JP5713902B2 - Ｌｅｄプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、画像センサが複数の発光ダイオードから成るアレイを有する投影装置に関する。

プロジェクタは放電灯を用いて実現されることが多いが、放電灯は電力消費量が大きく寿命も短い。しかし、きわめて長い寿命と効率的な動作とを特徴としたＬＥＤプロジェクタも知られている。ＬＥＤプロジェクタの欠点は、使用される光源が小さくしかも光学系で損失が発生するために、光出力が小さいということである。従来のプロジェクタでは、光源から出た光は混合され、均一化され、カラーホイール（色相環）を介して赤色光・緑色光・青色光へ分解され、これらの個別色の光が画像形成素子へ投影される。典型的な画像形成装置として、液晶ディスプレイＬＣＤ、エルコスディスプレイＬＣＯＳ、あるいは、旋回可能な小さな鏡を多数備えた光変調器ＤＬＰなどが挙げられる。ただしＬＣＤまたはＬＣＯＳなどの偏光をベースとした装置では唯一の偏光方向しか利用できないし、ＤＬＰなどの装置では画像がシーケンシャルにオーバラップされ、各色の光源が中断をともなってオンオフされるため、光源の光出力を完全に活用することができない。

色混合の基本原理や基板を有さないダイオード積層体のコンタクト形成の基本方式は、独国出願第１０２００８０１３０３０号明細書および独国出願第１０２００８０１４０９４号明細書に記載されている。基板を有さないダイオードを誘電性の中間層上あるいは中間層のあいだへ配置することは、独国出願第１０２００８００８５９９号明細書、独国出願第１０２００８００６７５７号明細書および独国出願第１０２００７０６２０４２号明細書に記載されている。

独国特許第１９９２５３１８号明細書には、クロック制御される複数のＬＥＤ光源を備えたカラー画像プロジェクタが記載されている。国際公開第０３／０５６８７６号明細書には、複数のＬＥＤ光源の層を平坦な積層体として配置した照明装置が記載されている。米国公開第２００８／０２１１４１３号明細書には、複数のＬＥＤから成るディスプレイ装置が記載されている。独国公開第１００６３２００号明細書には、ＬＣＤ光変調方法およびＬＣＤ光変調器を備えた装置が記載されている。欧州公開第１６０９８３５号明細書には、ＬＥＤのための成形材料が記載されている。

本発明の課題は、構造寸法が小さいにもかかわらず寿命が長く高効率のプロジェクタ装置を提供することである。

この課題は請求項１の特徴を有するＬＥＤプロジェクタによって解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象となっている。

光源として、支持体上に実装され、電気的に相互に接続された複数のＬＥＤチップから成るアレイが使用される。支持体は有利にはケイ素支持体である。なぜなら、ケイ素支持体内にはデータ線路および電力線路の双方を実現できるからである。ケイ素支持体から配線板へのコンタクトを形成する方法として種々のものが知られている。色再生に用いられるピクセル（画素）は、有利には、赤色・緑色・青色に対する各ＬＥＤ光源を配置した装置から形成される。本発明のＬＥＤプロジェクタでは、各ＬＥＤが各色に対する層を上下に並べた積層エピＬＥＤであるか、あるいは、各ピクセルが少なくとも２つのＬＥＤを隣り合うように配置した放射面を有する。コンタクト形成は、チップテクノロジに応じて、支持体の下面からのみ行ってもよいし、または、一部をケイ素支持体の下面から行い、一部をインジウム錫酸化物ＩＴＯなどの導電性かつ透光性のコーティングを有する透明なガラスプレートの上面から行ってもよい。ピクセル数ひいてはＬＥＤ数は、プロジェクタで所望される解像度によって定められる。各色に対して設けられた複数の層を上下方向にエピタキシャル成長させて配置した積層エピＬＥＤにより、高い解像度と小さな寸法とが同時に達成される。ここでは、１つのピクセルが個々のＬＥＤを含む積層体に相当するので、或るＬＥＤチップの１つのピクセルでは同じ放射面から全ての色が放射される。

ＬＥＤアレイの上面図である。 支持体上に配置された積層エピＬＥＤの斜視図である。 図２の支持体にボンディングワイヤを設けた実施例の斜視図である。 下面に端子コンタクトを備えた支持体の斜視図である。 行アドレシング導体路を有する支持体の斜視図である。 行アドレシング導体路および列アドレシング導体路を有するガラスシートの斜視図である。 列アドレシング導体路を有するガラスシートの下面の斜視図である。 透明な中間層のあいだに複数のＬＥＤ層を配置した積層体の断面図である。 図８の積層体を有するＬＥＤチップの上面図である。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図１には、複数のピクセル１を格子パターンで配置した装置の実施例が示されている。各ピクセル１は１つずつ放射面を有しており、放射面には複数のＬＥＤ２（この実施例では４個のＬＥＤ）が隣り合うように配置されている。各ＬＥＤ２は１つのチップの上に配置される。任意の色混合のために、ＬＥＤは赤色光・緑色光・青色光に対するものとして設けられる。図１に示されている実施例では、各ピクセルにおいて、正方形状に並べられた４個のＬＥＤのうち、２個のＬＥＤが緑色光に対して設けられている。ＬＥＤプロジェクタは種々の適用分野に利用されるので、例えばモノクロ画像の形成に利用されるかまたはマルチカラー画像の形成に利用されるかに応じて、ピクセル内の各ＬＥＤが適切に選定される。ピクセルをアドレシングしてピクセル内の１つまたは複数のＬＥＤを動作させるために、複数の行アドレシング導体路と複数の列アドレシング導体路との複数の交点のうち対応する交点が電気的に駆動される。図１では、或る行アドレシング導体路３と或る列アドレシング導体路４との１つの交点のみが概略的に示されている。導体路の配置のしかたや導体路と光形成層とのコンタクトの形成のしかたは基本的には制限されず、テクノロジに応じて種々に構成可能である。

図２には、ピクセル１として、上下方向に光形成のためのＬＥＤの層を重ねた積層体を配置する実施例が示されている。当該のＬＥＤは特に積層エピＬＥＤであり、光形成を行う複数の層が上下方向にエピタキシャル成長され、積層体（スタック）を形成している。支持体５の上に積層体６のアレイが配置される。つまり、それぞれピクセル１を形成する積層体６が複数設けられ、格子パターンで配置されるのである。積層エピＬＥＤを備えた装置は、横方向の寸法を小さく保ちながらプロジェクタの高い解像度を達成できるので、特に有利である。全ての色に対して、各積層体６の表面に形成された同じ放射面が用いられる。なお、この場合にも、種々のコンタクト形成プロセスを利用可能である。電気端子とアドレシング導体路とは、少なくとも部分的にまたは完全に、支持体５の上面または支持体５の内部に配置される。

図３には、支持体５の上面に複数のピクセル１を格子パターンで配置した装置の実施例が示されている。この実施例では、ピクセルがマルチカラー対応の積層体であるかまたはモノクロＬＥＤを複数個隣り合うように並べたものであるかはどちらでもよい。外部への電気端子として支持体５の縁領域にボンディングワイヤ７が設けられており、このボンディングワイヤは、交差して配置された行アドレシング導体路および列アドレシング導体路のうち対応する導体路に接続される。図３では行アドレシング導体路および列アドレシング導体路は図示されていない。なぜならこれらの導体路はＬＥＤアレイによって覆われているかまたは支持体５の内部に配置されていて見えないからである。各導体路は、支持体５の上面（支持体５とＬＥＤ２とのあいだ）に配置されていてもよいし、特に支持体がケイ素から成る場合には、支持体内部を延在していてもよい。透明導電性材料、例えばインジウム錫酸化物ＩＴＯが用いられる場合には、各導体路を、支持体５とは反対側のＬＥＤ２の上面に配置することもできる。

図４には、支持体５の下面に電気端子に対する下面コンタクト８を設けた実施例が示されている。電気端子に対する透明な導体路が上面に設けられている場合、全てのＬＥＤに対して１つの下面コンタクト８を設けるだけでよい。ただし、支持体５の下面に全体的な電気コンタクトを設け、ピクセルまたはＬＥＤごとに２つずつまたはそれ以上の下面コンタクト８が配置されるようにしてもよい。

この種のプロジェクタは、基板を有さず、部分的に透明なＬＥＤチップを、ガラスシートに重ねて配置することにより、形成することができる。種々の色に対して設けられる複数の層平面への電流供給は、有利には、例えばＩＴＯから成る導体路に結合された金属コンタクトを介して行われる。各ピクセルは行と列との交点に位置し、それぞれ透明な導体路に沿って延在する。これらの導体路は、積層体のガラスシート上に配置されるかまたはガラスシート内に埋め込まれる。こうした構造を説明するために、図５には、支持体５の上に配置された行アドレシング導体路３の斜視図が示されている。この行アドレシング導体路３上にそれぞれのＬＥＤチップが配置され、各ＬＥＤチップの端子コンタクト面は対応する導体路３に電気的に接続されている。

図５の支持体５上の導体路の上方に図６のガラスシートが配置される。図６のガラスシートの下面には列アドレシング導体路４が設けられており、上面には行アドレシング導体路３が設けられている。図６のガラスシート９は、図５の支持体５上のＬＥＤチップのアレイの上方に配置される。ここで、図５，図６では、下向きの破線の矢印が層を垂直方向に重ねる際の向きを表している。この矢印によって、当該の装置の各平面の相対的な配向状態が識別される。図６の下面の列アドレシング導体路４は、図６の支持体５上のＬＥＤチップの端子コンタクトに電気的に接続される。図６の上面の行アドレシング導体路３の上方には、第２の色に対するＬＥＤを有する第２のＬＥＤチップが配置される。第３の色に対するＬＥＤを有する第３のＬＥＤチップがさらに設けられる場合には、第２のＬＥＤチップの上面の導体路の上方にさらに第３のＬＥＤチップが配置される。

図７には、積層体の最上部に配置される別のガラスシート９の斜視図が示されている。ここでも、図６の矢印と同様に、下向きの破線の矢印が垂直方向に層を重ねる際の向きを表しており、図７のガラスシートは図６のガラスシートの上に配置される。列アドレシング導体路４に対して横断方向に行アドレシング導体路３を配置することにより、それぞれの導体路を選択すれば、ＬＥＤチップに所定の電圧を印加して当該のＬＥＤから光を放射させ、一方で、アドレシングされていないＬＥＤを暗いままとすることができる。種々の層（レベル）の行ごとおよび列ごとのアドレシングにより、各ピクセルにおいて所望の色混合が形成される。

図８には、金属フレームコンタクト１０を介してＬＥＤの端子コンタクトと導体路との電気的接続を行う有利な実施例の断面図が示されている。図８の断面図には、ＬＥＤチップ１４のアレイの複数の層が示されている。支持体５の上に第１の色に対する第１のＬＥＤ層１１が位置している。第１のＬＥＤ層１１の上に第１のガラスシート９が配置されており、この第１のガラスシート９の上に第２の色に対する第２のＬＥＤ層１２が配置されている。第２のＬＥＤ層１２の上には第２のガラスシート９が配置されており、この第２のガラスシート９の上に第３の色に対する第３のＬＥＤ層１３が配置されている。上方の第３のＬＥＤ層１３は第３のガラスシート９によって覆われている。ガラスシートとＬＥＤ層とのあいだには図５〜図７に即して説明した薄い導体路が存在しているが、厚さが僅かなので図８には示されていない。

導体路とＬＥＤの電気端子とのあいだに金属フレームコンタクト１０が配置されている。導体路の長手方向で見て、金属フレームコンタクト１０のあいだに、例えば薄い金属条片１６から形成される金属の接続線路が設けられる。図８の断面図によれば、ＬＥＤ層１１〜１３の下側（支持体５に近い側）に横方向で行アドレシング導体路３が配置され、ＬＥＤ層１１〜１３の上側（支持体５から遠い側）に、行アドレシング導体路３に対して垂直な方向で、列アドレシング導体路４が配置される。各導体路３，４は金属フレームコンタクト１０を介してＬＥＤの端子コンタクトに接続されている。金属フレームコンタクト１０は、導体路３，４に沿って、金属条片１６を介して上下方向にも接続することができる。導体路３，４に沿って延在する金属条片１６は、図８の断面図では、横方向に延在する行アドレシング導体路３の下方にのみ示されている。ただし、同様の金属条片１６をＬＥＤチップの上側に配置される列アドレシング導体路４に対しても設けることができる。この場合、金属条片１６が金属フレームコンタクト１０の上側を列アドレシング導体路４に対して垂直に延在し、さらに、ＬＥＤチップの上側の金属フレームコンタクト１０が図８の断面図の平面で分断されることになる。

ＬＥＤ層１１〜１３は例えば赤色光・緑色光・青色光に対して設けられる。これに代えて、例えば、良好な色混合を実現するために、適切な色の別のＬＥＤ層を設けたり、唯一のＬＥＤ層を用いてモノクロ再生を行ったりしてもよい。積層体内での各色のＬＥＤ層の配置順序またはガラスシートの配置順序は基本的には任意に定めることができる。

図９には、図８の切断線ＩＸで切断した断面図が示されている。図９から、金属フレームコンタクト１０がＬＥＤチップ１４に対して配置されており、各ＬＥＤチップが狭い中空室１５によって分離されていることがわかる。図９の上面図によれば、列アドレシング導体路４は上方から下方へ延在しており、金属フレームコンタクト１０を介してＬＥＤチップ１４へ接続されている。列アドレシング導体路４と金属フレームコンタクト１０とは金属条片１６によって相互に接続されている。ＬＥＤチップ１４の下側に存在する行アドレシング導体路３はＬＥＤチップ１４によって覆われている。図９では、行アドレシング導体路３と同じ方向に延在する下方の金属条片１６とが破線で示されている。

本発明のプロジェクタはピクセルが複数のＬＥＤによって形成されているので、形成される画像のコントラストが改善される。これは、形成される画像の内部の暗いＬＥＤがフォトディテクタとして切り換えられることによって実現される。つまり、当該の暗いＬＥＤの光形成層のｐｎ接合領域に阻止方向で電圧が印加され、この動作により、入射光から生じる電子正孔対が電気的に分離され、光電流が送出されるのである。当該の暗いＬＥＤはこのようにして入射光を吸収するので、阻止方向で電気的に駆動されないＬＥＤに比べていっそう暗く見える。

本願は、独国出願第１０２００８０４６７６２．６号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本発明に組み込まれるものとする。

本発明は上述した実施例に限定されない。本発明のすべての特徴は、それが特許請求の範囲・発明の詳細な説明・図などに明示的に示されているか暗示的に示されているかにかかわらず、単独でまたは任意に組み合わせて、本発明の対象となりうる。

Claims (5)

1. 支持体（５）と、電気端子及びアドレシング導体路と、前記支持体（５）の上に配置された光源と、複数のピクセル（１）を配置した画像センサとを有するＬＥＤプロジェクタであって、
   各ピクセル（１）が、赤色光、緑色光、及び、青色光に対する、少なくとも１つの光源を有しており、前記光源は複数のＬＥＤ（２）である、
   ＬＥＤプロジェクタにおいて、
   前記ＬＥＤ（２）が、種々の色のために、前記赤色光、緑色光、及び、青色光を形成する複数の層を上下に配置した積層エピＬＥＤであって、
   前記複数の層は上下方向にエピタキシャル成長されて単一の積層体（６）を形成しており、
   所定のピクセル（１）内の複数のＬＥＤ（２）を駆動するために当該ピクセル（１）をアドレシングする前記アドレシング導体路は完全に前記支持体（５）の内部に配置されており、
   外部への接続のための前記電気端子は、少なくとも部分的に前記支持体（５）の上面に配置されており、かつ、前記アドレシング導体路に接続されている、
   ことを特徴とするＬＥＤプロジェクタ。
2. 前記ピクセル（１）の全ての色に対して、前記積層体（６）の表面に形成された同じ放射面が用いられている、請求項１記載のＬＥＤプロジェクタ。
3. 各ＬＥＤ（２）は、赤色光に対する１つの層と、青色光に対する１つの層と、緑色光に対する１つの層とを有する、請求項１または２までのいずれか１項記載のＬＥＤプロジェクタ。
4. 前記支持体（５）はケイ素から形成されており、各前記ＬＥＤはそれぞれ他のＬＥＤから独立に駆動される、請求項１から３までのいずれか１項記載のＬＥＤプロジェクタ。
5. 前記種々の色に対する前記複数の層は、上下にそろって、配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のＬＥＤプロジェクタ。

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