DE102006045440A1

DE102006045440A1 - Optisches Projektionsgerät

Info

Publication number: DE102006045440A1
Application number: DE102006045440A
Authority: DE
Inventors: Stefan GRÖTSCH; Uwe Dr. Strauss; Georg Bogner; Gerhard Dr. Kuhn
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008040308A1

Abstract

Es wird ein optisches Projektionsgerät angegeben, mit - einer Lichtquelle (1) umfassend zumindest zwei Leuchtdiodenchips (20), wobei die Lichtquelle (1) eine Leuchtfläche (22) aufweist, die sich aus den Strahlungsaustrittsflächen (2) der im Betrieb der Lichtquelle (1) bestromten Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) und den optischen Abständen (D1, D2) zwischen den Strahlungsaustrittsflächen (2) der bestromten Leuchtdiodenchips (20) zusammensetzt und bei der die Leuchtfläche (22) ein erstes Seitenverhältnis aus der Länge (L1) der Leuchtfläche (22) zur Breite (B1) der Leuchtfläche (22) aufweist, wobei - das Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes (200) mit einem zweiten Seitenverhältnis aus der Länge (L2) des Bildes zur Breite (B2) des Bildes vorgesehen ist, und - das erste (L1:B1) und das zweite Seitenverhältnis (L2:B2) aneinander angepasst sind.

Description

Es wird ein optisches Projektionsgerät angegeben.
Die Druckschrift US 5,633,755 beschreibt ein optisches Projektionsgerät.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein optisches Projektionsgerät anzugeben, bei dem das Licht einer Lichtquelle des Projektionsgeräts besonders effizient genutzt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts umfasst das optische Projektionsgerät eine Lichtquelle, die zumindest zwei Leuchtdiodenchips umfasst. Bevorzugt umfasst die Lichtquelle eine Vielzahl von Leuchtdiodenchips – beispielsweise vier oder mehr Leuchtdiodenchips. Dabei ist es möglich, dass das optische Projektionsgerät zwei oder mehr solcher Lichtquellen umfasst.
Die Lichtquelle des optischen Projektionsgeräts weist eine Leuchtfläche auf. Die Leuchtfläche der Lichtquelle ist durch die Strahlungsaustrittsflächen der im Betrieb der Lichtquelle bestromten Leuchtdiodenchips und den optischen Abständen zwischen den Strahlungsaustrittsflächen der bestromten Leuchtdiodenchips gebildet.
Das heißt, die Leuchtfläche setzt sich aus den Flächen der Leuchtdioden der Lichtquelle zusammen, durch die im Betrieb der Lichtquelle elektromagnetische Strahlung die Leuchtdiodenchips verlässt, und den Flächen zwischen den Strahlungsaustrittsflächen der Leuchtdiodenchips, die beispielsweise durch eine Beabstandung der Leuchtdiodenchips zueinander gebildet sind. Dabei ist es auch möglich, dass die Leuchtdiodenchips der Lichtquelle in mehrere Gruppen unterteilt sind, wobei jeder Gruppe von Leuchtdiodenchips eine Primäroptik zugeordnet ist.
Die von den Leuchtdiodenchips im Betrieb der Lichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung kann von den Primäroptiken derart geführt werden, dass der optische Abstand zwischen den Gruppen von Leuchtdiodenchips effektiv gleich Null ist, auch wenn der tatsächliche Abstand zwischen Leuchtdiodenchips der einzelnen Leuchtdiodengruppen größer ist. Das heißt, die Primäroptiken sind geeignet, die von den Gruppen emittierte Strahlung derart zusammenzuführen, dass die zusammengeführte elektromagnetische Strahlung wie von einer einzigen Leuchtfläche kommend erscheint, die aus den Leuchtflächen der beiden Gruppen ohne Abstand zusammengesetzt ist.
Die Leuchtfläche der Lichtquelle ist vorzugsweise von rechteckiger Form und weist eine Länge der Leuchtfläche und eine Breite der Leuchtfläche auf. Die Leuchtfläche weist ein erstes Seitenverhältnis auf, das aus Länge der Leuchtfläche zur Breite der Leuchtfläche gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist das optische Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes vorgesehen. Das Bild ist vorzugsweise von rechteckiger Form und weist eine Breite des Bildes und eine Länge des Bildes auf. Beispielsweise wird das Bild vom optischen Projektionsgerät auf eine Projektionsfläche projiziert. Das Bild weist ein zweites Seitenverhältnis auf, das durch das Verhältnis von der Länge des Bildes zur Breite des Bildes gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts sind das erste und das zweite Seitenverhältnis, das heißt, das Seitenverhältnis der Leuchtfläche der Lichtquelle und das Seitenverhältnis des vom Projektionsgerät dargestellten Bildes aneinander angepasst. "Aneinander angepasst" heißt vorzugsweise, dass das erste und das zweite Seitenverhältnis in etwa gleich sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät eine Lichtquelle umfassend zumindest zwei Leuchtdiodenchips auf, wobei die Lichtquelle eine Leuchtfläche aufweist, die sich aus den Strahlungsaustrittsflächen der im Betrieb der Lichtquelle bestromten Leuchtdiodenchips der Lichtquelle und den optischen Abständen zwischen den Strahlungsaustrittsflächen der bestromten Leuchtdiodenchips zusammensetzt und bei der die Leuchtfläche ein erstes Seitenverhältnis aus der Länge der Leuchtfläche zur Breite der Leuchtfläche aufweist, wobei das optische Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes mit einem zweiten Seitenverhältnis aus der Länge des Bildes zur Breite des Bildes vorgesehen ist, und das erste und das zweite Seitenverhältnis aneinander angepasst sind.
Alternativ ist es gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts möglich, dass die Lichtquelle genau einen Leuchtdiodenchip umfasst, wobei die Lichtquelle eine Leuchtfläche aufweist, die durch die Strahlungsaustrittsfläche des genau einen Leuchtdiodenchips gebildet ist und bei der die Leuchtfläche ein erstes Seitenverhältnis aus der Länge der Leuchtfläche zur Breite der Leuchtfläche aufweist, wobei das optische Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes mit einem zweiten Seitenverhältnis aus der Länge des Bildes zur Breite des Bildes vorgesehen ist, und das erste und das zweite Seitenverhältnis aneinander angepasst sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist das erste Seitenverhältnis in etwa gleich dem zweiten Seitenverhältnis. "In etwa gleich" bedeutet beispielsweise, dass das zweite Seitenverhältnis maximal um 2,5 Prozent, bevorzugt maximal um 1,5 Prozent, besonders bevorzugt maximal um 0,5 Prozent vom ersten Seitenverhältnis abweicht. "In etwa gleich" kann ferner bedeuten, dass im Rahmen der Herstellungstoleranzen der Lichtquelle – das heißt beispielsweise im Rahmen der Herstellungstoleranz der Leuchtdiodenchips der Lichtquelle und der Justagegenauigkeit der Leuchtdiodenchips zueinander – das erste Seitenverhältnis gleich dem zweiten Seitenverhältnis ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist das zweite Seitenverhältnis – das heißt, das Seitenverhältnis des projizierten Bildes – sechzehn zu neun (16:9). Das erste Seitenverhältnis – das heißt, das Seitenverhältnis der Leuchtfläche der Lichtquelle – ist dann vorzugsweise auch in etwa gleich sechzehn zu neun.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist das zweite Seitenverhältnis – das heißt, das Seitenverhältnis des projizierten Bildes – drei zu zwei (3:2). Das erste Seitenverhältnis – das heißt das Seitenverhältnis der Leuchtfläche der Lichtquelle – ist dann vorzugsweise in auch etwa gleich drei zu zwei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät ein Array von Mikrospiegeln auf. Die Mikrospiegel des Arrays bilden zusammen ein Digital Mirror Device (DMD). Das Array von Mikrospiegeln stellt im optischen Projektionsgerät einen Lichtmodulator dar. Das Array von Mikrospiegeln wird von der Lichtquelle des optischen Projektionsgeräts vorzugsweise möglichst homogen ausgeleuchtet und reflektiert zumindest einen Teil des Lichts der Lichtquelle auf die Projektionsfläche.
Das Array von Mikrospiegeln weist eine Spiegelfläche auf, die sich aus den Spiegelflächen der Mikrospiegel des Arrays zusammensetzt.
Vorzugsweise ist die Spiegelfläche des Arrays von Mikrospiegeln rechteckig und weist eine Länge der Spiegelfläche und eine Breite der Spiegelfläche auf. Die Spiegelfläche weist ein drittes Seitenverhältnis auf, das aus der Länge der Spiegelfläche zur Breite der Spiegelfläche gebildet ist.
Vorzugsweise sind das dritte Seitenverhältnis und das erste Seitenverhältnis – das heißt das Seitenverhältnis der Leuchtfläche der Lichtquelle – aneinander angepasst. Das heißt beispielsweise, das dritte Seitenverhältnis ist in etwa gleich dem zweiten Seitenverhältnis. "In etwa gleich" bedeutet beispielsweise, dass das dritte Seitenverhältnis maximal um 2,5 Prozent, bevorzugt maximal um 1,5 Prozent, besonders bevorzugt maximal um 0,5 Prozent vom ersten Seitenverhältnis abweicht. "In etwa gleich" kann ferner bedeuten, dass im Rahmen der Herstellungstoleranzen der Lichtquelle – das heißt beispielsweise im Rahmen der Herstellungstoleranz der Leuchtdiodenchips der Lichtquelle und der Justagegenauigkeit der Leuchtdiodenchips zueinander – das erste Seitenverhältnis gleich dem dritten Seitenverhältnis ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist zumindest ein Mikrospiegel des Arrays von Mikrospiegeln um eine Kippachse kippbar. Vorzugsweise ist jeder Mikrospiegel des Arrays um eine Kippachse kippbar. Der Mikrospiegel ist in zwei Richtungen um einen Kippwinkel um die Kippachse kippbar. Beträgt der Kippwinkel beispielsweise α, so ist der Mikrospiegel um die Winkel – α und + α um die Kippachse kippbar. Vorzugsweise ist jeder Mikrospiegel des Arrays von Mikrospiegeln um den Kippwinkel um seine Kippachse in zwei Richtungen kippbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts gilt folgende Beziehung zwischen der Leuchtfläche der Lichtquelle und der Spiegelfläche des Arrays von Mikrospiegeln: Die Länge L1 der Leuchtfläche ist vorzugsweise in etwa gleich der Länge L3 der Spiegelfläche mal dem Sinus des Kippwinkels α der Mikrospiegel des Arrays. Die Breite D1 der Leuchtfläche ist vorzugsweise in etwa gleich der Breite B3 der Spiegelfläche mal dem Sinus des Kippwinkels α.
Idealisiert gilt also: L1 = L3·sin(α) B1 = B3·sin(α)
Das hier beschriebene optische Projektionsgerät macht sich dabei unter anderem die Idee zu nutze, dass die Leuchtfläche der Lichtquelle derart an die Spiegelfläche des Arrays von Mikrospiegeln angepasst ist, dass die Leuchtfläche dem Etendue des Arrays von Mikrospiegeln entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist zumindest ein Leuchtdiodenchip der Lichtquelle eine rechteckige, nicht quadratische Strahlungsaustrittsfläche auf. Das heißt, die Länge der Strahlungsaustrittsfläche ist vorzugsweise ungleich der Breite der Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips. Durch eine derartige Anpassung der Form der Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips ist eine Anpassung des Seitenverhältnisses der Leuchtfläche zum Seitenverhältnis des Bildes und/oder zum Seitenverhältnis der Spiegelfläche des Arrays von Mikrospiegeln besonders gut möglich. Bevorzugt weist jeder Leuchtdiodenchip der Lichtquelle eine rechteckige, nicht quadratische Strahlungsaustrittsfläche auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist zumindest ein Leuchtdiodenchip der Lichtquelle eine erste Hauptfläche auf. Die erste Hauptfläche umfasst die Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips sowie eine nicht-emittierende Fläche, durch die im Betrieb des Leuchtdiodenchips keine elektromagnetische Strahlung tritt. Bevorzugt ist die erste Hauptfläche genau aus diesen beiden Flächen zusammengesetzt. Bevorzugt ist dies für alle Leuchtdiodenchips der Lichtquelle der Fall.
Die nicht-emittierende Fläche umfasst vorzugsweise eine Kontaktstelle des Leuchtdiodenchips, über die der Leuchtdiodenchip elektrisch kontaktierbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Kontaktstelle um ein Bondpad. Ferner ist es möglich, dass die nicht-emittierende Fläche durch die Kontaktstelle gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts erstreckt sich zumindest bei einem Leuchtdiodenchip der Lichtquelle die nicht-emittierende Fläche über die gesamte Breite der ersten Hauptfläche. Die nicht-emittierende Fläche ist beispielsweise als Streifen ausgebildet, dessen Breite kleiner als die Länge der ersten Hauptfläche des Leuchtdiodenchips ist. Der Streifen erstreckt sich dann über die gesamte Breite der ersten Hauptfläche des Leuchtdiodenchips. Die nicht-emittierende Fläche kann dabei eine Kontaktstelle des Leuchtdiodenchips umfassen oder aus der Kontaktstelle gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts erstreckt sich zumindest bei einem Leuchtdiodenchip der Lichtquelle die nicht-emittierende Fläche über die gesamte Länge der ersten Hauptfläche. Die nicht-emittierende Fläche ist beispielsweise als Streifen ausgebildet, dessen Breite kleiner als die Breite der ersten Hauptfläche des Leuchtdiodenchips ist. Der Streifen erstreckt sich dann über die gesamte Länge der ersten Hauptfläche des Leuchtdiodenchips. Die nicht-emittierende Fläche kann dabei eine Kontaktstelle des Leuchtdiodenchips umfassen oder aus der Kontaktstelle gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist zumindest ein Leuchtdiodenchip der Lichtquelle ein Dünnfilmleuchtdiodenchip. Vorzugsweise ist jeder Leuchtdiodenchip der Lichtquelle ein Dünnfilmleuchtdiodenchip.
Das heißt, die Leuchtdiodenchips umfassen eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge, bei der ein Aufwachssubstrat entweder gedünnt oder vollständig entfernt ist. Die epitaktisch gewachsenen Schichten sind dann mit ihrer dem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgewandten Oberfläche auf einem Träger oder direkt auf eine Leiterplatte aufgebracht. Optoelektronische Halbleiterchips in Dünnfilmbauweise sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/13281 oder EP 0905797 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Dünnfilmbauweise von optoelektronischen Halbleiterchips hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen ist. Ein Dünnfilmleuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem optischen Projektionsgerät.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts umfasst das optische Projektionsgerät eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist zur Einstellung des ersten Seitenverhältnisses – das heißt, des Seitenverhältnisses der Leuchtfläche der Lichtquelle – geeignet. Dazu ist die Steuervorrichtung vorzugsweise geeignet, die Anzahl der im Betrieb der Lichtquelle bestromten Leuchtdiodenchips einzustellen. "Beispielsweise in einem ersten Betriebszustand des optischen Projektionsgeräts sind alle Leuchtdiodenchips der Lichtquelle bestromt. Die Leuchtfläche, die sich aus den Strahlungsaustrittsflächen der Leuchtdiodenchips und den optischen Abstanden zwischen den Leuchtdiodenchips zusammensetzt, kann dann ein erstes Seitenverhältnis von zum Beispiel sechzehn zu neun aufweisen. In einem zweiten Betriebszustand des optischen Projektionsgeräts, der durch die Steuervorrichtung einstellbar ist, wird ein kleinerer Teil der Leuchtdiodenchips bestromt, so dass sich die Leuchtfläche verkleinert. Die Leuchtfläche weist dann ein anderes Seitenverhältnis – beispielsweise drei zu zwei – auf. Auf diese Weise ist das erste Seitenverhältnis, das heißt, das Seitenverhältnis der Leuchtfläche an das zweite Seitenverhältnis – das heißt, das Seitenverhältnis des projizierten Bildes – anpassbar.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Projektionsgerät anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein hier beschriebenes optisches Projektionsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Perspektivskizze.
2 zeigt in einer schematischen Perspektivskizze ein Array von Mikrospiegeln 3 wie es in einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts zum Einsatz kommt.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle 1 für ein Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle für ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle 1 und eine Steuervorrichtung 5 für ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts.
6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' durch in Verbindung mit 5 beschriebene optische Projektionsgerät.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt ein hier beschriebenes optisches Projektionsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Perspektivskizze.
Das optische Projektionsgerät 10 umfasst eine Lichtquelle 1, ein Array von Mikrospiegeln 3, sowie eine Steuervorrichtung 5, die zur Ansteuerung der Lichtquelle 1 vorgesehen ist.
Das optische Projektionsgerät 1 projiziert mittels des Arrays von Mikrospiegeln 3 von der Lichtquelle 1 emittiertes Licht auf eine Projektionsfläche (nicht dargestellt), so dass sich ein Bild 200 ergibt. Das Bild 200 weist eine Länge L2 und eine Breite 22 auf.
2 zeigt in einer schematischen Perspektivskizze ein Array von Mikrospiegeln 3 wie es in einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts zum Einsatz kommt.
Das Array von Mikrospiegeln 3 umfasst eine Vielzahl von Mikrospiegeln 31. Die Mikrospiegel 31 bilden zusammen ein sogenanntes Digital Mirror Device (DMD). Solche DMDs sind beispielsweise in den Druckschriften US 5,633,755 sowie US 6,323,982 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt, den Aufbau und die Funktion von DMDs betreffend, hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.
Das Array von Mikrospiegeln 3 stellt im optischen Projektionsgerät 10 einen Lichtmodulator dar. Das Array 3 wird bevorzugt homogen von der Lichtquelle 1 ausgeleuchtet. Das Array 3 moduliert das einfallende Licht, indem jeder Mikrospiegel 31 das auf ihn treffende Licht selektiv entweder aus dem Projektionsgerät 10 hinaus, beispielsweise auf eine Projektionsfläche, oder in das Projektionsgerät hinein, beispielsweise auf einen Absorber, lenkt. Jeder der Mikrospiegel 31 des Arrays 3 weist dazu eine quadratische oder rechteckig geformte Spiegeloberfläche auf. Der Flächeninhalt der Spiegeloberflächen der Mikrospiegel 31 beträgt vorzugsweise zwischen 12 und 25 Quadratmikrometer. Ein Array 3 enthält einige Hunderttausend bis hin zu einigen Millionen Mikrospiegeln 31. Die Spiegeloberflächen der Mikrospiegel 31 bilden gemeinsam die Spiegelfläche 33 des Arrays von Mikrospiegeln 3. Die Spiegelfläche 33 weist eine Breite B3 und eine Länge L3 auf. Jeder Mikrospiegel bildet einen Bildpunkt (Pixel) des projizierten Bildes ab.
Jeder Mikrospiegel 31 ist um eine Achse 30, die als Mittelachse durch den Mikrospiegel 31 verläuft, in zwei Richtungen kippbar. Die Mikrospiegel 31 sind um einen Winkel α in zwei Richtungen um die zugeordnete Kippachse 30 kippbar. Das heißt, die Mikrospiegel 31 sind um die Winkel +α und –α um die Kippachse 30 verkippbar. Typische Kippwinkel sind beispielsweise α gleich zwölf Grad, α gleich vierzehn Grad oder α gleich 23,6 Grad.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle 1 für ein Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts. Die Lichtquelle 1 umfasst ein Array von 2 × 4 Leuchtdiodenchips 20. Jeder Leuchtdiodenchip 20 weist eine erste Hauptfläche 21 auf. Die erste Hauptfläche 21 umfasst die Strahlungsaustrittsfläche 2 und die nicht-emittierende Fläche 3.
Die Strahlungsaustrittsfläche 2 des Leuchtdiodenchips 20 ist vorzugsweise von rechteckiger, nicht quadratischer Form. Die Strahlungsaustrittsfläche 2 weist eine Breite B4 und eine Länge L4 auf.
Die nicht-emittierende Fläche 3 ist im in Verbindung mit der 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel als Kontaktstelle 4 ausgeführt. Die Kontaktstelle 4 bildet zum Beispiel ein Bondpad zur Drahtkontaktierung des Leuchtdiodenchips 20. Die nicht-emittierende Fläche 3 erstreckt sich über die gesamte Länge der ersten Hauptfläche 21. Die nicht-emittierende Fläche 3 ist als Streifen am Rand der ersten Hauptfläche 21 angeordnet. Die Kontaktstelle 4 des Leuchtdiodenchips 20 ist damit aus der optisch aktiven Chipfläche – das heißt, der Strahlungsaustrittsfläche 2 des Leuchtdiodenchips 20 – herausgezogen. Vorzugsweise ist die Breite der Kontaktstelle 4 kleiner 250 µm, besonders bevorzugt kleiner 150 µm, beispielsweise 138 µm.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die nicht-emittierende Fläche 3 durch die Kontaktstelle 4 gebildet, das heißt, die Kontaktstelle 4 ist als Streifen ausgebildet, der sich über die gesamte Breite der ersten Hauptfläche des Leuchtdiodenchips 20 erstreckt.
Die Lichtquelle 1 ist in zwei Gruppen 201 und 202 aufgeteilt. Jeder der Gruppen ist eine separate Primäroptik (nicht dargestellt) nachgeordnet. Das von den Leuchtdiodenchips 2 der Gruppen 201, 202 emittierte Licht wird von den zugeordneten Primäroptiken derart zusammengeführt, dass die Gruppen 201 und 202 eine Leuchtfläche bilden, die so erscheint, als ob die randseitig angeordneten, einander zugewandten Leuchtdiodenchips 20 der beiden Gruppen 201 und 202 einen Abstand null voneinander haben.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Leuchtdiodenchips 20 der Lichtquelle 1 nicht in verschiedene Gruppen unterteilt sind. Die Strahlungsaustrittsflächen 2 sowie die Abstände D1, D2 zwischen den einzelnen Leuchtdiodenchips 20 sind dann so dimensioniert, dass sich eine Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 ergibt, die die gewünschte Länge L1 und die gewünschte Breite B1 aufweist.
In horizontaler Richtung haben die Leuchtdiodenchips 2 einer Gruppe einen Abstand D1 voneinander. In vertikaler Richtung haben die Leuchtdiodenchips 2 einer Gruppe einen Abstand D2 voneinander. Die Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 ist aus den Strahlungsaustrittsflächen 2 und den Abständen D1, D2 zwischen den Leuchtdiodenchips 20 zusammengesetzt.
Die Leuchtfläche 22 weist eine Breite B1 auf, die sich im Ausführungsbeispiel der 3 zu zweimal der Breite der Strahlungsaustrittsfläche B4 plus dem Abstand D2 der Leuchtdiodenchips 20 in vertikaler Richtung ergibt. Die Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 weist eine Länge L1 auf, die sich im Ausführungsbeispiel der 3 zu viermal der Länge L4 der Strahlungsaustrittsfläche 2 plus zweimal den Abstand D1 zwischen den Leuchtdiodenchips 20 in horizontaler Richtung berechnet.
Beispielsweise weist das optische Projektionsgerät ein Array von Mikrospiegeln 3 mit einer Spiegelfläche 33 auf, deren Länge L3 18,68 Millimeter und deren Breite B3 10,51 Millimeter beträgt. Die Spiegelfläche weist damit ein Seitenverhältnis L3 zu B3 von circa sechzehn zu neun auf. In diesem Beispiel beträgt der Kippwinkel α gleich zwölf Grad.
Die Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 ist dann bevorzugt derart an die Spiegelfläche 33 des Arrays von Mikrospiegeln 3 angepasst, dass die Länge der Leuchtfläche L1 = L3·sin(α) ungefähr 3,88 ist. Die Breite B1 der Leuchtfläche ist dann vorzugsweise B1 = B3·sin(α) ungefähr 2,19. Eine Lichtquelle mit einer derart dimensionierten Leuchtfläche hat eine Leuchtfläche, die dem Etendue der Spiegelfläche 33 des Arrays von Mikrospiegeln 3 entspricht. Eine solche Dimensionierung kann beispielsweise durch die Wahl der Abstände D1, D2 gleich 0,075 Millimeter, Länge L4 der Strahlungsaustrittsfläche 2 gleich 0,933 Millimeter und Breite 34 gleich 1,057 Millimeter erreicht sein. Das Seitenverhältnis der Leuchtfläche L1 zu B1 ist dann in etwa sechzehn zu neun.
Im Vergleich dazu ergibt sich für eine Lichtquelle mit 2 × 4 Leuchtdiodenchips, die jeweils eine Breite 34 der Strahlungsaustrittsfläche 2 von einem Millimeter und eine Länge L4 der Strahlungsaustrittsfläche 2 von einem Millimeter aufweisen sowie Abstände D1, D2 von 0,1 Millimeter zueinander aufweisen, eine Länge L1 der Leuchtfläche 22 von 4,3 Millimeter und eine Breite B1 der Leuchtfläche 22 von 2,1 Millimeter. Für eine solche Lichtquelle sind entlang einer ersten Achse nur neunzig Prozent der Leuchtfläche der Lichtquelle 1 auf der Spiegelfläche 33 genutzt. In Richtung einer zweiten – zur ersten orthogonalen – Achse fehlen fünf Prozent.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle für ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts. Im Gegensatz zum in Verbindung mit der 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die nicht-emittierende Fläche 3 der Leuchtdiodenchips 20 eine Kontaktstelle 4 auf, die sich nicht über die gesamte Länge des Leuchtdiodenchips 20 erstreckt. Die Kontaktfläche 4 weist also eine geringere Ausdehnung als die nicht-emittierende Fläche 3 auf. Die Lichtquelle 1 ist durch ein Array von 2 × 6 Leuchtdiodenchips 20 gebildet. Die Leuchtdiodenchips 20 sind in zwei Gruppen 201, 202 unterteilt, die wie oben beschrieben voneinander einen Abstand von null aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das optische Projektionsgerät ein Array von Mikrospiegeln 3 mit einer Spiegelfläche 33 auf, deren Länge L3 11,14 Millimeter und deren Breite B3 7,43 Millimeter beträgt. Die Spiegelfläche weist damit ein Seitenverhältnis L3 zu B3 von circa drei zu zwei auf. In diesem Beispiel beträgt der Kippwinkel α gleich 23,6 Grad.
Die Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 ist dann bevorzugt derart an die Spiegelfläche 33 des Arrays von Mikrospiegeln 3 angepasst, dass die Länge der Leuchtfläche L1 = L3·sin(α) = 4,46 mmist. Die Breite B1 der Leuchtfläche ist dann vorzugsweise B1 = B3·sin(α) = 2,97 mm.
Eine Lichtquelle mit einer derart dimensionierten Leuchtfläche hat eine Leuchtfläche, die dem Etendue der Spiegelfläche 33 des Arrays von Mikrospiegeln 3 entspricht. Eine solche Dimensionierung kann beispielsweise durch folgende Anordnungen der Leuchtdiodenchips 20 erreicht werden:
Zwei Gruppen von je 3 Zeilen × 2 Spalten von Leuchtdiodenchips 20 mit: D1 = D2 = 0,075 mm B4 = 0,94 mm L4 = 1,0775 mm. Zwei Gruppen von je 2 × 2 Leuchtdiodenchips 20 mit: D1 = D2 = 0,075 mm B4 = 1,447 mm L4 = 1,0775 mm. Sechs einzelne Leuchtdiodenchips 20 in einer 2 × 3 Anordnung, wobei jedem Leuchtdiodenchip eine Primäroptik nachgeordnet ist, so dass der optische Abstand zwischen den Leuchtdiodenchips gleich Null ist, mit: B4 = 1,485 mm L4 = 1,486 mm.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Lichtquelle 1 und eine Steuervorrichtung 5 für ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts. Die Steuervorrichtung 5 ist vorzugsweise geeignet, im Betrieb der Lichtquelle alle Leuchtdiodenchips 20 der Lichtquelle gemeinsam anzusteuern und zu betreiben. Ferner ist die Steuervorrichtung 5 geeignet, im Betrieb der Lichtquelle 1 nur einen Teil der Leuchtdiodenchips 20 zu betreiben. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 geeignet sein, in diesem Fall nur die acht Leuchtdiodenchips 20 der Gruppe 203 zu bestromen. Die vier Leuchtdiodenchips 20 der Gruppe 204 bleiben dann unbestromt. Auf diese Weise kann mittels der Steuervorrichtung die Größe der Leuchtfläche 22 der Lichtquelle 1 verringert werden. So kann beispielsweise zwischen einem ersten Seitenverhältnis L1 zu B1 gleich sechzehn zu neun und einem zweiten Seitenverhältnis L1 zu B1 gleich drei zu zwei umgeschaltet werden.
Zur Verbindung der Leuchtdiodenchips 20 der Lichtquelle 1 mit der Steuervorrichtung 5 können Leuchtdiodenchips 20 und Steuervorrichtung 5 beispielsweise auf einen gemeinsamen Anschlussträger 50 aufgebracht sein. Der Anschlussträger 50 ist zum Beispiel als Metallkernplatine ausgeführt, die Leiterbahnen aufweist, welche die Steuervorrichtung 5 mit den Leuchtdiodenchips 20 verbindet.
6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' durch in Verbindung mit 5 beschriebene optische Projektionsgerät.
Jeder Gruppe 201, 202 von Leuchtdiodenchips 20 ist eine Primäroptik 400 nachgeordnet. Die Strahlungsaustrittsflächen 401 der Primäroptiken 400 sind zusammengeführt, so dass der optische Abstand zwischen den Gruppen 201, 202 gleich Null ist.
Die Primäroptik 400 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 402 der Primäroptik 400 sind dann zumindest stellenweise nach Art eines dieser optischen Grundelemente gebildet.
Ferner ist es möglich, dass die Primäroptik 400 zumindest stellenweise nach Art eines Kegelstumpfs oder eines Pyramidenstumpfs geformt ist, der sich zur Lichtquelle hin verjüngt.
Die Primäroptik 400 kann in all diesen Ausgestaltungen als Vollkörper ausgebildet sein. In diesem Fall findet eine Führung von elektromagnetischer Strahlung in der Primäroptik 400 zumindest teilweise mittels Totalreflexion an ihren Seitenflächen 402 statt. Zusätzlich kann die Oberfläche des Vollkörpers zumindest stellenweise mit einem reflektierenden Material beschichtet sein.
Ferner ist es möglich, dass die Primäroptik 400 als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenflächen reflektierend ausgestaltet sind. Zum Beispiel sind die Innenflächen der Primäroptik 400 dann mit einem Metall reflektierend beschichtet.
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 selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Optisches Projektionsgerät, mit – einer Lichtquelle (1) umfassend zumindest zwei Leuchtdiodenchips (20), wobei die Lichtquelle (1) eine Leuchtfläche (22) aufweist, die sich aus den Strahlungsaustrittsflächen (2) der im Betrieb der Lichtquelle (1) bestromten Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) und den optischen Abständen (D1, D2) zwischen den Strahlungsaustrittsflächen (2) der bestromten Leuchtdiodenchips (20) zusammensetzt und bei der die Leuchtfläche (22) ein erstes Seitenverhältnis aus der Länge (L1) der Leuchtfläche (22) zur Breite (B1) der Leuchtfläche (22) aufweist, wobei – das Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes (200) mit einem zweiten Seitenverhältnis aus der Länge (L2) des Bildes zur Breite (B2) des Bildes vorgesehen ist, und – das erste (L1:B1) und das zweite Seitenverhältnis (L2:B2) aneinander angepasst sind.
Optisches Projektionsgerät, mit – einer Lichtquelle (1) umfassend genau einen Leuchtdiodenchip (20), wobei die Lichtquelle (1) eine Leuchtfläche (22) aufweist, die durch die Strahlungsaustrittsflächen (2) des Leuchtdiodenchips (20) gebildet ist und bei der die Leuchtfläche (22) ein erstes Seitenverhältnis aus der Länge (L1) der Leuchtfläche (22) zur Breite (B1) der Leuchtfläche (22) aufweist, wobei – das Projektionsgerät zur Darstellung eines Bildes (200) mit einem zweiten Seitenverhältnis aus der Länge (L2) des Bildes zur Breite (B2) des Bildes vorgesehen ist, und – das erste (L1:B1) und das zweite Seitenverhältnis (L2:B2) aneinander angepasst sind.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das erste Seitenverhältnis (L1:B1) in etwa gleich dem zweiten Seitenverhältnis (L2:B2) ist.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das erste Seitenverhältnis (L1:B1) in etwa 16:9 beträgt.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das erste Seitenverhältnis (L1:B1) in etwa 3:2 beträgt.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche mit einem Array (3) von Mikrospiegeln (31), das eine Spiegelfläche (33) mit einem dritten Seitenverhältnis (L3:B3) aus Länge (L3) der Spiegelfläche (33) zur Breite (B3) der Spiegelfläche (33) aufweist, wobei das dritte Seitenverhältnis (L3:B3) und das ersten Seitenverhältnis (L1:B1) aneinander angepasst sind.
Optisches Projektionsgerät nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das dritte Seitenverhältnis (L3:B3) in etwa gleich dem ersten Seitenverhältnis (L1:B1) ist.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Leuchtdiodenchip (20) der Lichtquelle (1) eine rechteckige, nicht-quadratische Strahlungsaustrittsfläche aufweist.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Leuchtdiodenchip (20) der Lichtquelle eine erste Hauptfläche (21) aufweist, wobei die erste Hauptfläche (21) die Strahlungsaustrittsfläche (2) des Leuchtdiodenchips (20) und eine nicht-emittierende Fläche (3) umfasst, durch die im Betrieb des Leuchtdiodenchips (20) keine elektromagnetische Strahlung tritt.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die nicht-emittierende Fläche (3) eine Kontaktstelle (4) umfasst.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich zumindest bei einem der Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) die nicht-emittierende Fläche (3) über die gesamte Breite (B4) der ersten Hauptfläche (21) erstreckt.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich zumindest bei einem der Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) die nicht-emittierende Fläche (3) über die gesamte Länge (L4) der ersten Hauptfläche (21) erstreckt.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest einer der Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) ein Dünnfilmleuchtdiodenchip ist.
Optisches Projektionsgerät nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche mit einer Steuervorrichtung (5), die zur Einstellung des ersten Seitenverhältnisses (L1:B1) vorgesehen ist.
Optisches Projektionsgerät nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Steuervorrichtung (1) vorgesehen ist, die Zahl der im Betrieb des Projektionsgeräts bestromten Leuchtdiodenchips (20) der Lichtquelle (1) einzustellen.