JP2008515216A

JP2008515216A - 選択光線角度的再利用を用いたｌｅｄの輝度増大

Info

Publication number: JP2008515216A
Application number: JP2007534148A
Authority: JP
Inventors: アンダーソン，ダンカン; ゾウ，ハンス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2008-05-08
Also published as: EP1797595A1; EP1797595B1; CN101032036A; KR101183858B1; CN101032036B; US20090185384A1; US7631991B2; KR20070058532A; WO2006035391A1

Abstract

ＬＥＤチップに対して第一の入射角以下でＬＥＤチップから放射される光は、ＬＥＤパッケージを出ることが許容される。それよりも大きい入射角でＬＥＤチップから放射される光は、ＬＥＤパッケージから出ることが制され、ＬＥＤパッケージ内に戻って再利用される。再利用光は、ＬＥＤチップに対するその入射角が変更された後、例えば、それを拡散体を通すことによって、ＬＥＤパッケージから再放射される。

Description

本発明は、ＬＥＤ光源一般、投射エンジン及び投射画像処理のためのＬＥＤ光源に向けられ、より詳細には、動作補償を含む画像処理に向けられている。

高出力ＬＥＤ源の製造業者の先導者たちは、そのような源のための最大電流密度及びヒートシンクを改良する過程で、高輝度ＬＥＤ源を製造した。光はそのような源から無作為な（均等拡散）方向に放射され、集光光学素子が、源の輝度を保持し、且つ、光を平行化するよう設計された。しかしながら、そのようなＬＥＤの輝度は、投射システム用の源としての使用には限界であり、ＬＥＤの見掛け輝度を増大する必要がある。ＬＥＤチップは光を全方向に放射するので、光の有効部分は多くの用途のために直接的に集光され得ず、それらは限定的な集光能力を有する。

従って、総出力束における最小損失を伴うＬＥＤ出力分布を作る方法を有することが望ましい。ＬＥＤ源の輝度を増大し、そのような源に基づく投射システムを製造することを実現し得るようにすることも望ましい。集光光学素子を総出力束における最小損失とより良好に適合するよう、ＬＥＤの出力分布を作成する方法を探究することも望ましい。

これらの懸念の１つ又はそれよりも多くに対処するために、本発明の１つの特徴において、ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップに対して第一入射角以下を有するＬＥＤチップから放射される光を透過し、且つ、第一入射角よりも大きいＬＥＤチップに対する入射角を有するＬＥＤチップから放射される光を反射するエッジフィルタと、エッジフィルタから反射される光を受光するよう配置される拡散体とを含む。

本発明の他の特徴において、ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップに対して第一入射角以下を有するＬＥＤチップから放射される光を透過し、且つ、第一入射角より大きいＬＥＤチップに対する入射角を有するＬＥＤチップからの光を反射する角度依存光再利用手段と、エッジフィルタから反射される光を受光するよう配置される拡散体とを含む。

本発明を遂行するための方法を記載する１つの方法は、ＬＥＤチップに対して第一入射角以下でＬＥＤチップから放射される光が、ＬＥＤパッケージを出ることが許容されることである。それよりも大きい入射角でＬＥＤチップから放射される光は、ＬＥＤパッケージを出ることが制され、且つ、ＬＥＤパッケージ内に戻されて再利用される。再利用光は、例えば、それを拡散体を通じて通すことによって、ＬＥＤチップに対するその入射角が変更された後で、ＬＥＤパッケージから再放射される。

本発明は、以下の図面の助けを得て、より良好に説明され得る。

超小型表示装置を利用する投射システムには、ディスプレイの地域及び拡大光学素子の開口数によって定められる光学開口（エタンデュ）がある。照明システムの目的は、この開口内に最大光束をもたらし、よって、最も明るい投射画像を生成するとである。ＬＥＤ源は、源チップから無作為な方向に光を放射し、光は投射システムの開口内に集光されない（故に、浪費される）ことがしばしばである。さもなければ浪費されるであろう光を再利用することによって、それらの光線を集光開口内に再方向付けすることによってＬＥＤの見掛け輝度を増大することが可能である。

図１は、ＬＥＤチップ１１と、拡散層（拡散体）１３と、その上にある二色性ミラー１５とを含むＬＥＤチップパッケージ１を例証している。二色性ミラーの機能は、入射角が設計された透過コーン１６（即ち、投射システムの開口数）の外側に届く光を反射することである。これを達成するために、光の入射角が増大するに応じて、その透過エッジがより短い波長にシフトする、二色性遮断エッジフィルタ１７が、チップの上に配置される。追加的なミラー１８を、ＬＥＤチップパッケージ１の側部に配置し得る。ＬＥＤの発光スペクトル及びフィルタの透過は、入射光線の高い確度の反射を可能にするが、依然として軸放射に近く光線を透過することを可能にするよう適合される。二色性ミラー１５に二度目に衝突するために、反射光は、拡散体１３（或いは、場合によっては、拡散体及びＬＥＤチップの両方）を通じて再利用される。故に、反射なしに放射されるならば所謂反射コーン１９内に届くであろうこの僅かな再利用光１２が、今や透過コーン１６内にある。再利用は、光がフィルタの透過コーン内に散乱されるまで複数回起こるが、再利用経路内の吸収損失は、各連続的再利用経路によってもたらされる光束を減少するよう複合される。エッジフィルタ設計に加えて、その透過窓がＬＥＤ波長に適合される帯域フィルタも使用し得る。低波長フィルタエッジ及び高波長フィルタエッジの両方が入射角の増大を伴ってシフトし、照明入射角の関数としてＬＥＤ放射の反射の増大をもたらす。

図１において、ＬＥＤチップ１１は、光を半球（均等拡散分布）に放射する。追加的な二色性ミラー及び拡散体塗膜は、放射される光の輝度を増大するよう結合する。二色性ミラーの遮断波長は、照明の入射角が増大するに応じて、より短い波長にシフトする。

追加的に、ＬＥＤチップパッケージ内に統合されるコリメーション光学素子の後に、二色性フィルタを配置し得る。図２では、複合放物線コンセントレータ（ＣＰＣ）２１が、ＬＥＤチップから無作為に放射される光線を光学素子のエッジから反射（全反射）することによって、それらを平行化する。再び、二色性フィルタ遮断よりも大きくあるよう決定される角度を伴う光線は、反射されて、ＬＥＤ及び拡散体に再方向付けされる。ＣＰＣコリメータ２１がここに示されているが、他のコリメーション／集光光学素子も可能であり、屈折性光学素子及び反射性光学素子の組み合わせでさえあり得る。さらに、その光が図１に示されるＬＥＤチップは、ＣＰＣ２１又はレンズ３１によってさらに平行化され得る。それは図３Ａ及び３Ｂに概略的に示されている。再利用光は、ＬＥＤから放射されるコーン角の狭まりをもたらし、故に、集光するために、非球面レンズのような従来的な光学素子を使用し得る。ＣＰＣ光学素子のエッジプロファイルは、ＬＥＤによって放射される新しい範囲の光線角を集光するよう変更されなければならない。

二色性遮断フィルタに加えて、光線角の範囲を選択し、光を再方向付けしＬＥＤチップに戻すために使用され得る他の光学素子がある。１つのそのような構造は、三角形状に溝付けられた配列に基づき、図４Ａ及び４Ｂに示されている。そのような構造は、商品名ＢＥＦ（ＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＦｉｌｍ）の下で３Ｍによって製造されており、光を平行化するために直視型液晶ディスプレイのバックライト内で一般的に使用される。図４Ａに示される光学膜４３は、拡散体４５の上に配置されたプリズム状の膜４１を有する。それは光を（全反射によって）膜の法線に近接する（１つの平面内の）角度の範囲に亘って反射し、より大きな入射角のために、光はＢＥＦによって膜の法線に向かって屈折される。故に、そのような構造を用いて、光の選択反射及び再利用が可能である。そのような光学素子の１つの利点は、図１に例証される技法に比べ、反射光がＬＥＤの波長に対して比較的感受的でないことである。ＬＥＤの波長の変化は、バッチ間で起こり得るし、加えて、波長の動的シフトは、ＬＥＤが高電流密度で駆動されるときに起こる。これはＬＥＤ波長及び二色性フィルタの双方の緊密な許容差を招き得る。光を１つの平面にのみ反射する三角形状の溝付き構造に加えて、光を両方の平面に反射するために、ピラミッド配列（又は交差ＢＥＦ膜）も使用し得る。

反射素子及び屈折素子の両方を使用する光コリメーション光学素子のために、一部の後方拡散光線が、反射側壁を通過し得る。そのような光線を捕捉するために、高度に反射的な拡散層４７を、図４Ｂに示されるような光接触なしに、反射壁の周りに包み込み得る。例えば、ＬＥＤチップ４８に近接近して、或いは、コリメーション／集光光学素子の出口に、三角形状プロファイル溝付き膜（ＢＥＦ）プリズム配列４９を追加し得る。膜は、ＬＥＤの見掛け輝度を増大するために、光線角の再利用をもたらす。

本発明の可能な実施態様に従ったＬＥＤチップを示す概略図である。本発明の他の可能な実施態様に従ったＬＥＤチップを示す概略図である。複合放物線コンセントレータ（ＣＰＣ）を使用するＬＥＤチップからの光のコリメーションを示す概略図である。コリメーション／集光のための外部光学素子を備えるＬＥＤの使用を示す概略図である。輝度増大膜（ＢＥＦ）を示す概略図である。ＬＥＤを備える輝度増大膜（ＢＥＦ）の使用を示す概略図である。

Claims

ＬＥＤチップと、
該ＬＥＤチップに対して第一入射角以下を有する前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し、且つ、前記第一入射角よりも大きい前記ＬＥＤチップに対する入射角を有する前記ＬＥＤチップから放射される光を反射するエッジフィルタと、
該エッジフィルタから反射される光を受光するよう配置される拡散体とを含む、
ＬＥＤパッケージ。
前記エッジフィルタは、二色性エッジフィルタ又は二色性ミラーである、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
前記エッジフィルタは、プリズム配列又は三角形状溝付き配列を含む、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
ＬＥＤチップと、
該ＬＥＤチップに対して第一入射角以下を有する前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し、且つ、前記第一入射角より大きい前記ＬＥＤチップに対する入射角を有する前記ＬＥＤチップからの光を反射する角度依存光再利用手段と、
前記エッジフィルタから反射される光を受光するよう配置される拡散体とを含む、
ＬＥＤパッケージ。
前記角度依存光再利用手段は、二色性エッジフィルタ又は二色性ミラーである、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
前記角度依存光再利用手段は、プリズム配列又は三角形状溝付き配列を含む、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
ＬＥＤパッケージにおいて光を再利用する方法であって、
光がＬＥＤチップに対して第一入射角以下で前記ＬＥＤチップから放射されるときに、前記ＬＥＤチップから放射される光が前記ＬＥＤパッケージから出ることを許容するステップと、
光が前記第一入射角よりも大きい前記ＬＥＤチップに対する入射角で前記ＬＥＤチップから放射されるときに、前記ＬＥＤチップからの光が前記ＬＥＤパッケージから出ることを制するステップと、
前記ＬＥＤチップに対する前記再利用光の入射角を変更するステップと、
前記ＬＥＤチップに対する前記第一入射角以下で前記再利用光を前記ＬＥＤパッケージから放射するステップとを含む、
方法。
前記光が前記ＬＥＤパッケージから出ることを制するステップは、二色性エッジフィルタ又は二色性ミラーを使用して、その経路を再方向付けすることによって遂行される、請求項７に記載の方法。
前記光が前記ＬＥＤパッケージから出ることを制するステップは、プリズム配列又は三角形状溝付き配列を使用して、その経路を再方向付けすることによって遂行される、請求項７に記載の方法。
前記ＬＥＤチップに対する前記再利用光の入射角を変更するステップは、前記再利用光を拡散体を通すことによって遂行される、請求項９に記載の方法。
前記ＬＥＤチップに対する前記再利用光の入射角を変更するステップは、前記再利用光を拡散体を通すことによって遂行される、請求項８に記載の方法。