光复用器和回收器、以及包含其的微投影器的制作方法

专利名称：光复用器和回收器、以及包含其的微投影器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于复用LED的输出、特别地通过回收来增加复用的LED输出的亮度 和将其合并在微投影器中的系统和方法。
背景技术：
光源用在所有类型的照明应用中。典型的光源包括但不限于弧光灯、卤素灯、荧光 装置、微波灯和发光二极管(LED)。许多应用需要在小的有效发射区域中具有高水平亮度的 照明系统。通常可以通过增加更多的光源来实现该高水平的亮度。然而，如果集成光源的 空间有限，则这在技术上可能是不可能的，且由于集成和使用多个光源会昂贵，这在经济上 是不可行的。因此，本发明基于期望增加光源的亮度而不增加光源的数目来进行。例如，基于微显示的电视(micro-display based television, MDTV)具有低成本 大屏幕尺寸的潜力。传统MDTV通常通过弧光灯照明。尽管该光源以最低成本达到最亮，然 而需要将白光划分成3个颜色且寿命短使其不合人意。随着LED技术的进步，需要考虑使用 LED作为MDTV中的光源，以获取LED的长寿命特征和其他好处，如瞬时启动。然而，当前，对 于使用小成像面板或具有较大屏幕的低成本应用来说LED不足够亮。已使用LED回收方案 来提高光源的亮度，参见授权给Zimmerman等人的美国专利6，869，206。然而，Zimmerman 等人描述了包围具有一个光输出光圈的光反射腔中的LED。而且，授权给Zimmerman等人的 美国专利6，144，536描述了具有玻璃封套的荧光灯，其具有包围气体填充的中空内部的荧 光物涂层。荧光物涂层生成的一部分光被回收回到荧光物涂层。本发明基于期望提供一种 回收装置而进行，该回收装置可以耦合到一个或多个LED，以通过有效地回收来增加LED的 可用亮度，从而使得可以使用较小的面板或可以用充分的亮度照亮大屏幕。例如，LED是在如一般照明、建筑照明和最近的投影电视的许多照明应用中使用的 一种光源。当例如用在投影电视中时，LED必须以高亮度水平在小的有效发射区域中发光， 以便在电视屏幕上提供必要的高光输出。具体地，LED必须在小发射区域中以小立体角提 供以流明测量的强烈且明亮的光，以在投影电视中有用。尽管在发光二极管(LED)发展方面已有巨大进步，但是当前可用的LED的输出亮 度对于大部分投影应用仍然不够。提出了各种方法用来组合LED的颜色和原色以及回收输 出光，以提高亮度。然而，这些方法的大部分涉及到利用昂贵的组件和/或导致大的笨重装 置，这大大限制了其应用。因此，本发明基于期望提供解决这些问题的具有回收的低成本 LED复用器而进行。随着信息传递方面的进步，图像显示成为了市场上重要的通信方式。例如，尽管便 携式电子装置(如mp3播放器、移动电话、音频和/或视频播放器、便携式数字助理(PDA)) 在尺寸和价格上持续降低，但是在这些便携式电子装置中对于大显示区域的需求保持不 变。因此，现在屏幕尺寸限制了这些便携式电子装置的尺寸，且将微投影器并入便携式电子 装置中将是非常合乎期望的，然而其高成本阻止了该完全的合并。然而，当前可用的微投影 器具有从标准投影器简单地简化的结构，结果，成本仍然太高而不能并入低成本便携式电子装置中。对于任何要嵌入这些便携式电子装置中的组件来说，最重要的参数是尺寸和成 本。因此，本发明基于期望提供根据本发明实施例的具有集成的复用器/回收器的低成本 微投影器而进行。因此，本发明基于如下期望而进行提供具有回收的低成本LED复用器以提高LED 的亮度，同时保持LED复用器的小尺寸。这允许本发明的LED复用器/回收器容易地并入 低成本微投影器中，以用在低成本便携式电子装置中。也就是说，本发明的微投影器合并有 具有回收的LED复用器，以有利地提供小型、低成本、多功能、且基于明亮LED的照明系统， 其可以容易地与便携式电子装置集成。基于LED的照明系统还可以复用颜色，以提供彩色 像素显示和时间序列显示。

发明内容
因此，本发明的目的是提供具有回收的LED复用器以提高LED的亮度。本发明的另一目的是提供一种具有回收的小型低成本LED复用器，其可以容易地 并入微投影器中。本发明的进一步目的是提供具有回收的基于光管的RGB复用器，以有效地组合 LED的输出与红绿蓝输出并回收输出从而提高亮度。本发明的又一目的是提供一种可扩展到晶片级LED投影器系统中的晶片级LED照 明系统。也就是说，可以以晶片形式制造完整的照明和投影系统，并且最后可以将其切割成 单独的系统。本发明的又一目的是提供一种用在便携式电子装置中的低成本微投影器，其合并 了本发明的LED复用器/回收器。根据本发明的示例实施例，光复用器和回收器包括LED层，该LED层具有各自发射 光输出的多个LED。光复用器和回收器进一步包括具有输入端和输出端的光学层。光学层 的输入端耦合到多个LED，以复用来自多个LED的光输出。光圈层耦合到光学层的输出端， 其具有用于透射复用的光输出的一部分以提供单个光输出的透射开口、以及用于向光学层 的输入端反射复用的光的其余部分的反射表面。因而，复用的光的其余部分被回收回到多 个LED，以提高多个LED的光输出的亮度。根据本发明的示例实施例，微投影器包括具有发射光输出的LED的LED层。微投 影器进一步包括具有输入端和输出端的光管，其中光管的输入端耦合到LED。光圈层耦合到 光管的输出端，其具有用于透射光输出的一部分的透射开口、以及用于向光管的输入端反 射光输出的其余部分的反射表面。因而，光输出的其余部分被回收回到LED，以提高LED的 光输出的亮度。微投影器还包括布置在光管和光圈层之间的反射偏振器，用于透射预定偏 振的光输出并反射光输出的其他偏振，从而将光输出的未使用的偏振回收回到LED，以提高 LED的光输出的亮度。微投影器进一步包括用于接收并反射预定偏振的光输出的硅基液晶 (liquid crystal on silicon, LCOS)面板，其中透射开口的尺寸基本上与LCOS面板的尺 寸匹配，使得耦合LCOS面板的PBS的面大于LCOS面板。另外，微投影器包括投影透镜，用 于从LCOS面板捕获预定偏振的光输出，以投影图像。根据本发明的示例实施例，微投影器包括具有发射光输出的LED的LED层，且还具 有包括输入端和输出端的光管。光管的输入端耦合到LED。微投影器进一步包括所有表面
11被抛光以提供全内反射的偏振光束分离器(PBS)，从而使得PBS用作波导。本发明的各种其他目的、优点和特征将根据随后的详细说明而容易变得明显，且 在所附权利要求中将特别指出新颖的特征。


作为例子给出的以下详细说明不旨在将本发明仅限于此，且将结合附图最佳地理 解该详细说明，其中在各个图中相同的组件或特征以相同的附图标记表示图1是根据本发明示例实施例的基于光管的光复用器和回收器的截面图；图2示出图1的基于光管的光复用器和回收器的透视图；图3是根据本发明示例实施例的除透射开口以外涂覆有反射涂层的光管的输出 端的透视图；图4是根据本发明示例实施例的、本发明的基于光管的光复用器和回收器的透视 图，其中选择性涂覆的薄玻璃板附着到光管的输入端；图5是根据本发明示例实施例的、使用由外部光源激励的光发生层的本发明的光 复用器和回收器的截面图；图6是根据本发明示例实施例的、图5的本发明的光复用器和回收器的截面图，其 中光发生层直接涂覆在外部光源上；图7(a)_(b)是根据本发明示例实施例的容纳光发生层和/或外部激励光源的腔 的截面图；图8(a)是根据本发明示例实施例的、图5的本发明的光复用器和回收器的截面 图，其中光发生层包括由激光器激励的一个或多个不同的光发生材料；图8(b)是根据本发明示例实施例的、包括由激光器激励的三个不同光发生材料 的光发生层的图；图9(a)_(c)是根据本发明示例实施例的、图5的本发明的光复用器和回收器的截 面图，其中光发生层包括由一个或多个激光器激励的一个或多个不同的光发生材料；图10是根据本发明示例实施例的具有涂层的光发生层的截面图；图11是根据本发明示例实施例的、用于复用来自三个不同的光发生材料的三个 彩色光以形成单个输出的三个立方体棱镜的截面图；图12是根据本发明示例实施例的晶片级照明系统和/或晶片级投影器系统的示 意图；图13是根据本发明示例实施例的基于光管的晶片级照明系统和/或基于光管的 晶片级投影系统的示意图；图14是根据本发明另一示例实施例的晶片级照明系统和/或晶片级投影器系统 的示意图；图15是根据本发明示例实施例的具有玻璃罩的LED封装的截面图；图16-19是根据本发明示例实施例的微投影器的截面图；图20是根据本发明示例实施例的、除耦合LCOS面板的开口之外被反射性涂覆的 PBS面的图；图21是根据本发明示例实施例的合并DMD的微投影器的截面图；以及
图22-26是根据本发明示例实施例的光复用器和回收器的图。
具体实施例方式参考附图，现在描述本发明的示例实施例。这些实施例示出了本发明的原理，且不 应被理解为限制本发明的范围。根据本发明示例实施例，光复用器和回收器1000包括具有多个LED1140的LED层 1100。每个LED 1140向光学层1200 (如光管1200)发射光输出。光学层1200具有输入端 1210和输出端1220。光学层1200的输入端1210耦合到多个LED 1140，以复用来自多个 LED 1140的光输出。另外，光复用器和回收器1000包括耦合到光学层1200的输出端1220 的光圈层1500，如反射涂层1500。光圈层1500具有用于透射复用的光输出的一部分以提 供单个光输出1600的透射开口 1510、以及用于向光学层1200的输入端1210反射复用的光 的其余部分的反射表面，从而将复用的光的其余部分回收回到多个LED 1140，以提高多个 LED 1140的光输出的亮度。优选地，反射层1400覆盖光管1200的输入端1210，除了耦合 多个LED 1140的光管的输入端1210的区域1410、1420、1430之外，以使得除了区域1410、 1420,1430之外，输入端1210对于所有颜色的光都是反射性的。根据本发明示例实施例，图1示出了基于光管的光复用器和回收器1000，其包括 具有安装在散热器1150上的多个LED芯片1140的LED层1110、以及光学层或光管1200。 LED复用器和回收器1000使用光管1200复用或组合红、绿和蓝LED芯片1110、1120、1130 的输出，以产生单个输出1600。根据本发明一方面，反射层1400是光管1200的输入端或 表面1210上的反射涂层1400，以使得除了上述输入端或表面1210的区域或对应于LED芯 片1140的区域之外，输入端1210对于所有颜色的光都是反射性的。另外，上述光管1200 的输入端1210的区域1410或对应于红LED芯片1110的区域1410涂覆有透射红涂层，其 透射红光然而反射其他彩色光，如绿光和蓝光。相似地，上述光管1200的输入端1210的区 域1420或对应于绿LED芯片1120的区域1420涂覆有透射绿涂层，其透射绿光然而反射 其他彩色光，如红光和蓝光。上述输入端1210的区域1430或对应于蓝LED芯片1130的区 域1430涂覆有透射蓝涂层，其透射蓝光然而反射其他彩色光，如红光和绿光。尽管图1仅 示出了一个红LED芯片1110、一个绿LED芯片1120和一个蓝LED芯片1130，但是应理解， 在散热器1150上可以安装多个红LED芯片1110，多个绿LED芯片1120和多个蓝LED芯片 1130。优选地，光管1200的输出端或表面1220具有反射涂层1500，除了耦合输出1600的 输出端或表面1220的区域或透射开口 1510之外。当来自红LED芯片1110的红光进入光管1200中时，一部分红光将通过透射开口 1510离开光管。红光的其余部分或剩余红光将被反射回到光管1200的输入端1210且被回 收。相似地，当来自绿LED芯片1120的绿光和来自蓝LED芯片1130的蓝光进入光管1200 中时，部分绿光和红光通过透射开口 1510离开光管1200，且其余部分的绿光和红光被回 收。图2示出了根据本发明示例实施例的具有三个不同颜色(红绿蓝)的九个LED芯 片1140的光复用器和回收器的透视图。在实际应用中，可以优化LED芯片1140的数目和 LED芯片1140发出的颜色，以产生期望的输出。可以以任何MXN阵列(其中M和N都是正 整数)布置LED芯片1140，如图2所示的3X3阵列。
图3示出了光圈层1500的两个例子，其在被反射涂层1510包围的光管1200的输 出端1220包括透射或输出开口 1510。透射开口 1510小于光管1200的输出端1220。此外， 透射开口 1510可具有16 9(图3(a))、4 3 (图3 (b))的纵横比或任何其他可接受的纵 横比。根据本发明示例实施例，透射开口 1510涂覆有反射涂层1530，该反射涂层1530透 射预定颜色的光(如红光)，并向光管1200的输入端1210反射所有其他颜色的光以进行 回收。优选地，透射开口 1510可以另外地涂覆有反射偏振涂层1540或覆盖有反射偏振层 1540，以透射预定偏振(如s偏振或ρ偏振)的光输出，且反射所有其他偏振(即，光的未 使用偏振)的光输出以进行回收。可替代地，透射开口 1510涂覆有反射偏振涂层或在没有 反射涂层1530的情况下覆盖有反射偏振层1540。根据本发明的一方面，光复用器和回收器 1000另外地包括布置在反射偏振层1540和反射涂层1530之间或布置在反射偏振层1540 和透射开口 1510之间的波片1550。波片1550旋转光输出的偏振状态，并将光的未使用偏 振转换成光的有用的预定偏振。根据本发明示例实施例，光复用器和回收器1000包括色轮，色轮包括多个滤色 器，用于透射对应于滤色器的彩色光并反射所有其他颜色的光。也就是说，反射涂层1530 被覆盖透射开口 1510的色轮替代，透射开口 1510用于取决于色轮的哪个滤色器覆盖透射 开口 1510而选择性地透射不同颜色的光。如图1、图2所示，本发明示例实施例具有直接涂覆在光管1200的输入和输出端 1210、1220上的反射涂层1400、1500。这非常有效，然而可能昂贵。因此，在低成本应用中， 可以分开实现反射涂层1400、1500，如使用选择性地反射涂覆的薄玻璃板1400。大玻璃板 可以选择性地或图案化地涂覆有反射涂层，且然后被切成适当的尺寸以匹配于光管1200 的输入端1210或输出端1220，如图4所示。图案化或选择性涂覆的玻璃板1400附着到光 管 1200。根据本发明示例实施例，光管1200可以是以下中的一个中空的光管、实心的光 管、直的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、形状由等式限定的自 由形式光管、或数字地或以其他方式确定的完全自由形式光管、或者任何适当的组合，如直 的中空光管、渐增变细的实心光管。在此所有这些各种光管将被共同称为光管。对光管的 任何提及包括此处阐述的任何光管或各种光管的组合。根据本发明示例实施例，如图5所示，光复用器和回收器1000在输入侧包括光发 生层1700，光发生层1700用于在被光源1750激励时发射光线且具有反射表面。光管1120 的输入端1210耦合到光发生层1700，以复用来自光发生层1700的光线从而提供光输出。 如图1所示，光复用器和回收器1000在输出侧包括光圈层1500，光圈层1500耦合到光管 1200的输出端1220，且具有用于透射一部分光输出的透射开口 1510和向光发生层1700反 射光输出的其余部分的反射表面，该光发生层1700将光输出的其余部分反射并回收回到 透射开口 1510。如此处所指出的，尽管图5中未示出，包括光发生层1700的光复用器和回收器 1000还包括光管1200，其中输出端1220部分地或全部覆盖有反射涂层1530和/或反射偏 振层1540、和/或波片1550，以透射预定颜色和/或偏振的光，并反射/回收所有其他未使 用的颜色和/或偏振的光，如图1所示。光管1200的输入端1210与由外部光源1750激励
14的光发生层1700邻近地布置，以使得光发生层1700发射的光耦合到光管1200中。优选地， 光发生层1700也是反射性的，以使得从光管1200的输出端1220反射的光从反射性光发生 层1700被全部或部分地反射回到光管1200的输出端1220。根据本发明的示例实施例，与光管1200的输入端1210邻近的光发生层1700包括 一种或多种材料成分，以发射具有多个波长或颜色的光线。也就是说，光发生层1700可以 取决于光发生层1700的材料成分仅发射一个颜色的光或多个颜色的光。优选地，光发生 层1700的各种材料成分在空间上分布成使得光发生层1700的每个区域发射不同颜色的光 线。外部激励光源1750可以是弧光灯、LED、激光器等，其发射单个波长或多个波长(即，单 个颜色或多个颜色)的光。根据本发明的一方面，激励波长(即，外部激励光源1750发射 的光的波长)可以短于光发生层1700发射的波长。例如，蓝或UV光可以用来生成红、绿、 蓝或其他彩色光。优选地，光发生层1700可以由荧光物或具有与荧光物相同属性的其他材 料制成。可替代地，激励波长也可以长于光发生层1700的波长。例如，红外光可以用来使 用非线性晶体来生成红、绿、蓝或其他彩色光。根据本发明示例实施例，与图1的反射涂层1400相似，光发生层1700可以涂覆在 光管的输入端1210上。可替代地，与图4的薄玻璃板1400相似，光发生层1700可以涂覆在 透明材料的片(例如玻璃板)上，且紧邻光管1220的输入端1210放置，或如图6所示直接 涂覆在激励光源1750上。例如，荧光物材料可以直接涂覆在蓝或UV LED 1750上，且非线 性晶体材料可以直接涂覆在红外LED 1750上。蓝或UV LED 1750的例子是在氮化镓(GaN) 上制造的发光结。红外LED 1750的例子是在砷化镓(GaAs)上制造的发光结。根据本发明示例实施例，如图7(b)所示，光发生层1700在光发生层1700的相对 侧放置在全部或部分反射层1810之间以形成腔1800，从而实现更小的输出角度分布或减 小光发生层1700发射的光的角度分布。根据本发明一方面，激励光源1750和光发生层1700 都在腔1800内，如图7(a)所示。根据本发明示例实施例，如图8 (a)所示，光发生层1700包括一个或多个不同的光 发生材料1710 (例如，包含不同颜色的荧光物)，其用于在被激光器激励时发射一个或多个 颜色的光。光发生材料可以以行、列、阵列或某种预定图案来布置。例如，图8(b)示出了具 有三个不同光发生材料1710 (绿、红和蓝光发生材料1710)的光发生层1700。优选地，激光 器是二极管激光器。蓝或UV激光器的例子是使用GaN材料制造的激光器。红外激光器的 例子是使用GaAs制造的激光器。根据本发明示例实施例，如图9 (a)所示，一个或多个激光器1750可以用来激励光 发生层1700的一个或多个不同的光发生材料1710。例如在图9(b)中，可以使用三个不同 的激光器1750，每个激光器1750激励不同的光发生材料1710，从而使得光复用器和回收器 1000能够独立地控制来自光发生层1700的三个不同颜色的发射。根据本发明一方面，可以 使用多于一个激光器1750来激励同一光发生材料1710，从而从该光发生材料产生更高的 光输出。例如，在图9(c)中，红和蓝光发生材料1710各自被一个激光器1750激励，而绿光 发生材料1710被两个激光器激励，从而通过光发生层1700产生比蓝或红光更多的绿光。根据本发明示例实施例，如图10所示，光发生层1700被涂覆，以使得涂层1760透 射来自激励光源1750的光，然而反射光发生层1700生成的光，使得仅在一个方向发射所生 成的光，从而提高本发明的光发生层1700和光复用器和回收器1000的效率。优选地，靠近激励光源1750的光发生层1700的表面被涂覆。根据本发明示例实施例，来自三个不同激光器1750的激光束用来激励三个不同 的光发生材料1710 (红、绿和蓝光发生材料1710)。如图11所示，使用三个全内反射(total internal reflection,TIR)棱镜或立方体1900将从三个光发生材料1710发射的光复用成 单个输出。由于激光束具有非常窄的发射角度，所以可以通过多于一个激光束激励每个彩 色光发生材料1710，从而产生更高的光输出。例如，如果对于白平衡需要更高的绿光输出， 则可以将两个激光束导向绿光发生材料1710，而仅将一个激光束各自导向蓝和红光发生材 料，从而产生更高的绿光输出。根据本发明一方面，TIR立方体棱镜立方体1900包括两个三角棱镜。这两个三角 棱镜的所有表面或面被抛光，以使得TIR立方体棱镜1900用作波导。在两个三角棱镜之间 的接口处的三角棱镜的面涂覆有双色涂层1910，以透射预定波长或颜色的光且反射所有其 他波长或颜色的光。优选地，接口填充有空气间隙或低指数胶水。现在看图12-14，示出了根据本发明示例实施例的晶片级照明系统2000和/或晶 片级投影器系统3000的示意图。晶片级照明系统2000包括用于安装LED晶片或层2200 的散热器层2100、可选的滤色器层2300 (优选的，滤色器层2300)、光学层2400和光圈层 2500。晶片级投影器系统3000另外地包括反射偏振层2600、成像或显示面板层2700 (如 液晶显示(IXD)面板层或透射成像面板层)和投影透镜层2800。当前技术允许以相同颜 色制造LED，然而根据本发明示例实施例可以使用彩色荧光物在同一晶片上制造不同的彩 色LED 2210。可以使用彩色荧光物将来自相同彩色LED 2210的发射转换成若干其他颜色。 例如，蓝或UV LED晶片可以用来提供单个颜色的多个LED 2210。不同的彩色荧光物可以沉 积在LED晶片上，从而产生不同的彩色LED 2210。也就是说，可以使用红、绿和蓝荧光物产 生三原色(红绿蓝)发射LED 2210。优选地，滤色器层2300被放置在包括彩色LED 2210的LED层2200上，以提高晶 片级照明系统2000的回收效率。在彩色LED 2210的顶部上的滤色器仅透射LED 2210发 射的颜色的光且反射所有其他颜色的光。例如，在蓝LED 2210的顶部上的滤色器将仅透射 蓝光且将反射所有其他颜色的光。对于白色或单色LED应用，滤色器层2300不是必要的且 可以被移除。光学层2400将光转换或成像到随后的层。根据本发明示例实施例，如图12所示， 光学层2400包括反射器层2420和透镜层2440。取决于应用，光学层2400可以包括如图 13所示的光管2450的阵列，或球形反射器层2460和准直透镜层2480。应理解，取决于应 用，晶片级照明系统2000和晶片级投影器系统3000可以具有多个光学层2400。根据本发明示例实施例，光管2450可以是以下中的一个中空的光管、实心的光 管、直的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、形状由等式限定的自 由形式光管、或数字地或以其他方式确定的完全自由形式光管、或者任何适当的组合，如直 的中空光管、渐增变细的实心光管。在此所有这些各种光管将被共同称为光管。对光管的 任何提及包括此处阐述的任何光管或各种光管的组合。离开光学层2400的光然后入射在包括多个光圈或透射开口 2510的光圈层2500 上，其中一部分光被反射且一部分光通过光圈2510。反射的光在LED 2210中被回收回去。 通过光圈2510离开的光是可以用于未偏振应用的未偏振光输出，从而提供晶片级照明系
16统 2000。对于LCD、硅基液晶(LCOS)和其他偏振光应用，为了提供晶片级投影系统3000， 使用可选的反射偏振层2600。优选地，反射偏振层2600包括与图1中的波片1550相似的 波片层(未示出)。反射偏振层或反射偏振器2600透射预定偏振并将光的所有其他偏振 (即，未使用的光偏振)反射回到LED层2200中，从而提高回收的效果。可选的波片层旋转 光输出的偏振状态，并将光的未使用偏振转换成光的有用的预定偏振。在该阶段，包括照明 层2100-2600 (具有或不具有可选的滤色器层2300、可选的反射偏振层2600、或可选的波片 层)的复合晶片形成LED照明系统2000的阵列。LED照明系统2000的阵列可以在锯切线 2900上被切成单独的件，以提供多个分离的LED照明系统2000。根据本发明示例实施例，晶片级照明系统2000可以进一步与其他层集成，以提供 晶片级投影器系统3000。晶片级投影器系统3000进一步包括放置在照明层2100-2600的 顶部上的显示或成像面板层2700，随后是一个或多个投影透镜层2800。图12示出了根据 本发明示例实施例的晶片级投影器系统2000，其中成像面板层包括透射IXD面板2710。对 于彩色像素IXD面板2710，LED 2210可以是具有白荧光物的白LED 2210，或可以是与实时 调整颜色的能力结合在一起的红/绿/蓝(RGB) LED 2210。对于快速切换IXD面板2700， 晶片级反影器系统3000可以使用已知的时间颜色复用，以一次启动红、绿、蓝LED 2210中 的一个或多个。再次，晶片中完整的投影器单元/系统3000可以在锯切线2900上被切成 单独的投影器单元/系统3000。在图13中示出了使用光管实现晶片级投影系统，且相似地，成像面板层2700和投 影镜头层2800可以被添加到图14中的照明层2100-2600以提供晶片级投影系统。对于在如移动电话、MP3播放器、便携式数字助理(PDA)等的便携式电子装置中使 用的嵌入式微投影器，最重要的参数是尺寸和成本。因此，使这些嵌入式微投影器中的组件 的数目最小化以减小其尺寸和成本是重要的。根据本发明示例实施例，微投影器在单个封 装上利用多个LED，即红、绿和蓝LED。来自多个LED的光输出被复用以组合颜色，被回收以 提高LED的亮度，且在没有透镜的情况下耦合到LCOS面板，从而最小化组件的数目。现在看图15，示出了包括多个LED 4100的LED封装4000的结构。优选地，LED 封装4000包括一般由如欧司朗(Osram)的LED制造商提供的一个红、一个蓝和两个绿 LED 4100。根据本发明示例实施例，LED封装4000具有优选地涂覆有双色涂层4400的罩 窗(cover window)或玻璃罩4200、以及用于安装多个LED 4100的衬底4300。例如，在 红LED4100的顶上，涂层4400透射红光且反射所有其他颜色的光，如图15所示。在绿LED 4100的顶上，涂层4400透射绿光且反射所有其他颜色的光，如图15所示。在蓝LED 4100 的顶上，涂层4400透射蓝光且反射其他颜色的光(未示出)。根据本发明示例实施例，每个 彩色LED 4100被单独地驱动。可选地，两个绿LED 4100可以一起或分开被驱动。图16示出了根据本发明示例实施例的合并LED结构4000的微投影器5000。根 据本发明示例实施例的微投影器5000包括LED封装4000、光管5100、PBS 5200、投影透镜 5600、LCOS面板5500、可选反射偏振器5300、和可选波片5400。具有输入端或面5110的光 管5100基本上覆盖LED封装4000的所有LED 4100，被放置在罩窗4200封装窗上且用来耦 合从LED 4100发射的光。根据本发明示例实施例，光管5100可以是以下中的一个中空的 光管、实心的光管、直的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、形状由等式限定的自由形式光管、或数字地或以其他方式确定的完全自由形式光管、或者任何 适当的组合，如直的中空光管、渐增变细的实心光管。在此所有这些各种光管将被共同称为 光管1200。对光管的任何提及包括此处阐述的任何光管或各种光管的组合。光管5100的输出端5120具有与偏振光束分离器(PBS) 5200基本相同的尺寸，将 光耦合到PBS 5200中。PBS 5200所有表面都被抛光以使得其用作波导。在光管5100和 PBS 5200之间，放置反射偏振器5300使得仅光的预定偏振被透射到PBS 5200中。在光管 5100和反射偏振器5300之间，可以使用可选的波片5400 (优选的四分之一波片)来提高 系统的回收效率。如图16所示，LCOS面板5500与光管5100直接相对地放置。取决于PBS 5200的朝向，LCOS面板5500可以如图17所示放置在垂直面上。如图16或图17所示，投 影透镜5600可以与光管垂直地放置。由于入射在LCOS面板5500上的光具有特定发散性， 一般在F/2. 4，所以PBS 5200大于LCOS面板5500，以使得通过投影透镜5600捕获光而不 被PBS 5200阻断。LCOS面板5500与PBS 5200尽可能近地放置以最小化损耗。面对LCOS 面板5500的PBS 5200的表面涂覆有具有开口 5215的反射涂层5210，使得开口 5215的尺 寸与LCOS面板5500的尺寸匹配。结果，一部分光将照明LCOS面板5500，且入射在反射涂 层5210上的光的其余部分或其余被反射回到光管5100中并被回收回到LED封装4000中。根据本发明示例实施例，如图18、19所示，可以消除图16、17中的反射偏振器 5300，且如图18、19所示，其功能可以由PBS 5200和PBS上添加的反射涂层5210的组合替 代。这有利地从微投影器消除了一个或更多个组件，从而减小了微投影器的成本。根据本发明示例实施例，为了改进的光的耦合，可以使光管5100的输出端5120凸 起。优选地，光管5100的输出端5120的凸起表面形成集成透镜。根据本发明的一方面，集 成透镜的功能可以通过布置在光管5100和PBS 5200之间的可选的菲涅尔透镜5700来执 行。菲涅尔透镜5700的优点是其非常薄且非常适于本发明的集成微投影器。优选地针对 最大性能调整菲尼尔透镜5700或集成透镜的焦距。根据本发明示例实施例，微投影器5000可以另外地包括此处所述的滤色器，其被 放置在LED封装4000的玻璃罩4200上。可替代地，如在此以光复用器和回收器1000所 述，滤色器4400可以涂覆在光管5100的输入面或端5110上。这优选地使得玻璃罩4200 可选，从而从微投影器5000消除了另一组件。尽管在此所述的LED封装4000是RGGB LED封装，但是LED封装4000可以包括多 个LED 4100或彩色LED 4100的任何MXN阵列，M和N都是正整数。根据本发明示例实施 例，每个彩色LED 4100可以包括一个或多个战略性放置的LED，以使得可以容易地制造滤 色器。也就是说，可以从靠近彼此放置的若干个小LED产生每个颜色。因而，根据本发明示 例实施例，相同颜色的每组LED可以被视为单个LED。应理解，颜色的数目不限于此处讨论的三个(红绿蓝)。可以使用包括单个颜色、 两个颜色、三个颜色或多于三个颜色的LED的LED封装来实现本发明的微投影器。根据本发明示例实施例，PBS 5200的所有表面被抛光。PBS 5200的特定表面用于 透射和全内反射(TIR)，而其他表面仅用于TIR。优选地，PBS 5200的这些仅TIR的表面可 以可选地涂覆有反射涂层以便于组装。现在看图20，从LCOS面板5500的方向示出了 PBS 5200的图，显示出LCOS面板 5500仅使用PBS面的部分。使PBS面的其余是反射性的或具有反射涂层5210，以用于回收目的。根据本发明示例实施例，微投影器5000利用仅包括白LED 4100而不是RGGB LED 4100的LED封装4000。结果，可以消除LED封装上的涂层4400。微投影器5000包括白LED 4100、光管5100、PBS 5200。如果如图16-19所示使用标准LCOS面板5500，则输出将是投 影到屏幕(未示出)上的黑白图画。优选地，可以使用彩色像素LCOS而不是标准LCOS面 板来产生彩色图画。可以以放置在像素顶部上的透明滤色器制造彩色像素LC0S，使得一部 分像素是红色，一部分像素是绿色，且一部分像素是蓝色。根据本发明一方面，像素的一部 分不是彩色的，且被认为是白色像素，从而提高显示的亮度。尽管彩色像素LCOS简化了构 造，但是分辨率会更小。对于特定应用，如果降低了微投影器的复杂性，则较低的分辨率是 可接受的，从而降低了微投影器的成本。根据本发明示例实施例，微投影器5000包括与德州仪器制造的数字光处理 (digital light processing, DLP )器件相似的数字镜器件(DMD) 5910o DMD 5910 优 选地安装在DMD封装5900上。DMD 5910具有许多可以倾斜的小镜(像素)。当在像素关 闭的情况下光线(a)入射在DMD5910上时，光被反射远离入射方向且远离投影透镜5600，并 将不被投影到屏幕(未示出)上。当像素被接通时，DMD 5910的镜向入射光束倾斜，且反 射的光被导向投影透镜5600并被投影到屏幕上。TIR立方体棱镜5800包括两个三角棱镜 5810、5820，其中第一三角棱镜5810向DMD 5910提供入射光束，其中入射光束被全内反射 所反射。来自DMD 5910的反射光束不被反射，而是通过接口透射，且透射到第二三角棱镜 5820。两个三角棱镜5810、5820形成平行接口，以使得来自DMD 5910的图像不会失真。第一三角棱镜5810的所有面(以及优选地，第二三角棱镜5820的所有面)被抛 光使得其形成波导。针对最大效率调整角度theta(e)。由于入射在DMD 5910上的光具 有特定的数字光圈，所以TIR棱镜5800的尺寸大于DMD的成像区域，如图21所示。在DMD 表面处引导到TIR棱镜5800的光较大，且如果光不被收集，则通常光将丢失。因此，根据本 发明示例实施例，TIR棱镜5800上的成像区域外的区域覆盖有反射结构5920。优选地，反 射结构5920是有角度的镜阵列、有角度的反射器阵列、有角度的镜阵列、光栅、或回复反射 器阵列，以使得入射在有角度镜阵列5920上的光被反射回入射方向，如图21的光线(b)所 示。可以以通过有角度镜阵列5920可以多厚确定的间隔制造有角度的镜阵列5920。限制 通常归因于TIR棱镜5800和DMD封装5900之间的空间。反射的光最终通过光管5100返 回且返回到LED 4100中。现在看图22 (a)-(b)，示出了根据本发明示例实施例的光复用器和回收器6000。 光复用器和回收器6000包括光管6100。光管6100的截面可以是矩形、正方形、圆形等。 根据本发明示例实施例，光管6100可以是以下中的一个中空的光管、实心的光管、直的光 管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、形状由等式限定的自由形式光 管、或数字地或以其他方式确定的完全自由形式光管、或者任何适当的组合，如直的中空光 管、渐增变细的实心光管。在此所有这些各种光管将被共同称为光管1200。对光管的任何 提及包括此处阐述的任何光管或各种光管的组合。光管6100的顶、底和左表面被反射涂覆，其中输出端6120向右。如图22 (a)所示， 朝上的底表面6130具有用于LED芯片6200的三个开口。红芯片6200放置在具有CR涂层 的红窗6310处，该CR涂层透射红光且反射绿光和蓝光。绿芯片6200放置在具有CG涂层的绿窗6320处，该CG涂层透射绿光且反射红光和蓝光。蓝芯片6200放置在具有CB涂层 的蓝窗6330处，该CB涂层透射蓝光且反射红光和绿光。由于可以内在地使用全内反射，所 以光管的侧壁可以可选地涂覆。结果，由于红反射窗6310，所以来自红芯片6200的光看不 到绿或蓝芯片6200。对于来自绿和蓝芯片6200的光这也是成立的。因此，每个颜色形成其自身的回收系统，且所有颜色在同一光管6100中被混合并 产生复用的输出6400。尽管图22(a)_(b)示出了使用红、绿和蓝LED芯片6200的配置，但是一般布置可 以如图23所示包括具有一个或更多个颜色的两个或更多个芯片。使用匹配于LED芯片6200 的每个颜色的对应涂层。例如，可以以相同类型的涂覆的窗6310、6320、6330使用相同颜色 的两个或更多个芯片6200。取决于特定应用中需要的不同颜色的相对强度，可以使用适当 数目的芯片。在图22-23中LED芯片6200被示为单个的LED芯片6200，其还可以由相同颜 色的多个芯片构成，其中若干芯片以阵列形式聚在一起。这些芯片之间的最小空间是优选 的。根据本发明示例实施例，如图24所示，光复用器和回收器6000另外地包括光管 6100的输出端6120处的、具有适于特定应用的开口的输出反射光圈，从而提供另外的回 收。对于偏振光应用，可以添加反射偏振器6500和可选的波片6600。对在此结合本发明其 他示例实施例阐述的反射涂层或光圈、反射偏振器和可选的波片的说明同等适用且在此将 不再阐述。根据本发明示例实施例，如图25所示，光复用器和回收器6000包括与回收/复用 光管6100集成或作为单独光管6700的渐细的光管6700，用于将输出转换成期望尺寸和角度。根据本发明示例实施例，如图26(a)所示，光复用器和回收器或系统6000使用白 LED 6200，其中窗6340没有涂层。当使用单色的LED 6200时，也可以使用没有涂层的清晰 窗6200，如图26(a)所示。根据本发明实施例，如图26 (b)所示，可以使用波长非常接近彼此的两个LED来增 加系统6000的亮度，这是因为它们可以使用涂层窗6350、6360复用在一起。例如，该实施 例可以以两个或更多个绿芯片6200来使用，其中其波长足够接近以被认为是绿色。对本领域技术人员来说，显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以以许 多方式对已经描述的本发明进行修改。任何以及所有这种修改应被认为包括在所附权利要 求的范围内。
权利要求
一种光复用器和回收器，包括LED层，包括多个LED，每个LED发射光输出；光学层，具有输入端和输出端，所述光学层的所述输入端耦合到所述多个LED，以复用来自所述多个LED的光输出；以及光圈层，耦合到所述光学层的所述输出端，且具有用于透射复用的光输出的一部分以提供单个光输出的透射开口、和用于向所述光学层的所述输入端反射复用的光的其余部分的反射表面，从而将复用的光的其余部分回收回到所述多个LED，以增加所述多个LED的光输出的亮度。
2.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括透镜层，用于将来 自所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层；和反射层，用于将来自所述多个LED 的光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收。
3.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括光管，所述光管用 于将来自所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层、以及将来自所述多个LED的 光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收。
4.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括透镜，用于将来自 所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层；和球形反射器，用于将来自所述多个 LED的光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收。
5.根据权利要求3所述的光复用器和回收器，进一步包括反射层，所述反射层覆盖除 了耦合所述多个LED的所述输入端的区域之外的、所述光管的所述输入端。
6.根据权利要求5所述的光复用器和回收器，其中所述反射层是在除了耦合所述多个 LED的所述输入端的区域之外的、所述光管的所述输入端上的反射涂层。
7.根据权利要求5所述的光复用器和回收器，进一步包括玻璃板，所述玻璃板选择性 地涂覆有反射涂层，以覆盖除耦合所述多个LED的所述输入端的区域之外的、所述光管的 所述输入端。
8.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述透射开口具有16 9或4 3 的纵横比。
9.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中以MXN阵列布置所述多个LED，其 中M和N都是正整数。
10.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，进一步包括用于安装所述多个LED的散 热器。
11.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述多个LED包括多个彩色LED芯片。
12.根据权利要求11所述的光复用器和回收器，其中所述多个彩色LED芯片包括多个 绿LED芯片、红LED芯片和蓝LED芯片。
13.根据权利要求11所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述LED层的滤色器 层，使得覆盖彩色LED芯片的所述滤色器层的区域透射所述彩色LED芯片发射的颜色的光， 并反射所有其他颜色的光。
14.根据权利要求3所述的光复用器和回收器，其中所述光管是以下中的至少一个中 空的光管、实心的光管、直的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、以及自由形式光管。
15.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述透射开口具有反射涂层，所述 反射涂层透射预定颜色的光并反射所有其他颜色的光。
16.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，进一步包括色轮，所述色轮包括覆盖所 述透射开口的多个滤色器，所述透射开口用于取决于所述色轮的哪个滤色器覆盖所述透射 开口而选择性地透射不同颜色的光。
17.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述透射开口的反射 偏振层，用于透射预定偏振的所述单个光输出且向所述光学层的所述输入端反射所有其他 偏振的所述单个光输出，从而将光的未使用的偏振回收回到所述多个LED，以增加所述多个 LED的光输出的亮度。
18.根据权利要求17所述的光复用器和回收器，进一步包括波片，所述波片用于旋转 单个光输出的偏振状态并将光的所述未使用的偏振转换成光的所述预定偏振。
19.根据权利要求15所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述透射开口的反射 偏振层，用于透射预定偏振的所述单个光输出且向所述光学层的所述输入端反射所有其他 偏振的所述单个光输出，从而将光的未使用的偏振回收回到所述多个LED，以增加所述多个 LED的光输出的亮度。
20.根据权利要求19所述的光复用器和回收器，进一步包括波片，所述波片用于旋转 单个光输出的偏振状态并将光的所述未使用的偏振转换成光的所述预定偏振。
21.根据权利要求12所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述LED层的滤色 器层，以使得覆盖所述绿LED芯片的所述滤色器层的区域透射绿光且反射所有其他颜色的 光，覆盖所述蓝LED芯片的所述滤色器层的区域透射蓝光且反射所有其他颜色的光，且覆 盖所述红芯片的所述滤色器层的区域透射红光且反射所有其他颜色的光。
22.根据权利要求18所述的光复用器和回收器，进一步包括投影透镜，所述投影透镜 用于捕获所述预定偏振的所述光输出以提供微投影器。
23.根据权利要求1所述的光复用器和回收器，其中所述LED层是安装在散热器层上的 LED晶片。
24.根据权利要求23所述的光复用器和回收器，进一步包括彩色荧光物，所述彩色荧 光物沉积在所述LED晶片上，以提供不同颜色的所述多个LED。
25.根据权利要求24所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述LED晶片的滤色 器层，以使得覆盖每个LED的所述滤色器层的区域透射所述每个LED发射的颜色的光且反 射所有其他颜色的光。
26.根据权利要求25所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括透镜层，用于将 来自所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层；和反射层，用于将来自所述多个 LED的光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收，从而提供晶片级LED照明系统 的阵列。
27.根据权利要求26所述的光复用器和回收器，其中所述晶片级LED照明系统的阵列 被切成单独的件，以提供多个分离的晶片级LED照明系统。
28.根据权利要求26所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述透射开口的反射 偏振层，用于透射预定偏振的所述单个光输出且向所述光学层的所述输入端反射所有其他偏振的所述单个光输出，从而将光的未使用的偏振回收回到所述多个LED，以增加所述多个 LED的光输出的亮度。
29.根据权利要求28所述的光复用器和回收器，进一步包括波片，所述波片用于旋转 单个光输出的偏振状态并将光的所述未使用的偏振转换成光的所述预定偏振。
30.根据权利要求28所述的光复用器和回收器，进一步包括在所述反射偏振层上的显 示面板的层和在所述显示面板的层上的投影透镜层，从而提供晶片级投影器系统的阵列。
31.根据权利要求30所述的光复用器和回收器，其中所述显示面板的层包括透射液晶 显示IXD面板的层。
32.根据权利要求31所述的光复用器和回收器，其中所述彩色荧光物包括白荧光物以 提供多个白色LED。
33.根据权利要求31所述的光复用器和回收器，其中所述彩色荧光物包括红、绿和蓝 荧光物，以提供多个红、绿和蓝色LED。
34.根据权利要求33所述的光复用器和回收器，其中所述晶片级LED投影器系统的阵 列被切成单独的件，以提供多个分离的晶片级投影器系统。
35.根据权利要求25所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括透镜，用于将来 自所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层；和球形反射器，用于将来自所述多 个LED的光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收，从而提供晶片级照明系统 的阵列。
36.根据权利要求25所述的光复用器和回收器，其中所述光学层包括光管，所述光管 用于将来自所述多个LED的光输出的一部分透射到所述光圈层，并将来自所述多个LED的 光输出的其余部分反射回到所述多个LED以进行回收，从而提供晶片级照明系统的阵列。
37.根据权利要求36所述的光复用器和回收器，其中所述晶片级照明系统的阵列被切 成单独的件，以提供多个分离的晶片级照明系统。
38.根据权利要求36所述的光复用器和回收器，进一步包括覆盖所述透射开口的反射 偏振层，用于透射预定偏振的所述单个光输出且向所述光学层的所述输入端反射所有其他 偏振的所述单个光输出，从而将光的未使用的偏振回收回到所述多个LED，以增加所述多个 LED的光输出的亮度。
39.根据权利要求38所述的光复用器和回收器，进一步包括波片，所述波片用于旋转 单个光输出的偏振状态并将光的所述未使用的偏振转换成光的所述预定偏振。
40.根据权利要求38所述的光复用器和回收器，进一步包括所述反射偏振层上的显示 面板的层和所述显示面板的层上的投影透镜层，从而提供晶片级投影器系统的阵列。
41.根据权利要求40所述的光复用器和回收器，其中所述显示面板的层包括透射液晶 显示IXD面板的层。
42.根据权利要求41所述的光复用器和回收器，其中所述彩色荧光物包括白荧光物以 提供多个白色LED。
43.根据权利要求41所述的光复用器和回收器，其中所述彩色荧光物包括红、绿和蓝 荧光物，以提供多个红、绿和蓝色LED。
44.根据权利要求43所述的光复用器和回收器，其中所述晶片级LED投影器系统的阵 列被切成单独的件，以提供多个分离的晶片级投影器系统。
45.根据权利要求3所述的光复用器和回收器，其中所述光圈层是在所述光管的所述 输出端上的反射涂层。
46.根据权利要求3所述的光复用器和回收器，其中所述光圈层是玻璃板，所述玻璃板 选择性地涂覆有反射涂层，以覆盖所述光管的所述输出端。
47.一种微投影器，包括LED层，包括发射光输出的LED ；光管，具有输入端和输出端，所述光管的所述输入端耦合到LED ；光圈层，耦合到所述光管的所述输出端，且具有用于透射光输出的一部分的透射开口 和向所述光管的所述输入端反射所述光输出的其余部分的反射表面，从而将所述光输出的 其余部分回收回到所述LED，以增加所述LED的光输出的亮度；反射偏振器，布置在所述光管和所述光圈层之间，用于透射预定偏振的所述光输出且 反射所述光输出的其他偏振，从而将所述光输出的未使用偏振回收回到所述LED，以增加所 述LED的所述光输出的亮度；硅基液晶LCOS面板，用于接收和反射预定偏振的所述光输出，其中所述透射开口的尺 寸基本上匹配于所述LCOS面板的尺寸，使得耦合所述LCOS面板的所述PBS的面大于所述 LCOS面板；以及投影透镜，用于从所述LCOS面板捕获所述预定偏振的所述光输出以投影图像。
48.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述光管是以下中的至少一个直的光管、 中空的光管、实心的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、和自由形 式光管。
49.根据权利要求47所述的微投影器，进一步包括波片，所述波片用于旋转所述光输 出的偏振状态且将所述反射偏振器反射的光的所述未使用偏振转换成光的所述预定偏振。
50.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述光圈层是偏振光束分离器PBS，其所有 表面被抛光以提供全内反射，使得所述PBS用作波导；且其中耦合所述光管的所述PBS的面 具有基本上等于所述光管的所述输出端的尺寸。
51.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述LCOS面板与所述光管的所述输出端相 对地布置或与所述光管垂直地布置。
52.根据权利要求50所述的微投影器，其中所述光管的所述输出端具有凸起表面且形 成集成透镜。
53.根据权利要求50所述的微投影器，进一步包括布置在所述光管和所述PBS之间的菲涅尔透镜。
54.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述LED是白色LED；且其中所述LCOS面 板是彩色像素LCOS。
55.根据权利要求54所述的微投影器，其中所述彩色像素LCOS包括透明滤色器，以提 供多个红、绿和蓝像素。
56.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述LED层是包括彩色LED的阵列的LED 封装；且进一步包括覆盖所述彩色LED的阵列的反射层。
57.根据权利要求56所述的微投影器，其中所述反射层涂覆有双色涂层，使得覆盖彩 色LED的所述反射层的区域透射所述彩色LED发射的颜色的光，且将所有其他颜色的光反射回到所述彩色LED以进行回收。
58.根据权利要求56所述的微投影器，其中所述反射层是所述光管的所述输入端上的 双色涂层，使得耦合到彩色LED的所述光管的所述输入端上的所述反射层的区域透射所述 彩色LED发射的颜色的光，且将所有其他颜色的光反射回到所述彩色LED以进行回收。
59.根据权利要求56所述的微投影器，其中所述LED封装包括蓝、绿和红LED的阵列。
60.根据权利要求59所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和一个红LED的阵列。
61.根据权利要求60所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和两个绿LED的阵列。
62.根据权利要求47所述的微投影器，其中所述LED包括紧密地包装在一起的相同颜 色的LED的集合。
63.一种微投影器，包括LED层，包括发射光输出的LED ；光管，具有输入端和输出端，所述光管的所述输入端耦合到LED ；偏振光束分离器PBS，所有表面被抛光以提供全内反射，使得所述PBS用作波导，所述 PBS耦合到所述光管的所述输出端且具有透射开口，其中耦合所述光管的所述PBS的面具 有基本上等于所述光管的所述输出端的尺寸；硅基液晶LCOS面板，用于接收和反射预定偏振的所述光输出，其中所述透射开口的尺 寸基本上匹配于所述LCOS面板的尺寸，以使得耦合所述LCOS面板的所述PBS的面大于所 述LCOS面板；以及投影透镜，耦合到所述PBS的面，以从所述LCOS面板捕获所述预定偏振的所述光输出， 从而投影图像；以及其中除了耦合所述投影透镜和所述透射开口的面之外，所述PBS的所有面具有反射涂 层，以通过所述透射开口透射所述光输出的一部分，且将所述光输出的其余部分反射和回 收回到所述LED，以增加所述LED的光输出的亮度。
64.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述光管是以下中的至少一个直的光管、 中空的光管、实心的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、以及自由 形式光管。
65.根据权利要求63所述的微投影器，进一步包括布置在所述光管和所述PBS之间的 波片，用于旋转所述光输出的偏振状态并将所述反射偏振器反射的光的所述未使用偏振转 换成光的所述预定偏振。
66.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述LCOS面板与所述光管的所述输出端相 对地布置或与所述光管垂直地布置。
67.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述光管的所述输出端具有凸起表面且形 成集成透镜。
68.根据权利要求63所述的微投影器，进一步包括布置在所述光管和所述PBS之间的 菲涅尔透镜。
69.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述LED是白色LED；且其中所述LCOS面 板是彩色像素LCOS。
70.根据权利要求69所述的微投影器，其中所述彩色像素LCOS包括透明滤色器，以提 供多个红、绿和蓝像素。
71.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述LED层是包括彩色LED的阵列的LED 封装；且进一步包括覆盖所述彩色LED的阵列的反射层。
72.根据权利要求71所述的微投影器，其中所述反射层涂覆有双色涂层，以使得覆盖 彩色LED的所述反射层的区域透射所述彩色LED发射的颜色的光，并将所有其他颜色的光 反射回到所述彩色LED以进行回收。
73.根据权利要求71所述的微投影器，其中所述反射层是所述光管的所述输入端上的 双色涂层，使得耦合到彩色LED的所述光管的所述输入端上的所述反射层的区域透射所述 彩色LED发射的颜色的光，并将所有其他颜色的光反射回到所述彩色LED以进行回收。
74.根据权利要求71所述的微投影器，其中所述LED封装包括蓝、绿和红LED的阵列。
75.根据权利要求74所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和一个红LED的阵列。
76.根据权利要求75所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和两个绿LED的阵列。
77.根据权利要求63所述的微投影器，其中所述LED包括紧密地包装在一起的相同颜 色的LED的集合。
78.一种微投影器，包括LED层，包括发射光输出的LED ；光管，具有输入端和输出端，所述光管的所述输入端耦合到LED ；全内反射TIR立方体棱镜，包括第一和第二三角棱镜，所述第一和第二三角棱镜的所 有面被抛光以形成波导；数字镜器件DMD，包括耦合到所述TIR立方体棱镜的所述第一三角棱镜的面的多个可 倾斜镜以提供成像区域，所述第一三角棱镜的所述面大于所述成像区域，且所述光输出的 光线入射在所述DMD上；反射结构，覆盖所述成像区域外的所述三角棱镜的所述面，以将入射在所述反射结构 上的所述光输出的光线、所述光输出的其余部分反射和回收回到所述LED，以增加所述LED 的光输出的亮度；以及投影透镜，耦合到所述第二三角棱镜的面，用于在所述DMD的所述可倾斜镜被接通时， 捕获从所述DMD反射的光的所述光线从而投影图像。
79.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述光管是以下中的至少一个直的光管、 中空的光管、实心的光管、渐增变细的光管、渐减变细的光管、复合抛物面聚光器、和自由形 式光管。
80.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述光管、所述TIR立方体棱镜、所述DMD 和所述投影透镜之间的空间填充有空气间隙或低指数胶水。
81.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述反射结构是以下中的一个有角度的 反射器阵列、有角度的镜阵列、光栅、或回复反射器阵列。
82.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述LED层是包括彩色LED的阵列的LED 封装；且进一步包括覆盖所述彩色LED的阵列的反射层。
83.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述反射层涂覆有双色涂层，使得覆盖彩 色LED的所述反射层的区域透射所述彩色LED发射的颜色的光，并将所有其他颜色的光反 射回到所述彩色LED以进行回收。
84.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述反射层是所述光管的所述输入端上的 双色涂层，使得耦合到彩色LED的所述光管的所述输入端上的所述反射层的区域透射所述 彩色LED发射的颜色的光，并将所有其他颜色的光反射回到所述彩色LED以进行回收。
85.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述LED封装包括蓝、绿和红LED的阵列。
86.根据权利要求85所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和一个红LED的阵列。
87.根据权利要求86所述的微投影器，其中所述LED封装包括至少一个红LED、一个蓝 LED和两个绿LED的阵列。
88.根据权利要求78所述的微投影器，其中所述LED包括紧密地包装在一起的相同颜 色的LED的集合。
89.一种光复用器和回收器，包括光发生层，用于在被光源激励时发射光线且具有反射表面；光管，具有输入端和输出端，所述光管的所述输入端耦合到所述光发生层，以复用来自 所述光发生层的所述光线从而提供光输出；以及光圈层，耦合到所述光管的所述输出端，且具有用于透射所述光输出的一部分的透射 开口和用于向所述光发生层反射所述光输出的其余部分的反射表面，该光发生层将光输出 的所述其余部分反射并回收回到所述透射开口。
90.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层包括一种或多种成 分，以发射具有多个波长或颜色的所述光线。
91.根据权利要求90所述的光复用器和回收器，其中所述一种或多种成分在所述光发 生层中空间上分布成使得所述光发生层的每个不同区域发射不同颜色的所述光线。
92.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中用于激励所述光发生层的所述光 源是以下中的一个弧光灯、LED或激光器。
93.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光源发射第一波长的光线， 且所述光发生层发射第二波长的光线，所述第一波长比所述第二波长短。
94.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光源发射第一波长的光线， 且所述光发生层发射第二波长的光线，所述第一波长比所述第二波长更长。
95.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层涂覆在所述光管的 所述输入端上。
96.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，进一步包括与所述光管的所述输入端 邻近地布置的玻璃板，所述光发生层被涂覆在所述玻璃板上。
97.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层被潋覆在所述光源上。
98.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，进一步包括由相对的反射层形成的 腔，以容纳所述光发生层，从而减小所述光发生层发射的所述光线的角度分布。
99.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，进一步包括由相对的反射层形成的8腔，以容纳所述光发生层和所述光源，从而减小所述光发生层发射的所述光线的角度分布。
100.根据权利要求92所述的光复用器和回收器，其中所述激光器是二极管激光器。
101.根据权利要求100所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层包括由所述二极 管激光器激励的红、绿和蓝光发生材料。
102.根据权利要求100所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层包括红、绿和蓝 光发生材料，每个光发生材料由至少一个二极管激光器激励。
103.根据权利要求89所述的光复用器和回收器，其中所述光发生层被涂覆，以透射来 自所述光源的光线并反射从所述光发生层发射的所述光线，从而使得所述光发生层在一个 方向发射光线。
104.根据权利要求103所述的光复用器和回收器，进一步包括三个立方体棱镜；且其 中所述光发生层包括用于分别发射红、绿和蓝光线的红、绿和蓝光发生材料，每个光发生材 料由至少一个二极管激光器激励且耦合到不同的立方体棱镜，以将所述红、绿和蓝光线复 用成红色的单个光输出。
全文摘要
一种微投影器，包括LED层，耦合到LED的光管，LCOS面板，投影透镜，PBS，耦合到光管的输出端的光圈层，该光圈层具有用于透射光输出的一部分的透射开口和向光管的输入端反射光输出的其余部分的反射表面。因而，光输出的其余部分被回收回到LED，以增加LED的光输出的亮度。微投影器还包括布置在光管和光圈层之间的反射偏振器，以透射预定偏振的光输出且反射光输出的其他偏振，从而将光输出的未使用偏振回收回到LED，以增加LED的光输出的亮度。
文档编号F21V7/04GK101918877SQ200980102275
公开日2010年12月15日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年1月17日
发明者肯尼思·利 申请人:微阳有限公司