JP2007516452A - 投射型ディスプレイ等の光学系において反射光を再利用する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光学系及び使用の方法に係る。該系及び該方法は、少なくとも1つの光源を有し、該光源の夫々が略無作為な偏光状態又は無偏光状態での特定の波長範囲の光を大幅に送る。光学系は、光源に結合された反射偏光器、及び光源を介しする反射光の方向を反射偏光器上へと変える素子を有する。実例的には、光源と素子との間に光学距離は略無い。また、反射光を再利用する光学パッケージが開示される。
Description
液晶(LC)技術は、数例を挙げるだけでも、投影型テレビジョン受像機、コンピュータのモニタ、販売促進用ディスプレイ、及び電子映画に用いる投影型ディスプレイに応用されている。
LC機器のより最近の応用は、シリコン基板上の反射型液晶ディスプレイである。シリコンベースの反射型LCディスプレイは、液晶分子の軸を選択的に回転させるよう使用される相補型金属酸化膜半導体(CMOS)のトランジスタ/スイッチのアクティブ・マトリクスのアレイを頻繁に有する。周知の通り、LCセルにわたる電圧の印加によって、反射光の偏光の平面は、選択的に回転される。アレイにおけるトランジスタの選択的な切替えによって、LC媒体は、画像情報を有する光を変調するよう使用され得る。この変調光は、投影光学によってスクリーン上に撮像され得、その結果、画像又は「写真」を形成する。
多くのLCD系において、源からの光は、液晶材料上に入射する前に特定の向きで選択的に偏光される。これは、光源と液晶との間で偏光器を使用して頻繁に実行される。十分理解され得る通り、この種類の系は、光の大幅な損失をもたらす。例えば、光が無作為に偏光されるか又は偏光されない系では、光エネルギの半分は液晶に送られず、従って損失される。かかる非効率性は、表示された画像上に悪影響を有し得る。例えば、光エネルギにおける損失は、低減された輝度をもたらし得る。
従って、少なくとも上述された課題を克服するLC装置が必要とされる。
一実施例によれば、光学系は、少なくとも1つの光源を有する。該光源の夫々は、略無作為な偏光状態又は無偏光状態の特定の波長又は波長範囲の光を大幅に送る。光学系は、光源に結合された反射偏光器と、光源を介し、反射偏光器上に反射光の方向を変える素子とを有する。実例的には、光源と素子との間には光学距離は略無い。
他の実施例によれば、光学系の効率性を向上させるよう光を再利用する方法は、少なくとも1つの反射偏光器、及び、無偏光光又は無作為な偏光光の少なくとも1つの源を備える段階を有する。該段階では、反射偏光器のうちの1つは、無偏光光又は無作為な偏光光の各源に結合される。該方法はまた、光源を介して反射偏光器から反射された光の方向を変え、反射偏光器に戻す段階を有する。該段階は、特定の偏光状態の光を送り、素子に残りの光を反射する。実例的には、反射偏光器と素子との間には光学距離が略無い。
他の実施例によれば、光学パッケージは、光学素子に覆われた発光素子を有する。光学素子は、発光機器を介して素子の一端から他端を出るまで反射し戻された光の方向を変える。実例的には、発光素子は、略有限の波長範囲にわたって無作為な偏光光又は無偏光光を放射する。
本発明は、添付の図面を参照して読む際に、以下の詳細の説明から十分に理解される。多種の特性は、必ずしも実寸大に書かれていないことが強調される。実際には寸法は、論考の明確性のために適宜増減される。
以下の詳細の説明では、制限ではなく説明を意図として、具体的な詳細を開示する実施例は、本発明の完全なる理解を与えるよう説明される。しかしながら、本開示の利点を有してきている当業者にとっては、本発明が、開示された具体的な詳細から離れた他の実施例で実践され得ることが明らかである。更に、周知の装置、方法、及び材料の説明は、本発明の説明を不明瞭にしないよう省略され得る。
図1は、一実施例に従った光学系100を図示する。光学系100は、第1の光学素子101、第2の光学素子102、第3の光学素子103、及び第4の光学機器104を有し、第1、第2、及び第3の光学要素からの光を結集させる。実例的には、光学機器104は、当業者には周知の機器であるダイクロイックキューブであり、異なる波長の光を結集するよう使用され得る。
しかしながら、ダイクロイックキューブに加え他の素子が、図1に図示された構造、及び実施例と合わせた他の構造において、光学素子から光を結集するよう使用され得る。例えば、異なる発光波長範囲を有する2つの光源からの光を結集するよう直列にダイクロイック素子を有することは、有用であり得る。更に、異なる発光波長範囲を有する2つの光源からの光を結集するよう直列にダイクロイック素子、及び、第3の光源からの第3の波長範囲の光を第1の2つの源からの光と結集させるよう第3のダイクロイック素子を斜めに有することは、有用であり得る。当然のことながら、これらの例は、単なる実例であり、実施例の制限を意図するものではない。例えば参考原則を適用すると、適切に選択され配置されたかかるダイクロイック素子を使用して、夫々異なる波長範囲の光を放射する3つより多い光源からの光を結集することは可能である。
光学素子101,102及び103は、発光素子105,106及び107を夫々有する。加えて、光学素子101,102及び103は夫々、再導光器(light re−director)(LRD)109を有する。該LRDの機能は、更に詳細に説明される。実例的には、光学素子105,106及び107は、発光ダイオード(LED)又は有限波長範囲にわたって光を放射するLEDのアレイであり得る。例えば、LEDの半値全幅(FWHM)発光波長範囲は、約20nm乃至40nmである。更に、LEDの発光素子105,106及び107としての使用は、実施例の例となるものであることが留意される。即ち、一定の波長帯にわたって又は単一の波長で無作為な偏光光又は無偏光光を放射する他の光学源が、使用され得る。一般的には、発光素子105,106,107の発光スペクトルは、中心波長あたりの一定範囲であり、無作為に偏光された又は偏光されていない発光を有する。
これまで説明された実施例では、個別の光学素子101,102及び103の発光波長範囲は、互いに対して異なる。当然のことながら、これは、光学素子101,102,103が夫々1つ又はそれ以上の発光機器を有することによってもたらされる。該機器は、他の光学素子の発光機器によって放射された光の波長範囲とは異なる特定の波長範囲にわたって光を放射する。更に、光学素子101,102,103のうちいずれか1つ又はそれ以上内に、異なる波長帯の光を放射する発光機器があり得る。これは、原色のうちの1つのスペクトル幅を僅かに広げるよう実行され得る。当然のことながらこれは、所望の波長範囲にわたって光を放射する複数のLEDを使用して実行され得る。
最後に、上述された通り、各光学素子101,102,103は、1つ又はそれ以上の発光素子を有し得る。例えば、各光学素子は、全体の面のルーメン出力を増加させるよう、名目上同一の発光波長の複数のLEDチップを有し得る。当然のことながら異なる構造は可能である。例えば、複合チップは、LRD(109)内に配置され得るか、又は、チップのアレイがLRDに配置され得る。アレイの出力は、ダイクロイックキューブ(光学機器104)の一面にそろえられる。LEDは、2002年12月20日出願の米国特許仮出願第60/435,245号「Apparatus and Method for Illuminating a Rod」に開示され得、ここでは特に参照され得る。
一実施例では、発光素子105乃至107は夫々、直線偏光光の特定の状態の光を送り、他の全ての光を反射する反射偏光器108を有する。例えば、反射偏光器の偏光軸がs偏光光に対して平行な向きにされる場合、この光は送られ、略全ての偏光光が反射される。有益には、反射偏光器108は、LRD109と直接接触する。例えば、反射偏光器108は、図示された通りLRD109の面上に直接形成され得る。あるいは、四分の一波長板等の素子は、LRD109と反射偏光器との間に配置され得る。更には、反射偏光器108は、LRD109から分離され得る。この代替の手法は、使用され得るが、反射偏光器からの反射損失は、可能な限り最低限に抑えられるべきである。この場合、偏光器108とLRD109との間の光学距離は、中間に空気(又は他の適切な透明な媒体)を有し、LRD109の出力面の直径と比較して小さいべきである。LRD109は、偏光器108に近接する出力面でのレンズと同様に反射面及び屈折面を有する、ことが更に留意される。この反射偏光器及び四部の一波長板を有する理由は、反射偏光器の配置と同様に、本説明が続くにつれてより明確にされる。
一実施例によれば、LRD109は、当業者には既知の機器である複合パラボリック・コンセントレータ(CPC)であり、ここで更に説明される。これは、他の光学素子が実施例のLRD109の所望される特徴的な機能に合うよう使用され得るため、単に実例的である。これを達成するため、光学素子は、より狭い角度の光の分布をもたらすと同時に源へと反射光を戻し、LRD109として使用され得る。例えば、米国特許第6,457,423号明細書に記載されたコリメータは、使用され得る。譲受人に対して譲り受けられたこの特許の開示は、参照としてここに具体的に組み入れられる。加えて、一実施例では、反射偏光器108はワイヤ・グリッド偏光器である。あるいは、反射偏光器108は、誘電体スタック偏光器、又は選択された波長以外の全てを反射する類似のインタフェースベースの偏光器であり得る。最後に、QWP113は、誘電体スタック偏光器、結晶偏光器、又は類似のリターダであり得る。多種の実例的な素子は、実施例を有するのに有用な機器の例であることが意図され、実施例の境界線を制限することは意図されていない。
第1の光学素子101から放射された光の横断については、これより詳細に説明される。第2の光学素子102及び第3の光学素子103からの系100における光の横断に関する説明は、光学系100を横断する第1の光学素子からの光に関する説明と略同一であり、説明の簡潔性及び明瞭性のために省略される。
発光機器105は、有限波長範囲にわたる又は略単一である波長の光110を放射する。この光110は、略偏光されないか、又無作為に偏光され、LRD109及び反射偏光器108の遠い面上に入射する。反射偏光器108の偏光軸に対して平行な方向に向けられた電場ベクトルを有する光は、透過光線111として反射偏光器108を介して送られ、反射偏光器108の偏光軸に対して直角に向けられた電場ベクトルを有する光は、反射光線112として反射し戻される。
LRD109は、発光機器105に向かって反射光線112を戻すよう方向を変える。特徴的には、LRD109は、反射偏光器108によって反射された光を発光素子105へと再度方向付け、この反射光線の再利用を促進させる。反射光112のうちのいくつかは、発光素子105を横断し、方向を変え、光110として送られる。反射光112のうちのいくつかは、LRD109によって方向を変えられ、発光素子105を横断せず、反射偏光器108上に入射する。その結果、LRD109は、反射偏光器108からの反射光112を反射偏光器へと戻して「再利用する」ことに有用である。
発光素子がLEDである実施例において、再度方向付けられた光の少なくとも一部分は、組換えを介して吸収され、無偏光110としてLEDによって再放射される。しかしながら、LEDはかなりの割合のこの光を吸収しないことが留意される。その理由は、光がLEDを横断して(例えばLRD109によって)LED105の裏面で方向を変えられる(例えば、反射される)ためか、又は、LEDを横断せずにLRD109によって単に方向を変えられる(反射される)ためか、のいずれかである。
LED105によって再度吸収された反射光子は、無偏光光としてLED105によって再放射され、反射偏光器108上に入射される。LEDによって吸収されずLRD109によって方向を変えられた反射光は、また、反射偏光器108上に入射する。また、反射偏光器の偏光軸に対して平行である偏光状態を有する光は送られ、残りの光は前述の通り反射される。この工程は続き、本質的に、反射偏光器を介して送られない光は、この工程を介して「再利用」される。LRD109を別にすると、そのようにして、反射偏光器108からの反射光として損失されるはずであった光エネルギは、少なくとも部分的に取り戻され、光111として再度送られ、光学システム100の効率性を高める。
反射光112が再度吸収されずにLEDによって再放射される際、又は、その偏光状態が反射偏光器による反射後に変更されていない際は、その偏光状態は、反射偏光器の偏光軸に対して直角である。その偏光状態が偏光器の軸の状態に対して平行であるよう転換されない限り、この光は再び、反射偏光器108によって反射される。任意で、この光の少なくとも一部分を送るよう、四分の一波長板(QWP)113は、反射偏光器108とLRD109との間に配列され得る。その結果、QWP113を二回横断した後、光の偏光状態は、直角な偏光状態において反射偏光器108から持ち上がり、上述の通り再利用の後に反射偏光器28によって送られる。
反射偏光器108によって送られた光は、素子104上に入射する。第2及び第3の光学素子102及び103はまた、出力信号114に対して偏光された光学信号を分配する。光学素子101,102及び103の夫々から放射される光は、同一の偏光である。更に、出力信号114は、素子104からでる3つの出力信号(各1つずつ光学素子)であり得、夫々が偏光されており、また、夫々が他の出力信号のいずれかの波長範囲とは同一ではないかもしれない特定の波長範囲を有する。
以前に言及した通り、光学素子104は、実例的には、有する光学素子101−103から異なる波長の3つのビームを結集させるダイクロイックキューブである。最後の混合出力ビーム(出力ビーム14)は、略定義付けられた偏光を有する。更に、夫々が異なる波長範囲にわたって、又は他とは異なる波長で光を放射する、3つ以上の光学源からの光を結集することも可能である。これは、複合ダイクロイックキューブ又は他の配置のダイクロイックキューブで行われ得る。
有利には、光学系100は、光の再利用を介して偏光の所望の状態における光のより効率的な伝達を可能にする。上述された実施例では、発光素子105−107は、無偏光光又は無作為な偏光光を放射する。更に、実施例は、最初に変更されない又は部分的にのみ変更された場合に、各発光素子の効率性を向上させる。
図2は本発明に従った光学系200である。光学系200は、LCD系等の応用において特に有用である。該応用では、光学系200の出力光を偏光させることが有利である。素子及び機能の多くは、図1の実施例に関連して説明された素子に類似するか又は略同一である。実用的である限り、同様の素子及びその機能の冗長な説明は、明確性を意図して、図2の実施例の説明では反復されない。
光学系200は、第1の光学素子201、第2の光学素子202、及び第3の光学素子203を有する。各光学パッケージは、複合パラボリック・コンセントレータ(CPC)212に配置され得るLED211を有する。LED211はまた、前出の仮出願内に記載された通りLEDのアレイであり得る。また、より大きなルーメン出力は「より大きな」LEDチップによって達成され得ることが留意される。一実施例では、光学素子201,202及び203のLED211は、異なる波長範囲又は波長の光、及び異なる色を放射する。より特には、1つのLEDは緑色の光を放射し、1つのLEDは赤色の光を放射し、1つのLEDは青色の光を放射する。これによって、LCD材料による光の変調後、ディスプレイ面(テレビジョン受像機のスクリーン等)上に画像の形成が可能となる。当然のことながら、他の及び更なる色(波長)は、所定の光学系で所望された通りLEDによって放射され得る。
光学素子201,202及び203の夫々は、図示された通りLED211に対向する面上に配置された反射偏光器204を有する。反射偏光器204は、直線偏光の一状態の光を送り、送られた光に対して直角である直線偏光の状態の光を反射する。反射偏光器の種類及び機能は、図1の実施例に関連して説明された通りである。光学素子101,102,103のうち1つ又はそれ以上は、LEDからの所望の向きの偏光光の結合の効率性を向上するよう、反射偏光器204とCPC212の面との間に配置されたQWP205を光学的に有する。また、QWPの機能の詳細は、図1の実施例に関連して上述された通りである。
各CPC212は、前出の説明と略同様にして、反射された光の方向を変えるよう使用される。CPC212は、光学技術において既知の素子である。例えばCPC212は、上で参照された仮出願に説明された種類であり得る。1つ又はそれ以上のCPC212は、通常は略合成であり、光学グレードガラス等の適切な光学グレード誘電体から作られる。あるいは、1つ又はそれ以上のCPC212は、略中空であり、反射偏光器204に向かって及び適用可能な場合はQWP205へと光を反射し戻すよう、反射面を有する。CPC212が上述された通り誘電体で作られる場合、CPC212は、その面上に、少なくともCPC212の効率性を向上するようLEDに隣接する領域に、反射性の材料を備えることが有用であり得る、ことが留意される。この反射面は、反射偏光器205からLED211及び/又は前に説明されたと同様にしてCPC212の面へと、反射し戻される光の反射を促進する。
光学系200は、光学素子214を有し、実例的には、上述された通りダイクロイックキューブである。当然のことながら、光学素子は、波長の組合せをもたらすよう上述された1つ又はそれ以上のダイクロイック素子である。光学系200はまた、光学素子214からの光を結合させるよう、統合ロッド206を有する。該ロッドは、実例的には、ダイクロイックキューブ又は上述された通りダイクロイック素子の組合せである。統合ロッドからの光は、リレー・レンズ207上に、続いて偏光ビームスプリッタ208上に入射する。続いて、光は、ビームスプリッタ208によってLCOSパネル209又は類似のLCD機器へと反射される。この光は、LCOSパネル209によって変調され、ディスプレイ機器(図示せず)の投影レンズ210へと選択的に送られる。
統合ロッド206は、米国特許第5,146,248号明細書、上に参照された仮出願、及び上に参照された実用的な応用において説明された種類であり得、発明は本譲受人へと譲り受けられる。言及された特許の開示は、ここに参照することによって特に協働される。更に、リレー・レンズ207は、偏光ビームスプリッタ208、LCOSパネル209、投影型レンズ210、及び、LCD投影系におけるそれらの機能等は、ここでは更なる詳細には語られない。
一実施例によれば、第1の光学素子201のLED211は赤色の光215を発し、第2の光学素子202のLED211は緑色の光を発し、第3の光学素子のLEDは青色の光217を放射する。LEDからの光は偏光されず、偏光構成部品は、光学要素の夫々の反射偏光器205の偏光軸に対して平行及び垂直である。偏光軸に対して平行に偏光された光は、ダイクロイックキューブへ、そして更には光学系200に送られる。全ての他の光は反射される。この光のうちいくらかは、LED211上に入射し、上述された通り無偏光光として吸収及び再放射される。この再放射された光は、続いて、反射偏光器上に入射し、工程は前述されたように続く。
更には、LED211によって吸収/再放射されない光は、反射偏光器の偏光軸に対して直角である偏光状態を有する。この光は、CPC212によって反射され、この光の大部分は、反射偏光器204に隣接するCPC212の面上に入射する。この光は、QWP205を2回横断しているため、その偏光状態は90°回転され、反射偏光器204の軸に対して平行となる。このようにして、偏光ベクトルの向きのために最初は反射された光の大部分は、光学214へ、そして更なる処理のために光学系の他の要素へと送られる。
図1及び2の実施例によれば、所望されない偏光光を光学エミッタへと戻す効率的な再利用により、光学エミッタの送電端出力は所望の変更を有する光学システムへと送られ、光学エミッタからの光学エネルギを少なく半分損失することなく果たされる。実施例のこれらの及び他の利点は、本開示の利点を有してきた当業者にとっては容易に明らかである。
図3は、本発明の一実施例に従った光学系300を図示する。光学系300は、CPC301を有し、該CPCはそこに配置された発光素子302を有する。素子302は実例的には、LED、LEDのアレイ、あるいは、他の適切な機器又は機器のアレイである。LEDのアレイは、前述の仮出願において説明された通りであり得る。CPC301は、実例的には、光学グレードグラス又は他の誘電体等の適切な光学グレード材料で作られた略合成な素子である。面303の少なくとも一部分は反射性であり、その上に配置された適切な材料を有する。任意では、光学要素300は、反射偏光器305、あるいはQWP304、又はそのいずれもを有し得る。これらの素子は、上述された通りであり、方向306において所望された偏光状態での光の伝達効率を向上させることに有用である。この利点は、前に更に詳細に説明される。
明確には、光学素子は、図1及び図2の実施例の光学素子として使用され得る。更には、光学素子300は、他の応用においてもまた発光機器302からの結合効率を向上させるよう一般的に使用され得る。例えば、一実施例では、QWP304及び反射偏光器305は前述されており、発光素子からの光は、偏光、無偏光、又は無作為な偏光に関わらず、CPC301無しで他の光学素子(図示せず)の許容角度内に効率的に結合され得る。更には、光学素子300は、系で使用されるよう準備ができたパッケージされた機器であり、複数の集積光学を有する。
上述された本発明に関し、同一の内容が本開示の有利点を有して当業者によって多くの手法で変化され得ることは明らかである。かかる変化は、本発明の主旨と範囲を逸脱するものとしてみなされず、かかる修正は、当業者にとって明らかな通り、添付の請求項及び法律上同等のものの範囲内で有されることが意図される。
Claims (23)
- 光学系であって、
略無作為な偏光状態又は無偏光状態において特定の波長帯の光を大幅に放射する、少なくとも1つの光源と、
前記少なくとも1つの光源に結合された、少なくとも1つの反射偏光器と、
前記少なくとも1つの光源を介して前記反射偏光器によって反射された光の一部分の方向を変え、前記少なくとも1つの反射偏光器へと戻す、少なくとも1つの素子と、
を有し、
前記少なくとも1つの光源と前記少なくとも1つの素子との間に光学距離が略無い、
光学系。 - 前記少なくとも1つの光源は、前記素子に配置される、
請求項1記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの光源は、前記素子の材料に覆われる、
請求項2記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの素子は、略固形である、
請求項3記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの反射偏光器と前記少なくとも1つの素子との間に配置された四分の一波長板(QWP)を更に有する、
請求項1記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの反射偏光器は、前記少なくとも1つの素子の面にわたって配置される、
請求項1記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの素子は、複合パラボリック・コンセントレータ(CPC)である、
請求項1記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの光学素子に近接して配置された波長コンバイナを更に有する、
請求項1記載の光学系。 - 液晶ディスプレイ(LCD)系に光学的に結合された統合ロッドを更に有する、
請求項8記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの反射偏光器によって反射された前記光の他の部分は、前記素子によって前記少なくとも1つの反射偏光器へと反射し戻される、
請求項5記載の光学系。 - 前記波長コンバイナは、ダイクロイックキューブと、複数のダイクロイックキューブと、ダイクロイック素子とから基本的に構成される群より選択される、
請求項8記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの光源は、発光ダイオードのアレイである、
請求項1記載の光学系。 - 前記少なくとも1つの光源は、単一LEDである、
請求項1記載の光学系。 - 光の方向を変える複数の前記素子を更に有し、
前記素子の夫々は、少なくとも1つの光源のうち少なくとも1つと、前記少なくとも1つの反射偏光器のうち1つとを有する、
請求項1記載の光学系。 - 光学系の効率性を向上させるよう光を再利用する方法であって、
少なくとも1つの反射偏光器と、無偏光光又は無作為な偏光光の少なくとも1つの源とを備えさせ、前記反射偏光器のうちの1つは、前記偏光光又は無作為な偏光光の源の夫々に結合される段階と、
前記光源を介して前記反射偏光器から反射された光の一部分の方向を変え、前記反射偏光器に戻し、前記反射偏光器は、特定の偏光状態の光を送り、前記素子に残りの光を反射し、前記反射偏光器と前記素子との間に光学距離が略無い段階と、
を有する方法。 - 前記反射光の少なくとも一部分を特定の偏光状態へと偏光させる段階を更に有する、
請求項15記載の方法。 - 前記無偏光光又は無作為な偏光光の源のうち少なくとも2つからの光を結集させる段階を更に有する、
請求項15記載の方法。 - 前記特定の偏光状態の前記光の方向を液晶機器へと方向付けて偏光する段階を更に有する、
請求項16記載の方法。 - 少なくとも1つの発光素子を有し、光学素子において配置され、前記光学素子は、前記素子の一端から反射された光の方向を前記発光機器を介して戻して前記一端から出すよう変える、
光学パッケージ。 - 前記発光素子は、略有限の波長範囲にわたって無作為な偏光光又は無偏光光を放射する、
請求項19記載の光学パッケージ。 - 前記少なくとも1つの発光素子は、単一の発光ダイオード及び発光ダイオードのアレイ
から基本的に構成される群より選択される、
請求項19記載の光学パッケージ。 - 前記発光素子は、前記光学素子に覆われる、
請求項19記載の光学パッケージ。 - 前記光学素子は、複合パラボリック・コンバイナである、
請求項19記載の光学パッケージ。
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---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (23)
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US7234820B2 (en) * | 2005-04-11 | 2007-06-26 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Illuminators using reflective optics with recycling and color mixing |
JP2008536283A (ja) * | 2005-04-13 | 2008-09-04 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 2dledスタックを有する照明システム |
US7410261B2 (en) | 2005-05-20 | 2008-08-12 | 3M Innovative Properties Company | Multicolor illuminator system |
TWI332069B (en) | 2006-06-13 | 2010-10-21 | Wavien Inc | Illumination system and method for recycling light to increase the brightness of the light source |
US7724436B2 (en) * | 2006-09-18 | 2010-05-25 | 3M Innovative Properties Company | Reflective corrector for optical projection engine |
GB0619943D0 (en) * | 2006-10-09 | 2006-11-15 | Digital Projection Ltd | Light source |
EP2082168A4 (en) * | 2006-10-18 | 2011-07-20 | Real D | FILTERS FOR LED ILLUMINATORS |
US7547114B2 (en) * | 2007-07-30 | 2009-06-16 | Ylx Corp. | Multicolor illumination device using moving plate with wavelength conversion materials |
US8916890B2 (en) * | 2008-03-19 | 2014-12-23 | Cree, Inc. | Light emitting diodes with light filters |
JP2011524019A (ja) * | 2008-05-15 | 2011-08-25 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 光学素子及び色合成器 |
CN102089701B (zh) * | 2008-05-15 | 2012-12-26 | 3M创新有限公司 | 光学元件和合色器 |
WO2010059412A2 (en) | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 3M Innovative Properties Company | Polarization converting color combiner |
JP2012509511A (ja) * | 2008-11-19 | 2012-04-19 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 色合成器 |
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CN102116438B (zh) * | 2009-12-30 | 2012-11-21 | 中强光电股份有限公司 | 发光装置与投影机 |
WO2011133820A1 (en) | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Wavien, Inc. | Liquid cooled led lighting device |
WO2012116139A1 (en) | 2011-02-23 | 2012-08-30 | Wavien, Inc. | Light emitting diode array illumination system with recycling |
US9057488B2 (en) | 2013-02-15 | 2015-06-16 | Wavien, Inc. | Liquid-cooled LED lamp |
EP3241070A1 (en) * | 2014-12-31 | 2017-11-08 | 3M Innovative Properties Company | Compact projection systems and related components |
CN114355714A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 华为技术有限公司 | 一种照明系统和相关产品 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05196892A (ja) * | 1992-01-21 | 1993-08-06 | Canon Inc | 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置 |
US6390626B2 (en) * | 1996-10-17 | 2002-05-21 | Duke University | Image projection system engine assembly |
JPH10186282A (ja) * | 1996-11-11 | 1998-07-14 | Sharp Corp | 投影型画像表示装置 |
US6486997B1 (en) * | 1997-10-28 | 2002-11-26 | 3M Innovative Properties Company | Reflective LCD projection system using wide-angle Cartesian polarizing beam splitter |
JP3585097B2 (ja) * | 1998-06-04 | 2004-11-04 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置,光学装置および液晶表示装置 |
US6064523A (en) * | 1998-06-29 | 2000-05-16 | International Business Machines Corporation | Apparatus for polarization conversion |
US6364487B1 (en) * | 1999-01-29 | 2002-04-02 | Agilent Technologies, Inc. | Solid state based illumination source for a projection display |
US6587269B2 (en) * | 2000-08-24 | 2003-07-01 | Cogent Light Technologies Inc. | Polarization recovery system for projection displays |
JP2002163914A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Nec Corp | 照明装置と該照明装置を用いた液晶表示装置及びその製造方法 |
TW477513U (en) * | 2000-12-08 | 2002-02-21 | Prokia Technology Co Ltd | Multiple light source illumination device |
JP3991764B2 (ja) * | 2002-05-10 | 2007-10-17 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置および投射型表示装置 |
EP1753996B1 (en) * | 2004-03-30 | 2011-06-29 | Illumination Management Solutions, Inc. | An apparatus and method for improved illumination area fill |
-
2004
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011507240A (ja) * | 2007-12-14 | 2011-03-03 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 偏光ビーム放射半導体素子 |
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