KR20100103697A

KR20100103697A - 광 다중화기 및 재활용기와 이를 포함하는 마이크로 프로젝터

Info

Publication number: KR20100103697A
Application number: KR1020107018187A
Authority: KR
Inventors: 케네스 리
Original assignee: 웨이비엔, 인코포레이티드
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-09-27
Also published as: EP2255242A1; WO2009091610A1; WO2009091610A9; EP2255242A4; JP2011512547A; CA2710963A1; CN101918877A

Abstract

마이크로 프로젝터는 LED 층, LED에 커플링되는 광파이프, LCOS 패널, 투사 렌즈, PBS, 광파이프의 출력 단부에 커플링되며, 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 광파이프의 입력 단부를 향해 광 출력의 나머지 부분을 반사시키기 위한 반사 표면을 구비한 개구층을 포함한다. 따라서, 광 출력의 나머지 부분은 다시 LED로 재활용되어 LED의 광 출력의 휘도를 증가시킨다. 또한, 마이크로 프로젝터는 예정된 편광의 광 출력을 투과시키고 광 출력의 다른 편광을 반사시킴으로써, 다시 LED로 광 출력의 사용되지 않은 편광을 재활용하여 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키기 위하여, 광파이프와 개구층 사이에 배치되는 반사 편광기를 포함한다.

Description

광 다중화기 및 재활용기와 이를 포함하는 마이크로 프로젝터 {LIGHT MULTIPLEXER AND RECYCLER, AND MICRO-PROJECTOR INCORPORATING THE SAME}

본 발명은 LED의 출력을 다중화시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히 재활용을 통해 다중화된 LED 출력의 휘도를 증가시키고 마이크로 프로젝터에 이를 포함시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

광원은 모든 유형의 조명 애플리케이션에 사용된다. 통상적인 광원은 아크 램프, 할로겐, 형광 장치, 마이크로파 램프 및 발광 다이오드(LED)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 많은 애플리케이션은 작은 유효 발광 영역에서 높은 수준의 휘도를 갖는 조명 시스템을 요구한다. 종래에는 더 많은 광원을 추가하여 이러한 높은 수준의 휘도를 달성할 수 있었다. 하지만, 이는 광원을 합체하는데 공간의 제약이 존재하면 기술적으로 불가능할 뿐만 아니라 여러 개의 광원을 합체 및 사용하는 것이 비용이 많이 들기 때문에 경제적으로도 적절하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 광원의 개수를 증가시키지 않고 광원의 휘도를 증가시키고자 하는 목적을 가진다.

예컨대, 마이크로디스플레이계 텔레비전(micro-display based television, MDTV)은 큰 크기의 스크린을 저렴하게 구비할 수 있는 가능성을 갖는다. 종래의 MDTV는 통상 아크 램프에 의해 조명된다. 이러한 광원은 가장 저렴한 비용으로 가장 밝을 수 있지만, 백색광을 3색으로 분리해야 하는 요구와 짧은 수명으로 인해 덜 바람직하다. LED 기술이 진보함에 따라, LED의 긴 수명 특성과 즉시 켜짐(instant ON)과 같은 다른 이점을 얻기 위해 MDTV에서 광원으로 LED를 사용하는 것이 고려되어야만 한다. 하지만, 현재 LED는 작은 영상 패널을 사용하거나 또는 더 큰 스크린을 구비한 저가 애플리케이션에 대해 충분히 밝지 못하다. LED 재활용 개념은 광원의 휘도를 강화하기 위해 Zimmerman 등에 허여된 미국 특허 제6,869,206호에서 사용되었다. 하지만, Zimmerman 등의 특허는 하나의 광 출력 개구를 구비한 광 반사 공동에 LED를 수납하는 것을 개시한다. 또한, Zimmerman 등에 허여된 미국 특허 제6,144,536호는 가스 충전식 중공 내부를 수납하는 형광체 코팅부(phorsphor coating)을 구비한 유리 엔벨로프(glass envelope)를 갖는 현광 램프(fluorescent lamp)를 개시한다. 형광체 코팅부에 의해 발생된 광의 일부는 형광체 코팅부로 다시 재활용된다. 본 발명은 더 작은 패널이 사용될 수 있거나 또는 더 큰 스크린이 충분한 휘도로 조명될 수 있도록 효율적인 재활용에 의해 LED의 사용 가능한 휘도를 증가시키기 위해 하나 이상의 LED에 커플링될 수 있는 재활용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

예컨대, LED는 전반 조명(general lighting), 건축화 조명(architectural lighting) 그리고 특히 최근에는 프로젝션 텔레비전과 같은 다양한 조명 용도에 사용되는 일 유형의 광원이다. 예컨대, 프로젝션 텔레비전에 사용되면, LED는 텔레비전 스크린상에 필수적인 높은 광 출력을 제공하기 위해 높은 휘도 수준으로 작은 유효 발광 영역에서 광을 발광시켜야 한다. 구체적으로, LED는 프로젝션 텔레비전에서 유용하도록 작은 발광 영역 내에서 작은 입체각(small and solid angle)으로 루멘(lumen) 내에서 측정될 때 강하고 밝은 광을 제공해야 한다.

발광 다이오드(LED) 개발이 대단한 전진되어 왔지만, 현재 이용가능한 LED의 출력 휘도는 여전히 대부분의 프로젝션 애플리케이션에 대해 충분하지 않다. 휘도를 증가시키기 위하여 주요 컬러를 지닌 LED를 결합시키고 출력 광을 재활용시키는데 사용되는 다양한 방법들이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들의 대부분은 고가의 요소 및/또는 따라서, 적용에 크게 제한을 갖는 대규모 벌크 장치를 활용하는 것을 포함한다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 재활용식의 저가의 LED 다중화기(multiplexer)를 목적으로 한다.

정보 전달의 진보로, 영상 디스플레이는 시장에서 중요한 커뮤니케이션 수단이 되었다. 예컨대, mp3 플레이어, 휴대폰, 오디오 및/또는 비디오 플레이어, 휴대용 단말기(PDA)와 같은 휴대용 전자 장치의 크기 및 가격도 계속 감소하고 있지만, 이러한 휴대용 전자 장치의 큰 디스플레이 영역의 요구는 변화하지 않고 있다. 따라서, 이제 스크린 크기는 이러한 휴대용 전자 장치의 크기를 제한하며, 휴대용 전자 장치 내로 마이크로 프로젝터를 포함하는 것이 매우 바람직하지만 이들의 높은 가격은 이러한 전면적인 합체(full-scale incorporation)를 어렵게 한다. 그러나, 현재 이용가능한 마이크로 프로젝터는 표준 프로젝터로부터 단순히 감소된 아키텍쳐를 가지며, 따라서, 가격은 저가 휴대용 전자 장치로 통합되기에는 너무 높게 유지된다. 이러한 휴대용 전자 장치에 내장되는 임의의 요소에 대한 가장 중요한 인자는 크기와 가격이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 통합 다중화기/재활용기(recycler)를 구비한 저가 마이크로 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 LED 다중화기의 크기를 작게 유지하면서 LED의 휘도를 증가시키도록 재활용식의 저가 LED 다중화기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이는 본 발명의 LED 다중화기/재활용기가 저가 휴대용 전자 장치에서의 사용을 위해 저가 마이크로 프로젝터로 용이하게 통합되도록 한다. 즉, 본 발명의 마이크로 프로젝터는 휴대용 전자 장치와 용이하게 통합될 수 있는 소형이고, 저가이며, 다목적인 밝은 LED계 조명 시스템(bright LED based illumination system)을 유리하게 제공하기 위하여 재활용식의 LED 다중화기를 포함한다. 또한, LED계 조명 시스템은 컬러 픽셀 디스플레이 및 시간 순차(time sequential) 디스플레이를 모두 제공하기 위하여 컬러를 다중화할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 LED의 휘도를 증가시키기 위하여 재활용식의 LED 다중화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 마이크로 프로젝터로 용이하게 통합될 수 있는 소형의 저가 LED 다중화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 휘도를 증가시키기 위해 적색, 녹색 및 청색 출력을 가진 LED를 효율적으로 결합시키고 출력을 재활용하기 위하여 재활용식의 광파이프계 RGB 다중화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이프 스케일 LED 프로젝터 시스템으로 확장될 수 있는 웨이퍼 스케일 LED 조명 시스템을 제공하는 것이다. 즉, 완전한 조명 및 투사(projection) 시스템은 웨이퍼 형태로 제조될 수 있으며 말단부에서 개별 시스템으로 절결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 LED 다중화기/재활용기를 포함하는 휴대용 전자 장치에서의 사용을 위해 저가 마이크로 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광 다중화기 및 재활용기는 각각 광 출력을 방출하는 복수의 LED를 포함하는 LED 층을 포함한다. 광 다중화기 및 재활용기는 입력 단부 및 출력 단부를 구비한 광학층을 더 포함한다. 광학층의 입력 단부는 복수의 LED로부터 광 출력을 다중화하기 위한 복수의 LED에 커플링된다. 개구층이 광학층의 출력 단부에 커플링되며, 단일 광 출력을 제공하도록 다중화된 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 광학층의 입력 단부를 향해 다중화된 광의 나머지 부분을 반사시키기 위한 반사 표면을 구비한다. 따라서, 다중화된 광의 나머지 부분은 다시 복수의 LED로 재활용되어 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시킨다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터는 광 출력을 방출하는 LED를 포함하는 LED 층을 포함한다. 마이크로 프로젝터는 입력 단부 및 출력 단부를 구비하는 광파이프를 더 포함하며, 광파이프의 입력 단부는 LED에 커플링된다. 개구층은 광파이프의 출력 단부에 커플링되며, 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 광파이프의 입력 단부를 향해 광 출력의 나머지 부분을 반사시키기 위한 반사 표면을 구비한다. 따라서, 광 출력의 나머지 부분은 다시 LED로 재활용되어 LED의 광 출력의 휘도를 증가시킨다. 또한, 마이크로 프로젝터는 예정된 편광의 광 출력을 투과시키고 광 출력의 다른 편광을 반사시킴으로써, 광 출력의 사용되지 않은 편광을 다시 LED로 재활용하여 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키기 위하여 광파이프와 개구층 사이에 배치되는 반사 편광기를 포함한다. 마이크로 프로젝터는 예정된 편광의 광 출력을 수용하고 반사시키기 위한 실리콘 액정(LCOS) 패널을 더 포함하며, 투과 개구의 크기가 LCOS 패널의 크기와 대체로 일치함으로써, LCOS 패널과 커플링되는 PBS의 면이 LCOS 패널보다 크다. 또한, 마이크로 프로젝터는 영상을 투사시키기 위하여 LCOS 패널로부터 예정된 편광의 광 출력을 포획하기 위한 투사 렌즈를 포함한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터는 광 출력을 방출하는 LED 및 입력 단부와 출력 단부를 구비하는 광파이프를 포함하는 LED 층을 포함한다. 광파이프의 입력 단부는 LED에 커플링된다. 마이크로 프로젝터는 내부 전반사를 제공하도록 모든 연마된 표면을 구비한 편광 비임 스플리터(polarization beam splitter, PBS)를 포함함으로써, PBS가 도파관으로서 작용한다.

본 발명의 다양한 다른 목적, 장점 및 특성은 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백해지며, 특히, 신규 특성은 첨부된 청구항에서 명시된다.

예로서 제공되어 단독으로 본 발명을 제한하지 않는 후속하는 상세한 설명은 다양한 구성에서 유사한 구성 요소 또는 구성이 유사한 도면 부호로 표시된 첨부된 도면과 함께 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광파이프계 광 다중화기 및 재활용기의 단면도이고,
도 2는 도 1의 광파이프계 광 다중화기 및 재활용기의 사시도를 도시하고,
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 투과 개구를 제외한 반사 코팅부로 코팅된 광파이프의 출력 단부의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광파이프의 입력 단부에 부착된 선택적으로 코팅된 얇은 유리판을 구비한, 본 발명의 광파이프계 광 다중화기 및 재활용기의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 외부 광학원에 의해 여기된 광 발생층을 이용한, 본 발명의 광 다중화기 및 재활용기의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광 발생층이 외부 광학원 상에 직접 코팅되는, 도 5의 본 발명의 광 다중화기 및 재활용기의 단면도이고,
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광 발생층 및/또는 외부 여기 광원을 수납하는 공동의 단면도이고,
도 8(a)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 레이저에 의해 여기된 하나 또는 그 이상의 다양한 광 발생 물질을 광 발생층이 포함하는, 도 5의 본 발명의 광 다중화기 및 재활용기의 단면도이고,
도 8(b)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 레이저에 의해 여기된 세 가지 상이한 광 발생 물질을 포함하는 광 발생층의 도면이고,
도 9(a) 내지 도 9(c)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 레이저에 의해 여기된 하나 또는 그 이상의 다양한 광 발생 물질을 광 발생층이 포함하는, 도 5의 본 발명의 광 다중화기 및 재활용기의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 코팅부를 구비한 광 발생층의 단면도이고,
도 11은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 단일 출력을 형성하기 위하여 세 가지 상이한 광 발생 물질로부터 세 가지 컬러 광을 다중화시키기 위한 세 가지 큐브 프리즘의 단면도이고,
도 12는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 조명 시스템 및/또는 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템의 개략도이고,
도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 광파이프계 조명 시스템 및/또는 웨이퍼 스케일 광파이프계 프로젝터 시스템의 개략도이고,
도 14는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 조명 시스템 및/또는 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템의 개략도이고,
도 15는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 커버 유리를 구비한 LED 패키지의 단면도이고,
도 16 내지 도 19는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 단면도이고,
도 20은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 LCOS 패널을 커플링시키기 위한 개구를 제외하고 반사 코팅되는 PBS의 면의 도면이고,
도 21은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 DMD를 포함한 마이크로 프로젝터의 단면도이고,
도 22 내지 도 26은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광 다중화기 및 재활용기의 도면이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 예시적 실시예가 설명된다. 이러한 실시예들은 본 발명의 원리를 도시하며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되면 안 된다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 복수의 LED(1140)를 포함하는 LED층(1100)을 포함한다. 각각의 LED(1140)는 광출력을 광파이프(1200)와 같은 광학층(1200)에 방출한다. 광학층(1200)은 입력 단부(1210) 및 출력 단부(1220)를 구비한다. 광학층(1200)의 입력 단부(1210)는 복수의 LED(1140)로부터의 광출력을 다중화하기 위하여 복수의 LED(1140)에 커플링된다. 또한, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 광학층(1200)의 출력 단부(1220)에 커플링되는, 반사 코팅부(1500)와 같은 개구층(1500)을 포함한다. 개구층(1500)은 단일 광 출력(1600)을 제공하기 위하여 다중화된 광 출력의 일부를 투과시키는 투과 개구(1510) 및 광학층(1200)의 입력 단부(1210)를 향해 다중화된 광의 나머지를 반사시키는 반사 표면을 구비함으로써, 다중화된 광의 나머지를 다시 복수의 LED(1140)로 재활용시켜 복수의 LED(1140)의 광 출력의 휘도를 증가시킨다. 양호하게는, 반사층(1400)은 광 파이프의 입력 단부(1210)의 영역(1410, 1420, 1430)을 제외한 광 파이프(1200)의 입력 단부(1210)를 덮으며, 복수의 LED(1140)들은 커플링되어 입력 단부(1210)가 영역(1410, 1420, 1430)을 제외하고 모든 컬러의 광에 대하여 반사적이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 1은 열 싱크(heat sink; 1150) 상에 장착된 복수의 LED 칩(1140)을 구비하는 LED층(1110) 및 광학층 또는 광파이프(1200)를 포함하는 광파이프계 광 다중화기 및 재활용기(1000)를 도시한다. LED 다중화기 및 재활용기(1000)는 단일 출력(1600)을 생산하기 위하여 광파이프(1200)를 이용하여 적색, 녹색 및 청색 LED 칩(1110, 1120, 1130)의 출력을 다중화하거나 결합시킨다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 반사층(1400)은 광파이프(1200)의 입력 단부 또는 표면(1210) 상의 반사 코팅부(1400)이므로, 입력 단부(1210)는 LED 칩(1140) 위쪽의 또는 LED 칩(1140)에 대응하는 입력 단부 또는 표면(1210)의 영역을 제외하면 모든 컬러의 광에 대해 반사적이다. 또한, LED 칩(1110) 위쪽의 또는 LED 칩(1110)에 대응하는 광파이프(1200)의 입력 단부(1210)의 영역(1410)은 적색광을 투과시키지만 녹색 및 청색 광과 같은 다른 컬러의 광을 반사시키는 투과성 적색 코팅으로 코팅된다. 유사하게, LED 칩(1120) 위쪽의 또는 LED 칩(1120)에 대응하는 광파이프(1200)의 입력 단부(1210)의 영역(1420)은 녹색광을 투과시키지만 적색 및 청색광과 같은 다른 컬러의 광을 반사시키는 투과성 녹색 코팅으로 코팅된다. LED 칩(1130) 위쪽의 또는 LED 칩(1130)에 대응하는 입력 단부(1210)의 영역(1430)은 청색광을 투과시키지만 적색 및 녹색광과 같은 다른 컬러의 광을 반사시키는 투과성 청색 코팅으로 코팅된다. 일 적색 LED 칩(1110), 일 녹색 LED 칩(1120), 일 청색 LED 칩(1130)만이 도 1에 도시되었지만, 복수의 적색 LED 칩(1110), 복수의 녹색 LED 칩(1120), 복수의 청색 LED 칩(1130)이 열 싱크(1150) 상에 장착될 수 있음을 알 수 있다. 양호하게는, 광파이프(1200)의 출력 단부 또는 표면(1220)은 출력(1600)이 커플링되는 경우, 출력 단부 또는 표면(1220)의 영역 또는 투과 개구(1510)를 제외하고 반사 코팅부(1500)를 구비한다.

적색 LED 칩(1110)으로부터의 적색광이 광파이프(1200) 내로 들어갈 때, 적색광의 일부 또는 부분은 투과 개구(1510)를 통해 광파이프에서 방출된다. 적색광의 나머지 또는 남은 부분은 광파이프(1200)의 입력 단부(1210)로 다시 반사되어 재활용된다. 유사하게, 녹색 LED 칩(1120)으로부터의 녹색광 및 청색 LED 칩(1130)으로부터의 청색광이 광파이프(1200) 내로 들어갈 때, 녹색 및 적색광의 일부가 투과 개구(1510)를 통해 광파이프(1200)에서 방출되며 녹색 및 적색광의 나머지는 재활용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세가지 다른 컬러(적색, 녹색 및 청색)의 9개 LED 칩(1140)을 구비한 광 다중화기 및 재활용기의 사시도를 도시한다. 실질적인 적용예에서, LED 칩(1140)의 개수 및 LED 칩(1140)에 의해 방출되는 컬러는 요구되는 출력을 생산하기 위하여 최적화될 수 있다. LED 칩(1140)은 도 2에 도시된 바와 같이 3x3 배열 같은, 임의의 MxN 배열로 배치될 수 있다.

도 3은 반사 코팅부(1510)에 의해 둘러싸인 광파이프(1200)의 출력 단부(1220)에서 투과 또는 출력 개구(1510)를 포함하는 개구층(1500)의 두 예시를 도시한다. 투과 개구(1510)는 광파이프(1200)의 출력 단부(1220)보다 작다. 또한, 투과 개구(1510)는 16:9[도 3(a)], 4:3[도 3(b)]의 종횡비 또는 임의의 다른 수용가능한 종횡비를 가질 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 투과 개구(1510)는 적색광과 같은 예정된 컬러의 광을 투과하며 재활용을 위해 광파이프(1200)의 입력 단부(1210)를 향해 다른 모든 컬러의 광을 반사하는 반사 코팅부(1530)로 코팅된다. 양호하게는, 투과 개구(1510)는 s편광 또는 p편광과 같은 예정된 편광의 광 출력을 투과시키고 재활용을 위해 다른 모든 편광(즉, 사용되지 않은 편광)의 광 출력을 반사시키기 위한 반사 편광 코팅부(1540)로 추가적으로 코팅될 수 있거나 또는 반사 편광 코팅층(1540)을 구비한 커버일 수 있다. 대안적으로, 투과 개구(1510)는 반사 편광 코팅부로 코팅되거나 반사 코팅부(1530) 없는 반사 편광층(1540)으로 덮인다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 반사 편광층(1540)과 반사 코팅부(1530) 사이 또는 반사 편광층(1540)과 투과 개구(1510) 사이에 배치된 파장판(1550)을 추가적으로 포함한다. 파장판(1550)은 광 출력의 편광 상태를 회전시켜 사용되지 않은 편광을 유용한, 예정된 편광으로 전환시킨다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 컬러 필터에 대응하는 컬러의 광을 투과시키고 다른 모든 컬러의 광을 반사시키는 복수의 컬러 필터를 구비하는 컬러 휠(color wheel)을 포함한다. 즉, 반사 코팅부(1530)는 다양한 컬러의 광을 선택적으로 투과시키기 위하여 투과 개구(1510)를 덮는 컬러 휠로 대체되며, 이에 따라 컬러 휠의 컬러 필터는 투과 개구(1510)를 덮는다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예는 광파이프(1200)의 입력 및 출력 단부(1210, 1220) 상에 직접적으로 코팅된 반사 코팅부(1400, 1500)를 구비한다. 이는 매우 효율적이지만 고가일 수 있다. 따라서, 저비용 적용예에서, 반사 코팅부(1400, 1500)는 예컨대, 선택적이고 반사적으로 코팅되는 얇은 유리판(1400)을 사용하여 개별적으로 이루어질 수 있다. 큰 유리판은 반사 코팅부로 선택적으로 또는 패턴식으로 코팅될 수 있으며, 이후 도 4에 도시된 바와 같이, 광파이프(1200)의 입력 단부(1210) 또는 출력 단부(1220)에 정합되도록 적절한 크기로 절단될 수 있다. 패턴식 또는 선택적으로 코팅된 유리판(1400)은 광파이프(1200)에 부착된다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광파이프(1200)는 중공 광파이프, 중실 광파이프, 직선 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기, 형상이 방정식에 의해 형성되는 자유 형태의 광파이프, 또는 수치적으로나 다른 수단에 의해 결정된 완전한 자유 형태의 광파이프, 또는 직선 중공 광파이프나 증가식으로 테이퍼진 중실 광파이프와 같은 임의의 적절한 조합 중 하나일 수 있다. 이러한 다양한 광파이프는 모두 광파이프로서 본 명세서에서 통칭된다. 광파이프에 대한 모든 언급은 본 명세서에서 설명된 임의의 광파이프 또는 다양한 광파이프의 조합을 포함한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 입력 측부에서, 광원(1750)에 의해 여기될 때 광선을 방출시키고 반사 표면을 구비하는 광 발생층(1700)을 포함한다. 광파이프(1120)의 입력 단부(1210)는 광 출력을 제공하도록 광 발생층(1700)으로부터의 광선을 다중화시키기 위하여 광 발생층(1700)에 커플링된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 다중화기 및 재활용기(1000)는 출력 측부에서, 광 출력의 일부를 투과시키는 투과 개구(1510) 및 광 발생층(1700)을 향해 광 출력의 나머지를 반사시키는 반사 표면을 구비하여, 투과 개구(1510)를 향해 다시 광 출력의 나머지를 반사시키고 재활용시키는, 광파이프(1200)의 출력 단부(1220)에 커플링된 개구층(1500)을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 명시된 바와 같이, 도 5에서는 도시되지 않았지만, 광 발생층(1700)을 포함하는 광 다중화기 및 재활용기(1000)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예정된 컬러의 광 및/또는 편광 광을 투과시키고 광의 다른 모든 사용되지 않은 컬러의 광 및/또는 편광을 반사/재활용시키기 위하여 반사 코팅부(1530) 및/또는 반사 편광층(1540), 및/또는 파장판(1550)으로 부분적으로 또는 전체적으로 덮인 출력 단부(1220)를 구비한 광파이프(1200)를 포함한다. 광파이프(1200)의 입력 단부(1210)는 외부 광학 광원(1750)에 의해 여기되는 광 발생층(1700) 부근에 배치됨으로써, 광발생층(1700)에 의해 방출된 광은 광파이프(1200) 내로 커플링된다. 또한, 양호하게는, 광발생층(1700)이 반사적이므로, 광파이프(1200)의 출력 단부(1220)로부터 반사된 광은 반사 광 발생층(1700)으로부터 광파이프(1200)의 출력 단부(1220)로 다시 전체적으로 또는 부분적으로 반사된다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광파이프(1200)의 입력 단부(1210) 부근의 광 발생층(1700)은 복수의 파장 또는 컬러를 가진 광선을 방출하기 위하여 하나 이상의 형태의 재료 조성을 포함한다. 즉, 광 발생층(1700)은 광 발생층(1700)의 재료 조성에 따라 단 하나의 광 컬러 또는 다수의 광 컬러를 방출할 수 있다. 양호하게는, 광 발생층(1700)의 각 영역이 다양한 컬러의 광선을 방출하도록 광 발생층(1700)의 다양한 재료 성분이 공간적으로 배치된다. 외부 여기 광원(1750)은 단일 파장 또는 다수의 파장(즉, 단일 컬러 또는 다수의 컬러)의 광을 방출하는 아크 램프, LED, 레이저 등일 수 있다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 여기 파장[즉, 외부 여기 광원(1750)에 의해 방출되는 광의 파장]은 광 발생층(1700)에 의해 방출되는 파장보다 짧을 수 있다. 예컨대, 청색 또는 UV 광은 적색, 녹색, 청색 또는 다른 컬러 광을 생산하는데 사용될 수 있다. 양호하게는, 광 발생층(1700)은 형광체 또는 형광체와 동일한 성질을 갖는 다른 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 적외선 광은 비선형 결정을 이용하여 적색, 녹색, 청색 또는 다른 컬러 광을 생산하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광 발생층(1700)은 도 1의 반사 코팅부(1400)와 유사한 광파이프의 입력 단부(1210) 상에 코팅될 수 있다. 대안적으로, 광 발생층(1700)은 투명 재료 시트, 예컨대, 도 4의 얇은 유리판(1400)과 유사하고 광파이프(1220)의 입력 단부(1210)에 매우 근접하게 위치된 유리판 상에 코팅될 수 있거나, 도 6에 도시된 바와 같이 여기 광원(1750) 상에 직접 코팅될 수 있다. 예컨대, 형광체 재료는 청색 또는 UV LED(1750) 상에 직접 코팅될 수 있으며, 비선형 결정 재료는 적외선 LED(1750) 상에 직접 코팅될 수 있다. 청색 또는 UV LED(1750)의 일 예는 GaN 상에 제조된 발광 접합부이다. 적외선 LED(1750)의 일 예는 GaAs 상에 제조된 발광 접합부이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 광 발생층(1700)은 공동(1800)을 형성하도록 광 발생층(1700)의 대향 측부들의 전체 또는 부분 반사층들(1810) 사이에 위치함으로써, 작은 출력 각 분포를 가능하게 하거나 광 발생층(1700)에 의해 방출된 광의 각 분포를 감소시킨다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 여기 광원(1750) 및 광 발생층(1700) 모두는 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 공동(1800) 내부에 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 광 발생층(1700)은 레이저에 의해 여기될 때 하나 이상의 컬러 광을 방출하기 위하여 하나 이상의 다양한 (예컨대, 다양한 컬러 형광체를 포함하는) 광 발생 물질(1710)을 포함한다. 광 발생 물질은 줄, 칼럼, 배열 또는 몇몇 예정된 패턴으로 배치될 수 있다. 예컨대, 도 8(b)는 3개의 상이한 광 발생 물질(1710)[녹색, 적색 및 청색광 발생 물질(1710)]을 구비한 광 발생층(1700)을 도시한다. 양호하게는, 레이저는 다이오드 레이저이다. 청색 또는 UV 레이저의 일 예는 GaN 재료를 사용하여 제조된 레이저이다. 적외선 레이저의 일 예는 GaAs를 이용하여 제조된 레이저이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 레이저(1750)는 광 발생층(1700)의 하나 이상의 다양한 광 발생 물질(1710)을 여기시키는데 사용될 수 있다. 예컨대, 도 9(b)에서, 3개의 상이한 레이저들(1750)이 사용될 수 있으며, 각각의 레이저(1750)는 다양한 광 발생 물질(1710)을 여기시킴으로써, 광 다중화기 및 재활용기(1000)가 광 발생층(1700)으로부터 3개의 상이한 컬러의 방출을 독립적으로 제어할 수 있게 한다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 1개 이상의 레이저(1750)가 동일한 광 발생 물질(1710)을 여기시키는데 사용될 수 있으므로, 그 광 발생 물질로부터 더 높은 광 출력을 생산한다. 예컨대, 도 9(c)에서, 적색 및 청색광 발생 물질(1710)들은 각각 일 레이저(1750)에 의해 여기되지만, 녹색광 발생 물질(1710)은 두 레이저에 의해 여기됨으로써, 광 발생층(1700)에 의해 청색 또는 적색광 보다 많은 녹색광을 생산한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 코팅부(1760)가 여기 광원(1750)으로부터의 광은 투과시키지만 광 발생층(1700)에 의해 발생된 광은 반사시키도록 광 발생층(1700)이 코팅되어, 발생된 광은 하나의 방향으로만 방출되어, 본 발명의 광 발생층(1700) 및 광 다중화기 및 재활용기(1000)의 효율을 증가시킨다. 양호하게는, 여기 광원(1750) 부근의 광 발생층(1700)의 표면이 코팅된다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 3개의 상이한 레이저(1750)로부터의 레이저 비임은 3개의 상이한 광 발생 물질(1710)[적색, 녹색 및 청색 광 발생 물질(1710)]을 여기시키는데 사용된다. 3개의 광 발생 물질(1710)로부터 방출된 광은 도 11에 도시된 바와 같이, 3개의 내부 전반사(TIR) 프리즘 또는 큐브(1900)를 사용하여 단일 출력으로 다중화된다. 레이저 비임이 매우 좁은 방출각을 가지기 때문에, 각각의 컬러 광 발생 물질(1710)은 하나 이상의 레이저 비임에 의해 여기될 수 있어 더 높은 광 출력을 생산한다. 예컨대, 녹색광의 더 높은 출력이 화이트 밸런스를 위해 필요한 경우, 단 하나의 레이저 비임이 청색 및 적색 광 발생 물질로 각각 유도되면서 2개의 레이저 비임이 녹색광 발생 물질(1710)로 유도될 수 있으므로 녹색광의 더 높은 출력을 생산한다.

본 발명의 일 태양에 따르면, TIR 큐브 프리즘 큐브(1900)는 2개의 삼각형 프리즘을 포함한다. 2개의 삼각형 프리즘의 모든 표면 또는 면들은 TIR 큐브 프리즘(1900)이 파장 안내부로서 작용하도록 연마된다. 두 삼각형 프리즘들 사이의 인터페이스에서 삼각형 프리즘의 면들은 광의 예정된 파장 및 컬러를 투과시키고 광의 다른 모든 파장 또는 컬러를 반사시키기 위하여 이색 코팅부(1910)로 코팅된다. 양호하게는, 인터페이스는 에어 갭(air gap) 또는 로우 인덱스 접착제(low index glue)로 채워진다.

이제 도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 스케일(wafer scale) 조명 시스템(2000) 및/또는 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)의 개략도가 도시된다. 웨이퍼 스케일 조명 시스템(2000)은 LED 웨이퍼 또는 층(2200)을 장착하기 위한 열 싱크층(2100), 양호하게는 컬러 필터층(2300)인 광학 필터층(2300), 광학층(2400) 및 개구층(2500)을 포함한다. 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)은 추가적으로 반사 편광층(2600), 액정 디스플레이(LCD) 패널층 또는 투과성 영상 패널층과 같은 영상 또는 디스플레이 패널층(2700) 및 투사 렌즈층(2800)을 포함한다. 기존 기술에서는 LED가 동일한 컬러로 제조될 수 있지만, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 컬러의 형광체를 사용하여 다양한 컬러의 LED(2210)가 동일한 웨이퍼 상에 제조될 수 있따. 동일한 컬러의 LED(2210)로부터의 방출은 컬러 형광체를 사용하여 몇몇 다른 컬러로 변환될 수 있다. 예컨대, 청색 또는 UV LED 웨이퍼는 단일 컬러의 복수의 LED(2210)를 제공하는데 사용될 수 있다. 다양한 컬러의 형광체는 LED 웨이퍼 상에 증착될 수 있어, 다양한 컬러의 LED(2210)를 생산한다. 즉, 3원색(적색, 녹색 및 청색) 방출 LED(2210)는 적색, 녹색 및 청색 형광체를 사용하여 생산될 수 있다.

양호하게는, 컬러 필터층(2300)은 웨이퍼 스케일 조명 시스템(2000)의 재활용 효율을 개선하기 위하여 컬러 LED(2210)를 포함하는 LED층(2200) 상에 위치된다. 컬러 LED(2210)의 상부 상의 컬러 필터는 LED(2210)에 의해 방출된 광의 컬러만 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사한다. 예컨대, 청색 LED(2210)의 상부 상의 컬러 필터는 청색광만 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사한다. 백색 또는 단일 컬러 LED 적용예에서는, 필터층(2300)은 반드시 필요하지 않으며 제거될 수 있다.

광학층(2400)은 다음 층 상에서 광을 변환시키거나 결상한다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 광학층(2400)은 반사기층(2420) 및 렌즈층(2440)을 포함한다. 적용예에 따라, 광학층(2400)은 도 13에 도시된 바와 같이, 일련의 광파이프(2450) 또는 구형 반사기층(2460) 및 조준 렌즈층(2480)을 포함한다. 적용예에 따라, 웨이퍼 스케일 조명 시스템(2000) 및 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)은 다중 광학층(2400)을 구비할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광파이프(2450)는 중공 광파이프, 중실 광파이프, 직선 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기, 형상이 방정식에 의해 형성되는 자유 형태의 광파이프, 또는 수치적으로나 다른 수단에 의해 결정된 완전한 자유 형태의 광파이프, 또는 직선 중공 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 중실 광파이프와 같은 임의의 적절한 조합 중 하나일 수 있다. 이러한 다양한 광파이프는 모두 광파이프로서 본 명세서에서 통칭된다. 광파이프에 대한 모든 참조는 본 명세서에서 설명된 임의의 광파이프 또는 다양한 광파이프의 조합을 포함한다.

이후, 광학층(2400)을 빠져나오는 광은 광의 일부는 반사되고 광의 일부는 개구(2510)를 통과하는 복수의 개구 또는 투과 개구(2510)를 포함하는 개구층(2500) 상에 입사된다. 반사된 광은 LED(2210)에서 다시 재활용된다. 개구(2510)를 통해 빠져나온 광은 예컨대, 웨이퍼 스케일 조명 시스템(2000)을 제공하기 위하여 비편광 용도로 활용될 수 있는 비편광 출력이다.

예컨대, 웨이퍼 스케일 투사 시스템(3000)을 제공하기 위하여, LCD, 실리콘 액정(liquid crystal on silicon, LCOS) 및 다른 편광 적용예에 있어서, 광학 반사 편광층(2600)이 활용된다. 양호하게는, 광학 반사 편광층(2600)은 도 1의 파장판(1550)과 유사한 파장판층(미도시)을 포함한다. 반사 편광층 또는 반사 편광기(2600)는 예정된 편광을 투과시키며 다른 모든 편광(즉, 사용되지 않은 편광)을 LED층(2200)으로 다시 반사함으로써 재활용 효율을 증가시킨다. 광학 파장판층은 광 출력의 편광 상태를 회전시켜 사용되지 않은 편광을 유용한, 예정된 편광으로 전환시킨다. 이 단계에서, [광학 필터층(2300), 광학 반사 편광층(2600) 또는 광학 파장판층을 구비하거나 구비하지 않은] 조명층(2100 내지 2600)을 포함하는 복합 웨이퍼는 LED 조명 시스템(2000)의 배열을 형성한다. LED 조명 시스템(2000)의 배열은 복수의 개별 LED 조명 시스템(2000)을 제공하기 위하여 개별편으로 소우 절결선(saw cut line; 2900)상에서 절결될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 웨이퍼 스케일 조명 시스템(2000)은 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)을 제공하기 위하여 다른 층과 더 통합될 수 있다. 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)은 하나 이상의 투사 렌즈층(2800)이 후속되는 조명층(2100 내지 2600)의 상부 상에 위치되는 디스플레이 또는 영상 패널층(2700)을 더 포함한다. 도 12는 영상 패널층이 본 발명의 예시적 실시예에 따른 투과성 LCD 패널(2710)을 포함하는 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(2000)을 도시한다. 컬러 픽셀 LCD 패널(2710)에 있어서, LED(2210)는 백색 형광체를 구비한 백색 LED(2210)일 수 있거나, 실시간 컬러를 조정하는 능력을 가진, 서로 결합된 적색/녹색/청색(RGB) LED(2210)일 수 있다. 고속 스위칭 LCD 패널(2700)에 있어서, 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템(3000)은 한번에 하나 이상의 적색/녹색/청색 LED(2210)를 켜기 위하여 공지된 시간 컬러 다중화(time color multiplexing)를 활용할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 완성된 프로젝터 유닛/시스템(3000)은 소우 절결선(2900) 상에서 개별 프로젝터 유닛/시스템(3000)으로 절결될 수 있다.

광파이프를 사용한 웨이퍼 스케일 투사 시스템의 구현은 도 13에 도시되며, 유사하게, 영상 패널층(2700) 및 투사 렌즈층(2800)은 웨이퍼 스케일 투사 시스템을 제공하기 위하여 도 14의 조명층(2100 내지 2600)에 추가될 수 있다.

휴대폰, MP3 플레이어, 휴대용 단말기(PDA) 등과 같은 휴대용 전자 장치에 사용되는 것과 같은 매립형 마이크로 프로젝터에 있어서, 가장 중요한 인자는 크기 및 비용이다. 따라서, 이들의 크기와 비용을 감소시키기 위하여 이러한 매립형 마이크로 프로젝터 내 요소의 개수를 최소화하는 것이 중요하다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터는 단일 패키지 상의 다수의 LED, 즉, 적색, 녹색 및 청색 LED를 활용한다. 다수의 LED로부터의 광 출력은 컬러를 결합시키도록 다중화되고, LED의 휘도를 증가시키도록 재활용되고, 렌즈 없이 LCOS 패널에 커플링됨으로써 요소의 개수를 최소화한다.

이제 도 15를 참조하면, 복수의 LED(4100)를 포함하는 LED 패키지(4000)의 구조가 도시된다. 양호하게는, LED 패키지(4000)는 오스람(Osram)과 같은 LED 제조사에 의해 일반적으로 공급되는 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED, 두 개의 녹색 LED(4100)로 구성된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, LED 패키지(4000)는 이색 코팅부(4400)로 코팅되는 것이 바람직한 커버 윈도우(cover window) 또는 유리(4200) 및 복수의 LED(4100)를 장착하기 위한 기판(4300)을 구비한다. 예컨대, 적색 LED(4100)의 상부 상에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 코팅부(4400)는 적색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사한다. 녹색 LED(4100)의 상부 상에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 코팅부(4400)는 녹색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사한다. 청색 LED(4100)의 상부 상에서, 코팅부(4400)는 청색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사한다(미도시). 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 각각의 컬러 LED(4100)는 독립적으로 구동된다. 선택적으로, 두 녹색 LED(4100)들은 함께 또는 개별적으로 구동될 수 있다.

도 16은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 LED 구조체(4000)를 포함한 마이크로 프로젝터(5000)를 도시한다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(5000)는 LED 패키지(4000), 광파이프(5100), PBS(5200), 투사 렌즈(5600), LCOS 패널(5500), 선택적 반사 편광기(5300) 및 선택적 파장판(5400)을 포함한다. 입력 단부 또는 면(5110)을 구비한 광파이프(5100)는 LED 패키지(4000)의 모든 LED(4100)를 대체로 덮으며, 패키지 윈도우인 커버 윈도우(4200) 상에 위치되며, LED(4100)로부터 방출되는 광을 커플링시키는데 사용된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광파이프(5100)는 중공 광파이프, 중실 광파이프, 직선 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기, 형상이 방정식에 의해 형성되는 자유 형태의 광파이프, 또는 수치적으로나 다른 수단에 의해 결정된 완전한 자유 형태의 광파이프, 또는 직선 중공 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 중실 광파이프와 같은 임의의 적절한 조합 중 하나일 수 있다. 이러한 다양한 광파이프는 모두 광파이프(1200)로서 본 명세서에서 통칭된다. 광파이프에 대한 모든 언급은 본 명세서에서 설명된 임의의 광파이프 또는 다양한 광파이프의 조합을 포함한다.

광파이프(5100)의 출력 단부(5120)는 편광 비임 분할기(PBS)(5200)와 대체로 동일한 크기를 가지며 PBS(5200) 내로 광을 커플링시킨다. PBS(5200)는 모든 표면이 연마되어 도파관으로서 작용한다. 광파이프(5100)와 PBS(5200) 사이에서, 반사 편광기(5300)는 예정된 편광이 PBS(5200) 내로 투과되도록 위치된다. 광파이프(5100)와 반사 편광기(5300) 사이에서, 선택적 파장판(5400), 양호하게는 쿼터(quarter) 파장판은 시스템의 재활용 효율을 증가시키는데 사용될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, LCOS 패널(5500)은 광파이프(5100)에 직선으로 대향되게 위치된다. PBS(5200)의 배향에 따라, LCOS 패널(5500)은 도 17에 도시된 바와 같이 수직면 상에 위치될 수 있다. 투사 렌즈(5600)는 도 16 또는 도 17에 도시된 바와 같이 광파이프에 수직으로 위치될 수 있다. LCOS 패널(5500) 상의 입사광이 특정 발산정도(divergence), 일반적으로 F/2.4를 가지기 때문에, 광이 PBS(5200)에 의해 블로킹(blocking)되지 않고 투사 렌즈(5600)에 의해 포획되도록 PBS(5200)는 LCOS 패널(5500)보다 크다. LCOS 패널(5500)은 손실을 최소화하기 위하여 가능한 한 PBS(5200)에 가까이 위치된다. LCOS 패널(5500)에 대면하는 PBS(5200)의 표면은 개구(5215)를 구비한 반사 코팅부(5210)로 코팅됨으로써, 개구(5215)의 크기는 LCOS 패널(5500)의 크기와 일치한다. 따라서, 광의 일부 또는 부분은 LCOS 패널(5500)를 조명시키며, 반사 코팅부(5210) 상의 입사광의 나머지 부분 또는 잔여부는 광파이프(5100)로 다시 반사되고 LED 패키지(4000)로 다시 재활용된다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 18, 도 19에 도시된 바와 같이, 도 16, 도 17의 반사 편광기(5300)는 제거될 수 있으며, 그 기능은 도 18, 도 19에 도시된 바와 같이 PBS(5200)의 조합 및 PBS 상의 추가된 반사 코팅부(5210)에 의해 교체될 수 있다. 이는 마이크로 프로젝터로부터 하나 이상의 요소를 유리하게 제거함으로써, 마이크로 프로젝터의 비용을 감소시킨다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광파이프(5100)의 출력 단부(5120)는 광의 개선된 커플링을 위해 볼록하게 제조될 수 있다. 양호하게는, 광파이프(5100)의 출력 단부(5120)의 볼록한 표면은 집적(integrated) 렌즈를 형성한다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 집적 렌즈의 기능은 광파이프(5100)와 PBS(5200) 사이에 배치된 선택적 프레즈넬(Fresnel) 렌즈(5700)에 의해 수행될 수 있다. 프레즈넬 렌즈(5700)의 장점은 매우 얇고 본 발명의 집적 마이크로 프로젝터에 매우 적절하다는 것이다. 프레즈넬 렌즈(5700) 또는 집적 렌즈의 초점 거리는 최대 성능을 위해 조정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터(5000)는 LED 패키지(4000)의 커버 유리(4200) 상에 위치되는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 컬러 필터를 추가적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 광 다중화기 및 재활용기(1000)로 인해, 컬러 필터(4400)는 광파이프(5100)의 입력 면 또는 단부(5110) 상에 코팅될 수 있다. 이는 양호하게는 커버 유리(4200)를 선택적으로 만듦으로써, 마이크로 프로젝터(5000)로부터 다른 요소를 제거한다.

본 명세서에서 설명된 LED 패키지(4000)가 RGGB LED 패키지이지만, LED 패키지(4000)는 복수의 LED(4100) 또는 M과 N 모두가 양수인 임의의 MxN 배열의 컬러 LED(4100)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 각각의 컬러 LED(4100)는 컬러 필터가 용이하게 제조될 수 있도록 전략적으로 하나 또는 그 이상의 LED 위치를 포함할 수 있다. 즉, 각각의 컬러는 서로에 이웃한 몇몇 소형 LED 위치로부터 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 동일한 컬러의 LED의 각각의 클러스터는 단일 LED로서 처리될 수 있다.

컬러의 개수는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 3개(적색, 녹색 및 청색)에 제한되지 않음을 알 수 있다. 본 발명의 마이크로 프로젝터는 단일 컬러, 2개 컬러, 3개 컬러 또는 3개 이상의 컬러의 LED를 포함하는 LED 패키지를 사용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, PBS(5200)의 특정 표면은 연마된다. PBS(5200)의 임의의 표면은 투과 및 내부 전반사(TIR)를 위한 것이며, 다른 표면은 TIR을 위해서만 사용된다. 양호하게는, PBS(5200)의 이러한 TIR만의 표면은 조립의 편이를 위하여 반사 코팅으로 선택적으로 코팅될 수 있다.

이제 도 20을 참조하면, LCOS 패널(5500)이 PBS 면의 부분만 사용하는 것을 도시하는 LCOS 패널(5500)의 방향으로부터의 PBS(5200)의 도면이 도시된다. PBS 면의 나머지는 재활용 목적을 위해 반사되게 제조되거나 반사 코팅부(5210)를 구비한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터(5000)는 RGGB LED(4100) 대신에 백색 LED(4100)만 포함하는 LED 패키지(4000)를 활용한다. 따라서, LED 패키지 상의 코팅부(4400)는 제거될 수 있다. 마이크로 프로젝터(5000)는 백색 LED(4100), 광파이프(5100), PBS(5200)를 포함한다. 도 16 내지 도 19에 도시된 바와 같이 표준 LCOS 패널(5500)이 사용되는 경우, 출력은 스크린(미도시) 상에서 흑백 픽쳐(black and white picture)일 것이다. 양호하게는, 컬러 픽쳐를 생산하기 위해 컬러 픽셀 LCOS이 표준 LCOS 패널 대신에 사용될 수 있다. 컬러 픽셀 LCOS는 픽셀의 부분이 적색, 픽셀의 부분이 녹색 및 픽셀의 부분이 청색이 되도록 픽셀의 상부 상에 위치된 투명 컬러 필터로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 픽셀의 부분은 컬러화되지 않고 백색 픽셀로 간주됨으로써 디스플레이의 휘도를 향상시킨다. 컬러 픽셀 LCOS가 구성을 단순화시키지만, 해상도는 더 낮아질 수 있다. 특정 적용예에 있어서, 마이크로 프로젝터의 복잡성을 낮춰서, 마이크로 프로젝터의 비용이 감소된다면, 더 낮은 해상도도 허용될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 마이크로 프로젝터(5000)는 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)에 의해 제조된 디지털 광 처리(DLP®) 장치와 유사한 디지털 미러 장치(digital mirror device, DMD)(5910)을 포함한다. DMD(5910)은 DMD 패키지(5900) 상에 장착되는 것이 바람직하다. DMD(5910)은 경사질 수 있는 다수의 소형 미러(픽셀)를 구비한다. 픽셀이 꺼진 DMD(5910)으로 광선이 입사될 때, 광은 입사 방향 및 투사 렌즈(5600)로부터 멀어지는 방향으로 반사되어 스크린(미도시) 상에서 투사되지 않는다. 픽셀이 켜질 때, DMD(5910)의 미러는 입사 비임을 향해 경사지고 반사된 광은 투사 렌즈(5600)를 향해 유도되어 스크린 상으로 투사된다. TIR 큐브 프리즘(5800)은 두 삼각 프리즘(5810, 5820)을 포함하며, 제1 삼각 프리즘(5810)은 입사 비임을 DMD(5910)에 제공하며 입사 비임은 내부 전반사에 의해 반사된다. DMD(5910)로부터 반사된 비임은 반사되지 않지만, 인터페이스를 통해 제2 삼각 프리즘(5820)으로 투과된다. 두 삼각 프리즘(5810, 5820)은 DMD(5910)으로부터의 영상이 왜곡되지 않도록 평행한 인터페이스를 형성한다.

제1 삼각 프리즘(5810)의 모든 면들[및 양호하게는, 제2 삼각 프리즘(5820)의 모든 면들]은 파장 안내부를 형성하도록 연마된다. 각도 세타(θ)는 최대 효율을 위해 조정된다. DMD(5910) 상의 입사광이 특정 개구수를 가지기 때문에, TIR 프리즘(5800)의 크기는 도 21에 도시된 바와 같이 DMD의 영상 영역보다 크다. DMD 표면에서 TIR 프리즘(5800) 상으로 안내된 광은 더 크고, 광이 수집되지 않는 경우, 광이 정상적으로 소실된다. 따라서, 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, TIR 프리즘(5800) 상의 영상 영역 외부의 영역은 반사 구조체(5920)로 덮인다. 양호하게는, 반사 구조체(5920)는 각진 미러 배열, 각진 반사기 배열, 미러, 격자의 각진 배열 또는 역반사체 배열이며, 따라서, 각진 미러 배열(5920) 상의 입사광은 도 21의 광선(b)로 도시된 바와 같이 입사 방향으로 다시 반사된다. 각진 미러 배열(5920)은 간격을 갖도록 형성될 수 있으며, 이 간격은 얼마나 두꺼워질 수 있는 지에 의해 결정된다. 대체로 TIR 프리즘(5800)과 DMD 패키지(5900) 사이의 간격으로 인해 한계가 정해진다. 반사된 광은 결국 광 파이프(5100)를 통해 다시 이동하여 LED(4100)내로 다시 이동한다.

이제, 도 22의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광 다중화기 및 재활용기(6000)가 도시된다. 광 다중화기 및 재활용기(6000)는 광 파이프(6100)를 포함한다. 광 파이프(6100)의 단면은 직사각형, 사각형, 원형 등일 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 광 파이프(6100)는 중공 광파이프, 중실 광파이프, 직선 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기, 형상이 방정식에 의해 형성되는 자유 형태의 광파이프, 또는 수치적으로나 다른 수단에 의해 결정된 완전한 자유 형태의 광파이프, 또는 직선 중공 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 중실 광파이프와 같은 임의의 적절한 조합 중 하나일 수 있다. 이러한 다양한 광파이프는 모두 광파이프(1200)로서 본 명세서에서 통칭된다. 광파이프에 대한 모든 언급은 본 명세서에서 설명된 임의의 광파이프 또는 다양한 광파이프의 조합을 포함한다.

광 파이프(6100)의 상부, 바닥 및 좌측 표면은 우측에 대해 출력 단부(6120)를 구비하고 반사코팅된다. 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이, 위로 향하는 바닥 표면(6310)은 LED 칩(6200)에 대한 세 개구를 구비한다. 적색 칩(6200)은 적색광을 투과시키고 녹색 및 청색 광을 반사시키는, CR 코팅부를 가진 적색 윈도우(6310)에 위치된다. 녹색 칩(6200)은 녹색광을 투과시키고 적색 및 청색 광을 반사시키는, CG 코팅부를 가진 녹색 윈도우(6320)에 위치된다. 청색 칩(6200)은 청색광을 투과시키고 적색 및 녹색광을 반사시키는, CB 코팅부를 가진 청색 윈도우(6330)에 위치된다. 내부 전반사가 기본적으로 사용될 수 있기 때문에 광 파이프의 측벽은 선택적으로 코팅될 수 있다. 따라서, 적색 칩(6200)으로부터의 광은 적색 반사 윈도우(6310)로 인해 녹색 또는 청색 칩(6200)과 만나지 않는다. 녹색 및 청색 칩(6200)으로부터의 광에 대해서도 동일하다.

따라서, 각각의 컬러는 자체 재활용 시스템을 형성하고 모든 컬러는 동일한 광파이프(6100)에서 혼합되어 다중화된 출력(6400)을 형성한다.

도 22의 (a) 및 (b)가 적색, 녹색 및 청색 LED 칩(6200)을 사용하는 구조를 도시하지만, 일반적인 구성은 도 23에 도시된 바와 같이 하나 또는 그 이상의 컬러를 지닌 둘 이상의 칩으로 구성될 수 있다. LED 칩(6200)의 각각의 컬러와 일치하는 대응 코팅부가 사용된다. 예컨대, 동일한 컬러의 둘 이상의 칩(6200)은 동일한 형태의 코팅된 윈도우(6310, 6320, 6330)와 함께 사용될 수 있다. 특정 적용예에서 요구되는 다양한 컬러의 상대 농도(relative intensity)에 따라, 적절한 수의 칩이 활용될 수 있다. LED 칩(6200)은 도 22 및 도 23의 단일 LED 칩(6200)으로서 도시되며, 또한 배열 형태로 함께 집단화된 몇몇 칩들을 구비한 동일한 컬러의 다수의 칩으로 구성될 수 있다. 이러한 칩들 사이에서는 최소 간격이 바람직하다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 24에 도시된 바와 같이, 광 다중화기 및 재활용기(6000)는 광파이프(6100)의 출력 단부(6120)에서 특정 적용예에 적절한 개구를 구비한 출력 반사 개구를 더 포함함으로써, 추가적인 재활용을 제공한다. 편광 적용예에서는, 반사 편광기(6500) 및 선택적 파장판(6600)이 추가될 수 있다. 본 발명의 다른 예시적 실시예와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 반사 코팅부 또는 개구, 반사 편광기 및 선택적 파장판의 설명이 동일하게 적용될 수 있으며 본 명세서에서 다시 설명되지 않는다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 25에 도시된 바와 같이, 광 다중화기 및 재활용기(6000)는 재활용/다중화 광파이프(6100)와 통합되거나 출력을 소정의 크기 및 각도로 변환시키기 위한 개별 광파이프(6700)로서의 테이퍼진 광파이프(6700)를 포함한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 26(a)에 도시된 바와 같이, 광 다중화기 및 재활용기 또는 시스템(6000)은 백색 LED(6200)를 사용하며 윈도우(6340)가 코팅부를 구비하지 않는다. 단일 컬러의 LED(6200)가 사용될 때, 도 26(a)에 도시된 바와 같이, 코팅부를 구비하지 않은 투명한 윈도우(6200)가 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 도 26(b)에 도시된 바와 같이, 서로 매우 근접한 파장을 가진 두 LED는 코팅 윈도우(6350, 6360)를 사용하여 함께 다중화될 수 있기 때문에 시스템(6000)의 휘도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 예컨대, 이러한 실시예는 녹색 칩들의 파장들이 충분히 근접하여 녹색으로서 간주되는 경우 둘 이상의 녹색 칩(6200)과 함께 사용될 수 있다.

설명된 본 발명은 당업자에게는 명백하며, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 다수의 방식으로 변형될 수 있다. 임의의 및 모든 이러한 변형예는 다음의 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims

각각 광 출력을 방출하는 복수의 LED를 포함하는 LED 층과,
입력 단부 및 출력 단부를 구비한 광학층으로서, 상기 광학층의 상기 입력 단부는 상기 복수의 LED로부터의 광 출력을 다중화시키기 위해 상기 복수의 LED에 커플링되는 광학층과,
상기 광학층의 상기 출력 단부에 커플링되며, 단일 광 출력을 제공하도록 다중화된 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 상기 광학층의 상기 입력 단부를 향해 다중화된 광의 나머지 부분을 반사시키기 위한 반사 표면을 구비함으로써, 다중화된 광의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 재활용시켜 상기 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는 개구층을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키기 위한 렌즈층 및 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 반사층을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키고 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 광파이프를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키기 위한 렌즈 및 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 구형 반사기를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제3항에 있어서, 상기 복수의 LED가 커플링되는 상기 입력 단부의 영역을 제외한 상기 광파이프의 상기 입력 단부를 덮는 반사층을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제5항에 있어서, 상기 반사층은 상기 복수의 LED가 커플링되는 상기 입력 단부의 영역을 제외한 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 반사 코팅부인
광 다중화기 및 재활용기.
제5항에 있어서, 상기 복수의 LED가 커플링되는 상기 입력 단부의 영역을 제외한 상기 광파이프의 상기 입력 단부를 덮도록 반사 코팅부로 선택적으로 코팅되는 유리판을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 투과 개구는 16:9 또는 4:3의 종횡비를 가지는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 LED는 MxN 배열로 배치되며, M과 N은 모두 양의 정수인
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 LED를 장착하기 위한 열 싱크를 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 LED는 복수의 컬러 LED 칩을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제11항에 있어서, 상기 복수의 컬러 LED 칩은 복수의 녹색 LED 칩, 적색 LED 칩 및 청색 LED 칩을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제11항에 있어서, 상기 LED층을 덮는 필터 층을 더 포함함으로써, 하나의 컬러 LED 칩을 덮는 상기 필터층의 영역이 상기 컬러 LED 칩에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제3항에 있어서, 상기 광파이프는 중공 광파이프, 중실 광파이프, 직선 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기 및 자유 형태 광파이프 중 적어도 하나인
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 투과 개구는 광의 예정된 컬러를 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키는 반사 코팅부를 구비하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 컬러 휠을 더 포함하고, 상기 컬러 휠은 컬러 휠의 어떤 컬러 필터가 상기 투과 개구를 덮는지에 따라, 광의 다양한 컬러를 선택적으로 투과시키도록 상기 투과 개구를 덮는 복수의 컬러 필터를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 예정된 편광의 상기 단일 광 출력을 투과시키고 상기 광학층의 상기 입력 단부를 향해 모든 다른 편광의 상기 단일 광 출력을 반사시키기 위해 상기 투과 개구를 덮는 반사 편광층을 더 포함함으로써, 다시 상기 복수의 LED로 사용되지 않은 편광을 재활용하여 상기 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제17항에 있어서, 단일 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 사용되지 않은 편광을 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위한 파장판을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제15항에 있어서, 예정된 편광의 상기 단일 광 출력을 투과시키고 상기 광학층의 상기 입력 단부를 향해 모든 다른 편광의 상기 단일 광 출력을 반사시키기 위해 상기 투과 개구를 덮는 반사 편광층을 더 포함함으로써, 다시 상기 복수의 LED로 사용되지 않은 편광을 재활용하여 상기 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제19항에 있어서, 단일 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 사용되지 않은 편광을 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위한 파장판을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제12항에 있어서, 상기 LED층을 덮는 필터층을 더 포함함으로써, 상기 녹색 LED 칩을 덮는 상기 필터층의 영역이 녹색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키며, 상기 청색 LED 칩을 덮는 상기 필터층의 영역이 청색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키며, 상기 적색 LED 칩을 덮는 상기 필터층의 영역이 적색광을 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제18항에 있어서, 마이크로 프로젝터를 제공하기 위하여 상기 예정된 편광의 상기 광 출력를 포획하기 위한 투사 렌즈를 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제1항에 있어서, 상기 LED층은 열 싱크층 상에 장착되는 LED 웨이퍼인
광 다중화기 및 재활용기.
제23항에 있어서, 다양한 컬러의 상기 복수의 LED를 제공하기 위하여 상기 LED 웨이퍼 상에 적층된 컬러 형광체를 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제24항에 있어서, 상기 LED 웨이퍼를 덮는 필터층을 더 포함함으로써, 각각의 LED를 덮는 상기 필터층의 영역이 상기 각각의 LED에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 광의 다른 모든 컬러를 반사시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제25항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키기 위한 렌즈층 및 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 반사층을 포함하여, 웨이퍼 스케일 LED 조명 시스템의 배열을 제공하는
광 다중화기 및 재활용기.
제26항에 있어서, 상기 웨이퍼 스케일 LED 조명 시스템의 배열은 복수의 분리 웨이퍼 스케일 LED 조명 시스템을 제공하기 위하여 개별 편들로 절결되는
광 다중화기 및 재활용기.
제26항에 있어서, 예정된 편광의 상기 단일 광 출력을 투과시키고 상기 광학층의 상기 입력 단부를 향해 모든 다른 편광의 상기 단일 광 출력을 반사시키기 위해 상기 투과 개구를 덮는 반사 편광층을 더 포함함으로써, 상기 복수의 LED로 사용되지 않은 편광을 다시 재활용하여 상기 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제28항에 있어서, 단일 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 사용되지 않은 편광을 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위한 파장판을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제28항에 있어서, 상기 반사 편광층 위에 디스플레이 패널층과 상기 디스플레이 패널층 위에 투사 렌즈층을 더 포함함으로써 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템의 배열을 제공하는
광 다중화기 및 재활용기.
제30항에 있어서, 상기 디스플레이 패널층은 투과성 액정 디스플레이(LCD) 패널층을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제31항에 있어서, 상기 컬러 형광체는 복수의 백색 컬러의 LED를 제공하기 위하여 백색 형광체를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제31항에 있어서, 상기 컬러 형광체는 복수의 적색, 녹색 및 청색 컬러 LED를 제공하기 위하여 적색, 녹색 및 청색 형광체를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제33항에 있어서, 상기 웨이퍼 스케일 LED 프로젝터 시스템의 배열은 복수의 분리 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템을 제공하기 위하여 개별 편들로 절결되는
광 다중화기 및 재활용기.
제25항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키기 위한 렌즈 및 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 구형 반사기를 포함하여, 웨이퍼 스케일 조명 시스템의 배열을 제공하는
광 다중화기 및 재활용기.
제25항에 있어서, 상기 광학층은 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 일부를 상기 개구층으로 투과시키고 재활용을 위해 상기 복수의 LED로부터의 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 복수의 LED로 반사시키기 위한 광파이프를 포함하여 웨이퍼 스케일 조명 시스템의 배열을 제공하는
광 다중화기 및 재활용기.
제36항에 있어서, 상기 웨이퍼 스케일 조명 시스템의 배열은 복수의 분리 웨이퍼 스케일 조명 시스템을 제공하기 위하여 개별 편들로 절결되는
광 다중화기 및 재활용기.
제36항에 있어서, 예정된 편광의 상기 단일 광 출력을 투과시키고 상기 광학층의 상기 입력 단부를 향해 모든 다른 편광의 상기 단일 광 출력을 반사시키기 위해 상기 투과 개구를 덮는 반사 편광층을 더 포함함으로써, 사용되지 않은 편광을 다시 상기 복수의 LED로 재활용하여 상기 복수의 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제38항에 있어서, 단일 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 사용되지 않은 편광을 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위한 파장판을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제38항에 있어서, 상기 반사 편광층 위에 디스플레이 패널층과 상기 디스플레이 패널층 위에 투사 렌즈층을 더 포함함으로써, 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템의 배열을 제공하는
광 다중화기 및 재활용기.
제40항에 있어서, 상기 디스플레이 패널층은 투과성 액정 디스플레이(LCD) 패널층을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제41항에 있어서, 상기 컬러 형광체는 복수의 백색 컬러의 LED를 제공하기 위하여 백색 형광체를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제41항에 있어서, 상기 컬러 형광체는 복수의 적색, 녹색 및 청색 컬러 LED를 제공하기 위하여 적색, 녹색 및 청색 형광체를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제43항에 있어서, 상기 웨이퍼 스케일 LED 프로젝터 시스템의 배열은 복수의 분리 웨이퍼 스케일 프로젝터 시스템을 제공하기 위하여 개별 편들로 절결되는
광 다중화기 및 재활용기.
제3항에 있어서, 상기 개구층은 상기 광파이프의 상기 출력 단부 상의 반사 코팅부인
광 다중화기 및 재활용기.
제3항에 있어서, 상기 개구층은 상기 광파이프의 상기 출력 단부를 덮도록 반사 코팅부로 선택적으로 코팅된 유리판인
광 다중화기 및 재활용기.
광 출력을 방출하는 LED를 포함하는 LED 층과,
입력 단부 및 출력 단부를 구비하는 광파이프로서, 상기 광파이프의 상기 입력 단부가 LED에 커플링되는 광파이프와,
상기 광파이프의 상기 출력 단부에 커플링되며, 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 상기 광파이프의 상기 입력 단부를 향해 광 출력의 나머지 부분을 반사시키기 위한 반사 표면을 구비함으로써, 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 LED로 재활용시켜 상기 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키는 개구층과,
예정된 편광의 상기 광 출력을 투과시키고 상기 광 출력의 다른 편광을 반사시킴으로써 상기 광 출력의 사용되지 않은 편광을 다시 상기 LED로 재활용하여 상기 LED의 상기 광 출력의 휘도를 증가시키기 위하여, 상기 광파이프와 상기 개구층 사이에 배치되는 반사 편광기와,
예정된 편광의 광 출력을 수용하고 반사시키기 위한 실리콘 액정(LCOS) 패널로서, 상기 투과 개구의 크기는 상기 LCOS 패널의 크기와 대체로 일치함으로써, 상기 LCOS 패널과 커플링되는 상기 PBS의 일 면이 상기 LCOS 패널보다 큰, LCOS 패널과,
영상을 투사시키기 위하여 상기 LCOS 패널로부터 상기 예정된 편광의 상기 광 출력을 포획하기 위한 투사 렌즈를 포함하는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 광파이프는 직선 광파이프, 중공 광파이프, 중실 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기 및 자유 형태 광파이프 중 적어도 하나인
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 사용되지 않은 편광을 상기 반사 편광기에 의해 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위한 파장판을 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 개구층은 내부 전반사를 제공하도록 모든 표면이 연마된 편광 비임 스플리터(PBS)이며, 상기 PBS는 도파관으로서 작용하고, 상기 광파이프와 커플링되는 상기 PBS의 일 면은 상기 광파이프의 상기 출력 단부와 대체로 동일한 크기를 가지는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 LCOS 패널은 상기 광파이프의 상기 출력 단부에 대향되게 배치되거나 상기 광파이프에 수직으로 배치되는
마이크로 프로젝터.
제50항에 있어서, 상기 광파이프의 상기 출력 단부는 볼록 표면을 가지며 집적 렌즈를 형성하는
마이크로 프로젝터.
제50항에 있어서, 상기 광파이프와 상기 PBS 사이에 배치된 프레즈넬 렌즈를 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 LED는 백색 LED이며, 상기 LCOS 패널은 컬러 픽셀 LCOS인
마이크로 프로젝터.
제54항에 있어서, 상기 컬러 픽셀 LCOS는 복수의 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 제공하기 위하여 투명 컬러 필터를 포함하는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 LED층은 컬러 LED의 배열을 포함하는 LED 패키지이며,
상기 컬러 LED의 배열을 덮는 반사층을 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제56항에 있어서, 상기 반사층은 이색 코팅부로 코팅됨으로써, 컬러 LED를 덮는 상기 반사층의 영역은 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키는
마이크로 프로젝터.
제56항에 있어서, 컬러 LED에 커플링되는 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 상기 반사층의 영역이 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키도록, 상기 반사층은 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 이색 코팅부인
마이크로 프로젝터.
제56항에 있어서, 상기 LED 패키지는 청색, 녹색 및 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제59항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 하나의 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제60항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 두 개의 녹색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제47항에 있어서, 상기 LED는 서로 조밀하게 패킹된 동일한 컬러의 LED 클러스터를 포함하는
마이크로 프로젝터.
광 출력을 방출하는 LED를 포함하는 LED 층과,
입력 단부 및 출력 단부를 구비하는 광파이프로서, 상기 광파이프의 상기 입력 단부는 LED에 커플링되는 광파이프와,
내부 전반사를 제공하도록 모든 표면이 연마된 편광 비임 스플리터(PBS)로서, 상기 PBS는 도파관으로서 작용하고, 상기 PBS는 상기 광파이프의 상기 출력 단부와 커플링되며 투과 개구를 구비하고, 상기 광파이프와 커플링되는 상기 PBS의 일 면은 상기 광파이프의 상기 출력 단부와 대체로 동일한 크기를 가지는 편광 비임 스플리터와,
예정된 편광의 상기 광 출력을 수용하고 반사시키기 위한 실리콘 액정(LCOS) 패널로서, 상기 투과 개구의 크기는 상기 LCOS 패널의 크기와 대체로 일치함으로써, 상기 LCOS 패널과 커플링되는 상기 PBS의 일 면은 상기 LCOS 패널보다 큰, LCOS 패널과,
영상을 투사시키기 위하여 상기 LCOS 패널로부터 상기 예정된 편광의 상기 광 출력을 포획하도록 상기 PBS의 일 면에 커플링되는 투사 렌즈를 포함하고,
상기 투과 개구를 통해 상기 광 출력의 일부를 투과시키고 상기 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키기 위하여, 상기 광 출력의 나머지 부분을 다시 상기 LED로 반사시키고 재활용시키도록, 상기 투과 개구 및 상기 투사 렌즈에 커플링되는 상기 면을 제외한 상기 PBS의 모든 면들은 반사 코팅부를 구비하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 광파이프는 직선 광파이프, 중공 광파이프, 중실 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기 및 자유 형태 광파이프 중 적어도 하나인
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 광 출력의 편광 상태를 회전시키고 상기 반사 편광기에 의해 반사된 상기 사용되지 않은 편광을 상기 예정된 편광으로 전환시키기 위해, 상기 광파이프와 상기 PBS 사이에 배치되는 파장판을 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 LCOS 패널은 상기 광파이프의 상기 출력 단부에 대향되게 배치되거나 상기 광파이프에 수직으로 배치되는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 광파이프의 상기 출력 단부는 볼록 표면을 가지며 집적 렌즈를 형성하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 광파이프와 상기 PBS 사이에 배치되는 프레즈넬 렌즈를 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 LED는 백색 LED이며, 상기 LCOS 패널은 컬러 픽셀 LCOS인
마이크로 프로젝터.
제69항에 있어서, 상기 컬러 픽셀 LCOS는 복수의 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 제공하기 위하여 투명 컬러 필터를 포함하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 LED층은 컬러 LED의 배열을 포함하는 LED 패키지이며,
상기 컬러 LED의 배열을 덮는 반사층을 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제71항에 있어서, 상기 반사층이 이색 코팅부로 코팅됨으로써, 컬러 LED를 덮는 상기 반사층의 영역은 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키는
마이크로 프로젝터.
제71항에 있어서, 컬러 LED에 커플링되는 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 상기 반사층의 영역이 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 하나의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키도록, 상기 반사층은 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 이색 코팅부인
마이크로 프로젝터.
제71항에 있어서, 상기 LED 패키지는 청색, 녹색 및 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제74항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 하나의 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제75항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 두 개의 녹색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제63항에 있어서, 상기 LED는 서로 조밀하게 패킹된 동일한 컬러의 LED 클러스터를 포함하는
마이크로 프로젝터.
광 출력을 방출하는 LED를 포함하는 LED 층과,
입력 단부 및 출력 단부를 구비하는 광파이프로서, 상기 광파이프의 상기 입력 단부는 LED에 커플링되는 광파이프와,
제1 삼각 프리즘 및 제2 삼각 프리즘을 포함하는 내부 전반사(TIR) 큐브 프리즘으로서, 상기 제1 삼각 프리즘 및 제2 삼각 프리즘의 모든 면들은 도파관을 형성하도록 연마되는 내부 전반사 큐브 프리즘과,
영상 영역을 제공하기 위하여 상기 TIR 큐브 프리즘의 상기 제1 삼각 프리즘의 일 면에 커플링되는 복수의 경사형 미러를 포함하는 디지털 미러 장치(DMD)로서, 상기 제1 삼각 프리즘의 상기 면은 상기 영상 영역보다 크고 상기 광 출력의 광선은 상기 DMD 상에 입사되는 DMD와,
상기 LED의 광 출력의 휘도를 증가시키기 위하여, 다시 상기 LED로 상기 광 출력의 나머지 부분을 반사시키는 반사 구조체 상에 입사되는 상기 광 출력의 광선을 반사시켜 재활용하기 위하여 상기 영상 영역 외부에서 상기 삼각 프리즘의 상기 면을 덮는 반사 구조체 및
상기 DMD의 상기 경사형 미러가 켜졌을 때, 영상을 투사시키기 위하여 상기 DMD로부터 반사된 상기 광선을 포획하도록 상기 제2 삼각 프리즘의 일 면에 커플링되는 투사 렌즈를 포함하는
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 광파이프는 직선 광파이프, 중공 광파이프, 중실 광파이프, 증가식으로 테이퍼진 광파이프, 감소식으로 테이퍼진 광파이프, 복합 포물선형 집광기 및 자유 형태 광파이프 중 적어도 하나인
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 광파이프, 상기 TIR 큐브 프리즘, 상기 DMD 및 상기 투사 렌즈들 사이의 간격은 에어 갭 또는 로우 인덱스 접착제로 채워지는
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 반사 구조체는 각진 반사기 배열, 미러, 격자의 각진 배열, 또는 역반사체 배열 중 하나인
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 LED층은 컬러 LED의 배열을 포함하는 LED 패키지이며,
상기 컬러 LED의 배열을 덮는 반사층을 더 포함하는
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 반사층이 이색 코팅부로 코팅됨으로써, 컬러 LED를 덮는 상기 반사층의 영역은 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키는
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 컬러 LED에 커플링되는 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 상기 반사층의 영역이 상기 컬러 LED에 의해 방출된 광의 하나의 컬러를 투과시키고 재활용을 위하여 광의 다른 모든 컬러를 다시 상기 컬러 LED로 반사시키도록 하기 위하여, 상기 반사층은 상기 광파이프의 상기 입력 단부 상의 이색 코팅부인
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 LED 패키지는 청색, 녹색 및 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제85항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 하나의 적색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제86항에 있어서, 상기 LED 패키지는 적어도 하나의 적색 LED, 하나의 청색 LED 및 두 개의 녹색 LED의 배열을 포함하는
마이크로 프로젝터.
제78항에 있어서, 상기 LED는 서로 조밀하게 패킹된 동일한 컬러의 LED 클러스터를 포함하는
마이크로 프로젝터.
반사 표면을 가지며, 광원에 의해 여기될 때 광선을 방출시키기 위한 광 발생층과,
입력 단부 및 출력 단부를 구비한 광파이프로서, 상기 광파이프의 상기 입력 단부는 광 출력을 제공하기 위하여 상기 광 발생층으로부터의 상기 광선을 다중화시키기 위하여 상기 광 발생층에 커플링되는, 광파이프와,
상기 광파이프의 상기 출력 단부에 커플링되며, 상기 광 출력의 일부를 투과시키기 위한 투과 개구 및 상기 광출력의 나머지 부분을 상기 광 발생층을 향해 반사시키기 위한 반사 표면을 구비하며, 상기 광출력의 나머지 부분을 상기 투과 개구를 향해 다시 반사시켜 재활용하는, 개구층을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층은 복수의 파장 또는 컬러를 갖는 상기 광선을 방출하기 위하여 하나 이상의 조성 형태를 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제90항에 있어서, 상기 하나 이상의 조성 형태는 상기 광 발생층에 공간적으로 분포됨으로써 상기 광 발생층의 각각의 다양한 영역은 다양한 컬러의 상기 광선을 방출하는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층을 여기시키는데 사용되는 상기 광원은 아크 램프, LED 또는 레이저 중 하나인
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광원은 제1 파장의 광선을 방출하고 상기 광 발생층은 제2 파장의 광선을 방출하며, 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 짧은
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광원은 제1 파장의 광선을 방출하고 상기 광 발생층은 제2 파장의 광선을 방출하며, 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 긴
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층은 상기 광파이프의 상기 입력 단부상에 코팅되는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광파이프의 상기 입력 단부의 부근에 배치된 유리판을 더 포함하며, 상기 광 발생층은 상기 유리판 상에 코팅되는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층은 상기 광원 상에 코팅되는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층에 의해 방출된 상기 광선의 각분포를 감소시키도록 상기 광 발생층을 수납하기 위한, 대향 반사층에 의해 형성된 공동을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층에 의해 방출된 상기 광선의 각분포를 감소시키도록 상기 광 발생층 및 상기 광원을 수납하기 위한, 대향 반사층에 의해 형성된 공동을 더 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제92항에 있어서, 상기 레이저는 다이오드 레이저인
광 다중화기 및 재활용기.
제100항에 있어서, 상기 광 발생층은 상기 다이오드 레이저에 의해 여기된 적색, 녹색 및 청색 광 발생 물질을 포함하는
광 다중화기 및 재활용기.
제100항에 있어서, 상기 광 발생층은 적색, 녹색 및 청색 광 발생 물질을 포함하며, 각각의 광 발생 물질은 적어도 하나의 다이오드 레이저에 의해 여기되는
광 다중화기 및 재활용기.
제89항에 있어서, 상기 광 발생층은 상기 광원으로부터 광선을 투과시키고 상기 광 발생층으로부터 방출된 상기 광선을 반사시키도록 코팅됨으로써, 상기 광 발생층은 한 방향으로 광선을 방출시키는
광 다중화기 및 재활용기.
제103항에 있어서, 세 개의 큐브 프리즘을 더 포함하고, 상기 광 발생층은 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 방출하기 위한 적색, 녹색 및 청색 광 발생 물질을 포함하며, 각각의 광 발생 물질은 상기 적색, 녹색 및 청색 광선을 적색의 단일 광 출력으로 다중화시키기 위하여 적어도 하나의 다이오드 레이저에 의해 여기되고 다양한 큐브 프리즘에 커플링되는
광 다중화기 및 재활용기.