 μm의 코어 직경을 더 포함하는 표시 장치.
제1항에 있어서, 복수의 광섬유의 출력 단부는 비평면을 형성하는 표시 장치.
표시 장치이며,

방사광을 생성하는 LED 다이 어레이와, 각각의 집광기가 상기 LED 다이 어레이의 해당하는 하나에서의 조명을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 조명을 수용하는 복수의 광섬유를 포함하는 광소자와;

상기 광소자와 전기적으로 연통하고 상기 LED 다이 어레이의 하나 이상의 LED 다이를 선택적으로 활성화하도록 작동 가능한 제어기와,

상기 광소자와 광학적으로 연통하고 상기 광소자로부터의 광을 변조하도록 작동 가능한 복수의 제어 가능 소자를 포함하는 공간 광변조기를 포함하는 표시 장치.
제25항에 있어서, 상기 제어기는 LED 다이 어레이의 복수의 LED 다이 채널에 조절된 구동 전류 및 전압을 제공하는 표시 장치.
제26항에 있어서, 제1 LED 다이 채널이 적색 발광 LED 다이를 포함하고, 제2 LED 다이 채널이 청색 발광 LED 다이를 포함하고, 제3 LED 다이 채널이 녹색 발광 LED 다이를 포함하는 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 제어기는 원격 신호에 응답하여 제1 LED 다이 채널을 선택적으로 활성화하는 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 제어기는 제2 LED 다이 채널로부터의 감소된 방출광 출력을 보상하기 위하여 제1 LED 다이 채널에 증가된 구동 전류를 보내는 표시 장치.
제25항에 있어서, 상기 광섬유 어레이의 출력 단부는 비평면을 형성하는 표시 장치.
동적 범위를 갖는 화상을 표시하는 방법이며,

방사광을 생성하고 각각의 고상 방사광원이 제어 가능한 방사광 출력을 포함하는 고상 방사광원 어레이와, 각각의 집광기가 상기 고상 방사광원 어레이의 해당하는 하나로부터의 방사광을 수용하는 집광기 어레이와, 각각이 입력 단부 및 출력 단부를 포함하고 각각의 입력 단부가 해당 집광기로부터의 집광된 방사광을 수용하는 복수의 광섬유를 포함하는 광소자를 제공하는 단계와,

제1 세트의 화상 데이터에 의해 결정된 출력을 갖도록 상기 고상 방사광원 어레이를 제어하는 단계와,

제어 가능 소자 어레이를 포함하는 공간 광변조기의 일 면을 상기 고상 방사광원 어레이로부터의 광으로 조명하는 단계와,

제2 세트의 화상 데이터로 상기 공간 광변조기의 제어 가능 소자 어레이의 투광율을 제어하는 단계를 포함하는 화상 표시 방법.
제31항에 있어서, 상기 제2 세트의 화상 데이터는 상기 제1 세트의 화상 데이터보다 해상도가 높은 화상 표시 방법.
제31항에 있어서, 상기 고상 방사광원 어레이의 적어도 일부의 고상 방사광원 각각의 제어 가능한 방사광 출력을 검출하는 단계와,

상기 검출된 제어 가능한 방사광 출력을 원하는 방사광 출력과 비교하는 단계와,

상기 제어 가능한 방사광 출력을 원하는 방사광 출력으로 조절하는 단계를 더 포함하는 화상 표시 방법.