KR20100132496A - 라이트 모듈 장치 - Google Patents

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KR20100132496A
KR20100132496A KR1020107019978A KR20107019978A KR20100132496A KR 20100132496 A KR20100132496 A KR 20100132496A KR 1020107019978 A KR1020107019978 A KR 1020107019978A KR 20107019978 A KR20107019978 A KR 20107019978A KR 20100132496 A KR20100132496 A KR 20100132496A
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color
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KR1020107019978A
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마르셀루스 제이. 제이. 반 데르 루베
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 프로젝션 유형 디스플레이 시스템들을 위한 조명 시스템들에 관한 것으로, 특히 제1 컬러의 광을 방출하는 광원, 및 상기 방출된 광을 수신하도록 배열되는 픽셀화된 광학 엘리먼트를 포함하는 라이트 모듈 장치에 관한 것이다. 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 제2 컬러로 컬러 변환하기 위한 제1 픽셀들의 세트, 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 제3 컬러로 컬러 변환하기 위한 제2 픽셀들의 세트, 및 상기 방출된 광의 단편을 통과시키기 위해 변환하지 않는 제3 픽셀들의 세트를 포함한다. 상기 장치는 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트로부터 수신된 광을 변조하기 위해 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트의 앞에 배열된 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터를 더 포함하고 그 결과 상기 장치로부터 광을 출력하고, 그 출력 광은 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터에 의해 변조되는 3개의 컬러들의 광을 포함한다.

Description

라이트 모듈 장치{LIGHT MODULE DEVICE}
본 발명은 일반적으로 프로젝션 유형 디스플레이 시스템들을 위한 조명 시스템들에 관한 것으로, 특히 라이트 모듈 장치에 관한 것이다.
사용자의 관람을 위해 프로젝션 스크린 또는 유사한 표면 상에 이미지들을 디스플레이하기 위한 프로젝터들과 같은 조명 응용들에서 발광 다이오드들(LED들)을 이용하는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 현재의 LED 프로젝터들에서는, 원색 컬러들(primary colors)인 적색, 녹색, 및 청색의 2개 또는 3개의 LED 모듈들이 이용되고 이전에 액정 디스플레이(LCD)에 기초한 프로젝터 시스템들 및 DLP(digital light processing) 프로젝션 시스템들에서 각각 사용된 UHP 램프 및 컬러 필터들 또는 컬러 휠들을 대체한다. DLP 프로젝션 시스템은 근년에 대중화된 LED 프로젝터의 한 유형이다. 이러한 시스템들에서 이미지는 반도체 칩 상의 미시적으로 작은 제어 가능한 미러들의 매트릭스인, DMD(Digital Micro-mirror Device)를 조명하고, DMD 상에 형성된 이미지를 스크린에 투영하는 것에 의해 생성된다. DMD 상의 개별 미러는 투영된 이미지 내의 하나의 픽셀(또는 그 이상)을 나타내고 통상적으로 2개의 상태들, 즉, 들어오는 광을 렌즈를 통하여 스크린으로 반사하는 경우의 하나의 상태와, 투영된 이미지에서 미러가 나타내는 픽셀이 조명되지 않도록 들어오는 광을 열 싱크(heat sink)로 반사하는 경우의 하나의 상태를 갖는다.
삼성에 의해 제공되는 DLP 시스템(MP-P300)을 위한 LED 기반 라이트 엔진은, 2개의 개별 광원들, 즉, 하나의 녹색광 방출 LED 소스, 및 하나의 적색 및 청색광 방출 LED 소스를 포함한다. 컬러들은 순차적으로 구동된다. 라이트 엔진에서, 2개의 광원들은 DMD를 조명하기 위해 하나의 초점으로 유도된다. 광의 손실 없이 광 경로에서의 광의 정형(shaping), 컬러 혼합(color mixing) 및 유도(directing)는 복수의 렌즈들, 다이크로익 미러들(dichroic mirrors) 및 렌즈 어레이를 이용하여 달성된다. 개별 광원들을 냉각하기 위한 열 파이프들과 함께 이것은 프로젝터 시스템에서 상당한 양의 귀중한 공간을 소비한다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 종래의 기술의 위에 언급된 결점들을 완화하는 프로젝터에서 광을 제공하기 위한 라이트 모듈 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 및 14에서 정의된 본 발명의 장치 및 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 하나의 컬러 광원을 이용하고, 그 광의 단편들(fractions)을 다른 컬러들로 변환하고 그 후 필요한 광 출력을 제공하기 위해 멀티컬러 광이 광학적으로 변조되는 것에 의해, 개별 컬러들의 몇 개의 광원들을 포함하는 풀 컬러 라이트 모듈 장치들과 비교하여 보다 적은 수의 광학 컴포넌트들을 필요로 하고, 공간적으로 제한된 열 확산 장치를 갖는 풀 컬러 라이트 모듈 장치가 달성된다는 통찰에 기초하고 있다.
따라서, 본 발명의 양태에 따르면, 제1 컬러의 광을 방출하는 적어도 하나의 광원, 및 상기 방출된 광을 수신하도록 배열된 픽셀화된 광학 엘리먼트(pixelated optical element)를 포함하는 라이트 모듈 장치가 제공된다. 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 제2 컬러로 컬러 변환하기 위한 제1 픽셀들의 세트, 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 제3 컬러로 컬러 변환하기 위한 제2 픽셀들의 세트, 및 상기 방출된 광의 단편을 통과시키기 위해 변환하지 않는 제3 픽셀들의 세트를 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3 픽셀들의 세트들은 각각 적어도 하나의 픽셀을 포함한다. 상기 장치는 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트로부터 수신된 광을 변조하고 그 결과로 상기 장치로부터의 광 출력을 생성하기 위해 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트의 앞에 배열된 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터(addressable pixelated optical shutter)를 더 포함한다.
따라서, 제2 및 제3 컬러의 광을 생성하기 위해 단일 컬러의 광원이 편리하게 이용되는 라이트 모듈 장치가 제공된다. 본 발명의 컬러 변환하는 광학 엘리먼트는 2개의 컬러 변환하는 픽셀들의 세트들 및 제3의 변환하지 않는 픽셀들의 세트로 구성되고 그 세트들은 함께 3개의 컬러의 광을 제공한다. 이 광은 상기 광학 엘리먼트의 앞에 배열되어 있는, 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터가 그 후 편리하게 선택된 픽셀들을 어드레싱하고 따라서 제1, 제2 및 제3 컬러의 광을 각 픽셀을 이용하여 각각 차단하거나 투과시키도록 공간적으로 분포된다. 이것은 컬러 이미지들을 투영/디스플레이하기 위한 종래 기술의 라이트 모듈 장치들에서 통상적으로 이용되는 상이한 (원색) 컬러들의 광원들에 대한 필요를 유리하게 감소시킨다.
청구항 2에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터는 각각의 픽셀들의 세트들로부터 수신된 광을 순차적으로 투과시키는 것에 의해 광을 변조하도록 배열된다.
상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광을 순차적으로 투과시키는 것을 제공하는 것은, 예를 들면, 디지털 처리 프로젝션 시스템과 같은 디스플레이 응용들을 위해 유리하다.
청구항 3에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 컬러 변환하는 광학 엘리먼트에 대한 상기 제1 및 제2 픽셀들의 세트들 상에 형광체들이 배열된다. 상기 제1 컬러에 대한 광을 컬러 변환하기 위해 형광체들을 이용함으로써, 다수의 상이한 컬러들이 획득 가능하다. 또한, 형광체들을 이용하는 것은 상기 컬러 변환하는 광학 엘리먼트의 작은 픽셀들을 제공하는 것을 허용하고, 이것은 고해상도 응용들을 위해 유리하다.
청구항 4에 정의된, 상기 장치의 대안 실시예에 따르면, 상기 장치는 제4 컬러의 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 광원을 더 포함한다. 이것은 상기 컬러 변환하는 광학 엘리먼트에서 다수의 컬러들을 실현하는 경우에, 및 상이한 파장들의 광에 의해 활성화되는 컬러 변환하는 영역들을 갖는 경우에 편리하다.
청구항 5에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 장치는 렌즈 어레이를 더 포함한다. 상기 렌즈 어레이는 바람직하게는 상기 광학 셔터에 관련하여 직접 배열되고 상기 광학 셔터로부터 출력된 광이 시준되는 것을 허용하여, 유리하다.
청구항 6에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 장치는 열 싱크를 더 포함한다. 본 발명에 따른 장치는 하나의 단일 컬러의 광을 생성하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 광은 공통의 광 경로를 따라서 상기 장치에서 전송되기 때문에, 상기 광원들은(몇 개 있다면) 상기 광원들로부터의 열을 확산시키기 위해 단일 열 싱크가 공통으로 이용되도록 조립되고 이것은 공간 절약하는 것이고 따라서 상기 장치의 콤팩트한 설계를 허용한다.
청구항 7에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터는 액정 셀 장치이고, 그것은 상기 광학 셔터에 대한 잘 알려진 비교적 값싸고 다루기 용이한 전자 광학 해법(electro-optical solution)을 제공하기 때문에 유리하다.
청구항 8에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함한다. 따라서 상기 라이트 모듈 장치는 광원으로서 하나 이상의 발광 다이오드들, 즉 LED들을 가질 수 있고, 이것은 몇 가지 이유 때문에 유리하다. LED는 예를 들면 UHP 램프와 비교하여 그것의 작은 사이즈, 낮은 전력 소비 및 긴 수명으로 알려져 있다. 다수의 LED들을 추가함으로써 상기 장치에 대한 소망의 광 강도가 달성될 수 있다.
청구항 9에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 추가적인 컬러로 컬러 변환하기 위한 적어도 하나의 추가적인 픽셀들의 세트를 포함한다. 따라서, 상기 장치로부터 임의의 수의 필요한 컬러의 광을 제공하는 능력을 갖는 라이트 모듈 장치가 제공된다.
청구항 10에 정의된, 상기 장치의 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 컬러들은 동일한 컬러이다.
본 발명의 실시예에 따르면 청구항 11에 정의된 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템(digital light processor projection system)이 제공되고, 그 시스템은 위에 설명된 라이트 모듈 장치, 및 디지털 마이크로-미러 장치를 포함한다. 상기 라이트 모듈은, 광 경로에서, 컬러 시퀀스 광(color sequenced light)을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하도록 배열된다. 상기 프로젝션 시스템에서 본 발명에 따른 라이트 모듈 장치를 이용하는 것은 상기 라이트 모듈 장치에 대하여 위에 설명된 이점들을 제공한다.
청구항 12에 정의된, 상기 시스템의 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 컬러 시퀀스 광을 상기 라이트 모듈 장치로부터 상기 디지털 마이크로-미러 장치를 향하여 반사하도록 상기 광 경로에 배열된 미러를 더 포함하고, 이것은 유리하다.
청구항 13에 정의된, 상기 시스템의 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 컬러 이미지들을 투영하기 위한 렌즈 장치를 더 포함하고, 이것은 유리하다.
청구항 14에 정의된, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 디지털 마이크로-미러 장치를 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝터에서 광을 제공하기 위한 방법이 제공되고, 그 방법은,
- 제1 컬러의 광을 제공하는 단계,
- 상기 제1 컬러의 광의 단편들을 제2 컬러의 광 및 제3 컬러의 광으로 컬러 변환하는 단계로서, 상기 제2 및 상기 제3 컬러에 대한 컬러 변환하는 서브 영역들(color converting sub areas)의 제1 및 제2 세트를 포함하는 픽셀화된 광학 엘리먼트를 조명하는 것에 의해 컬러 변환하는 단계 ― 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 광의 단편을 제공하기 위한 변환하지 않는 서브 영역들(non-converting sub areas)을 더 포함함 ―,
- 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 단편들을 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터에 제공하는 단계,
- 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터를 이용해 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 단편들을 광 변조하는 단계, 및
- 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터로부터 출력된 상기 변조된 광을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하는 단계를 포함한다.
따라서 마이크로-미러 장치를 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝터에서 광을 제공하기 위한 방법이 제공되고, 그 방법은 상기 프로젝터에 대한 풀 컬러 프로젝션을 제공하면서, 상기 광원의 단일 컬러의 광을 이용한다.
청구항 15에 정의된, 상기 방법의 실시예에 따르면, 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 단편들을 광 변조하는 단계는 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광을 각각 순차적으로 투과시키는 단계를 포함한다.
청구항 16에 정의된, 상기 방법의 실시예에 따르면, 컬러 변환하는 서브 영역들의 상기 제1 및 제2 세트들 상에 형광체들이 배열된다. 또한 각 서브 영역은 적어도 하나의 픽셀을 포함한다.
청구항 17에 정의된, 상기 방법의 실시예에 따르면, 상기 변조된 광을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하는 단계는 상기 변조된 광을 시준하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 명세로부터, 첨부된 종속 청구항들로부터 및 도면들로부터 분명해질 것이다.
일반적으로, 청구항들에서 사용되는 모든 용어들은, 여기에서 명백히 다르게 정의되지 않는 한은, 기술 분야에서의 그것들의 통상의 의미에 따라서 해석되어야 한다. "a/an/the [element, device, component, means, step, etc]"에 대한 모든 참조들은, 명백히 다르게 진술되지 않는 한은, 그 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 사례를 참조하는 것으로 공공연히 해석되어야 한다. 여기에 개시된 임의의 방법의 단계들은, 명백히 진술되지 않는 한은, 개시된 정확한 순서로 수행될 필요가 없다.
본 발명의 상기 및 추가적인 목적들, 특징들 및 이점들은, 첨부된 도면들에 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명적이고 비제한적인 상세한 설명을 통하여 더 잘 이해될 것이며, 첨부된 도면들에서는, 유사한 엘리먼트들에 대하여 동일한 참조 번호들이 이용될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 라이트 모듈 장치의 실시예 내의 광 경로의 도해이다.
도 2는 본 발명에 따른 라이트 모듈 장치의 실시예의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 변환하는 픽셀화된 광학 엘리먼트의 도해이다.
도 4는 본 발명에 따른 라이트 모듈 장치의 실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템의 실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 설명하는 순서도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 이하에서 "CLM"(compact light module)이라고 불리는, 라이트 모듈 장치가 제공된다. CLM의 원리 구조 및 광 변조의 도해가 도 1에 묘사되어 있다. CLM(100)은 제1 컬러 C1의 광을 방출하는 광원(10), 광원(10)으로부터 방출되는 광을 수신하도록 배열되는 픽셀화된 광학 엘리먼트(pixelated optical element)(20), 및 픽셀화된 광학 엘리먼트(20)의 앞에 배열되고 그로부터 광학 셔터(30) 변조된 광이 CLM(100)으로부터 출력되는, 이하에서 광학 셔터라고 불리는, 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터(addressable pixelated optical shutter)(30)를 포함한다.
이하에서 광학 엘리먼트라고 불리는, 픽셀화된 광학 엘리먼트(20)는 컬러 변환하는 기능성을 갖는 서브 영역들뿐만 아니라 변환하지 않는 서브 영역들을 포함한다. 더 구체적으로, 광학 엘리먼트(20)는 광원(10)으로부터의 광이 그를 통하여 통과하는 변환하지 않는 픽셀들(21), 및 제1 컬러 C1의 광을 제2 컬러 C2로 컬러 변환하기 위한 픽셀들(22), 및 제1 컬러 C1의 광을 제3 컬러 C3로 컬러 변환하기 위한 픽셀들을 갖는다. 따라서, 컬러 C1의 광이 광학 엘리먼트(20)를 조명할 경우, 총 3개의 컬러들 C1, C2, 및 C3의 공간적으로 분포된 광원이 제공된다.
대안적인 실시예들에서 컬러들 C1 및 C2는 동일한 컬러이고 2개의 컬러의 공간적으로 분포된 광원이 제공된다.
또한, 광학 셔터(30)는 CLM(100)로부터 출력된 광을 선택적으로 변조하도록 소망의 방식으로 어드레싱된다. 도 1의 도해에서, 픽셀들(21 및 22)로부터의 광은 차단되고 그 결과 컬러 C2의 광만이 CLM(100)으로부터 출력된다.
도 2에 관련하여, CLM(100)의 실시예는 복수의 광원들(10)을 포함한다. 이것은 제1 컬러 C1의 광의 강도를 증가시키고, 이것은 컬러 변환하는 광학 엘리먼트(20)로부터 출력된 광(즉, 컬러 C1, C2, 및 C3의 광) 및 광학 셔터(30)로부터 출력된 광을 증가시키고, 따라서 그 결과로서 CLM(100)으로부터 출력된 광을 증가시킨다. 이것은 CLM(100)의 구경(aperture)을 변경하지 않고 가능하다. 광원들(10)은 기판(55) 상에 배열된다. 또한, 그의 밑면(base)에 평행하게 잘린 원뿔 모양의 반사기(50)가 광원들(10)로부터 옆으로 방출된 광을 반사시키고 광학 엘리먼트(20)로부터의 후방산란된 광을 반사시키기 위해 광원들(10)을 둘러싸도록 배열되어 있다. 광학 엘리먼트(20)는 반사기(50)의 밑면에 배열되고, 기판(55)은 반사기(50)의 반대편 단부에 배열된다. 이 실시예에서 광학 셔터(30)는 광학 엘리먼트(20)에 접한다.
대안적인 실시예에서 광학 셔터(30) 및 광학 엘리먼트(20)는 멀리 놓인다. 광학 엘리먼트(20)와 광학 셔터(30)의 사이에 도파관(waveguide), 필터, 광학 컴포넌트 또는 재료가 배열될 수 있다.
CLM(100)의 실시예에서 광학 셔터(30)는 액정 셀 장치, 즉, 액정 셔터로 실현된다. 액정 셔터는 통상적으로 교차된 편광자들 및 유리 또는 폴리머 기판들 사이에 삽입된 액정 층을 포함하고, 또한 어드레싱 가능한 전극 매트릭스, 즉, 픽셀들을 가지고 배열된다. 액정 층은 각 픽셀에 대하여 적어도 2개의 광 변조의 상태들, 즉 하나의 투과하는 상태 및 하나의 차단하는 상태가 달성 가능하도록 배향된다. 이러한 상태들 중 하나는 통상적으로 픽셀이 전압에 접속될 때 발생하고, 다른 상태는 픽셀에 전압이 인가되지 않을 때(또는 대안적으로 제2 전압이 인가될 때) 발생한다. 이 기술의 숙련자가 인식하는 바와 같이, 대안적인 기법들을 이용하지만 시장에서 입수 가능한 광학 컴포넌트와 동일한 기능을 갖는 LC-셔터들, 및 또한 대응하는 전자-광학 셔터들의 다수의 변형들이 존재한다. 이것들은 광학 셔터를 실현하기 위한 적절한 대안들을 구성하고 본 발명의 범위 및 정신 내에 있는 것으로 간주되고 여기에서 더 이상 논의되지 않을 것이다.
위에 설명된, CLM(100)의 실시예에서, 광원(10)은 적어도 하나의 발광 다이오드, LED를 포함한다. 제1 컬러 C1, 청색(BLUE)의 광이 최신 기술의 LED 어레이로부터 방출된다. 전술한 바와 같이, CLM(100)으로부터 출력되는 광의 소망의 강도를 획득하기 위하여 다수의 광원들이 추가될 수 있다.
광원(10)에 의해 방출된 컬러 C1은 바람직하게는 원색 컬러이다. 이것은 LED 칩에 의해 직접 생성된다. 대안적인 실시예에서 컬러 C1의 광은 광원(10)에서 형광 변환하는 LED들을 이용하는 것에 의해 간접적으로 생성된다.
광학 엘리먼트(20)의 설명적인 예가 도 3에 도시되어 있다. 광학 엘리먼트(20)는 여기에서 청색(BLUE)(21), 녹색(GREEN)(22), 및 적색(RED)(23)의 컬러들의 광을 제공하는 3개의 픽셀들의 세트들을 가지고 배열된다. 이 예에서 픽셀들(21-23)에 대한 사이즈들은 GREEN:RED:BLUE = 3:2:1의 비율들을 가지고 배열된다. 따라서 녹색 광(22)을 제공하기 위한 서브 영역은 청색 광(21)을 제공하기 위한 서브 영역보다 3배 더 크고, 적색 광(23)을 제공하기 위한 서브 영역은 청색 광(21)을 제공하기 위한 서브 영역보다 2배 더 크다. 개별 서브 영역 사이즈, 픽셀 사이즈, 모양 및 광학 엘리먼트(20) 상의 분포는 바람직하게는 각 응용에 대하여 최적화된다. 광학 엘리먼트(20)의 에지들에 가까운 영역들에서, 입사 광은 광원들(10)로부터 방출되는 광의 분포 때문에 쇠퇴하고(fading) 이것은 각 서브 영역으로부터 더 많은 광을 얻기 위해 이러한 영역들에서 선택된 픽셀 사이즈를 증가시키는 것에 의해 보상될 수 있다.
CLM(100)으로부터 출력된 광의 제공된 컬러들 C1, C2, 및 C3는 통상적으로 조합 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)과 같은 별개의 원색 컬러들이다. 이 기술의 숙련자에 의해 인지되는 바와 같이 다른 컬러 조합들 및 컬러들의 수가 조명 모듈 장치에서 실현하는 것이 가능하고 따라서 본 발명의 범위 및 정신 안에 있다.
도 4에 도시된, 본 발명에 따른 CLM(400)의 실시예에서는, CLM(400)에 배열되어 있는 광학 엘리먼트(420)의 컬러 변환하는 영역들을 활성화할 수 있는 광을 방출하기 위해 존재하는 최신 기술의 LED 어레이(410), 및 청색 LED 어레이(411)가 기판(455) 상에 조립된 다이들과 함께 배열된다. 또한, 예를 들면 납땜(soldering) 또는 접착(gluing)에 의하여 기판의 반대편 측면에 열 싱크(460)가 부착된다. 다르게는 다이들은 열 싱크(460) 상에 직접 제공될 수 있다. 열 싱크(460)는 광원들(410)을 냉각하기 위한 열 관리를 가능하게 한다. 열 싱크(460)는 CLM(400)의 광원들(410)의 바로 뒤에 배열되고, 따라서 각각의 개별 광원(410)으로부터 멀리 놓인 열 스프레더(heat spreader) 및 팬까지 열을 전달하기 위한 값비싼 열 파이프 구성이 필요하지 않다.
또한, 그의 밑면에 평행하게 잘린 원뿔 모양의 반사기(450)가 광원들(10)을 둘러싸도록 배열된다. 광학 엘리먼트(420)는 광원들(410)로부터 방출된 광이 광학 엘리먼트(420)를 조명하도록 반사기(450)의 밑면에 배열된다. 기판(455)은 반사기(450)의 반대편 단부에 배열된다. 이 실시예에서 광학 셔터(430)는 광학 엘리먼트(420)에 접한다. 광학 셔터(430)는 또한 광학 엘리먼트(420)로부터 반대편 측면에 광학 셔터(430)로부터 출력된 광의 시준을 위한 렌즈 어레이(440)를 구비한다.
광학 엘리먼트(420)는 적색 및 녹색 원격 형광체(remote phosphor)를 구비한 서브 영역들을 포함한다. 이러한 서브 영역들은 이전에 설명된 및 도 1 및 3에서 도시된 서브 영역들(22 및 23)에 각각 대응한다. 서브 영역들은 정의된 컬러 매트릭스로 프린팅된다. LED 어레이(410)로부터의 광이 광학 엘리먼트(420)를 조명할 때 광은 서브 영역들(22 및 23) 내의 적색 및 녹색 원격 형광체들을 활성화하여 이 영역들부터 적색 및 녹색 광이 다시 방출되도록 한다.
또한, 광학 엘리먼트(420)는 투명한 창들을 구비하고, 그 투명한 창들은 이전에 설명된 및 도 1 및 3에서 도시된 서브 영역들(21)에 대응한다. 청색광 LED 어레이(411)로부터 방출된 광의 단편이 이 창들을 통하여 투사한다. LED 어레이(410)로부터 방출된 광의 단편이 또한 이 창들을 통하여 투사한다. 그러나, 이 광은 예를 들면 LED 어레이(410)와 동일한 컬러를 갖거나, 또는 다르게는 비가시(non-visible) 파장을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서 광학 엘리먼트(420)는 적색 컬러, 녹색 컬러 및 청색 컬러의 광을 제공한다.
어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터(430)는 광학 엘리먼트(420)로부터 방출된 및 광학 엘리먼트(420)를 통하여 투과된 광을 수신한다. 광학 셔터(430)는 각 픽셀 위치마다 및 시간의 각 순간마다 광학 엘리먼트(420)로부터 출력된 광을 투과시키거나 차단하는 것에 의해 CLM(400)으로부터 출력된 광을 변조하도록 배열된다. 광학 셔터(430)는 적당한 프로젝터 제어 소프트웨어(미도시)를 갖는 컨트롤러에 의해 제어된다.
전술한 바와 같이 광학 엘리먼트(420)는 적색 컬러, 녹색 컬러 및 청색 컬러의 광을 제공한다. 몇 개의 컬러들이 동시에 투과되도록 광학 셔터(430)를 제어할 때, 컬러 혼합이 달성된다.
CLM(400)의 실시예에서 광학 셔터(430)는 광학 엘리먼트(420)에 의해 제공된 각 개별 컬러의 광을 순차적으로 투과시키도록 어드레싱된다. 그 시퀀스의 패턴은 상이한 모양들을 취할 수 있다. 통상적으로, CLM으로부터 출력된 광은,
RED-GREEN-BLUE-RED-GREEN-BLUE-RED-GREEN-BLUE, 또는
RED-BLUE-GREEN-RED-BLUE-GREEN-RED-BLUE-GREEN, 또는
RED-BLUE-RED-GREEN-RED-BLUE-RED-GREEN-RED-BLUE-RED-GREEN, 등에 따라서 시간에서 변화할 수 있다. 각 컬러의 출력에 대한 주파수/시간 및 시퀀스는 현재의 응용에 좌우된다. 광학 셔터(430)의 최소 스위칭 시간은 장치로부터 출력되는 컬러들을 스위칭하는 주파수를 제한할 것이다.
대안적인 실시예들에서 광학 셔터(430)는 CLM(400)의 광 출력 영역, 즉, 픽셀화된 광학 셔터(430)의 영역의 개별 단편들에 대하여 상이한 컬러 혼합, 및/또는 단일 컬러 변조를 제공하도록 제어된다. CLM으로부터의 광 출력 영역은 대안적인 실시예에서 적색광을 위한 하나의 광 경로, 녹색 광을 위한 하나의 광 경로 및 청색광을 위한 하나의 광 경로를 제공하도록 나누어진다. 각 개별 컬러에 대한 광 경로들은 공간에서 분리된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, CLM(400)은 또한 광학 셔터(430)로부터 출력된 광을 시준하도록 배열되는 렌즈 어레이(440)를 가지고 배열된다. 렌즈 어레이(440)는 이 예시하는 예에서 광학 셔터(430) 상에 접착되는 렌즈 led 어레이 포일(lens led array foil)이다.
본 발명의 실시예에 따르면 CLM(400)은 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템(500)(DLP) 내에 포함된다. CLM(400)으로부터 출력된 광은 디지털 마이크로-렌즈 장치(501, 도 5a)에 직접 투사된다. 대안적인 실시예에서, 도 5b에 묘사된 바와 같이, CLM으로부터 출력된 광을 디지털 마이크로-미러 장치(DMD)(501)로 반사시키기 위해 CLM(400)의 광 경로에 반사 미러(502)가 배열된다. 본 발명에 따른 CLM(400)에서는, 종래 기술에서와 같이 빔 정형, 컬러 혼합, 및 3개의 컬러 빔들을 반사 미러(502)(또는 다르게는 DMD(501)) 상에 유도하기 위해 필요한 모든 과도한 특징들이 필요하지 않고, 따라서 프로젝션 시스템(500)의 콤팩트한 설계를 허용한다.
본 발명에 따른 CLM(400)의 총 두께는 5 mm보다 작다. 이 CLM은 특징들의 손실 없이 더 작은 DLP 사이즈(0.44 인치)까지 축소 가능하고(down scalable) 또한 휴대폰 응용을 위해 적용 가능하다. CLM(400)은 또한 대안적인 프로젝션 시스템들에서 적용 가능하다.
CLM의 대안적인 실시예에서, 임의의 적절한 전자-광학 기법으로 실현되는, 광학 셔터(430)는 CLM(400)의 출력의 로컬 디밍(local dimming)을 생성하기 위해 이용된다. 광학 셔터(430)를 순차적으로 어드레싱하는 것에 의하여 광 출력을 국부적으로 조정(tune)하는 것에 의해, 종래의 액정 디스플레이 백 라이트에서와 같이 로컬 디밍이 얻어진다. 이 특징은 본 발명에 따른 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템(500)에서 CLM(100)이 이용될 때 콘트라스트를 개선하고 따라서 화질을 개선한다.
디지털 마이크로-미러 장치를 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝터에서 광을 제공하는 방법의 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 박스(600)에서는 제1 컬러의 광이 제공된다. 이 방법은 상기 제1 컬러의 상기 광의 단편들을 제2 컬러의 광 및 제3 컬러의 광으로 컬러 변환하는 것으로 계속된다(박스(610)). 이것은 제2 및 제3 컬러에 대한 컬러 변환하는 서브 영역들의 제1 및 제2 세트들을 포함하는 픽셀화된 광학 엘리먼트를 조명하는 것에 의해 행해진다. 픽셀화된 광학 엘리먼트는 제1 컬러의 광의 단편을 제공하기 위한 변환하지 않는 서브 영역들을 더 포함한다. 더 나아가서, 박스(620)에서는 제1, 제2, 및 제3 컬러의 광의 단편들이 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터에 제공된다. 박스(630)에서는 광이 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터에 의해 광 변조되고, 마지막으로 박스(650)에서는 변조된 광이 디지털 마이크로-미러 장치에 제공된다.
이 방법의 대안적인 실시예에서, 박스(610)에서 출력되는 광을 광 변조하는 단계는, 즉, 3개의 상이한 컬러들의 광이 컬러 변환 및 투과에 의하여 각각 제공되었을 때, 각각, 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 순차적인 투과를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 변조된 광을 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하는 단계는 변조된 광을 시준하는 것(박스(640))을 포함한다.
이상, 첨부된 청구항들에서 정의된 본 발명의 장치 및 방법의 실시예들이 설명되었다. 이것들은 단지 비제한적인 예들로서 간주되어야 한다. 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다수의 수정들 및 대안적인 실시예들이 가능하다.
이 출원의 목적을 위해, 특히 첨부된 청구항들에 관하여, 단어 "comprising"은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않고, 이것은 그 자체로서 이 기술의 숙련자에게 명백할 것이라는 것에 주목해야 한다.

Claims (17)

  1. 라이트 모듈 장치(light module device)로서,
    제1 컬러의 광을 방출하는 적어도 하나의 광원;
    상기 방출된 광을 수신하도록 배열된 픽셀화된 광학 엘리먼트(pixelated optical element) ― 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편(fraction)을 제2 컬러로 컬러 변환하기 위한 제1 픽셀들의 세트, 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 제3 컬러로 컬러 변환하기 위한 제2 픽셀들의 세트, 및 상기 방출된 광의 단편을 통과시키기 위해 변환하지 않는 제3 픽셀들의 세트를 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 픽셀들의 세트들은 각각 적어도 하나의 픽셀을 포함함 ―; 및
    상기 픽셀화된 광학 엘리먼트로부터 수신된 광을 변조하고 그 결과로 상기 장치로부터의 광 출력을 생성하기 위해 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트의 앞에 구성된 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터(addressable pixelated optical shutter)
    를 포함하는 라이트 모듈 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터는 상기 각각의 픽셀들의 세트들로부터 수신된 광을 순차적으로 투과시키는 것에 의해 광을 변조하도록 구성되는 라이트 모듈 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컬러 변환하는 광학 엘리먼트에 대한 상기 제1 및 제2 픽셀들의 세트들 상에 형광체들이 배열되는 라이트 모듈 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 컬러의 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 광원을 더 포함하는 라이트 모듈 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈 어레이를 더 포함하는 라이트 모듈 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 열 싱크(heat sink)를 더 포함하는 라이트 모듈 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 광 모듈을 포함하고, 상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터는 액정 셀 장치인 라이트 모듈 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 라이트 모듈 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 상기 방출된 광의 단편을 추가적인 컬러로 컬러 변환하기 위한 적어도 하나의 추가적인 픽셀들의 세트를 포함하는 라이트 모듈 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 컬러들은 동일한 컬러인 라이트 모듈 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 라이트 모듈 장치, 및 디지털 마이크로-미러 장치(digital micro-mirror device)를 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템(digital light processor projection system)으로서, 상기 라이트 모듈 장치는, 광 경로에서, 컬러 시퀀스 광(color sequenced light)을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하도록 배열되는 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컬러 시퀀스 광을 상기 라이트 모듈 장치로부터 상기 디지털 마이크로-미러 장치를 향하여 반사하도록 상기 광 경로에 배열된 미러를 더 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컬러 이미지들을 투영하기 위한 렌즈 장치를 더 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝션 시스템.
  14. 디지털 마이크로-미러 장치를 포함하는 디지털 라이트 프로세서 프로젝터에서 광을 제공하기 위한 방법으로서,
    제1 컬러의 광을 제공하는 단계;
    상기 제1 컬러의 상기 광의 단편들을 제2 컬러의 광 및 제3 컬러의 광으로 컬러 변환하는 단계로서, 상기 제2 및 상기 제3 컬러에 대한 컬러 변환하는 서브 영역들(color converting sub areas)의 제1 및 제2 세트를 포함하는 픽셀화된 광학 엘리먼트를 조명하는 것에 의해 컬러 변환하는 단계 ― 상기 픽셀화된 광학 엘리먼트는 상기 제1 컬러의 광의 단편을 제공하기 위한 변환하지 않는 서브 영역들(non-converting sub areas)을 더 포함함 ―;
    상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 상기 단편들을 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터에 제공하는 단계;
    상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터를 이용해 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 상기 단편들을 광 변조하는 단계; 및
    상기 어드레싱 가능한 픽셀화된 광학 셔터로부터 출력된 상기 변조된 광을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광의 상기 단편들을 광 변조하는 상기 단계는 상기 제1, 제2 및 제3 컬러의 광을 각각 순차적으로 투과시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 컬러 변환하는 서브 영역들의 상기 제1 및 제2 세트들 상에 형광체들이 배열되고, 각 서브 영역은 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변조된 광을 상기 디지털 마이크로-미러 장치에 제공하는 상기 단계는 상기 변조된 광을 시준하는 단계를 포함하는 방법.
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