KR20060023568A - 광학 시스템 내의 반사광을 ｅ.ｇ. 프로젝션디스플레이로서 리싸이클링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광학 시스템 내의 반사광을 ｅ.ｇ. 프로젝션디스플레이로서 리싸이클링하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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미챌 디. 파쉴리
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학 시스템(100, 200) 및 사용 방법은 적어도 하나의 광원(105, 106, 107, 211, 302)을 포함하는데, 각 광원은 실질적으로 임의로 편광된 상태 또는 편광되지 않은 상태에서 실질적으로 특정 파장 범위의 광을 투과시킨다. 광학 시스템(100, 200)은 광원에 연결되는 반사형 편광기(108, 204, 305)와, 반사된 광을 광원을 통해 반사형 편광기 상으로 되보내는 요소(101, 102, 103,201, 202, 203, 301)를 포함한다. 예시적으로, 광원(105, 106, 107, 211, 302)과 요소(101, 102, 103, 201, 202, 203, 301) 사이에 실질적으로 어떠한 광학 거리도 존재하지 않는다. 반사된 광을 리싸이클링하는 광학 패키지가 또한 개시되어 있다.

Description

광학 시스템 내의 반사광을 Ｅ.Ｇ. 프로젝션 디스플레이로서 리싸이클링하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECYCLING REFLECTED LIGHT IN OPTICAL SYSTEMS AS E.G. PROJECTION DISPLAY}
액정(LC) 기술은 몇 가지 응용 분야를 들자면, 프로젝션 텔레비전에서 사용하기 위한 프로젝션 디스플레이, 컴퓨터 모니터, POS 디스플레이, 및 전자 씨네마(electronic cinema)에 사용되어 왔다.
LC 디바이스의 더욱 최근의 응용 분야는 실리콘 기판 상의 반사형 LC 디스플레이이다. 실리콘-기반의 반사형 LC 디스플레이는 종종, 액정 분자 축을 선택적으로 회전시키기 위해 사용되는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 트랜지스터/스위치의 능동 매트릭스 어레이를 포함한다. 잘 알려진 바와 같이, LC 셀 양단에 전압을 인가함으로써, 반사광의 편광면이 선택적으로 회전된다. 따라서, 어레이 내의 트랜지스터를 선택적으로 스위칭함으로써, LC 매체는 광을 이미지 정보로 변조하는데 사용될 수 있다. 이렇게 변조된 광은 그 후 프로젝션 옵틱스에 의해 스크린 상에 이미징될 수 있으며 그에 따라 이미지 또는 '화상'을 형성할 수 있다.
많은 LCD 시스템에서, 광원으로부터 나오는 광은 액정 물질상에 입사되기 전에 특정 방향으로 선택적으로 편광된다. 이는 종종 광원과 액정 사이에 편광기를 사용해서 수행된다. 이해되는 바와 같이, 이러한 시스템 유형은 상당한 광 손실을 야기할 것이다. 예컨대, 광이 임의로 편광되거나 비편광되는 시스템에서, 광 에너지의 반이 액정에 투과되지 않으며, 따라서 손실된다. 이러한 비효율성은 디스플레이되는 이미지에 해로운 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 광 에너지의 손실은 감소된 밝기를 야기할 수 있다.
따라서, 적어도 위에서 설명된 문제점을 극복하는 LC 장치가 요구된다.
실시예에 따르면, 광학 시스템은 적어도 하나의 광원을 포함하는데, 각 광 원은 실질적으로 임의의 편광 상태 또는 비편광 상태인 특정 파장 또는 파장 범위의 광을 실질적으로 투과시킨다. 광학 시스템은 광원에 연결되는 반사형 편광기, 반사광을 광원을 통해 반사형 편광기로 되보내는 요소를 포함한다. 예시적으로 광 원과 요소 사이에는 실질적으로 어떠한 광학 거리도 존재하지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 광학 시스템의 효율성을 개선시키기 위해 광을 리싸이클링하는 방법은 적어도 하나의 반사형 편광기와 적어도 하나의 비편광된 또는 임의로 편광된 광원을 제공하는 단계를 포함하는데, 반사형 편광기 중 하나는 비편광된 또는 임의로 편광된 광원 각각에 연결된다. 이 방법은 또한 반사형 편광기로부터 반사된 광을 광원을 통해 반사형 편광기로 다시 되보내는 단계를 포함하는데, 반사형 편광기는 특정 편광 상태의 광을 투과시키며 잔존 광은 요소에 반사시킨다. 예시적으로, 반사형 편광기와 요소 사이에는 실질적으로 어떠한 광학 거리도 존재하지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 광학 패키지는 광학 요소에 수용되는 발광 요소를 포함한다. 광학 요소는 요소의 일단으로부터 반사되는 광을 발광 디바이스를 통해 그 일단 밖으로 다시 되보낸다. 예시적으로, 발광 요소는 임의로 편광된 광 또는 비편광된 광을 실질적으로 유한한 파장 범위에 걸쳐 방출한다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 읽혀질 때 후술하는 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 특징이 반드시 축척에 맞게 작도되지는 않는다는 것이 강조된다. 실제로, 크기는 논의의 명확함을 위해 임의로 증가되거나 감소될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 광학 시스템의 개략도.
도 2는 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 시스템의 개략도.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 발광 요소를 구비하는 광학 요소의 단면도.
후술하는 상세한 설명에서, 제한이 아닌 설명 목적상, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해, 특정 세부 사항을 개시하는 예시적인 실시예가 설명된다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 세부 사항을 벗어나는 다른 실시예에서도 실시될 수 있다는 것이 본 개시의 혜택을 얻는 당업자에게는 명백할 것이다. 더욱이, 잘 알려진 디바이스, 방법 및 물질에 대한 설명은 본 발명의 설명을 불명료하지 않게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 광학 시스템(100)을 도시한다. 광학 시스템(100)은 제1 광학 요소(101), 제2 광학 요소(102), 제3 광학 요소(103) 및 광학 디 바이스(104)를 포함하는데, 이 광학 디바이스(104)는 제1, 제2 및 제3 광학 요소로부터의 광을 결합한다. 예시적으로, 광학 디바이스(104)는 다이크로익 큐브로서, 이 다이크로익 큐브는 당해 기술의 당업자에게는 잘 알려진 장치이며, 상이한 파장의 광을 결합하는데 사용될 수 있다.
그러나, 다이크로익 큐브 외에, 다른 요소가 도 1에 도시된 구성뿐만 아니라 예시적인 실시예를 유지하는 다른 구성 내의 광학 요소로부터 나오는 광을 결합하는데 사용될 수 있다는 것이 주목된다. 예컨대, 상이한 방출 파장/파장 범위를 갖는 다양한 광원으로부터 나오는 광을 결합하기 위해 다이크로익 요소를 직렬로 포함하는 것이 유익할 수 있다. 더욱이, 상이한 방출 파장 범위를 갖는 두 개의 광 원으로부터 나오는 광을 결합하기 위한 직렬의 두 개의 다이크로익 요소와, 제3 광학원으로부터 나오는 제3 파장 범위의 광을 두 개의 제1 광원으로부터 나오는 광과 결합하기 위해 두 개의 다이크로익 요소와 일정 각도에 있는 제3 다이크로익 요소를 구비하는 것이 유익할 수 있다. 물론, 이들 예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 예시적인 실시예의 제한으로 의도되지는 않는다. 예컨대, 참조 원리를 사용해서, 세 개보다 많은 광원으로부터 나오는 광을 결합하는 것이 가능한데, 각각의 광원은 적당하게 선택 및 배열된 이러한 다이크로익 요소를 사용해서, 상이한 파장 범위의 광을 방출한다.
광학 요소(101, 102 및 103)는 각각 발광 요소(105, 106, 및 107)를 포함한다. 또한, 광학 요소(101, 102 및 103) 각각은 광 리-디렉터(LRD)(109)를 포함하는데, 이 광 리-디렉터(109)의 기능은 본 명세서에서 더욱 상세히 설명된다. 예시적 으로, 발광 요소(105, 106 및 107)는 유한한 파장 범위에 걸쳐 광을 방출하는 발광 다이오드(LED) 또는 그 어레이일 수 있다. 예컨대, LED의 FWHM(full width half-maximum) 방출 파장 범위는 대략 20nm 내지 대략 40nm이다. 더욱이, 발광 요소(105, 106, 및 107)로서 LED를 사용하는 것은 실시예의 예시이다. 즉, 일정 파장 대역에 걸쳐, 또는 단일 파장에서 임의로 편광된 또는 비편광된 광을 방출하는 다른 광학원이 사용될 수도 있다. 일반적으로, 발광 요소(105, 106, 107)의 방출 스펙트럼은 중심 파장에 대해 일정 범위이며, 방출 광은 임의로 편광되거나 비편광된다.
따라서 더 설명되는 실시예에서, 개별적인 광학 요소(101, 102, 및 103)의 방출 파장 범위는 서로 다르다. 물론, 이는 하나 이상의 발광 디바이스를 구비하는 각각의 광학 요소(101, 102, 103)를 구비함으로써 얻어지는데, 하나 이상의 발광 디바이스는 다른 광학 요소의 발광 디바이스에 의해 방출되는 광의 파장 범위와 상이한 특정 파장 범위에 걸쳐 광을 방출한다. 더욱이, 광학 요소(101, 102, 103) 중 임의의 하나(또는 그 이상) 내에, 상이한 파장 대역의 광을 방출하는 발광 디바이스가 존재할 수 있다. 이는 원색 중 하나의 스펙트럼 너비를 근소하게 확장시키도록 구현될 수 있다. 물론, 이는 원하는 파장 범위에 걸쳐 광을 방출하는 복수의 LED를 사용해서 구현될 수 있다.
마지막으로, 위에서 언급된 바와 같이, 각각의 광학 요소(101-103)는 하나 보다 많은 발광 요소를 구비할 수 있다. 예컨대, 각각의 광학 요소는 전체 광원의 루멘 출력을 증가시키기 위해 공칭 동일한 방출 파장 범위의 몇 개의 LED 칩을 포 함할 수 있다. 물론, 상이한 구성이 가능하다. 예컨대, 다수의 칩이 하나의 LRD(109)에 배치될 수 있거나, 또는 칩 어레이가 하나의 LRD에 배치될 수 있는데, 어레이의 출력은 다이크로익 큐브(광학 디바이스(104))의 일면과 정렬한다. LED는 발명의 명칭이 '로드를 조명하기 위한 장치 및 방법'로서 2002년 12월 20일 출원되고 특히 본 명세서에 참고 문헌으로 병합된, US 가출원 번호 60/435,245에 기술된 바와 같다.
예시적인 실시예에서, 발광 요소(105-107) 각각은 선형적으로 편광된 광의 특정 상태의 광을 투과시키고, 모든 다른 광을 반사시키는 반사형 편광기(108)를 포함한다. 예컨대, 반사형 편광기의 편광축이 s-편광된 광에 평행하게 되는 경우, 이 광은 투과될 것이며, 실질적으로 모든 p-편광된 광은 반사될 것이다. 유리하게는, 반사형 편광기(108)는 LRD(109)와 직접 접촉한다. 예컨대, 반사형 편광기(108)는 도시된 바와 같이 LRD(109)의 표면 위에 직접 형성될 수 있다. 대안적으로는, 1/4-파 판(quarter-wave plate)과 같은 요소는 LRD(109)와 반사형 편광기 사이에 배치될 수 있다. 더욱이, 반사형 편광기(108)는 LRD(109)로부터 분리될 수 있다. 이와 같은 대안이 사용될 수 있으나, 반사형 편광기로부터의 반사 손실은 가능한 한 많이 최소화되어야 한다. 이러한 경우에, 편광기(108)와 LRD(109) 사이의 광학 거리는 사이에 공기(또는 적당한 투명 매질)가 있는, LRD(109)의 출력면의 직경에 비해 작아야 한다. LRD(109)가 편광기(108)에 인접한 출력면에 렌즈와 같은 굴절 표면 및 반사 표면을 구비할 수 있다는 것이 추가적으로 주목된다. 이러한 반사형 편광기 및 1/4-파 판뿐만 아니라 반사형 편광기의 배치를 포함하는 이유는, 본 설 명이 계속됨에 따라 더욱 명확해질 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, LRD(109)는 당해 기술 분야에서 당업자에게 공지된 디바이스인, 복합 포물선 집중화기(CPC: compound parabolic concentrator)인데, 본 명세서에서 더욱 상세히 설명된다. 이는 단지 예시적인 것인데, 그 이유는 예시적인 실시예의 LRD(109)의 원하는 특징적인 기능을 충족시키기 위해 다른 광학 요소가 사용될 수 있기 때문이다. 이를 위해, 더욱 좁은 각도의 광 분포를 야기하는 동시에 반사광을 광원에 다시 반환하는 광학 요소가 LRD(109)로서 사용될 수도 있다. 예컨대, US 특허 6,457,423에 기술된 바와 같은 시준기(collimator)가 사용될 수 있다. 본 양수인에게 양도된 이 특허의 개시는 특히 본 명세서에 참고 문헌으로 병합된다. 추가적으로, 예시적인 실시예에서, 반사형 편광기(108)는 유선 그리드 편광기이다. 대안적으로, 반사형 편광기(108)는 선택된 파장외에는 모두 반사시키는 절연성 스택 편광기 또는 유사한 간섭-기반의 편광기일 수 있다. 마지막으로, QWP(113)는 절연성 스택 편광기, 결정성 편광기 또는 유사 지연기일 수 있다. 다양한 예시적인 요소는 실시예를 수행하는데 유익한 디바이스의 예로 의도되며, 실시예의 한계 또는 경계를 제한하기 위해 의도되지는 않는다.
제1 광학 요소(101)로부터 방출되는 광의 통과에 대한 설명이 이제 상세히 설명될 것이다. 제2 광학 요소(102) 및 제3 광학 요소(103)로부터 시스템(100) 내의 광의 통과에 대한 설명은 광학 시스템(100)을 통과하는 제1 광학 요소로부터 나오는 광의 설명과 실질적으로 동일하며, 설명의 간략화 및 명확화의 관점에서 생략된다.
발광 디바이스(105)는 유한한 파장 범위에 걸쳐 또는 실질적으로 단일 파장으로 광(110)을 방출한다. 이러한 광(110)은 실질적으로 비편광되거나 임의로 편광되며 LRD(109)의 상부 표면(far surface) 및 반사형 편광기(108) 상에 입사된다. 반사형 편광기(108)의 편광축에 평행한 방향으로 향하는 전계 벡터를 갖는 광은 반사형 편광기(108)를 통해 투과광(111)으로서 투과되며, 반사형 편광기(108)의 편광 축에 직교해서 향하는 전계 벡터를 갖는 광은 반사광(112)으로서 다시 반사된다.
LRD(109)는 반사광(112)을 발광 디바이스(105)를 향해 다시 되보낸다. 특징적으로는, LRD(109)는 반사형 편광기(108)에 의해 반사되는 광을 발광 요소(105)로 되보내며, 이러한 반사광의 리싸이클링을 촉진한다. 반사광(112)의 일부는 발광 요소(105)를 통과하고, 되보내지며 광(110)으로서 투과된다. 반사광(112)의 일부는 LRD(109)에 의해 되보내지며 발광 디바이스(105)를 통과하지 않고, 반사형 편광기(108) 상에 입사된다. 따라서, LRD(109)는 반사광(112)을 반사형 편광기(108)로부터 반사형 편광기로 다시 '리싸이클링'하는데 유익하다.
발광 요소가 LED인 예시적인 실시예에서, 되보내진 광의 적어도 일부는 재결합을 통해 흡수되며 비편광된 광(110)으로서 LED에 의해 재방출된다. 그러나, 광이 (예컨대, LRD(109)에 의해) LED를 통과하고 LED(105)의 배면에서 되보내지기(반사되기) 때문에 또는 광이 LED를 통과하지 않고 단지 LRD(109)에 의해 되보내지기(반사되기) 때문에, LED가 이러한 광의 상당 부분을 재흡수하지 않을 것이라는 점이 주목된다.
LED(105)에 의해 재흡수되는 반사 광자는 LED(105)에 의해 비편광된 광으로 서 재방출되며, 반사형 편광기(108) 상에 입사된다. LED에 의해 흡수되지 않고 LRD(109)에 의해 되보내지는 반사광은 또한 반사형 편광기(108) 상에 입사된다. 반사형 편광기의 편광축과 평행한 편광 상태를 갖는 광은 다시 투과되며 잔존 광은 설명된 바와 같이 반사된다. 이러한 과정은 계속되며, 본질적으로, 반사형 편광기를 통해 투과되지 않는 광은 이러한 과정을 통해 '리싸이클링'된다. 따라서, LRD(109)가 없다면, 반사형 편광기(108)로부터의 반사광으로서 잃게되는 광 에너지는 적어도 부분적으로 광(111)으로서 재포획되며 재투과되어, 광학 시스템(100)의 효율성을 증가시킨다.
반사광(112)이 LED에 의해 재흡수 및 재방출되지 않거나; 반사광의 편광 상태가 반사형 편광기에 의한 반사 후에 바뀌지 않는 경우에, 반사광의 편광 상태는 반사형 편광기의 편광축에 직교한다. 반사광의 편광 상태가 편광기의 축의 상태와 평행하게 변환되지 않는 경우, 이러한 광은 그 후 반사형 편광기(108)에 의해 다시 반사된다. 선택적으로는, 이러한 광의 적어도 일부를 투과시키기 위해, 1/4파 판(QWP)(113)이 반사형 편광기(108)와 LRD(109) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, QWP(113)를 두 번 통과한 후에, 직교 편광 상태의 반사형 편광기(108)로부터 나오는 광의 편광 상태는 위에서 설명된 바와 같이 리싸이클링 후에 반사형 편광기(108)에 의해 투과된다.
반사형 편광기(108)에 의해 투과되는 광은 요소(104) 상에 입사된다. 제2 및 제3 광학 요소(102 및 103)는 또한 편광된 광학 신호를 출력 신호(114)에 제공한다는 점이 주목된다. 각각의 광학 요소(101, 102 및 103)로부터 나오는 광은 동일한 편광을 갖는다. 더욱이, 출력 신호(114)는 요소(104)로부터 나오는 세 개의 출력 신호(각각의 광학 요소로부터 하나)일 수 있으며, 각 출력 신호는 편광되고, 다른 출력 신호 중 하나의 파장 범위와 동일하지 않을 수 있는 특정 파장 범위를 갖는다.
이전에 언급된 바와 같이, 광학 요소(104)는 예시적으로 다이크로익 큐브인데, 이 큐브는 광학 요소(101 내지 103)로부터 세 개의 상이한 파장의 빔을 결합한다. 최종적인 혼합 출력 빔(출력 빔(114))은 실질적으로 한정된 편광을 갖는다. 더욱이, 세 개보다 많은 광학원으로부터 광을 결합하는 것이 또한 가능한데, 각각의 광학원은 상이한 파장 범위에 걸쳐, 또는 다른 것과 상이한 파장에서 광을 방출한다. 이는 다이크로익 요소의 다른 배열 또는 다수의 다이크로익 큐브로 행해질 수 있다.
유리하게는, 광학 시스템(100)은 광의 리싸이클링을 통해 원하는 편광 상태에서 더욱 효율적인 광 투과를 인에이블시킨다. 위에서 기술된 예시적인 실시예에서, 발광 요소(105-107)는 편광되지 않거나 임의로 편광되는 광을 방출한다. 더욱이, 예시적인 실시예는 각각의 발광 요소가 초기에 편광되지 않거나 단지 부분적으로 편광되는 경우 각각의 발광 요소의 효율성을 개선시킨다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 광학 시스템(200)이다. 광학 시스템(200)은 광학 시스템(200)의 출력 광을 편광시키는 것이 유리한, LCD 시스템과 같은 응용 분야에서 특히 유용하다. 다수의 요소 및 그 기능은 도 1의 실시예와 연계해서 설명된 요소와 유사하거나 실질적으로 동일하다. 실용적인 한도까지는, 명료함을 위 해 유사한 요소 및 그 기능에 대한 중복 설명은 도 2의 실시예의 설명에서 반복되지 않는다.
광학 시스템(200)은 제1 광학 요소(201), 제2 광학 요소(202) 및 제3 광학 요소(203)를 포함한다. 각각의 광학 패키지는 복합 포물선 집중화기(CPC)(212)에 배치되는 LED(211)를 포함한다. LED(211)는 또한 위에서 설명된 가출원에 기술된 바와 같은 LED 어레이일 수 있다. 더욱 강한 루멘 출력이 '더욱 큰' LED 칩에 의해 달성될 수 있다는 점이 또한 주목된다. 예시적인 실시예에서, 광학 요소(201, 202, 및 203)의 LED(211)는 상이한 파장 범위 또는 파장, 따라서 상이한 컬러의 광을 방출한다. 특히, 하나의 LED는 녹색인 광을 방출하고, 하나의 LED는 적색인 광을 방출하며, 하나의 LED는 청색인 광을 방출한다. 이는 LCD 물질에 의한 광의 변조 후에 디스플레이 표면(예컨대, 텔레비전 표면) 상에 이미지 형성을 허용한다. 물론, 다른 색 및 추가적인 색(파장)은 주어진 광학 시스템에서 요구되는 바와 같이 LED에 의해 방출될 수 있다.
각각의 광학 요소(201, 202 및 203)는 도시된 바와 같이 LED(211)의 반대편의 표면 상에 배치되는 반사형 편광기(204)를 구비한다. 반사형 편광기(204)는 하나의 선형 편광 상태의 광을 투과시키고 투과된 광과 직교하는 선형 편광 상태의 광을 반사시킨다. 반사형 편광기의 유형 및 기능은 도 1의 실시예와 연계해서 설명된 바와 같다. 하나 이상의 광학 요소(201, 202, 203)는 LED로부터 원하는 방위의 편광된 광의 연결의 효율성을 개선시키기 위해 반사형 편광기(204)와 CPC(212) 표면 사이에 배치되는 QWP(205)를 선택적으로 포함한다. QWP의 기능에 대한 상세사항 역시, 도 1의 실시예와 연계해서 위에서 설명된 바와 같다.
각각의 CPC(212)는 이전에 기술된 바와 거의 동일한 방식으로 반사광을 되보내기 위해 사용된다. CPC(212)는 광학 기술 분야에서 공지된 요소이다. 예컨대, CPC(212)는 위에서 언급된 가출원에서 기술된 유형일 수 있다. 하나 이상의 CPC(212)는 유익하게는 실질적으로 견고하며 광학 그레이드 유리(optical grade glass)와 같은 적당한 광학 그레이드 절연체로 만들어진다. 대안적으로, 하나 이상의 CPC(212)는 반사형 편광기(204)를 향해 그리고, 적용 가능한 경우 QWP(205)로 광을 다시 반사시키기 위해 반사형 표면을 구비하는 실질적으로 공동부(hollow)일 수 있다. CPC(212)가 검토된 바와 같이 절연체로 만들어지는 경우, CPC(212)의 효율성을 개선시키기 위해 적어도 LED와 인접한 영역 내의 그 표면상에 반사형 물질을 제공하는 것이 유익할 수 있다는 것이 주목된다. 이러한 반사형 표면은 이전에 설명된 방식과 유사한 방식으로 반사형 편광기(205)로부터 LED(211) 및/또는 CPC(212)의 표면으로 다시 반사되는 광의 반사를 촉진한다.
광학 시스템(200)은 위에서 설명된 바와 같은 예시적으로 다이크로익 큐브인 광학 요소(214)를 포함한다. 물론, 광학 요소는 파장 결합을 수행하기 위해 위에서 설명된 하나 이상의 다이크로익 요소일 수 있다. 광학 시스템(200)은 또한 광학 요소(214)로부터 광을 연결하기 위한 통합 로드(an integrating rod)(206)를 포함하는데, 광학 요소(214)는 예시적으로, 위에서 언급된 바와 같이 다이크로익 큐브, 또는 다이크로익 요소의 결합이다. 통합 로드로부터의 광은 릴레이 렌즈(207) 상에 그리고 그 후 편광 빔 스플리터(208) 상에 입사된다. 그 후, 광은 빔 스플리터 (208)에 의해 LCOS 패널(209) 또는 유사한 LCD 디바이스로 반사된다. 이러한 광은 LCOS 패널(209)에 의해 변조되며 디스플레이 디바이스(미도시)의 프로젝션 렌즈(210)에 선택적으로 투과된다.
통합 로드(206)는, 발명이 본 양수인에게 양도된, 미국 특허(5,146,248), 위에서 언급된 가출원, 및 위에서 언급된 실용신안 출원에 기술된 유형일 수 있다는 점이 주목된다. 언급된 특허의 개시는 특히 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된다. 더욱이, LCD 프로젝션 시스템에서의 릴레이 렌즈(207), 편광 빔스플리터(208), LCOS 패널(209), 프로젝션 렌즈(210), 및 LCD 프로젝션 시스템에서의 그 기능은 잘 알려져 있으며, 따라서, 본 명세서에서 더욱 상세하게 검토되지 않는다는 점을 주목한다.
예시적인 실시예에 따르면, 제1 광학 요소(201)의 LED(211)는 적색 광(215)을 방출하고, 제2 광학 요소(202)의 LED(211)는 녹색 광(216)을 방출하며, 제3 광학 요소의 LED는 청색 광(217)을 방출한다. LED로부터의 광은 편광되지 않으며, 이러한 광의 편광 성분은 평행하며 광학 요소의 각각의 반사형 편광기(205)의 편광축에 평행하며 그와 수직이다. 편광축에 평행하게 편광되는 광은 다이크로익 튜브로 투과되며 나아가 광학 시스템(200)에서 투과된다. 모든 다른 광은 반사된다. 이러한 광의 일부는 위에서 LED(211) 상에 입사해서 흡수되며 설명된 바와 같이 편광되지 않은 광으로 재-방출된다. 이렇게 재-방출된 광은 이후 반사형 편광기 상에 입사하며, 이전에 설명된 바와 같이 프로세스를 계속한다.
더욱이, LED(211)에 의해 흡수/재-방출되지 않는 광은 반사형 편광기의 편광 축과 직교하는 편광 상태를 갖는다. 이 광은 CPC(212)에 의해 반사되며, 이 광의 상당 부분은 반사형 편광기(204)에 인접하는 CPC(212)의 표면 상에 입사한다. 이 광이 QWP(205)를 2번 통과하기 때문에, 그 편광 상태는 90°만큼 회전되며, 이제 반사형 편광기(204)의 축과 평행하다. 따라서, 편광 벡터의 오리엔테이션으로 인해 초기에 반사된 많은 광이 이제 광학 요소(214)로 투과되고, 추가적인 처리를 위한 광학 시스템의 다른 요소로 투과된다.
도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에 따르면, 광학 이미터의 순수한 출력이 광학 이미터로부터의 광학 에너지의 적어도 반을 잃지 않고, 원하는 편광을 갖는 광학 시스템으로 투과되도록 원치않는 편광의 광을 광학 이미터로 다시 효율적으로 리싸이클링하는 것이 달성된다. 예시적인 실시예의 이들 및 다른 혜택은 본 개시의 혜택을 얻는 당업자에게는 즉시 명백할 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 요소(300)를 도시한다. 광학 요소(300)는 안에 배치되는 발광 요소(302)를 구비하는 CPC(301)를 포함한다. 요소(302)는 예시적으로 LED, LED 어레이, 또는 다른 적당한 디바이스 또는 디바이스 어레이이다. LED 어레이는 참조된 가출원에 설명된 바와 같을 수 있다. CPC(301)는 예시적으로, 광학 그레이드 유리 또는 다른 절연체와 같은 적당한 광학-그레이드 물질로 만들어진 실질적으로 견고한 요소이다. 표면(303)의 적어도 일부는 반사형이며, 위에 배치되는 적당한 물질을 구비한다. 선택적으로, 광학 요소(300)는 반사형 편광기(305), 또는 QWP(304), 또는 두 가지 모두를 구비할 수 있다. 이들 요소는 위에서 설명된 바와 같으며, 방향(306)으로 원하는 편광 상태에 있는 광의 투과 효율성을 개선시키는데 유익하다. 이러한 혜택은 이전에 더욱 상세히 설명되었다.
명확하게는, 광학 요소는 도 1 및 2의 예시적인 실시예의 광학 요소로서 사용될 수 있다. 더욱이, 광학 요소(300)는 다른 애플리케이션에서도 똑같이 발광 디바이스(302)로부터 연결 효율성을 개선시키기 위해 일반적으로 사용될 수 있다는 것이 주목된다. 예컨대, 예시적인 실시예에서, QWP(304)와 반사형 편광기(305)가 앞에 있고, 발광 요소로부터의 광은 편광되든지, 편광되지 않든지 또는 임의로 편광되든지 간에 CPC(301) 없이도 다른 광학 요소(미도시)의 수용 각 내에서 효율적으로 연결될 수 있다. 더욱이, 광학 요소(300)는 시스템에서 사용하기 위해 준비가 된 패키지화된 디바이스이며, 약간의 통합 옵틱스를 포함한다.
이와 같이 본 발명 설명되었으나, 본 개시의 혜택을 얻는 당업자에 의해 다양한 방식으로 변형될 수 있다는 것이 명백하다. 이러한 변형은 본 발명의 사상과 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자에게 명백한 이러한 변경은 후술하는 청구범위와 그 법적 등가물의 범주 내에 포함되도록 의도된다.
액정(LC) 기술은 몇 가지 응용 분야를 들자면, 프로젝션 텔레비전에서 사용하기 위한 프로젝션 디스플레이, 컴퓨터 모니터, POS 디스플레이, 및 전자 씨네마(electronic cinema)에 사용 가능하다.

Claims (23)

  1. 실질적으로 임의로 편광된 상태 또는 편광되지 않은 상태에 있는 실질적으로 특정 파장 범위의 광을 방출하는, 적어도 하나의 광원;
    적어도 하나의 광원에 연결되는 적어도 하나의 반사형 편광기; 및
    반사형 편광기에 의해 반사되는 광의 일부를 적어도 하나의 광원을 통해 적어도 하나의 반사형 편광기로 다시 되보내는 적어도 하나의 요소
    를 포함하되, 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 요소 사이에 실질적으로 어떠한 광학 거리도 존재하지 않는, 광학 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 요소 내에 배치되는, 광학 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 요소 물질 내에 내장되는, 광학 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    적어도 하나의 요소는 실질적으로 견고한, 광학 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 반사형 편광기와 적어도 하나의 요소 사이에 배치되는 1/4파 판(QWP)을 더 포함하는, 광학 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 반사형 편광기는 적어도 하나의 요소의 표면에 배치되는, 광학 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 요소는 복합 포물선 집중화기(CPC)인, 광학 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 광학 요소에 인접해서 배치되는 파장 결합기를 더 포함하는, 광학 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    액정 디스플레이(LCD) 시스템에 광학적으로 연결되는 통합 로드(an integrating rod)를 더 포함하는, 광학 시스템.
  10. 제5 항에 있어서,
    적어도 하나의 반사형 편광기에 의해 반사되는 광의 다른 일부는 요소에 의 해 적어도 하나의 반사형 편광기로 다시 반사되는, 광학 시스템.
  11. 제8 항에 있어서,
    파장 결합기는 본질적으로, 다이크로익 큐브; 복수의 다이크로익 튜브; 및 다이크로익 요소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 광학 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 발광 다이오드 어레이인, 광학 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 단일 LED인, 광학 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    광을 되보내는 복수의 요소로서, 각 요소는 적어도 하나의 광원 중 적어도 하나; 및 적어도 하나의 반사형 편광기 중 하나를 포함하는, 복수의 요소를 더 포함하는, 광학 시스템.
  15. 광학 시스템의 효율성을 개선시키기 위해 광을 리싸이클링하는 방법으로서,
    편광되지 않은 또는 임의로 편광된 광의 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 반사형 편광기를 제공하는 단계로서, 반사형 편광기 중 하나는 편광되지 않은 또는 임의로 편광된 광의 각각의 광원에 연결되는, 제공 단계; 및
    반사형 편광기로부터 반사되는 광의 일부를 광원을 통해 반사형 편광기로 다시 되보내는 단계로서, 반사형 편광기는 특정 편광 상태의 광을 투과시키고 잔존 광을 요소로 반사시키되, 반사형 편광기와 요소 사이에 실질적으로 어떠한 광학 거리도 존재하지 않는, 되보내는 단계
    를 포함하는, 광을 리싸이클링하는 방법
  16. 제15 항에 있어서,
    반사된 광의 적어도 일부를 특정 편광 상태로 편광시키는 단계를 더 포함하는, 광을 리싸이클링하는 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    편광되지 않은 또는 임의로 편광된 광의 적어도 두 개의 광원으로부터의 광을 결합하는 단계를 더 포함하는, 광을 리싸이클링하는 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    특정 편광 상태의 광을 액정 디바이스로 보내서 편광시키는 단계를 더 포함하는, 광을 리싸이클링하는 방법.
  19. 적어도 하나의 발광 요소를 포함하는 광학 패키지로서, 적어도 하나의 발광 요소는 광학 요소 내에 배치되며, 광학 요소는 요소의 일단으로부터 반사되는 광을 발광 디바이스를 통해 그 일단으로부터 밖으로 다시 되보내는, 광학 패키지.
  20. 제19 항에 있어서,
    발광 요소는 실질적으로 유한한 파장 범위의 임의로 편광된 광 또는 편광되지 않은 광을 방출하는, 광학 패키지.
  21. 제19 항에 있어서,
    적어도 하나의 발광 요소는 본질적으로, 단일의 발광 다이오드 및 발광 다이오드 어레이로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 광학 패키지.
  22. 제19 항에 있어서,
    발광 요소는 광학 요소 내에 내장되는, 광학 패키지.
  23. 제19 항에 있어서,
    광학 요소는 복합 포물선 집중화기인, 광학 패키지.
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