DE102005054955A1

DE102005054955A1 - Lichtemittierendes Modul, insbesondere zur Verwendung in einem optischen Projektionsgerät und optisches Projektionsgerät

Info

Publication number: DE102005054955A1
Application number: DE102005054955A
Authority: DE
Inventors: Sergey Dr. Kudaev; Bryce Anton Dr. Moffat; Peter Dr. Schreiber; Stefan GRÖTSCH
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Jenoptik AG
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-04-26
Also published as: JP2009506559A; KR20080054389A; CN101365976B; US20090129079A1; CN101365976A; EP1920286A2; WO2007025525A2; US7976205B2; TWI341142B; TW200715904A; WO2007025525A3; JP5661241B2

Abstract

Es wird ein lichtemittierendes Modul (20) mit zumindest zwei Lichtquellen (1), die auf einem gemeinsamen Träger (7) aufgebracht sind, angegeben. Dabei umfasst zumindest eine der Lichtquellen (1) wenigstens zwei Leuchtdiodenchips (2). Jeder Lichtquelle (1) des Moduls ist ein Optikkörper (3) eines optischen Elements (5) nachgeordnet, und die Optikkörper (3) sind geeignet, elektromagnetische Strahlung zu einer Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) zu führen. Ferner wird ein optisches Projektionsgerät mit einem solchen lichtemittierenden Modul angegeben.

Description

Lichtemittierendes Modul insbesondere zur Verwendung in einem optischen Projektionsgerät und optisches Projektionsgerät Es wird ein lichtemittierendes Modul angegeben. Das lichtemittierende Modul eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem optischen Projektionsgerät. Darüber hinaus wird ein optisches Projektionsgerät mit solch einem lichtemittierenden Modul angegeben.

Die Druckschrift EP 100 30 62 A1 beschreibt ein optisches Projektionsgerät.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein besonders kompaktes lichtemittierendes Modul anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein lichtemittierendes Modul anzugeben, das eine erhöhte mechanische Stabilität aufweist. Ferner ist es Aufgabe ein besonders kompaktes optisches Projektionsgerät anzugeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das lichtemittierende Modul wenigstens zwei Lichtquellen auf. Die Lichtquellen sind dabei auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht.

Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte. Der Träger weist dann Leiterbahnen und Kontaktstellen auf, mittels derer die Lichtquellen des Moduls elektrisch kontaktierbar sind. Weiter ist der Träger bevorzugt geeignet, beim Betrieb der Lichtquellen entstehende Wärme abzuleiten. Der Träger weist dazu bevorzugt eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Träger um eine bedruckte Leiterplatte (PCB) oder besonders bevorzugt um eine Metallkernplatine, die ein Metall wie Kupfer oder Aluminium enthält.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst eine der Lichtquellen wenigstens zwei Leuchtdiodenchips. Das heißt, zumindest diese Lichtquelle enthält als Licht erzeugende Elemente zwei oder mehr als zwei Leuchtdiodenchips, die bei Kontaktierung der Lichtquelle gemeinsam, vorzugsweise gleichzeitig elektromagnetische Strahlung erzeugen können. Dabei ist es auch möglich, dass die Leuchtdiodenchips der Lichtquelle getrennt voneinander kontaktierbar sind. Die Leuchtdiodenchips der Lichtquelle sind beispielsweise zu einem quadratischen oder rechteckigen Array von N × M Leuchtdiodenchips angeordnet. Beispielsweise kann eine Lichtquelle 2 × 3 Leuchtdiodenchips aufweisen. Dabei sind die Leuchtdiodenchips in zwei Reihen zu je 3 Leuchtdiodenchips angeordnet. Weitere Lichtquellen des lichtemittierenden Moduls können einzelne Leuchtdiodenchips oder ebenfalls eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips umfassen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist jeder Lichtquelle des Moduls ein Optikkörper eines optischen Elements nachgeordnet. „Nachgeordnet" bedeutet dabei, dass der Optikkörper der Lichtquelle in einer Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle gesehen nachfolgt. Der Optikkörper ist dabei derart relativ zur Lichtquelle angeordnet, dass ein Großteil der von der Lichtquelle im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung in den Optikkörper eintritt und bei Durchtritt durch den Optikkörper von diesem optisch beeinflusst werden kann.

Bevorzugt ist jeder Lichtquelle ein Optikkörper des optischen Elements eineindeutig zugeordnet. Das heißt, das optische Element weist eine Mehrzahl von Optikkörpern auf. Die Zahl der Optikkörper entspricht der Zahl der Lichtquellen. Jeder Lichtquelle ist ein separater Optikkörper des optischen Elements zugeordnet. Das bedeutet auch, dass zumindest bei derjenigen Lichtquelle, die wenigstens zwei Leuchtdiodenchips umfasst, dieser Mehrzahl von Leuchtdiodenchips ein gemeinsamer Optikkörper nachgeordnet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls sind die Optikkörper geeignet, im Betrieb der Lichtquellen erzeugte elektromagnetische Strahlung zu einer Lichtaustrittsfläche des optischen Elements zu führen. Das heißt, die Optikkörper sind derart angeordnet, dass sie von den Lichtquellen des Moduls im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung von den Lichtquellen zu einer Lichtaustrittsfläche des optischen Elements leiten. Die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements kann dabei in einer von den Optikkörpern separaten Komponente des optischen Elements enthalten sein. Dazu kann die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements beispielsweise durch die Oberfläche einer Abdeckplatte des optischen Elements gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements durch die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper gebildet ist und sich beispielsweise aus diesen zusammensetzt.

Die Lichtaustrittsfläche eines Optikkörpers ist dabei jene Fläche, durch die ein Großteil der in den Optikkörper eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung diesen wieder verlässt. Elektromagnetische Strahlung, welche die Lichtaustrittsfläche des Optikkörpers in Richtung aus dem Optikkörper hinaus durchstrahlt, kann vom Optikkörper nicht mehr optisch beeinflusst werden.

Wenn der Optikkörper durch einen Hohlkörper gebildet ist, kann es ich bei der Lichtaustrittsfläche auch um eine virtuelle oder gedachte Fläche handeln. Sobald elektromagnetische Strahlung diese Fläche in Richtung vom Optikkörper weggerichtet durchstrahlt hat, ist die Strahlung nicht mehr vom Optikkörper optisch beeinflussbar. Beispielsweise ist die gedachte Fläche durch die von der Lichtquelle abgewandte Oberkante des Optikkörpers begrenzt.

Bevorzugt sind die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements und/oder die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper geeignet, die durch sie tretende elektromagnetische Strahlung optisch zu beeinflussen. Diese Flächen können dann zur Strahlformung der durch das optische Element tretenden elektromagnetischen Strahlung dienen. Ferner ist es möglich, dass die Lichtaustrittsflächen des optischen Elements und/oder der Optikkörper geeignet sind, die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion beim Austritt von Strahlung aus dem optischen Element zu reduzieren. Die Lichtaustrittsflächen dienen dann zur Erhöhung der Strahlleistung des lichtemittierenden Moduls. Ferner kann die Komponente des optischen Elements, welche die Strahlungsaustrittsfläche umfasst, auch einen mechanischen Schutz beispielsweise der Lichtquellen vor Berührung oder Verschmutzung darstellen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das lichtemittierende Modul zumindest zwei Lichtquellen auf, die auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht sind. Zumindest eine der Lichtquellen umfasst dabei zwei Leuchtdiodenchips, wobei jeder Lichtquelle ein Optikkörper eines optischen Elements nachgeordnet ist, und die Optikkörper geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu einer Lichtaustrittsfläche des optischen Elements zu führen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst zumindest einer der Optikkörper des optischen Elements einen nicht abbildenden optischen Konzentrator.

Bevorzugt sind alle Optikkörper des optischen Elements durch nicht abbildende optische Konzentratoren gebildet. Bevorzugt verjüngt sich der optische Konzentrator zur Lichtquelle hin, der er nachgeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, seine Querschnittsfläche nimmt mit größer werdendem Abstand zur Lichtquelle zu. Der Optikkörper kann dabei aus einem Konzentrator bestehen oder zusätzlich zum Konzentrator weitere Komponenten – zum Beispiel eine Abdeckplatte – umfassen.

Der Optikkörper kann zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden optischen Grundelemente gebildet sein: zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (CPC – Compound Parabolic Concentrator), zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (CEC – Compound Elliptic Concentrator), zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator (CHC – Compound Hyperbolic Concentrator). Die Seitenflächen des Optikkörpers sind dann zumindest stellenweise nach Art eines dieser optischen Grundelemente gebildet.

Ferner ist es möglich, dass der Optikkörper zumindest stellenweise nach Art eines Kegelstumpfs oder eines Pyramidenstumpfs geformt ist, der sich zur Lichtquelle hin verjüngt.

Der Optikkörper kann in all diesen Ausgestaltungen als Vollkörper ausgebildet sein. In diesem Fall findet eine Führung von elektromagnetischer Strahlung im Optikkörper zumindest teilweise mittels Totalreflexion an seinen Seitenflächen statt. Zusätzlich kann die Oberfläche des Vollkörpers zumindest stellenweise mit einem reflektierenden Material beschichtet sein.

Ferner ist es möglich, dass der Optikkörper als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenflächen reflektierend ausgestaltet sind. Zum Beispiel sind die Innenflächen des Optikkörpers dann mit einem Metall reflektierend beschichtet. Ist der Optikkörper durch einen Hohlkörper gebildet, dann ist die Lichtaustrittsfläche diejenige gedachte, ebene Fläche, welche die von der Lichtquelle abgewandte Öffnung des Optikkörpers bedeckt. Das heißt, diese Fläche verbindet die Seitenflächen des Optikkörpers an seiner Lichtaustrittsöffnung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst der Optikkörper einen nicht abbildenden optischen Konzentrator, der als Pyramidenstumpf ausgebildet ist. Das heißt, der Optikkörper weist zum Beispiel eine rechteckige Lichteintrittsfläche und eine rechteckige Lichtaustrittsfläche auf, die durch die Seitenflächen des Optikkörpers miteinander verbunden sind.

Der Pyramidenstumpf kann dabei symmetrisch sein. Das heißt, er ist symmetrisch bezüglich einer Mittelachse, die durch das geometrische Zentrum der Lichteintrittsfläche verläuft und senkrecht auf der Lichteintrittsfläche steht. Diese Mittelachse verläuft dann auch durch das geometrische Zentrum der Lichtaustrittsfläche. Ferner ist es möglich, dass der Optikkörper durch einen asymmetrischen Pyramidenstumpf gebildet ist, bei dem die Mittelachse durch das geometrische Zentrum der Lichteistrittsfläche nicht mit der Mittelachse durch das geometrische Zentrum der Lichtaustrittsfläche zusammenfällt.

Das angegebene lichtemittierende Modul macht sich unter anderem die Erkenntnis zunutze, dass durch die Verwendung mehrerer optischer Konzentratoren als Optikkörper, die jeweils Gruppen von Leuchtdiodenchips nachgeordnet sind und durch eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche des optischen Elements die gleiche optische Wirkung erzielt werden kann, wie wenn allen Leuchtdioden des Moduls ein einzelner, gemeinsamer optischer Konzentrator nachgeordnet wäre. Gegenüber einem solchen einzelnen optischen Konzentrator zeichnet sich das hier beschriebene lichtemittierende Modul durch eine bis zu um etwa 50 Prozent reduzierte Länge des optischen Elements aus. Das heißt, aufgrund der Verwendung mehrerer optischer Konzentratoren, können die Konzentratoren kürzer ausgeführt werden. Ein solches optisches Element ermöglicht daher ein besonders kompaktes lichtemittierendes Modul. Ferner resultiert die reduzierte Länge des optischen Elements zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des lichtemittierenden Moduls.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist der Optikkörper durch einen Vollkörper gebildet. Dies erweist sich zum Beispiel als besonders vorteilhaft, wenn der Optikkörper als Pyramidenstumpf ausgeführt ist. Der als Vollkörper ausgebildete Optikkörper enthält bevorzugt ein transparentes Material mit einem Brechungsindex größer 1,4. Reflexionen an den Seitenflächen des Optikkörpers erfolgen dann bevorzugt durch Totalreflexion. Der Optikkörper kann zum Beispiel aus einem transparentem Kunststoff oder Glas gebildet sein. Besteht der Optikkörper aus einem transparenten Kunststoff, so ist er bevorzugt spritzgegossen oder spritzgepresst. Der Optikkörper enthält dann vorzugsweise zumindest eines der folgenden Materialien oder besteht aus einem dieser Materialien: PMMA, PMMI, PC, COC (zum Beispiel Zeonex oder Topas), Silikon.

Die Lichtaustrittsfläche des Optikkörpers ist beim als Vollkörper ausgebildeten Optikkörper bevorzugt integral mit dem Optikkörper ausgebildet. Sie kann als glatte oder als Fläche mit einer Krümmung ausgeführt sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist das optische Element einstückig ausgebildet. Das heißt, die Optikkörper des optischen Elements, und gegebenenfalls weitere Komponenten des optischen Elements sind integral miteinander verbunden. Das optische Element ist dazu zum Beispiel mittels eines Spritzguss- oder Spritzpressverfahrens hergestellt. Die Breite des durch das Herstellungsverfahren bedingten Stegs zwischen den einzelnen Optikkörpern des optischen Elements wird dabei vorzugsweise möglichst klein gewählt. Dadurch ist sichergestellt, dass die optischen Eigenschaften des optischen Elements durch den Steg möglichst wenig beeinflusst werden. Das einstückig ausgebildete optische Element zeichnet sich aufgrund seiner Kompaktheit durch eine besonders einfache Handhabung bei der Montage des optischen Elements auf den Träger des lichtemittierenden Moduls aus.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist das optische Element des Moduls mehrstückig ausgebildet. Das heißt, Komponenten des optischen Elements sind gesondert voneinander gefertigt. Auch diese Komponenten können beispielsweise spritzgegossen oder spritzgepresst sein. Bevorzugt sind die Optikkörper des optischen Elements dabei getrennt voneinander gefertigt. Die Optikkörper können Lichtaustrittsflächen aufweisen, die beim zusammengesetzten optischen Element die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements bilden. Ferner ist es möglich, dass die Komponente, welche die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements enthält, separat von den Optikkörpern gefertigt ist oder sowohl die Optikkörper separat voneinander gefertigt sind als auch die Komponente, die die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements umfasst. Bei separat gebildeten Optikkörpern kann vorteilhaft ein Steg zwischen den Optikkörpern entfallen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements durch eine konvexe Fläche gebildet, die sich über die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper erstreckt. Die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements kann dabei beispielsweise über die Optikkörper des optischen Elements gewölbt sein. Mit anderen Worten überspannt die Lichtaustrittsfläche die Optikkörper dann im Sinne einer Kuppel. Die Lichtaustrittsfläche kann in dieser Ausführungsform Teil einer separaten Komponente des optischen Elements sein, die getrennt von den Optikkörpern gefertigt ist – beispielsweise eine gewölbte Abdeckplatte des optischen Elements.

Es ist aber auch möglich, dass die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements stellenweise durch Lichtaustrittsflächen der Optikkörper gebildet ist. In diesem Fall setzt sich die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements aus Lichtaustrittsflächen der Optikkörper zusammen. Beispielsweise kann jeder der Optikkörper eine Lichtaustrittsfläche aufweisen, die einen Teil der Lichtaustrittsfläche des optischen Elements bildet. Das zusammengesetzte optische Element weist dann eine Lichtaustrittsfläche auf, die sich über die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper erstreckt und aus diesen besteht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das optische Element des Moduls eine Lichtaustrittsfläche mit konvexen Teilbereichen auf, die durch konkave Teilbereiche miteinander verbunden sind. Die konvexen Teilbereiche können sich dabei über die Lichtaustrittsflächen mehrerer Optikkörper erstrecken. Es ist aber auch möglich, dass konvexe Teilbereiche den Optikkörpern eineindeutig zugeordnet sind. In diesem Fall kann zum Beispiel jedem Optikkörper eine Wölbung der Lichtaustrittsfläche des optischen Elements nachgeordnet sein, die dann hauptsächlich die durch diesen Optikkörper tretende elektromagnetische Strahlung optisch beeinflusst. Konkave Teilbereiche, welche die konvexen Teilbereiche miteinander verbinden, umfassen dabei sowohl konkav gekrümmte Teilbereiche der Lichtaustrittsfläche des optischen Elements als auch Spitzen, Kerben und andere Einbuchtungen der Lichtaustrittsfläche. Weiter ist es möglich, dass die konvexen Teilbereiche durch ebene Flächenabschnitte der Lichtaustrittsfläche des optischen Elements miteinander verbunden sind.

Neben ihren optischen Eigenschaften erweist sich eine gekrümmte Lichtaustrittsfläche auch bei der Herstellung des Optikkörpers als vorteilhaft. Ist der Optikkörper ein Vollkörper, so können bei der Herstellung eines Optikkörpers mit ebener Lichtaustrittsfläche unkontrollierbare Produktionsschwankungen beim Aushärten des Optikkörpers auftreten. Das heißt, die Lichtaustrittsfläche weist dann in nicht vorgebbarer Weise konvex und konkav gekrümmte Teilbereiche auf. Eine gekrümmte Lichtaustrittsfläche mit einem vorgegebenen Krümmungsradius ermöglicht hingegen, dass sich die Lichtaustrittsfläche selbst stabilisiert. Bevorzugt weisen gekrümmte Teilbereiche der Lichtaustrittsfläche dazu einen Krümmungsradius von wenigstens 100 mm, bevorzugt wenigstens 50 mm auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements aus den Lichtaustrittsflächen der Optikkörper zusammengesetzt. Das heißt, die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements ist keine separate Komponente des optischen Elements, sondern sie setzt sich aus mehreren Teilen zusammen, die jeweils für sich Lichtaustrittsflächen eines Optikkörpers bilden. Dies ist bevorzugt der Fall, wenn das optische Element mehrstückig ausgebildet ist, und die Optikkörper separat voneinander gefertigt sind. Die Optikkörper können dann jeweils beispielsweise konvex gekrümmte Lichtaustrittsflächen aufweisen. Die Optikkörper sind dazu derart ausgebildet, dass sich die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper beim zusammengesetzten optischen Element formschlüssig zu einer Lichtaustrittsfläche des optischen Elements ergänzen.

Dabei kann zum Beispiel auch eine Lichtaustrittsfläche des optischen Elements, die sich als eine gewölbte Fläche über alle Optikkörper erstreckt, durch die Lichtaustrittsflächen der Optikkörper gebildet sein. Licht, das durch die Lichteintrittsfläche in einen Optikkörper tritt kann dann mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit durch die Strahlungsaustrittsfläche eines anderen Optikkörpers, der beispielsweise benachbart angeordnet ist, austreten.

Insgesamt bildet die zusammengesetzte Lichtaustrittsfläche des optischen Elements damit ein optisches Grundelement – beispielsweise eine Konzentratorlinse – für das gesamte optische Element. Das heißt, eine gemeinsame Konzentratorlinse für das Licht aller Lichtquellen des Moduls entsteht erst durch das Zusammensetzen der einzelnen Optikkörper. Mit anderen Worten sind die optischen Eigenschaften der Lichtaustrittsfläche des optischen Elements nicht durch eine einfache Addition der optischen Eigenschaften der Lichtsaustrittsflächen separater Optikkörper gegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das lichtemittierende Modul zumindest einen Optikkörper auf, dessen Lichteintrittsfläche eine Antireflexionsbeschichtung aufweist, die ein dielektrisches Material umfasst. Diese Beschichtung dient zur Entspiegelung der Lichteintrittsfläche des Optikkörpers und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit für den Lichteintritt in den Optikkörper. Bevorzugt sind Lichteintrittsflächen aller Optikkörper des optischen Elements auf diese Art beschichtet. Ferner ist es möglich, dass auch die Lichtaustrittsfläche des Optikkörpers und/oder die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements eine derartige Beschichtung aufweist. Beispielsweise kann die Beschichtung der Lichtdurchtrittsflächen des optischen Elements mittels eines Tauchbeschichtungsverfahrens erfolgen. Dazu eignen sich insbesondere poröse Sol-Gel- Schichten, die eine besonders kostengünstige Beschichtung des Kunststoffs oder Glas, aus dem die Komponenten des optischen Elements gefertigt sind, erlauben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist die Lichteintrittsfläche zumindest eines Optikkörpers eine periodische Mikrostrukturierung auf, die geeignet ist, die Reflexion von elektromagnetischer Strahlung zu verringern. Eine solche periodische Mikrostrukturierung kann zum Beispiel alternativ oder zusätzlich zu einer Antireflexionsbeschichtung erfolgen. Durch Anpassung von Periode und Tiefe der periodischen Mikrostruktur kann die Entspiegelung auf den gewünschten Wellenlängenbereich optimiert sein. Ist die periodische Mikrostrukturierung beispielsweise wellenförmig mit einer Periode zwischen drei und sieben μm und einer Tiefe zwischen sechs und neun μm ausgeführt, so eignet sich die Strukturierung besonders gut für eine Entspiegelung im Wellenlängenbereich von zehn bis zwanzig μm. Mit entsprechend gewählter Periode der Mikrostrukturierung ist auch eine Entspiegelung im sichtbaren Bereich möglich. Dabei ist die Periodenlänge der Strukturierung vorzugsweise kleiner als die zu entspiegelnden Wellenlängen.

Beispielsweise kann die Strukturierung durch die Abformung holographisch erzeugter Stempel in das Material des Optikkörpers erfolgen, der in diesem Fall bevorzugt als Vollkörper ausgebildet ist. Neben den Lichteintrittsflächen der Optikkörper können auch weitere Lichtdurchtrittsflächen des optischen Elements wie die Lichtaustrittsfläche des Optikkörpers und/oder des optischen Elements eine solche periodische Mikrostrukturierung zur Entspiegelung aufweisen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist zumindest einer der Leuchtdiodenchips des Moduls frei von einer Vergussmasse. Das heißt, diesem Leuchtdiodenchip ist kein beispielsweise epoxydharz- oder silikonhaltiger Verguss nachgeordnet. Der Leuchtdiodenchip ist also nicht in einer Vergussmasse eingebettet. Die Lichtauskoppelfläche des Leuchtdiodenchips ist frei zugänglich. Diesem Leuchtdiodenchip ist die Lichteintrittsfläche eines Optikkörpers nachgeordnet, so dass Licht des Leuchtdiodenchips in den Optikkörper einstrahlt, ohne vorher eine Vergussmasse durchstrahlt zu haben. Dies ermöglicht das Einstrahlen von elektromagnetischer Strahlung in den Optikkörper, ohne dass eine Teilabsorption der elektromagnetischen Strahlung in einer Vergussmasse stattfindet. Weiter kann es nicht zu einer Alterung oder einem Ablösen der Vergussmasse kommen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist zwischen der Lichtauskoppelfläche eines Leuchtdiodenchips des Moduls und der Strahlungseintrittsfläche des dem Leuchtdiodenchip zugeordneten Optikkörpers ein Luftspalt angeordnet. Das heißt, Lichteintrittsfläche des Optikkörper und Lichtauskoppelfläche des Leuchtdiodenchips sind nicht durch eine Vergussmasse oder ein Material zur Anpassung des Brechungsindex, zum Beispiel ein Index-Matching-Gel miteinander verbunden, sondern es befindet sich ein Spalt zwischen diesen Flächen, der vorzugsweise mit Luft gefüllt ist. Dabei ist möglich, dass der Leuchtdiodenchip einen dünnen Verguss aufweist, der sich nicht bis zur Lichteintrittsfläche des Optikkörpers hin erstreckt oder dass der Leuchtdiodenchip vergussfrei ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls beträgt der Abstand zwischen Lichteintrittsfläche eines Optikkörpers des optischen Elements und der Lichtaustrittsfläche zumindest eines Leuchtdiodenchips maximal 250 μm, bevorzugt maximal 200 μm, besonders bevorzugt maximal 100 μm. Der Abstand ist bei einem vergussfreien Leuchtdiodenchip dabei lediglich durch einen eventuellen Kontaktierungsdraht, über den der Leuchtdiodenchip beispielsweise n-seitig elektrisch kontaktiert ist, begrenzt. Ein derart geringer Abstand zwischen Lichteintrittsfläche des Optikkörpers und Lichtauskoppelfläche des Leuchtdiodenchips ermöglicht die Einkopplung eines möglichst großen Anteils des vom Leuchtdiodenchip emittierten Lichts in den Optikkörper.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das optische Element einen Halter auf, an dem die Optikkörper befestigt sind. Bei dem Halter kann es sich um eine separate Komponente des optischen Elements handeln oder der Halter ist einstückig mit dem optischen Element ausgebildet. Bevorzugt sind die Optikkörper an ihren, den Lichteintrittsflächen abgewandten Seiten, an diesem Halter befestigt. Die Optikkörper können zum Beispiel am Halter angeklebt, eingerastet oder eingelegt sein. Weiter ist es möglich, dass die Optikkörper integral mit dem Halter verbunden sind. In diesem Fall können die Optikkörper gemeinsam mit dem Halter in einem Spritzguss- oder Spritzpressverfahren gefertigt sein. Weiter ist es möglich, dass auch eine Komponente des optischen Elements – zum Beispiel eine Abdeckplatte, die die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements beinhaltet, am Halter befestigt ist oder mit diesem integral ausgebildet ist.

Der Halter ist bevorzugt rahmenartig, boxartig oder nach Art eines Hohlzylinders mit runder oder ovaler Grundfläche ausgeführt. Die Komponenten des optischen Elements, wie beispielsweise die Optikkörper, sind dann bevorzugt an der dem Träger des Moduls abgewandten Seite des Halters an diesem befestigt.

Der rahmenförmige Halter macht sich dabei unter anderem die Erkenntnis zu nutze, dass thermische Verspannungen des optischen Elements von solch einem Halter besonders gut kompensiert werden. Erwärmt sich zum Beispiel das optische Element beim Betrieb der Lichtquellen, so dehnt sich der auf dem Träger befestigte Halter vom Träger weggerichtet aus. Die Optikkörper, die bevorzugt an der dem Träger abgewandten Seite des Halters befestigt sind, dehnen sich von der dem Träger abgewandten Seite des Halters zum Träger hin aus. Auf diese Weise können sich die thermischen Ausdehnungen des Halters vom Träger weg und des Optikkörpers zum Träger hin ausgleichen. Der Abstand der Lichtauskoppelflächen der Leuchtdiodenchips von den Lichteintrittsflächen der Optikkörper bleibt auf diese Weise zumindest annähernd konstant. Bevorzugt weisen Halter und Optikkörper dabei aneinander angepasste thermische Ausdehnungskoeffizienten auf und sind dazu beispielsweise aus dem gleichen Material gebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umschließt der Halter die Optikkörper des optischen Elements von zumindest vier Seiten. In diesem Fall erstrecken sich Seitenflächen des Halters entlang der Optikkörper. Der Halter kann dazu beispielsweise nach Art einer Box oder eines Hohlzylinders ausgebildet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umschließt der Halter die Lichtquellen von zumindest vier Seiten. Dazu kann der Halter beispielsweise boxartig ausgebildet sein. Die Seitenflächen des Halters stehen dazu zumindest stellenweise in Kontakt mit dem Träger des Moduls – zum Beispiel liegen sie auf dem Träger auf. Auf diese Weise stellt der Halter einen mechanischen Schutz der Lichtquellen, die zum Beispiel unvergossene Leuchtdiodenchips umfassen, dar.

Es wird ferner ein optisches Projektionsgerät angegeben. Vorzugsweise weist das optische Projektionsgerät zumindest ein lichtemittierendes Modul gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen auf. Bevorzugt weist das optische Projektionsgerät mehrerer solcher lichtemittierenden Module auf, die zum Beispiel geeignet sein könne, Licht unterschiedlicher Farben zu erzeugen. So kann eines der Module geeignet sein, Licht im grünen Spektralbereich zu emittieren. Ein weiteres Modul kann geeignet sein, Licht im roten Spektralbereich zu emittieren. Ein drittes Modul kann geeignet sein, Licht im blauen Spektralbereich zu erzeugen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts sind die lichtemittierenden Module an den Seitenflächen eines dichroitischen Strahlverteilers (X-Cube) angeordnet. Wird in diesen X-Cube an drei unterschiedlichen Seitenflächen rotes, blaues und grünes Licht zu gleichen Zeiten und mit geeigneten Intensitäten eingestrahlt, so verlässt weißes Mischlicht den X-Cube durch eine weitere Seitenfläche.

Gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel des optischen Projektionsgeräts kann das optische Projektionsgerät weiter eine bildgebende Einheit wie zum Beispiel ein Array aus getrennt ansteuerbaren Mikrospiegeln (digital mirror device – DMD) oder eines LCD-Pannels enthalten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts kann das optische Projektionsgerät eine Projektionslinse enthalten, die geeignet ist, das aus zumindest einem der lichtemittierenden Module stammende Licht auf eine Projektionsfläche zu projizieren.

Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des lichtemittierenden Moduls sowie des optischen Projektionsgerätes ergeben sich aus den im folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen:

Es zeigen:

1 eine schematische Perspektivskizze eines ersten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls,

2A eine schematische Perspektivskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls,

2B eine schematische Perspektivskizze des optischen Elements für das zweite Ausführungsbeispiel des lichtemittierenden Moduls,

2C eine schematische Schnittdarstellung des optischen Elements, wie es in 2A gezeigt ist, aus einer ersten Richtung gesehen,

2D eine schematische Schnittdarstellung des optischen Elements, wie es in 2A gezeigt ist, aus einer zweiten Richtung gesehen,

3 eine schematische Perspektivskizze eines dritten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls,

4A eine schematische Perspektivskizze eines vierten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls,

4B und 4C schematische Perspektivskizzen von Optikkörpern des optischen Elements des vierten Ausführungsbeispiels,

4D eine schematische Schnittdarstellung eines Optikkörpers wie er im vierten Ausführungsbeispiel des Moduls Verwendung findet,

5 den Verlauf einer optimierten Lichtaustrittsfläche für ein Ausführungsbeispiel des optischen Elements,

6A und 6B schematische Schnittdarstellungen von Optikkörpern für Ausführungsbeispiele des optischen Elements,

7A, 7B und 7C schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen des optischen Elements, und

8 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optischen Projektionsgerätes.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt.
1 zeigt eine schematische Perspektivskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls.
Das lichtemittierende Modul 20 des ersten Ausführungsbeispiels weist zwei Lichtquellen 1 auf. Die Lichtquellen 1 umfassen jeweils zwei mal drei Leuchtdiodenchips 2. Jeder Lichtquelle 1 ist der Optikkörper 3 eines optischen Elements 5 nachgeordnet.
Bei den Optikkörpern 3 des Ausführungsbeispiels der 1 handelt es sich um nichtabbildende Konzentratoren, die nach Art einer weiter oben beschriebenen CPC-Optik ausgebildet sind. Bevorzugt sind diese Konzentratoren als Vollkörper ausgeführt, so dass die Seitenwände durch totale interne Reflexion das Licht von der Strahlungseuntrittsfläche zur Strahlungsaustrittsfläche 4 führen.
Die Optikkörper 3 führen das Licht der Lichtquellen 1 zu einer Abdeckplatte des optischen Elements 5, die die Strahlungsaustrittsfläche 4 des optischen Elements 5 umfasst. Die Strahlungsaustrittsfläche 4 des optischen Elements 5 ist dabei den Strahlungsaustrittsflächen 40 der Optikkörper 3 nachgeordnet.
Die Optikkörper 3 und die Strahlungsaustrittsfläche 4 sind an einem Halter 13 befestigt, der Passstifte 8 umfasst. Die Passstifte 8 greifen in korrespondierende Ausnehmungen 6 des Trägers 7 des lichtemittierenden Moduls 20. Die Passstifte 8 tragen dabei zur mechanischen Befestigung und/oder zur Justage des optischen Elements 5 auf den Träger 7 bei.
Der Träger 7 ist beispielsweise durch eine Metallkernplatine gebildet, die Bohrungen 12 aufweisen kann, über die der Träger 7 auf einen Modulträger (nicht gezeigt) befestigt, zum Beispiel aufgeschraubt werden kann. Dabei enthält die Metallkernplatine bevorzugt gut Wärme leitende Metalle wie Aluminium oder Kupfer.
Der Träger 7 weist Leiterbahnen 9 auf, die eine Steckverbindung 10, mittels der das Modul von außen elektrisch kontaktiert werden kann, mit den Lichtquellen 1 verbinden.
Die Leuchtdiodenchips 2 der Lichtquellen 1 sind zum Beispiel auf einen Keramikträger 11 aufgebracht, der Durchkontaktierungen (Vias) aufweist, um die Leuchtdiodenchips 2 mit den Leiterbahnen 9 des Trägers 7 zu kontaktieren. Die Strahlungsauskoppelfläche eines Leuchtdiodenchips 2 einer Lichtquelle 1 weist beispielsweise eine Fläche von circa einem mm² auf. Der Abstand der Leuchtdiodenchips 2 einer Lichtquelle 1 untereinander beträgt bevorzugt weniger als 100 μm.
Bei den Leuchtdiodenchips 2 handelt es sich besonders bevorzugt um so genannte Dünnfilmleuchtdiodenchips.
Das heißt, wenigstens ein Leuchtdiodenchip 2 weist eine Lichtauskoppelfläche auf, durch die ein Großteil der vom Leuchtdiodenchip 2 emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird. Besonders bevorzugt tritt die gesamte vom Leuchtdiodenchip 2 emittierte Strahlung durch die Lichtauskoppelfläche aus. Die Lichtauskoppelfläche ist beispielsweise durch einen Teil der Oberfläche des Leuchtdiodenchips 2 gegeben. Bevorzugt ist die Strahlungsauskoppelfläche durch eine Hauptfläche des Leuchtdiodenchips 2 gegeben, die beispielsweise parallel zu einer Epitaxieschichtenfolge des Leuchtdiodenchips 2 angeordnet ist, welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Dazu kann die Epitaxieschichtenfolge beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur kann jegliche Struktur umfassen, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter Anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip 2 um einen Leuchtdiodenchip bei dem das Aufwachssubstrat zumindest teilweise entfernt ist und auf dessen dem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgewandte Oberfläche ein Trägerelement aufgebracht ist.
Das Trägerelement kann, verglichen mit einem Aufwachssubstrat, relativ frei gewählt werden. Bevorzugt wird ein Trägerelement gewählt, das hinsichtlich seines Temperaturausdehnungskoeffizienten besonders gut an die strahlungserzeugende Epitaxieschichtenfolge angepasst ist. Weiter kann das Trägerelement ein Material enthalten, das besonders gut Wärme leitend ist. Auf diese Weise wird die im Betrieb vom Leuchtdiodenchip 2 erzeugte Wärme besonders effizient an den Träger 7 abgeführt.
Solche, durch das Entfernen des Aufwachssubstrats hergestellten Leuchtdiodenchips 2, werden oftmals als Dünnfilmleuchtdiodenchips bezeichnet und zeichnen sich bevorzugt durch zumindest eines der folgenden Merkmale aus:

– An einer zum Trägerelement hingewandten ersten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht oder Schichtenfolge aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert.
– Die Epitaxieschichtenfolge weist bevorzugt eine Dicke von maximal 20 μm, besonders bevorzugt von maximal 10 μm auf.
– Weiter enthält die Epitaxieschichtenfolge bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist. Im Idealfall führt diese Durchmischungsstruktur zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichts in der Epitaxieschichtenfolge, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch, stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer at al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 18. Oktober 1993, Seiten 2174 bis 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt das Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips betreffend hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Der Abstand zwischen den Zentren der beiden Lichtquellen 1 des lichtemittierenden Moduls 20 beträgt im Ausführungsbeispiel der 1 zwischen fünf und sechs mm.
2A zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls 20.
Im Unterschied zum in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das lichtemittierende Modul 20 der 2A einen boxenartig ausgebildeten Halter 13 des optischen Elements 5 auf. Das heißt, das optische Element 5 weist einen Halter 13 auf (siehe auch die Schnittansicht entlang der Linien AA' der 2B und die Schnittansicht entlang der Linien BB' der 2C), der die Lichtquellen 1 und die Optikkörper 3 von vier Seiten umschließt. Dabei liegen Seitenflächen des Halters 13 stellenweise auf dem Träger 7 auf. Damit stellt das optische Element 5 der 2A einen mechanischen Schutz der Leuchtdiodenchips 2 und der Optikkörper 3 dar. Die Leuchtdiodenchips 2 können daher beispielsweise vergussfrei sein. Die Lichteintrittsflächen 14 der Optikkörper 3 sind bevorzugt in einem Abstand zwischen 100 und 250 μm von der Strahlungsauskoppelfläche der Leuchtdiodenchips 2 angeordnet. Der Spalt zwischen Leuchtdiodenchips 2 und Lichteintrittsfläche 14 ist vorzugsweise mit Luft gefüllt.
Die Optikkörper 3 des optischen Elements 5 sind im Ausführungsbeispiel der 2A bevorzugt separat voneinander gefertigte Vollkörper, die am Halter 13 befestigt sind. Sie weisen jeweils eine Strahlungsaustrittsfläche 40 auf. Die Strahlungsaustrittsflächen 40 der Optikkörper 3 ergänzen sich zur Strahlungsaustrittsfläche 4 des optischen Elements 5 (siehe auch die schematischen Schnittdarstellungen der 2C und 2D). Dabei ist es möglich, dass Licht, das durch die Strahlungseistrittsfläche 14 eines Optikkörpers 3 eintritt, durch die Strahlungsaustrittsfläche eines anderen Optikkörpers aus dem optischen Element 5 austritt. Beispielsweise handelt es sich bei den Optikkörpern 3 um Pyramidenstumpfoptiken. Das Licht des zu zwei Lichtquellen 1 aufgeteilten Arrays von Leuchtdiodenchips 1 wird dann von den Optikkörpern 3 eingesammelt und auf eine rechteckige Lichtaustrittsfläche 4 des optischen Elements 3 umverteilt.
Das optische Element 5 ist bevorzugt mittels Passstiften 8, die einen sternförmigen Querschnitt aufweisen, auf dem Träger 7 befestigt und/oder justiert. Die Länge des Trägers 7 beträgt im in Verbindung mit 2A gezeigten Ausführungsbeispiel des lichtemittierenden Moduls 20 circa 4,0 cm. Die Breite beträgt circa 2,5 Zentimeter. Die Höhe des optischen Elements 5 beträgt vom Träger bis zum Scheitelpunkt der Strahlungsaustrittsfläche 4 circa 2,5 cm. Jeder Optikkörper 3 ist dabei einem Array von 2 × 3 Leuchtdiodenchips 2 nachgeordnet. Im Vergleich dazu müsste ein einzelner Optikkörper, der zwölf Leuchtdiodenchips nachgeordnet ist, circa die doppelte Länge aufweisen, um die gleiche optische Wirkung zu erzielen wie das optische Element 5 wie es in Verbindung mit 2B beschrieben ist.
3 zeigt eine schematische Perspektivskizze eines dritten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optische Element 5 einstückig ausgebildet. Zwischen den Optikkörpern 3, die als Pyramidenstümpfe ausgebildet sind, befindet sich bedingt durch das Herstellungsverfahren ein Steg 17. Der Steg 17 ist vorzugsweise besonders dünn gewählt, um die optischen Eigenschaften des optischen Elements 5 möglichst kaum zu beeinflussen. Bevorzugt beträgt die Breite des Stegs 17 höchstens 0,25 mm.
4a zeigt eine schematische Perspektivskizze eines vierten Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls. Die 4B und 4C zeigen schematische Perspektivdarstellungen der Optikkörper 3 dieses Moduls. Die Optikkörper 3 sind an einem Halter 13 befestigt. Ihre Lichtaustrittsflächen 40 ergänzen sich zur Lichtaustrittsfläche 4 des optischen Elements 3. Dabei ist es möglich, dass Strahlung, die an der Lichteistrittsfläche 14 des einen Optikkörpers 3 eingekoppelt wird durch die Strahlungsaustrittsfläche 40 des anderen Optikkörpers aus dem Modul austritt. Die zusammengesetzte Lichtaustrittsfläche 4 stellt daher eine Lichtaustrittsfläche für das gesamten Modul 20 dar.
Die Optikkörper 3 des optischen Elements 5 weisen in diesem Ausführungsbeispiel asymmetrische Pyramidenstümpfe 3a als optischen Konzentratoren auf. Das heißt, eine Mittelachse, die senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche 14 durch deren geometrisches Zentrum verläuft fällt nicht mit einer Mittelachse zusammen, die durch das geometrische Zentrum der Lichtaustrittsfläche 40 läuft. Die Lichtaustrittsfläche 4 des optischen Elements dient dabei vorzugsweise als Konzentratorlinse. Ihre dezentrale Anordnung relativ zur Strahlungseintrittsfläche 14 des Optikkörpers 3 trägt zur Kompensation der Asymmetrie des Pyramidenstumpfes 3a, der den Optikkörper 3 bildet, bei. 4D zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung des optischen Elements 3 anhand von Beispielsstrahlen wie eine dezentralisierte linsenförmige Lichtaustrittsfläche 40 die Asymmetrie des asymmetrischen Pyramidenstumpfes 3a kompensieren kann.
5 zeigt einen optimierten Verlauf der Strahlungsaustrittsfläche 40 für einen Optikkörper wie er zum Beispiel in Verbindung mit den 6A und 6B gezeigt ist. 5 zeigt den Verlauf der Strahlungsaustrittsfläche 40 von der Mitte bis zum Rand. 5 gibt dabei die Pfeilhöhe (Sag) in Millimeter abhängig vom Radius an. Die Lichtaustrittsfläche 40 des Optikkörpers 3 ist beispielsweise mittels eines Raytracing-Verfahrens optimiert. Tabelle 1 gibt dazu die Koordinaten ausgewählter Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche 40 eine Optikkörpers 3 an.
6A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Optikkörpers 3 mit Strahlungsaustrittsfläche 40. Die Länge des Pyramidenstumpfes 3a beträgt dabei beispielsweise circa 18 mm. Die Dicke der Abdeckplatte 3b, die dem Pyramidenstumpf 3a nachfolgt und mit diesem bevorzugt integral ausgebildet ist, beträgt circa 2,5 mm. Die Länge des Optikkörpers 3 von der Strahlungseintrittsfläche 14 bis zum Scheitelpunkt der Strahlungsaustrittsfläche 40 beträgt circa 22 mm. Die Strahlungsaustrittsfläche 40 des Optikkörpers 3, wie er in 6A gezeigt ist, weist dabei eine konvexe Krümmung 15 auf.
6B zeigt eine schematische Schnittdarstellung von Optikkörpern 3, die an ihren Strahlungsaustrittsflächen 40 miteinander verbunden sind. Die Strahlungsaustrittflächen 40 der Optikkörper 3 ergänzen sich zur Strahlungsaustrittsfläche 4 eines optischen Elements 5. Die Strahlungsaustrittsfläche 4 des optischen Elements weist konvex gekrümmte Teilbereiche 15 und konkav gekrümmte Teilbereiche 16 auf.
Die 7A, 7B und 7C zeigen schematische Schnittdarstellungen von optischen Elementen 5 die jeweils zwei Lichtquellen 1 nachgeordnet sind.
Die Optikkörper 3 der 7A weisen jeweils ebene Lichtaustrittsflächen 40 auf, die zusammen eine ebene Lichtaustrittsfläche 4 eines optischen Elements 5 bilden.
7B zeigt zwei Optikkörper 3 die jeweils eine gekrümmte Lichtaustrittsfläche 40 aufweisen. Die Lichtaustrittsflächen 40 der Optikkörper 3 ergänzen sich zu einer Lichtaustrittsfläche 4 des optischen Elements 5, die über beide Optikkörper 3 gewölbt ist und sich kuppelartig über die Optikkörper 3 erstreckt.
7C zeigt zwei Optikkörper 3, bei denen die Lichtaustrittsflächen 40 jeweils nach Art einer Linse gewölbt sind. Die aus den Lichtaustrittsflächen 40 der Optikkörper 3 zusammengesetzte Lichtaustrittsfläche 4 des optischen Elements 5 weist konvexe Teilbereiche 15 und einen konkaven Teilbereich 16 auf, der die konvexen Teilbereiche 15 miteinander verbindet. Der konkave Teilbereich 16 ist an der Stelle, an der sich die Optikkörper 3 berühren, durch einen spitz zulaufenden Graben gegeben, der sich in der Strahlungsaustrittsfläche 4 des optischen Elements 3 erstreckt.
Bevorzugt sind die optischen Elemente 5 der 7A bis 7B jeweils zweiteilig ausgeführt und an den Strahlungseintrittsflächen 40 der Optikkörper 3 zusammengesetzt. Die Optikköper 3 können miteinander verklebt sind und/oder sie sind durch eine Halter 13 zusammengehalten.
Die Strahlungseintrittsflächen 14 sowie die Strahlungsauntrittsflächen 40 der Optikkörper 3 können zusätzlich Beschichtungen (nicht gezeigt) oder periodische Mikrostrukturierungen („Mottenaugenstrukturen") aufweisen, die zur Entspiegelung dieser Lichtdurchtrittsflächen geeignet sind. Bei der Beschichtung insbesondere der Lichteintrittsfläche 14 der Optikkörper 3 ist wegen der Nähe zu den im Betrieb wärmeerzeugenden Lichtquellen auf eine besonders hohe Wärme- und Wärmewechselbeständigkeit zu achten.
8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts. Das optische Projektionsgerät weist drei lichtemittierende Module 20 auf, wie sie beispielsweise in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben sind. Eines der Module 20a ist beispielsweise geeignet, rotes Licht zu erzeugen. Ein weiteres Modul 20b kann geeignet sein, blaues Licht zu erzeugen. Das dritte Modul 20c kann geeignet sein, grünes Licht zu erzeugen. Die Module 20a bis 20c sind an den Seitenflächen eines X-Cubes 30 angeordnet, in den sie ihr Licht einstrahlen können. Je nach dem welche der Module gleichzeitig leuchten, verlässt Strahlung 34 den X-Cube 30.
Die Strahlung 34 trifft auf ein Array aus getrennt voneinander ansteuerbaren Mikrospiegeln 31, das als bildgebendes Element dient. Alternativ können LCD-Pannels zwischen den Modulen 20a bis 20c und dem X-Cube als bildgebende Elemente angeordnet sein. Ein Teil der von den Mikrospiegeln reflektierten Strahlung 35 tritt durch eine Projektionslinse 32 und wird von dort auf einen Projektionsschirm projiziert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Lichtemittierendes Modul (20), mit zumindest zwei Lichtquellen (1), die auf eine gemeinsamen Träger (7) aufgebracht sind, wobei – zumindest eine der Lichtquellen (1) wenigstens zwei Leuchtdiodenchips (2) umfasst, – jeder Lichtquelle (1) ein Optikkörper (3) eines optischen Elements (5) nachgeordnet ist, und – die Optikkörper (3) geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu einer Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) zu führen.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem zumindest einer der Optikkörper (3) einen nicht abbildenden optischen Konzentrator umfasst.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Optikkörper (3) eine Pyramidenstumpf-Optik (3a) umfasst.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Optikkörper (3) eine asymmetrische Pyramidenstumpf-Optik umfasst.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Optikkörper (3) als Vollkörper ausgebildet ist.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das optische Element (5) mehrstückig ausgebildet ist.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das optische Element (5) einstückig ist.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) durch eine konvexe Fläche (15) gebildet ist, die sich über die Lichtaustrittsflächen (40) der Optikkörper (3) erstreckt.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) konvexe Teilbereiche (15) aufweist, die durch konkave Teilbereiche (16) miteinander verbunden sind.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) konvexe Teilbereiche (15) aufweist, die durch ebene Flächen miteinander verbunden sind.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) aus den Lichtaustrittsflächen (40) der Optikkörper (3) zusammengesetzt ist.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Lichteintrittsfläche (14) zumindest einer der Optikkörper (3) eine Anti-Reflektionsbeschichtung aufweist, die ein dielektrisches Material umfasst.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichteintrittsfläche (14) zumindest einer der Optikkörper (3) eine periodische Mikrostrukturierung aufweist, die geeignet ist, die Reflektion von elektromagnetischer Strahlung zu vermindern.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche(4) des optischen Elements (5) eine Anti-Reflektionsbeschichtung aufweist, die ein dielektrisches Material umfasst.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtaustrittsfläche (4) des optischen Elements (5) eine periodische Mikrostrukturierung aufweist, die geeignet ist, die Reflektion von elektromagnetischer Strahlung zu vermindern.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Leuchtdiodenchip (2) unvergossen ist.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen einer Lichtauskoppelfläche zumindest eines Leuchtdiodenchips (2) und einer Lichteintrittsfläche (14) eines Optikkörpers (3) ein Spalt angeordnet ist, der Luft enthält.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Abstand zwischen der Lichtauskoppelfläche zumindest eines Leuchtdiodenchips (2) und der Lichteintrittsfläche (14) eines Optikkörpers (3) maximal 250 μm beträgt.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Halter (13), an dem die Optikkörper (3) befestigt sind.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Optikkörper (3) integral mit dem Halter (13) verbunden sind.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Halter (13) die Optikkörper (3) von zumindest vier Seiten umschließt.
Lichtemittierendes Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Halter (13) die Lichtquellen (1) von zumindest vier Seiten umschließt.
Optisches Projektionsgerät mit einem lichtemittierenden Modul (20) gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche und einer Projektionsoptik (32), die dem lichtemittierenden Modul (20) nachgeordnet ist.