DE102012210773A1

DE102012210773A1 - Vorrichtung zum erzeugen von polarisierter elektromagnetischer strahlung und projektor

Info

Publication number: DE102012210773A1
Application number: DE102012210773.8A
Authority: DE
Inventors: Christopher Kölper; Julius Muschaweck; Christopher Wiesmann; Reiner Windisch
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN103513441B; CN103513441A; US9341881B2; DE102012210773B4; US20130342769A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist eine Vorrichtung (2) zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung (20) einen Diffusor (10) und einen Polarisator (18) auf. Der Diffusor (10) ist in einem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) angeordnet. Der Polarisator (18) ist in dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) angeordnet ist, und zwar in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung (20) nach dem Diffusor (10). Der Polarisator (18) weist eine dem Diffusor (10) zugewandte reflektierende Seite (19) aufweist, die zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung (20) reflektierend ausgebildet ist. Der Polarisator (18) ist so ausgebildet, dass er elektromagnetische Strahlung (23), die eine vorgegebene Polarisation (28) aufweist, durchlässt und elektromagnetische Strahlung (21, 25, 27), die nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweist, zurück zu dem Diffusor (10) reflektiert. Der Diffusor (10) streut mindestens einen Anteil der zurück reflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden elektromagnetischen Strahlung (21, 25, 27) nicht-polarisationserhaltend.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung und einen Projektor. Die Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung weist einen Polarisator auf, der in einem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet ist. Der Polarisator ist so ausgebildet, dass er elektromagnetische Strahlung mit einer vorgegebenen Polarisation durchlässt.
Heutzutage werden regelmäßig Projektoren (Beamer) eingesetzt, um Daten optisch darzustellen. Ein derartiger Projektor projiziert die darzustellenden Daten in Form von einzelnen stehenden und/oder bewegten Bildern auf beispielsweise eine Leinwand. Es ist bekannt, bei einem herkömmlichen Projektor die nötige Anregungsstrahlung mit Hilfe einer konventionellen Entladungslampe zu erzeugen, also beispielsweise mit Hilfe einer Quecksilberdampf-Höchstdrucklampe. Neuerdings wird auch schon die LARP(Laser Activated Remote Phosphor)-Technologie eingesetzt. Bei dieser Technologie wird ein von der elektromagnetischen Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement, das Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl (Pumpstrahl, Pumplaserstrahl) bestrahlt. Alternativ dazu kann das Konversionselement auch direkt auf der Strahlungsquelle angeordnet sein. Ferner kann als Anregungsstrahlung auch elektromagnetische Strahlung verwendet werden, die keine Laserstrahlung ist. Beispielsweise kann als Strahlungsquelle eine LED verwendet werden. Die Anregungsstrahlung des Anregungsstrahls wird vom Leuchtstoff absorbiert und in Konversionsstrahlung (Emissionsstrahlung) umgewandelt, deren Wellenlänge und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt sind.
Beispielsweise wird bei einer Down-Konversion die Anregungsstrahlung der elektromagnetischen Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die der Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung (blaues Laserlicht) in rote oder grüne Konversionsstrahlung (Konversionslicht, Beleuchtungslicht) konvertiert werden. Es ist auch eine Up-Konversion bekannt, bei der die Anregungsstrahlung der elektromagnetischen Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in Konversionsstrahlung mit kürzeren Wellenlängen als die der Anregungsstrahlung konvertiert wird.
Ferner ist es bekannt, bei Projektions-Anwendungen zur Bilderzeugung Flüssigkristall-Vorrichtungen, beispielsweise Flüssigkristallanzeigen (Liquid Chrystal Display, LCD) oder LCOS(Liquid Chrystal On Silicon)-Bauelemente einzusetzen. Die Flüssigkristall-Vorrichtungen werden mit Beleuchtungslicht beleuchtet und die Bilddarstellung erfolgt in Abhängigkeit von Bilddaten, von denen abhängig die LCDs bzw. LCOS angesteuert werden. Für die Beleuchtung der LCD’s bzw. LCOS’s wird zur Bilddarstellung polarisiertes Beleuchtungslicht benötigt. Zum Erzeugen des polarisierten Beleuchtungslichts kann eine Strahlungsquelle verwendet werden, die polarisiertes Licht erzeugt. Alternativ dazu kann eine Strahlungsquelle verwendet werden, die unpolarisiertes Licht erzeugt, das polarisiert wird, bevor es auf die entsprechende Flüssigkristall-Vorrichtung trifft.
Die Erzeugung von polarisiertem Licht aus unpolarisiertem Licht erfordert die Verwendung von Polarisatoren, was zu hohen optischen Verlusten führen kann. Bei den Strahlungsquellen, die polarisiertes Licht erzeugen, beispielsweise Laserlicht, und die direkt auf die LCD’s bzw. LCOS’s einwirken, ist grundsätzlich keine Polarisierung nötig, die zu den optischen Verlusten führen könnte. Dies kann jedoch bei Verwendung der LARP-Technologie anders sein, da die Wellenlängenkonversion des Anregungslichts (beispielsweise von blau nach grün) mittels eines entsprechenden Leuchtstoffs nicht polarisationserhaltend sein kann und die Polarisierung des Laserlichts bei der Konversion aufgehoben werden kann. Die bei der Konversion erzeugte unpolarisierte Konversionsstrahlung kann dann wieder polarisiert werden, wodurch jedoch optische Verluste entstehen können.
Alternativ zu den LCD- bzw. LCOS-basierten Projektoren ist es bekannt, DMD(Digital Micromirror Device)-basierte Projektoren einzusetzen, bei denen eine Polarisation des Lichtes nicht erforderlich ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt, die auf einfache und/oder kostengünstige Art und Weise ein Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von polarisierter Konversionsstrahlung, mit hoher Effizienz und/oder auf einfache Weise ermöglicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt, die ermöglicht, polarisierte Konversionsstrahlung derart effizient zu erzeugen, dass die polarisierte Konversionsstrahlung als Beleuchtungsstrahlung bei einem Projektor genutzt werden kann, der zur Projektionsdarstellung eine Flüssigkristall-Vorrichtung nutzt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Projektor bereitgestellt, der es ermöglicht, polarisierte Beleuchtungsstrahlung, beispielsweise polarisierte Konversionsstrahlung, mit hoher Effizienz und/oder auf einfache Weise zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Projektor bereitgestellt, der es ermöglicht, die Beleuchtungsstrahlung derart effizient zu erzeugen, dass die Beleuchtungsstrahlung zum Beleuchten einer Flüssigkristall-Vorrichtung genutzt werden kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt. Die Vorrichtung weist einen Diffusor und einen Polarisator auf. Der Diffusor ist in einem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Der Polarisator ist in dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet, und zwar in Richtung der elektromagnetischen Strahlung nach dem Diffusor. Der Polarisator weist eine dem Diffusor zugewandte reflektierende Seite auf, die zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung reflektierend ausgebildet ist. Der Polarisator ist so ausgebildet, dass er elektromagnetische Strahlung, die eine vorgegebene Polarisation aufweist, durchlässt und elektromagnetische Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, zurück zu dem Diffusor reflektiert, der mindestens einen Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation aufweisenden elektromagnetischen Strahlung nicht-polarisationserhaltend streut.
Der an der reflektierenden Seite reflektierend ausgebildete Polarisator bewirkt, dass elektromagnetische Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, zurück zu dem Diffusor reflektiert wird. Mindestens ein Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation aufweisenden elektromagnetischen Strahlung wird in dem Diffusor nicht-polarisationserhaltend gestreut. Bei dem Streuvorgang kann sich die Polarisation der gestreuten elektromagnetischen Strahlung ändern. Daher weist nach dem Streuvorgang mindestens ein Anteil der gestreuten elektromagnetischen Strahlung die vorgegebene Polarisation auf. Von diesem die vorgegebene Polarisation aufweisenden Anteil der gestreuten elektromagnetischen Strahlung verlässt wiederum ein Anteil den Diffusor in Richtung des Polarisators. Diese gestreuten Anteile der elektromagnetischen Strahlung, die nach dem Streuvorgang die vorgegebene Polarisation aufweisen, passieren den Polarisator. Die Anteile der gestreuten elektromagnetischen Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweisen und die den Diffusor in Richtung des Polarisators verlassen, werden erneut von dem Polarisator zurück zu dem Diffusor reflektiert, wo erneut eine nicht-polarisationserhaltende Streuung erfolgen kann, bei der wiederum elektromagnetische Strahlung mit der vorgegebenen Polarisation erzeugt wird. Dieser Prozess kann sich vielfach wiederholen und führt dazu, dass Anteile der elektromagnetischen Strahlung, die ursprünglich nicht die vorgegebene Polarisation aufgewiesen haben, nach einem, zwei oder mehreren Streuprozessen die vorgegebene Polarisation aufweisen und dann den Polarisator passieren können. Dies bewirkt eine besonders hohe Ausbeute an polarisierter elektromagnetischer Strahlung relativ zu der ursprünglich erzeugten elektromagnetischen Strahlung, was zu einer hohen Effizienz bei der Polarisierung der elektromagnetischen Strahlung beiträgt.
Dass der Polarisator zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung reflektierend ausgebildet ist, kann beispielsweise bedeuten, dass nur Teile des Polarisators reflektierend ausgebildet sind und/oder dass der Polarisator nur einen Teil der elektromagnetischen Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, reflektiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Diffusor ein Konversionselement auf, das so ausgebildet ist, dass es mindestens einen Anteil der elektromagnetischen Strahlung teilweise konvertiert. Beispielsweise konvertiert das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung vor dem Auftreffen auf den Polarisator oder nach Reflexion an dem Polarisator. Die nicht konvertierte elektromagnetische Strahlung im Strahlengang vor oder nach dem Konversionselement kann in diesem Zusammenhang auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden und die konvertierte Strahlung kann auch als Konversionsstrahlung bezeichnet werden. Beispielsweise konvertiert das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung bezüglich ihrer Wellenlänge. Beispielsweise verschiebt das Konversionselement die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung hin zu längeren Wellenbereichen. In anderen Worten kann mit Hilfe des Konversionselements beispielsweise eine Down-Konversion der Anregungsstrahlung durchgeführt werden. Das Konversionselement kann die elektromagnetische Strahlung vollständig oder nur teilweise konvertieren. In anderen Worten kann die elektromagnetische Strahlung im Strahlengang nach dem Konversionselement Konversionsstrahlung und/oder Anregungsstrahlung aufweisen. Das Konvertieren der elektromagnetischen Strahlung mit Hilfe des Diffusors mit dem Konversionselement ermöglicht beispielsweise eine hohe Ausbeute an polarisierter konvertierter elektromagnetischer Strahlung, also an polarisierter Konversionsstrahlung, und/oder beispielsweise die polarisierte Konversionsstrahlung derart effizient zu erzeugen, dass die polarisierte Konversionsstrahlung als Beleuchtungsstrahlung bei einem Projektor genutzt werden kann, der beispielsweise zur Projektionsdarstellung eine Flüssigkristall-Vorrichtung nutzt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Konversionselement so ausgebildet, dass es den Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation aufweisenden elektromagnetischen Strahlung nicht-polarisationserhaltend streut. Dies trägt auf besonders einfache und/oder kostengünstige Weise dazu bei, eine hohe Ausbeute an polarisierter Konversionsstrahlung zu erhalten. Das Konversionselement übernimmt somit eine Doppelfunktion, und zwar die Konversion der Anregungsstrahlung und die Streuung der vom Polarisator zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung, die vor dem Streuvorgang nicht die vorgegebene Polarisation aufweist und die nach dem Streuvorgang die vorgegebene Polarisation aufweisen kann. Die Streuung und die Konversion der Anregungsstrahlung können in einem einzigen physikalischen Vorgang erfolgen. In anderen Worten kann bei der Konversion der Anregungsstrahlung die Anregungsstrahlung nicht-polarisationserhaltend gestreut werden. Alternativ oder zusätzlich können in dem Konversionselement die physikalischen Prozesse der Streuung und der Konversion voneinander getrennt ablaufen. Beispielsweise können in das Konversionselement streuende nicht konvertierende Bereiche, beispielsweise streuende Partikel eingebracht werden, die unabhängig von der Konversion der Anregungsstrahlung die Anregungsstrahlung streuen. Die Anregungsstrahlung kann dann in dem Konversionselement außerhalb der streuenden Bereiche konvertiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Diffusor ein Streuelement auf, das so ausgebildet ist, dass es den Anteil der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, nicht-polarisationserhaltend streut. In dem Streuelement erfolgt lediglich eine Streuung der elektromagnetischen Strahlung und keine Konversion der elektromagnetischen Strahlung. Das Streuelement kann alternativ oder zusätzlich zu dem Konversionselement angeordnet sein. Falls das Streuelement zusätzlich zu dem Konversionselement angeordnet ist und das Konversionselement so ausgebildet ist, dass es die elektromagnetische Strahlung streuen kann, so kann das Streuelement zusätzlich zu dem Konversionselement die elektromagnetische Strahlung streuen. Falls das Streuelement zusätzlich zu dem Konversionselement angeordnet ist und das Konversionselement so ausgebildet ist, dass es die elektromagnetische Strahlung nicht streuen kann, so übernimmt das Streuelement die Funktion der Streuung der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist. Das Streuelement kann beispielsweise als Volumenstreuer ausgebildet sein und/oder streuende Partikel aufweisen. Das Streuelement trägt auf einfache Weise dazu bei, dass die elektromagnetische Strahlung, die nicht die vorgegeben Polarisation aufweist und die von dem Polarisator zurück dem Diffusor reflektiert wird, nicht-polarisationserhaltend gestreut wird, wodurch die gestreute elektromagnetisch Strahlung zumindest anteilmäßig elektromagnetische Strahlung mit der vorgegebenen Polarisation aufweist, welche dann durch den Polarisator treten kann. Das Streuelement trägt somit auf einfache Weise dazu bei, die polarisierte elektromagnetische Strahlung mit hoher Effizienz zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen sind an ein, zwei oder mehr Seiten des Konversionselements oder des Streuelements eine, zwei oder mehr reflektierende Flächen angeordnet. Beispielsweise weist das Konversionselement mehrere Seiten auf und zumindest an einer dieser Seiten ist eine der reflektierenden Flächen angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann das Streuelement mehrere Seiten aufweisen und eine der reflektierenden Flächen ist beispielsweise an einer der Seiten des Streuelements angeordnet. Beispielsweise können an der Seite, die dem Polarisator zugewandt ist, oder an der Seite, die von dem Polarisator abgewandt ist, und die senkrecht zu dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet sind, die reflektierenden Seiten angeordnet sein, wobei diese Seiten dann zumindest teilweise durchlässig für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet sind. Beispielsweise können die Seiten, die dem Polarisator zu bzw. abgewandt sind, eine, zwei oder mehr Ausnehmungen zum Durchlassen der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die reflektierenden Flächen an den Seiten, die die zugewandte Seite mit der abgewandten Seite verbinden und die parallel zu dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet sind, angeordnet sein.
Die reflektierenden Flächen können dazu beitragen, dass elektromagnetisch Strahlung, die das Konversionselement bzw. das Streuelement nicht in Richtung des Polarisators verlässt, zurück in das Konversionselement bzw. das Streuelement reflektiert wird. Im Falle von nicht konvertierter Anregungsstrahlung, kann diese nach Reflexion an einer der reflektierenden Flächen konvertiert werden. Im Falle von elektromagnetischer Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, kann diese gestreut werden und dann die vorgegebene Polarisation aufweisen. Dies kann zu einer hohen Ausbeute an polarisierter elektromagnetischer Strahlung und/oder an Konversionsstrahlung und zu einer hohen Effizienz der Vorrichtung zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetisch Strahlung beitragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen streuen die reflektierenden Flächen den Anteil der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung, die nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, nicht-polarisationserhaltend. Beispielsweise kann der Anteil der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung, der nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, durch das Konversionselement bzw. das Streuelement treten und das Konversionselement bzw. Streuelement nicht in Richtung des Polarisators verlassen, sondern auf eine der reflektierenden Flächen treffen. Der Anteil wird an der entsprechenden reflektierenden Fläche reflektiert und gleichzeitig gestreut, wobei dieser Streuvorgang nicht-polarisationserhaltend sein kann. Daher kann die reflektierende Fläche alternativ oder zusätzlich zu dem streuenden Konversionselement und/oder dem Streuelement dazu beitragen, dass zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung, die vor dem Streuvorgang nicht die vorgegebene Polarisation aufweist, nach dem Streuvorgang die vorgegebenen Polarisation aufweist. Somit können die reflektierenden Fläche dazu beitragen, die Ausbeute an polarisierter elektromagnetischer Strahlung und/oder die Effizienz der Vorrichtung zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung zu erhöhen. Beispielsweise kann das Konversionselement so ausgebildet sein, dass es die Anregungsstrahlung lediglich konvertiert und nicht streut, wobei dann der nicht-polarisationserhaltende Streuvorgang in dem Diffusor durch Streuung an den reflektierenden Flächen bewirkt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Diffusor ein Gehäuse auf. In dem Gehäuse sind das Konversionselement und/oder das Streuelement angeordnet. Die reflektierende Fläche bzw. die reflektierenden Flächen sind gegebenenfalls beispielsweise an Innenwänden des Gehäuses angeordnet oder durch die Innenwände gebildet. Beispielsweise können die Innenwände des Gehäuses die reflektierenden Flächen bilden. Dies kann auf besonders einfache Weise dazu beitragen, den Diffusor mit dem Konversionselement bzw. dem Streuelement und den reflektierenden Flächen auszubilden. Beispielsweise kann das Gehäuse im Strahlengang hin zu dem Polarisator geöffnet sein und an den übrigen Seiten des Konversionselements bzw. Streuelements zumindest im Wesentlichen geschlossen sein und beispielsweise an all seinen Innenwänden, die dem Konversionselement bzw. dem Streuelement zugewandt sind, die reflektierenden Flächen aufweisen. Dadurch ist ein besonders großer Teil der äußeren Oberfläche des Konversionselements bzw. des Streuelements von reflektierenden Flächen umgeben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Polarisator an dem Diffusor angeordnet. Beispielsweise ist der Polarisator in direkten körperlichen Kontakt an dem Diffusor angeordnet. Beispielsweise ist der Polarisator an dem Diffusor befestigt. Das Anordnen des Polarisators in direktem körperlichen Kontakt mit dem Diffusor trägt dazu bei, dass besonders wenig optische Verluste auf dem Weg zwischen dem Diffusor und dem Polarisator auftreten können, da dieser Weg minimiert ist. Ferner kann dies dazu beitragen, die Vorrichtung zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung besonders klein ausbilden zu können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Diffusor und dem Polarisator eine optische Linse angeordnet. Der Polarisator ist somit von dem Diffusor beabstandet angeordnet. Die optische Linse kann beispielsweise eine Kollimationslinse sein, die die aus dem Diffusor in Richtung des Polarisators austretende elektromagnetische Strahlung kollimiert. Die Kollimationslinse bewirkt, dass das Licht, das den Polarisator erreicht, kollimiert ist. Das Licht, das durch den Polarisator tritt ist dann sowohl kollimiert als auch mit der vorgegebenen Polarisation polarisiert. Somit werden lediglich Anteile der elektromagnetischen Strahlung, die bezüglich ihrer axialen Ausbreitungsrichtung falsch polarisiert sind von dem Polarisator zurück zu der optischen Linse und dem Diffusor reflektiert, in dem sie dann nicht-polarisationserhaltend gestreut werden können, wodurch wiederum zumindest anteilmäßig elektromagnetische Strahlung mit der vorgegeben Polarisation erzeugt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Diffusor eine dem Polarisator zugewandte erste Seite und eine von dem Polarisator abgewandte zweite Seite auf. Der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung durchdringt den Diffusor von der zweiten zu der ersten Seite vollständig. In anderen Worten wird der Diffusor von der elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt. Beispielsweise hat die den Diffusor in Richtung des Polarisators verlassende elektromagnetische Strahlung zumindest eine Richtungskomponente, die parallel und gleichgerichtet ist zu der Richtung der elektromagnetischen Strahlung, die von einer Strahlungsquelle, die die elektromagnetische Strahlung erzeugt, in den Diffusor eingekoppelt wird. Falls das Gehäuse vorgesehen ist, so kann das Gehäuse beispielsweise an seiner von dem Polarisator abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweisen, durch die die elektromagnetische Strahlung in das Gehäuse eindringen kann oder in der die Strahlungsquelle angeordnet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Diffusor die dem Polarisator zugewandte erste Seite auf und die elektromagnetische Strahlung tritt auf der ersten Seite in den Diffusor ein und verlässt den Diffusor auf der ersten Seite. Dabei durchdringt der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung den Diffusor nicht vollständig. In anderen Worten tritt die elektromagnetische Strahlung auf derselben Seite in den Diffusor ein, an der sie nach Reflektion an den reflektierenden Flächen oder nach Streuung in dem Diffusor den Diffusor in Richtung des Polarisators wieder verlässt. Beispielsweise hat die elektromagnetische Strahlung, die in den Diffusor eindringt, eine Richtung mit einer Richtungskomponente, die zu der Richtung der elektromagnetischen Strahlung, die den Diffusor in Richtung Polarisator verlässt, parallel und entgegengesetzt ist. Beispielsweise kann im Strahlengang zwischen dem Diffusor und dem Polarisator, beispielsweise zwischen der optischen Linse und dem Polarisator, ein Spiegel angeordnet sein, der die von der Strahlungsquelle kommende elektromagnetische Strahlung hin zu dem Diffusor reflektiert und der die von dem Diffusor in Richtung hin zu dem Polarisator gerichtete elektromagnetische Strahlung durchlässt. Beispielsweise kann der Spiegel für die Anregungsstrahlung spiegelnd ausgebildet sein und die Anregungsstrahlung hin zu dem Konversionselement reflektieren und der Spiegel kann für die Konversionsstrahlung durchlässig sein und die Konversionsstrahlung hin zu dem Polarisator durchlassen. Das Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung auf derselben Seite des Diffusors, auf der die elektromagnetische Strahlung in Richtung hin zu dem Polarisator ausgekoppelt wird, kann dazu beitragen, die reflektierenden Flächen des Gehäuses optimal auszunutzen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung die Strahlungsquelle auf, wobei die Strahlungsquelle beispielsweise ein Licht emittierendes Bauelement, beispielsweise eine Diode und/oder einen Laser, beispielsweise eine Laserdiode, aufweist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Projektor bereitgestellt. Der Projektor weist zum Erzeugen von Projektionsstrahlung die Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche auf. Beispielsweise kann die Vorrichtung als Projektionslichtquelle des Projektors dienen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Projektor eine Flüssigkristall-Vorrichtung auf. Die Flüssigkristall-Vorrichtung ist im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung angeordnet und erzeugt abhängig von vorgegebenen Bilddaten eine Projektionsdarstellung. Dies ermöglicht auf einfach Art und Weise polarisierte Konversionsstrahlung bei einem Flüssigkristall-basierten Projektor zu nutzen. Die Flüssigkristall-Vorrichtung weist eine Vielzahl von Flüssigkristallzellen auf, wobei jede der Flüssigkristallzellen beispielsweise einen eigenen Farbraum aufspannen kann. Beispielsweise weist jede Flüssigkristallzelle einen rot-transmittierenden, einen grüntransmittierenden und einen blau-transmittierenden Bereich auf. Der Farbraum ist dann beispielsweise ein RGB Farbraum. Die Vorrichtung zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung kann dann genutzt werden, um die Flüssigkristall-Vorrichtung zu bestrahlen, beispielsweise mit polarisierter Konversionsstrahlung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
3 ein Ausführungsbeispiel eines Konversionselements mit einem Polarisator,
4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
5 ein Ausführungsbeispiel eines Polarisators,
6 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
7 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
8 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
9 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
10 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung,
11 ein Ausführungsbeispiel eines Projektors.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine Strahlungsquelle kann beispielsweise ein Licht emittierendes Bauelement sein. Das Licht emittierende Bauelement kann beispielsweise als eine Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) und/oder eine Laserdiode ausgebildet sein. Das Licht emittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung 23. Die Vorrichtung 2 zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung 23 weist einen Diffusor 10 und einen Polarisator 18 auf.
Der Diffusor 10 weist mehrere Streuzentren, beispielsweise eine erstes Streuzentrum 30 und ein zweites Streuzentrum 32 auf. In 1 sind zur Veranschaulichung lediglich zwei Streuzentren 30, 32 und beide Streuzentren relativ groß eingezeichnet, tatsächlich kann der Diffusor 10 jedoch eine Vielzahl von Streuzentren und/oder sehr kleine Streuzentren aufweisen.
Elektromagnetische Strahlung 20, die auf den Diffusor 10 gerichtet ist und in den Diffusor 10 eingekoppelt wird, kann den Diffusor 10 durchdringen und/oder in dem Diffusor 10 gestreut werden, beispielsweise an dem ersten und/oder zweiten Streuzentrum 30, 32. Ein Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 20 erstreckt sich von dem Diffusor 10 hin zu dem Polarisator 18.
Die elektromagnetische Strahlung 20 tritt zumindest teilweise in Richtung hin zu dem Polarisator 18 aus dem Diffusor 10 aus. Ein Anteil der elektromagnetischen Strahlung 20 weist eine vorgegebene Polarisation 28 auf, die in den Figuren durch in der Zeichenebene liegende Doppelpfeile gekennzeichnet ist. Die übrigen Anteile der elektromagnetischen Strahlung 20 weisen eine andere Polarisation 26 auf, die nicht der vorgegebenen Polarisation 28 entspricht, wobei die andere Polarisation 26 in den Figuren durch einen Kreis 26 mit einem darin zentrisch angeordneten Punkt gekennzeichnet ist.
Der Polarisator 18 weist eine dem Diffusor 10 zugewandte reflektierende Seite 19 auf, die zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung 20 reflektierend ausgebildet ist. Dass die reflektierende Seite 19 des Polarisators 18 zumindest teilweise reflektierend ausgebildet ist, kann beispielsweise bedeuten, dass die reflektierende Seite 19 für die auf sie treffende elektromagnetische Strahlung 20, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, reflektierend ausgebildet ist, dass nur ein Teil der reflektierenden Seite 19 für die auf sie treffende elektromagnetische Strahlung 20, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, reflektierend ausgebildet ist und/oder dass nur ein Anteil der auf die reflektierende Seite 19 treffende elektromagnetische Strahlung 20, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, reflektiert wird. Der Polarisator 18 lässt die elektromagnetische Strahlung 20, die die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, durch und blockt die elektromagnetische Strahlung 20, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, ab. Die Anteile der elektromagnetischen Strahlung 20, die nicht von dem Polarisator 18 durchgelassen werden, werden von dem Polarisator 18 zumindest teilweise zurück zu dem Diffusor 10 reflektiert. Ein Strahlengang der reflektierten elektromagnetischen Strahlung 21 erstreckt sich von dem Polarisator 18 hin zu dem Diffusor 10.
Von dem Polarisator 18 zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung 21 kann an den Streuzentren 30, 32 beispielsweise an dem zweiten Streuzentrum 32 nicht-polarisationserhaltend gestreut werden. Da die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung 21 nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist und der Streuprozess an den Streuzentren 30, 32 nicht-polarisationserhaltend ist, weist zumindest ein Anteil gestreuter elektromagnetischer Strahlung 33 die vorgegeben Polarisation 28 auf, wobei ein Anteil dieser die vorgegebene Polarisation 28 aufweisenden gestreuten elektromagnetischen Strahlung 33 aus dem Diffusor 10 in Richtung des Polarisators 18 austreten kann. Diese die vorgegebene Polarisation 28 aufweisende gestreute elektromagnetische Strahlung 33 tritt durch den Polarisator 18. Ein Strahlengang der gestreuten elektromagnetischen Strahlung 33 erstreckt sich beispielsweise von dem Diffusor 10 hin zu dem Polarisator 18.
Der reflektierend ausgebildete Polarisator 18 und der Diffusor 10 mit seinen Streuzentren 30, 32 tragen dazu bei, dass elektromagnetisch Strahlung 20, die zunächst nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist und daher von dem Polarisator 18 zu dem Diffusor 10 zurückreflektiert wird, in dem Diffusor 10 nicht-polarisationserhaltend gestreut werden kann, wodurch gestreute elektromagnetische Strahlung 33 mit der vorgegebenen Polarisation 28 erzeugt werden kann. Die gestreute elektromagnetische Strahlung 33 mit der vorgegebenen Polarisation 28 kann dann als mit der vorgegebenen Polarisation 28 polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 genutzt werden. Somit kann auch elektromagnetische Strahlung 20, die ursprünglich nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, mit der vorgegebenen Polarisation 28 polarisiert werden. Dies führt zu einer besonders hohen Ausbeute an polarisierter elektromagnetischer Strahlung 23 relativ zu der eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung 23. Dies führt zu einer besonders hohen Effizienz der Vorrichtung 2 zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23.
Das (Wieder-)Verwenden der nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweisenden zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung 21 zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung 23 mit der vorgegebenen Polarisation 28 kann auch als Wiederaufbereiten oder als Recyceln der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung 21 bezeichnet werden. In anderen Worten bereitet die Vorrichtung 2 zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23 nicht verwendbare elektromagnetische Strahlung 23, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, auf und/oder recycelt diese und erzeugt dabei verwendbare polarisierte elektromagnetische Strahlung 23, wodurch die Effizienz der Vorrichtung 2 zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23 besonders hoch ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23, deren Grundprinzip zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23 dem mit Bezug zu 1 erläuterten Grundprinzip zum Erzeugen der polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23 entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die Vorrichtung 2 einen Diffusor 10 auf, der ein Konversionselement 12 aufweist. Optional kann ein Gehäuse 14 angeordnet sein, in dem das Konversionselement 12 angeordnet ist. Der Diffusor 10 kann somit ein Konversionselement 12 und ein Gehäuse 14 aufweisen. Das Gehäuse 10 kann beispielsweise eine Ausnehmung 16 aufweisen, durch die sich der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 20 erstreckt und durch die die elektromagnetische Strahlung 20 in den Diffusor 10 eingekoppelt werden kann. Der Polarisator 18 ist an dem Konversionselement 12 angeordnet. Beispielsweise ist der Polarisator 18 mit direktem körperlichem Kontakt an den Konversionselement 12 angeordnet. Der Polarisator 18 weist beispielsweise ein Polarisationsgitter auf, das beispielsweise eine Vielzahl von sich länglich erstreckenden Gitterelementen 29 aufweist, die in 2 übereinander liegend in Schnittdarstellung dargestellt sind. Jenseits des Polarisators 18 liegt beispielsweise nicht konvertierte polarisierte Anregungsstrahlung 22 oder polarisierte Konversionsstrahlung 24 vor.
Das Konversionselement 12 weist einen, zwei oder mehr Leuchtstoffe auf oder ist daraus gebildet. Die elektromagnetische Strahlung 20, die in das Konversionselement 12 eingekoppelt wird, kann in diesem Zusammenhang auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden. Die Anregungsstrahlung regt die Leuchtstoffe in dem Konversionselement 12 zum Leuchten an, so dass zumindest ein Teil der Anregungsstrahlung in Konversionsstrahlung konvertiert wird. Der übrige Teil der Anregungsstrahlung kann als nicht konvertierte Anregungsstrahlung bezeichnet werden.
Anteile der nicht konvertierten Anregungsstrahlung und der Konversionsstrahlung, die die vorgegebene Polarisation 28 aufweisen, können den Polarisator 18 als polarisierte Anregungsstrahlung 22 bzw. als polarisierte Konversionsstrahlung 24 passieren. Die übrigen Anteile der Anregungsstrahlung bzw. der Konversionsstrahlung werden von der reflektierenden Seite 19 des Polarisators 18 zurück in das Konversionselement 12 reflektiert. Zurückreflektierte Anregungsstrahlung 25 kann in dem Konversionselement 12 konvertiert werden, wodurch eine Ausbeute bei der Konversion der Anregungsstrahlung erhöht werden kann. Ferner kann die zurückreflektierte Anregungsstrahlung 25 und/oder zurückreflektierte Konversionsstrahlung 27 in dem Konversionselement nicht-polarisationserhaltenden gestreut werden, beispielsweise an dem ersten bzw. zweiten Streuzentrum 30, 32. Bei dem nicht-polarisationserhaltenden Streuprozess wird ein Anteil des zurückreflektierten Anregungslichts 25 bzw. des zurückreflektierten Konversionslichts 24 so polarisiert, dass er die vorgegebene Polarisation 28 aufweist. Gestreute Anregungsstrahlung 35 und/oder gestreute Konversionsstrahlung 37, die die vorgegebene Polarisation 28 aufweisen, können direkt oder indirekt zu dem Polarisator 18 gelangen und den Polarisator 18 passieren.
Auf diese Weise kann polarisierte Konversionsstrahlung 24 und/oder polarisierte Anregungsstrahlung 22 erzeugt werden. Das Verhältnis von polarisierter Anregungsstrahlung 22 zu polarisierter Konversionsstrahlung 24 kann in Abhängigkeit von einem Material des Konversionselements 12 und/oder in Abhängigkeit der in dem Konversionselement 12 verwendeten Leuchtstoffe eingestellt werden. Beispielsweise kann die eingekoppelte Anregungsstrahlung vollständig oder zumindest nahezu vollständig konvertiert werden, so dass im Strahlengang nach dem Konversionselement 12 gar keine oder zumindest näherungsweise keine nicht konvertierte Anregungsstrahlung 22 mehr vorhanden ist, auf den Polarisator 18 trifft und/oder den Polarisator 18 durchdringt. Alternativ dazu kann das Konversionselement 12 jedoch auch so ausgebildet sein, dass gezielt ein vorgegebener Anteil der Anregungsstrahlung das Konversionselement 12 verlässt, auf den Polarisator 18 trifft und/oder als polarisierte Anregungsstrahlung 22 durch den Polarisator 18 tritt. Dadurch wird eine gezielte Mischung der polarisierten Anregungsstrahlung 22 mit der polarisierten Konversionsstrahlung 24 erreicht. Dies kann beispielsweise zur gezielten Farbdarstellung durch Farbmischung genutzt werden.
Das Konversionselement 22 weist Leuchtstoffe auf, beispielsweise ein, zwei oder mehr Leuchtstoffarten und/oder ein Leuchtstoffgemisch. Die Leuchtstoffe können beispielsweise phosphoreszierende oder fluoreszierende Leuchtstoffe sein. Die Leuchtstoffe können beispielsweise Phosphor aufweisen und/oder bei entsprechender Anregung weißes, gelbes, grünes oder rotes Licht emittieren. Die elektromagnetische Strahlung 26 trifft auf das Konversionselement 22. Die elektromagnetische Strahlung 26 regt in dem Konversionselement die Leuchtstoffe zum Leuchten an. Die elektromagnetische Strahlung 26 kann in diesem Zusammenhang auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden. Die angeregten Leuchtstoffe emittieren dann Konversionsstrahlung 28. In anderen Worten wird die Anregungsstrahlung in Konversionsstrahlung 28 konvertiert.
Abhängig von den verwendeten Leuchtstoffen kann die polarisierte Konversionsstrahlung 24 beispielsweise farbiges oder weißes Licht aufweisen. Beispielsweise weist die Anregungsstrahlung blaues Licht oder UV-Licht auf. Geeignete Leuchtstoffe sind im Stand der Technik bekannt. Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate oder Nitride, Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, Aluminate, Wolframate, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, Wolfram und anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-)nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat, Nitrido(alumo)silikat, Nitrid oder Nitridoorthosilikat, oder ein Halogenid oder Halophosphat. Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit:Eu ((Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu; SCAP), Yttrium-Aluminium-Granat:Cer (YAG:Ce) oder CaAlSiN3:Eu. Beispielsweise können die Leuchtstoffe einen Ce3+ dotierten Granatleuchtstoff, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Varianten davon mit der allgemeinen Formel (Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+ oder Mischungen eines solchen Granatleuchtstoffs mit rotemittierenden, Eu2+ dotierten Nitridleuchtstoffen des Typs (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+ oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+ aufweisen. Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit Licht streuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für Licht streuende Partikel sind beispielsweise Oxidpartikel wie Siliziumdioxid-, Gold-, Silber- und/oder Metalloxidpartikel. Das Konversionselement 12 kann beispielsweise vollständig oder nur teilweise aus Kristall oder Keramik bestehen. Ferner kann beispielsweise das Kristall-Konverterelement ein Einkristall sein. Unabhängig davon kann das Konversionselement 12 ein Matrixmaterial aufweisen, das beispielsweise Diamant, Wasserglas, Glas oder Al2O3 aufweisen kann. Auch andere aus Remote-Phosphor-Anwendungen bekannte Leuchtstoffe sind denkbar.
An Seiten des Konversionselements 12 können reflektierende Flächen 34 angeordnet und/oder ausgebildet sein. Beispielsweise können die reflektierenden Flächen 34 an Innenwänden des Gehäuses 14, die dem Konversionselement 12 zugewandt sind und/oder die an das Konversionselement 12 grenzen, angeordnet sein oder die Innenwände können als reflektierende Flächen 34 ausgebildet sein. Die reflektierenden Flächen 34 können für die Anregungsstrahlung und/oder die Konversionsstrahlung teilweise oder vollständig reflektierend ausgebildet sein. Die reflektierenden Flächen 34 können dazu beitragen, dass nicht konvertierte Anregungsstrahlung oder Konversionsstrahlung, beispielsweise zurückreflektierte Anregungsstrahlung 25 bzw. zurückreflektierte Konversionsstrahlung 27, die auf die Innenwände trifft, zurück in das Konversionselement 12 und/oder hin zu dem Polarisator 18 reflektiert wird. Dies kann mit Bezug auf die nicht konvertierte Anregungsstrahlung dazu beitragen, eine Effizienz und/oder einen Grad der Konvertierung zu erhöhen, da die nicht konvertierte Anregungsstrahlung nach der Reflektion an den reflektierenden Flächen 34 konvertiert werden kann. Ferner können die reflektierenden Flächen 34 dazu beitragen, die Effizienz bei der Polarisation zu erhöhen, da die zurückreflektierte Anregungsstrahlung 25 und/oder die zurückreflektierte Konversionsstrahlung 27, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, nicht-polarisationserhaltend gestreut werden kann, wodurch polarisierte Anregungsstrahlung 22 bzw. polarisierte Konversionsstrahlung 24 erzeugt werden kann.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Konversionselements 12 und des Polarisators 18. Die Gitterelemente 29 des Polarisators 18 weisen eine Höhe H, eine Breite B und einen Abstand A zueinander auf. Die Höhe H ist beispielsweise so gewählt, dass die elektromagnetische Strahlung 20, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, zurück zu dem Konversionselement 12 reflektiert werden kann, und dass möglichst wenig elektromagnetische Strahlung 23, die die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, absorbiert oder reflektiert wird. Beispielsweise können die Gitterelemente 29 des Polarisators 18 eine Höhe H zwischen 1 und 1000 Nanometer, beispielsweise zwischen 10 und 500 Nanometer, beispielsweise zwischen 30 und 200 Nanometer aufweisen. Ferner können die Gitterelemente 29 des Polarisators 18 beispielsweise eine Breite B zwischen 10 und 1000 Nanometer, beispielsweise zwischen 100 und 500 Nanometer, beispielsweise zwischen 150 und 250 Nanometer aufweisen. Der Abstand A kann beispielsweise so gewählt werden, dass beispielsweise die Hälfte der dem Polarisator 18 zugewandten ersten Seite 11 des Konversionselements 12 frei von Gitterelementen 29 des Polarisators 18 ist, beispielsweise so, dass 2/3 der Fläche frei von Gitterelementen 29 des Polarisators 18 ist. Beispielsweise kann ein Verhältnis von Breite B durch Abstand A zwischen 20 und 60 %, beispielsweise zwischen 30 und 50 % sein.
Der Polarisator 18, insbesondere die Gitterelemente 29, kann beispielsweise mittels Interferenzlithographie, in einem Maskenprozess, mit Hilfe eines Stempels in einer photoresistiven Schicht und/oder in einem Nano-Imprint-Verfahren hergestellt werden. Die Gitterelemente 29 sind an ihren dem Diffusor 10 zugewandten Seiten reflektierend ausgebildet, wodurch die reflektierende Seite 19 des Polarisators 18 gebildet ist. Die Gitterelemente 29 des Polarisators 18 können in ihren reflektierenden Bereichen beispielsweise Silber, Gold und/oder Aluminium aufweisen.
Eine Reflektivität der reflektierenden Flächen 34, beispielsweise der Innenwände des Gehäuse 14, und/oder der reflektierenden Seite 19 des Polarisators 18, insbesondere der reflektierenden Bereiche der Gitterelemente 29, kann beispielsweise zwischen 70 % und 99,99 %, beispielsweise zwischen 90 und 99 %, beispielsweise zwischen 95 und 98 % betragen.
Das Verwenden des reflektierenden Polarisators 18 kann beispielsweise dazu beitragen, dass bei einem vorgegebenen Zielfarbort, der durch ein Verhältnis von nicht konvertierter Anregungsstrahlung 22 zu Konversionsstrahlung 24 gegeben ist, weniger Leuchtstoff verwendet werden kann, da der Grad der Konversion erhöht ist.
Die polarisierte Konversionsstrahlung 24 und/oder die polarisierte Anregungsstrahlung 22 können beispielsweise Wellenlängen aufweisen, die im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen. Alternativ dazu können die Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich, beispielsweise im UV-Bereich oder im Infrarot-Bereich liegen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht. Im Unterschied zu dem in 2 erläuterten Ausführungsbeispiel weist das Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine optische Linse 40 auf, die im Strahlengang der Anregungsstrahlung und/oder der Konversionsstrahlung zwischen dem Konversionselement 12 und dem Polarisator 18 angeordnet ist. Der Polarisator 18 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht auf dem Konversionselement 12 sondern von diesem beabstandet angeordnet. Die optische Linse 40 ist beispielsweise eine Kollimationslinse, die von dem Konversionselement 12 kommende Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung kollimiert und in Richtung hin zu dem Polarisator 18 umlenkt. Die optische Linse 40 kollimiert somit die Anregungsstrahlung und Konversionsstrahlung, so dass durch den Polarisator 18 kollimierte polarisierte Anregungsstrahlung 22 und kollimierte polarisierte Konversionsstrahlung 24 treten. Die optische Linse 40 kann zu einer hohen Effizienz der Vorrichtung 2 beitragen, da allgemein die Kollimation elektromagnetischer Strahlung nicht-polarisationserhaltend sein kann und da die Anregungsstrahlung und die Konversionsstrahlung erst nach der Kollimation polarisiert werden.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Polarisators 18, der gemäß 4 unabhängig von dem Konversionselement 12 ausgebildet ist. Ansonsten kann der in 5 gezeigte Polarisator 18 dem mit Bezug zu 3 erläuterten Polarisator 18 entsprechen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem mit Bezug zu 2 erläuterten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht, wobei im Unterschied zu dem mit Bezug zu 2 erläuterten Ausführungsbeispiel das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel eine Strahlungsquelle 50 aufweist, die in der Ausnehmung 16 des Gehäuses 14 angeordnet ist. Die Strahlungsquelle 50 erzeugt die elektromagnetische Strahlung 20, beispielsweise die Anregungsstrahlung. Dadurch ist es sichergestellt, dass die gesamte von der Strahlungsquelle 50 erzeugte elektromagnetisch Strahlung 20 bzw. Anregungsstrahlung in das Konversionselement 12 eingekoppelt wird. Die Strahlungsquelle 50 kann ein Licht emittierendes Bauelement aufweisen, beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED), eine Laserdiode oder eine organische Licht emittierende Diode (OLED). Ferner kann die Strahlungsquelle 50 zwei oder mehr Licht emittierende Bauelemente aufweisen, beispielsweise Licht emittierende Dioden, Laserdioden oder organische Licht emittierende Dioden, wobei die Strahlungsquelle 50 dann beispielsweise als Light-Engine bezeichnet werden kann. Somit kann eine Vorrichtung mit einem Light-Engine bereitgestellt werden, die polarisiertes Licht emittiert.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem mit Bezug zu 4 erläuterten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht, wobei im Unterschied dazu das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entsprechend dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 die elektromagnetische Strahlungsquelle 50 aufweist. Die Strahlungsquelle 50 ist in der Ausnehmung 16 des Gehäuses 14 angeordnet. Die Strahlungsquelle 50 kann beispielsweise wie mit Bezug zu 6 erläutert ausgebildet sein.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem mit Bezug zu 4 erläuterten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht, wobei im Unterschied dazu bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 die elektromagnetische Strahlung 20 auf derselben Seite des Diffusors 10, beispielsweise der ersten Seite 11, in den Diffusor 10 eingekoppelt wird, wie sie aus dem Diffusor 10 in Richtung hin zu dem Polarisator 18 ausgekoppelt wird. Beispielsweise wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Anregungsstrahlung auf der ersten Seite 11 des Diffusors 10 eingekoppelt und die Konversionsstrahlung wird auf der ersten Seite 11 des Diffusors 10 ausgekoppelt. Die Vorrichtung 2 weist dazu beispielsweise eine Spiegelvorrichtung 52 auf, die beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel 54 aufweist. Beispielsweise ist der halbdurchlässige Spiegel 54 für die elektromagnetische Strahlung 20, beispielsweise die Anregungsstrahlung reflektierend ausgebildet und reflektiert diese hin zu dem Konversionselement 12 und der halbdurchlässige Spiegel 54 ist für die Konversionsstrahlung durchlässig ausgebildet und lässt die von dem Konversionselement 12 kommende Konversionsstrahlung 24 durch zu dem Polarisator 18. Dies ermöglicht, das Konversionselement 12 an den nicht dem Polarisator 18 zugewandten Seiten vollständig in das Gehäuse 14 einzubetten und die Innenwände des Gehäuses 14 vollständig mit den reflektierenden Flächen 34 zu versehen, so dass die Reflektionseffekte an den Innenwänden des Gehäuses 14 maximiert werden. Dies kann zu einer besonders hohen Ausbeute an Konversionsstrahlung und/oder polarisierter Konversionsstrahlung 24 beitragen.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem mit Bezug zu 2 erläuterten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Innenwände des Gehäuses 14 die Streuzentren 30, 32 aufweisen. Diese können zusätzlich oder alternativ zu Streuzentren in dem Konversionselement 12 ausgebildet sein. Die zurückreflektierte Anregungsstrahlung 25 und/oder die zurückreflektierte Konversionsstrahlung 27, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweisen, und die auf die Innenwände des Gehäuses 14 treffen können dann an den reflektierenden Flächen 34 nicht-polarisationserhaltend gestreut werden, wodurch polarisierte Anregungsstrahlung 22 bzw. polarisierte Konversionsstrahlung 24 erzeugt wird. Falls das Konversionselement 12 so ausgebildet ist, dass es die Anregungsstrahlung und/oder die Konversionsstrahlung nicht konvertiert, so kann die streuende Funktion des Diffusors 10 von den reflektierenden Flächen 34 übernommen werden. Ansonsten kann aufgrund der streuenden Eigenschaften der reflektierenden Flächen 34 die Ausbeute an polarisierter Anregungsstrahlung 22 und/oder an polarisierter Konversionsstrahlung 24 erhöht werden.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2, das weitgehend dem mit Bezug zu 2 erläuterten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 entspricht, wobei im Unterschied dazu anstatt des Konversionselements 12 ein Streuelement 42 angeordnet ist. Das Streuelement 42 konvertiert die elektromagnetische Strahlung 20 nicht. Es wird somit lediglich polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 erzeugt. Das Streuelement 42 streut die vom Reflektor 18 reflektierte elektromagnetische Strahlung 21, die nicht die vorgegebene Polarisation 28 aufweist, nicht-polarisationserhaltend, und erzeugt so polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 mit der vorgegebenen Polarisation 28.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Projektors 60. Der Projektor 60 weist die Vorrichtung 2 und eine Flüssigkristall-Vorrichtung 64 auf. Die Strahlungsquelle 50 kann gemäß 6 und/oder 7 in dem Gehäuse 14 oder außerhalb des Gehäuses 14 angeordnet sein. Die polarisierte Anregungsstrahlung 22 und/oder die polarisierte Konversionsstrahlung 24 mit der vorgegebenen Polarisation 28 trifft auf die Flüssigkristall-Vorrichtung 64. Die Flüssigkristall-Vorrichtung kann beispielsweise eine LCD-Vorrichtung und/oder eine LCOS-Vorrichtung sein. Die Flüssigkristall-Vorrichtung 24 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Steuergeräts angesteuert. Das Steuergerät steuert die Flüssigkristall-Vorrichtung 24 abhängig von vorgegebenen Bilddaten. Die Flüssigkristall-Vorrichtung 24 beeinflusst die polarisierte Anregungsstrahlung 22 und/oder die polarisierte Konversionsstrahlung 24, wodurch von der Flüssigkristall-Vorrichtung 24 Projektionsstrahlung 26 hin zu einer Projektionsfläche 68, beispielsweise einer Leinwand, abgestrahlt wird. Die Projektionsstrahlung 26 erzeugt auf der Projektionsfläche 68 eine Bilddarstellung, beispielsweise einzelne und/oder aufeinanderfolgende Bilder, beispielsweise ein Film oder eine Computeranimation bzw. ein Computerspiel.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die mit Bezug zu den 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiele, bei denen die reflektierenden Flächen 34 die Streuzentren 30, 32 aufweisen bzw. bei denen der Diffusor 10 lediglich das Streuelement 42 aufweist, auch auf die mit Bezug zu den 4, 6, 7 und 8 erläuterten Ausführungsbeispiele übertragen werden, bei denen der Polarisator 18 von dem Diffusor 10 beabstandet ist, bei dem die elektromagnetische Strahlungsquelle 50 in dem Gehäuse 14 angeordnet ist bzw. bei dem die elektromagnetische Strahlung 20 auf der gleichen Seite in den Diffusor 10 eingekoppelt wird wie sie aus dem Diffusor 10 ausgekoppelt wird. Ferner kann die Vorrichtung 2 auch in anderen Anwendungen als dem Projektor 60 verwendet werden, beispielsweise bei allen Anwendungen, bei denen polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 benötigt wird oder vorteilhaft ist.

Claims

Vorrichtung (2) zum Erzeugen von polarisierter elektromagnetischer Strahlung (22, 23, 24), mit einem Diffusor (10), der in einem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) angeordnet ist und mit einem Polarisator (18), der in dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) angeordnet ist und der in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung (20) nach dem Diffusor (10) angeordnet ist und der eine dem Diffusor (10) zugewandte reflektierende Seite (19) aufweist, die zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung (20) reflektierend ausgebildet ist, wobei der Polarisator (18) so ausgebildet ist, dass er elektromagnetische Strahlung (23), die eine vorgegebene Polarisation (28) aufweist, durchlässt und elektromagnetische Strahlung (21, 25, 27), die nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweist, zurück zu dem Diffusor (10) reflektiert, der mindestens einen Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden elektromagnetischen Strahlung (21, 25, 27) nicht-polarisationserhaltend streut.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, bei der der Diffusor (10) ein Konversionselement (12) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es mindestens einen Anteil der elektromagnetischen Strahlung (20) und/oder der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden Strahlung (25) konvertiert.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, bei der das Konversionselement (12) so ausgebildet ist, dass es den Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden elektromagnetischen Strahlung (25, 27) nicht-polarisationserhaltend streut.
Vorrichtung (2) Anspruch 1, bei der der Diffusor (10) ein Streuelement (42) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es den Anteil der zurückreflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden elektromagnetischen Strahlung (21, 25, 27) nicht-polarisationserhaltend streut.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der mindestens an einer der Seiten des Konversionselements (12) oder des Streuelements (42) eine, zwei oder mehr reflektierende Flächen (34) angeordnet sind.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, bei der die reflektierenden Flächen (34) den Anteil der zurück reflektierten nicht die vorgegebene Polarisation (28) aufweisenden elektromagnetischen Strahlung (21, 25, 27) nicht-polarisationserhaltend streuen.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Diffusor (10) ein Gehäuse (14) aufweist, in dem das Konversionselement (12) und/oder das Streuelement (42) angeordnet sind, und bei die reflektierenden Flächen (34) Innenwände des Gehäuses (14) sind.
Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Polarisator (18) an dem Diffusor (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in dem Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) zwischen dem Diffusor (10) und dem Polarisator (18) eine optische Linse (40) angeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Diffusor (10) eine dem Polarisator (18) zugewandte erste Seite (11) und eine von dem Polarisator (18) abgewandte zweite Seite (13) aufweist und bei der der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) den Diffusor (10) von der zweiten Seite (13) zu der ersten Seite (11) vollständig durchdringt.
Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Diffusor (10) eine dem Polarisator (18) zugewandte erste Seite (11) aufweist und bei der der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) auf der ersten Seite (11) in den Diffusor (10) eintritt und auf der ersten Seite (11) den Diffusor (10) verlässt, wobei der Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (20) den Diffusor (10) nicht vollständig durchdringt.
Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Strahlungsquelle (50) aufweist, die die elektromagnetische Strahlung (20) erzeugt.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 12, bei der die Strahlungsquelle (50) eine Licht emittierende Diode (50) oder einen Laser aufweist.
Projektor (60), der zum Erzeugen von Beleuchtungsstrahlung die Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
Projektor (60) nach Anspruch 14, der eine Flüssigkristall-Vorrichtung (64) aufweist, die im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung angeordnet ist und die abhängig von vorgegebenen Bilddaten eine Projektionsdarstellung erzeugt.