DE102018108022A1

DE102018108022A1 - Vorrichtung zur darstellung eines bildes

Info

Publication number: DE102018108022A1
Application number: DE102018108022.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Brick; Uli Hiller; Stefan Morgott
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: US20180299673A1; US11275237B2

Abstract

Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige, wobei drei Arrays von Leuchtdioden vorgesehen sind, wobei die Leuchtdioden eines Arrays in der Weise angeordnet und ausgebildet sind, um in einer Abstrahlrichtung einer Abstrahlseite des Arrays elektromagnetische Strahlenbündel abzugeben, wobei die Leuchtdioden (3) ausgebildet sind, um ein elektromagnetisches Strahlen-bündel (8) mit einem ersten Öffnungswinkel (5) in der Abstrahlrichtung (6) abzugeben, wobei eine Kollimationsvorrichtung (7) auf der Abstrahlseite in einem vorgegebenen Abstand vor dem Array (2) der Leuchtdioden (3) vorgesehen ist, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) die ersten Öffnungswinkel (5) der Strahlenbündel (8) der Leuchtdioden (3) auf einen zweiten Öffnungswinkel (9) reduziert, wobei der zweite Öffnungswinkel (9) kleiner ist als der erste Öffnungswinkel (5), wobei in der Abstrahlrichtung (6) nach der Kollimationsvorrichtung (7) eine Kombinationsoptik vorgesehen ist, wobei die Kombinationsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild für das Head-Up-Display zu überlagern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Justieren einer Steuerschaltung zur Darstellung eines Bildes gemäß Patentanspruch 19 und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes gemäß Patentanspruch 20.
Im Stand der Technik ist es bekannt, mithilfe von lichtemittierenden Dioden ein Bild für eine Head-Up-Display-Anzeige darzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, dass zwischen einem Array von Leuchtdioden und einer Kombinationsoptik eine Kollimationsvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Kollimationsvorrichtung ausgebildet ist, um einen ersten Öffnungswinkel der Strahlenbündel der Leuchtdioden auf einen zweiten kleineren Öffnungswinkel zu reduzieren. Auf diese Weise kann eine verbesserte Bilddarstellung erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist die Kollimationsvorrichtung mehrere Kollimationslinsen auf. Eine Kollimationslinse ist für wenigstens ein Strahlenbündel einer Leuchtdiode vorgesehen. Die Kollimationslinse verkleinert den ersten Öffnungswinkel des Strahlenbündels der Leuchtdiode zu dem zweiten Öffnungswinkel. Die Kollimationslinsen der Kollimationsvorrichtung können identisch ausgebildet sein und die gleiche Reduzierung des ersten Öffnungswinkels auf den zweiten Öffnungswinkel ermöglichen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Kollimationsvorrichtung auch unterschiedliche Kollimationslinsen aufweisen, wobei die unterschiedlichen Kollimationslinsen eine unterschiedliche Größe und/oder eine unterschiedlich starke Verkleinerung der ersten Öffnungswinkel auf verschiedene zweite Öffnungswinkel ermöglichen. Dadurch kann eine weitere Optimierung der Strahlungsführung erreicht werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann jede Kollimationslinse für wenigstens zwei Strahlenbündel von zwei Leuchtdioden vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Kollimationslinse für wenigstens drei Strahlenbündel von drei Leuchtdioden vorgesehen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform eine Kollimationslinse der Kollimationsvorrichtung für ein Bildpixel vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann ein Bildpixel eine, zwei, drei oder mehrere Leuchtdioden umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Linsenelement des Linsenarrays für eine Kollimationslinse vorgesehen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform ein Linsenelement des Linsenarrays für mehrere Kollimationslinsen vorgesehen sein. Dadurch kann ein vereinfachter Aufbau bei guter Qualität des dargestellten Bildes erreicht werden. Beispielsweise kann ein Linsenelement des Linsenarrays für die Kollimationslinsen eines Bildpixels vorgesehen sein. Auf diese Weise werden die Strahlenbündel des Bildpixels durch ein Linsenelement auf die Abbildungsebene fokussiert. Dadurch kann eine verbesserte Bildqualität erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kollimationsvorrichtung eine Lochblende oder eine Lochblende mit einem Sublinsenarray aufweisen. Die Lochblende weist mehrere Löcher auf. Das Sublinsenarray weist mehrere Sublinsen auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann jedem Loch der Lochblende eine Sublinse zugeordnet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine Sublinse auf einer Einstrahlseite und/oder auf einer Abstrahlseite der Lochblende angeordnet sein. Mithilfe der Lochblende oder mithilfe der Lochblende und der Sublinse wird die Fokussierung eines Strahlenbündels einer Leuchtdiode vom ersten Öffnungswinkel auf den zweiten Öffnungswinkel erreicht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Lochblende auf einer Einstrahlseite, die dem Array von Leuchtdioden zugewandt ist, reflektierend für die elektrischen Strahlenbündel ausgebildet sein. Der Reflexionsgrad kann größer als 30 %, insbesondere größer als 50 % oder größer als 80 % sein. Auf diese Weise wird eine Reduzierung von Strahlenverlusten erreicht. Die reflektierten Strahlen können vom Leuchtdiodenarray erneut zurückgestrahlt werden und damit insgesamt die Strahlungsleistung der Vorrichtung erhöhen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist eine Sublinse für Strahlenbündel mehrerer Leuchtdioden vorgesehen. Insbesondere kann eine Sublinse für die Strahlenbündel der Leuchtdioden eines Bildpixels vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist die Vorrichtung in der Weise ausgebildet, dass ein Loch der Lochblende für Strahlenbündel mehrerer Leuchtdioden vorgesehen ist. Dadurch wird ein vereinfachter Aufbau der Vorrichtung bei guter Qualität des dargestellten Bildes erreicht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform sind mehrere Sublinsen für ein Strahlenbündel einer Leuchtdiode vorgesehen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist die Vorrichtung in der Weise ausgebildet, dass mehrere Löcher der Lochblende für ein Strahlenbündel einer Leuchtdiode vorgesehen ist. Dadurch wird eine verbesserte Strahlungsführung erreicht.
Beispielsweise kann ein Loch der Lochblende und/oder eine Sublinse des Linsenarrays für mehrere Leuchtpixel vorgesehen sein, wobei ein Leuchtpixel drei Leuchtdioden mit den Lichtfarben Rot, Grün und Blau aufweist. Ein Leuchtpixel ist ausgebildet, um insbesondere einen Bildpunkt des dargestellten Bildes zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Lochblende einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode groß ist. Dadurch wird eine verbesserte Strahlungsführung der Strahlenbündel der Leuchtdioden erreicht. In einer Ausführungsform weist die Lochblende einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge eines Leuchtpixels lang ist. Ein Leuchtpixel umfasst wenigstens die Leuchtdioden, die für die Darstellung eines Bildpunktes des dargestellten Bildes benötigt werden. Dabei kann ein Leuchtpixel beispielsweise zwei Leuchtdioden, insbesondere drei Leuchtdioden oder auch mehrere Leuchtdioden aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Kollimationsvorrichtung ein optisches Filterelement auf, wobei das Filterelement ausgebildet ist, um Strahlenbündel in einem vorgegeben Einfallswinkelbereich durchzulassen und Strahlenbündel außerhalb des Einfallswinkelbereiches zu blockieren. Auf diese Weise kann eine gewünschte Reduzierung des ersten Öffnungswinkels der Strahlenbündel auf den zweiten kleineren Öffnungswinkel erreicht werden. Beispielsweise kann das optische Filterelement ausgebildet sein, um die Strahlenbündel, die außerhalb des vorgegebenen Einfallswinkelbereiches auf das Filterelement auftreffen, zurück zu reflektieren und/oder zu absorbieren.
In einer Ausführungsform ist das Filterelement aus einem für die Strahlenbündel transparenten Material gebildet. Das Filterelement weist eine strukturierte Oberfläche auf, wobei die Oberfläche in der Weise ausgebildet ist, um über eine Totalreflexion an der strukturierten Oberfläche eine gewünschte Reduzierung des ersten Öffnungswinkels der Strahlenbündel auf den zweiten kleineren Öffnungswinkel zu erreichen. Dadurch kann ein einfacher Aufbau des optischen Filterelementes realisiert werden. Beispielsweise kann die Oberfläche in Form von Pyramiden, Prismen, Kegelarrays oder gekreuzten Prismen ausgebildet sein. Zum Erreichen der gewünschten Filterfunktion können verschiedene geometrische Formen der strukturierten Oberfläche verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Filterelement eine Schichtstruktur mit dielektrischen Schichten auf. Die Schichtstruktur ist für die Strahlenbündel transparent, wenn die Strahlenbündel in dem vorgegebenen Einfallswinkelbereich auf die Schichtstruktur auftreffen. Außerhalb des Einfallswinkelbereiches werden die Strahlenbündel reflektiert und/oder absorbiert. Auf diese Weise kann eine gewünschte Reduzierung des ersten Öffnungswinkels der Strahlenbündel auf den zweiten kleineren Öffnungswinkel erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist das Filterelement einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode lang ist. In einer Ausführungsform weist das Filterelement einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge eines Leuchtpixels lang ist. Ein Leuchtpixel umfasst wenigstens die Leuchtdioden, die für die Darstellung eines Bildpunktes des dargestellten Bildes benötigt werden. Dabei kann ein Leuchtpixel beispielsweise zwei Leuchtdioden, insbesondere drei Leuchtdioden oder auch mehrere Leuchtdioden aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Kollimationsvorrichtung in Abstrahlrichtung gesehen eine sich verjüngende Reflexionsstruktur auf. Auf diese Weise kann eine gewünschte Reduzierung des ersten Öffnungswinkels der Strahlenbündel auf den zweiten kleineren Öffnungswinkel erreicht werden. Die Reflexionsstruktur weist reflektierte Innenflächen auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann für wenigstens eine Leuchtdiode eine Reflexionsstruktur vorgesehen sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform eine Reflexionsstruktur für mehrere Leuchtdioden, insbesondere für Leuchtdioden eines Leuchtpixels vorgesehen sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Reflexionsstruktur besteht in einem konisch zulaufenden Zylinder. Auch mit dieser Ausführungsform kann eine Reduzierung des ersten Öffnungswinkels eines Strahlenbündels auf den zweiten Öffnungswinkel erreicht werden. Der Reflexionsgrad der Innenflächen der Reflexionsstruktur kann größer als 50 %, insbesondere größer als 80 % sein.
In einer Ausführung sind die Leuchtdioden einzeln ansteuerbar, wobei insbesondere die Leuchtdioden in einem Bauteil integriert sind, und wobei insbesondere eine Schaltung zum Ansteuern der Leuchtdioden in einem weiteren Bauteil integriert ist, und wobei insbesondere das Bauteil auf dem weiteren Bauteil angeordnet ist.
In einer Ausführung ist die Kombinationsoptik als doppelter Strahlteilerwürfel ausgebildet. Der Strahlteilerwürfel weist zwei gekreuzte Reflexionsebenen auf, wobei die zwei Reflexionsebenen einseitig durchlässig und einseitig reflektierend ausgebildet sind. Die Reflexionsebenen sind ausgebildet, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild zu überlagern.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kombinationsoptik in Form von zwei gekreuzten Platten ausgebildet. Die zwei Platten sind einseitig reflektierend und einseitig durchlässig ausgebildet. Die Platten sind ausgebildet, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild zu überlagern.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kombinationsoptik in Form einer diffraktiven Struktur ausgebildet. Die diffraktive Struktur ist ausgebildet, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild zu überlagern.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kombinationsoptik in Form einer Gitterstruktur ausgebildet. Die Gitterstruktur ist ausgebildet, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild zu überlagern.
In einer weiteren Ausführungsform weist jedes Array Leuchtdioden auf, die Licht mit einem gleichen Wellenlängenbereich emittieren. Somit können beispielsweise in einem ersten Array Leuchtdioden mit blauem Licht, in einem zweiten Array Leuchtdioden mit einem grünen Licht und in einem dritten Array Leuchtdioden mit einem roten Licht angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist nach der Kombinationsoptik eine zweite Abbildungsoptik vorgesehen, wobei die zweite Abbildungsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu fokussieren. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der Darstellung des Bildes bei einer Head-Up-Display-Anzeige erreicht werden. In einer weiteren Ausführungsform ist nach der Kombinationsoptik eine zweite Abbildungsoptik vorgesehen, wobei die zweite Abbildungsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays in einer Zwischenebene zu einem Zwischenbild zu fokussieren, wobei in der Zwischenebene ein optisches Aufweitungselement vorgesehen ist, wobei das Aufweitungselement ausgebildet ist, um das Zwischenbild für eine Bildebene aufzuweiten. Auch dadurch kann eine weitere Verbesserung der Display-Anzeige erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Aufweitungselement in Form eines Mikrolinsenarrays oder in Form eines Diffusorelementes ausgebildet. Zudem kann das Aufweitungselement ein Diffusorelement oder ein Mikrolinsenarray aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine optische Abbildungsvorrichtung vorgesehen, wobei die optische Abbildungsvorrichtung ausgebildet ist, um die Strahlenbündel auf eine Abbildungsebene vor der Kombinationsoptik zu fokussieren. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der Bildanzeige auf dem Head-Up-Display erreicht werden.
In einer Ausführung weist das Array einen Mittenbereich und einen Umgebungsbereich auf, wobei im Mittenbereich die Leuchtdioden in einer größeren Dichte, d.h. Flächendichte als im Umgebungsbereich angeordnet sind.
In einer Ausführung ist eine Anordnung von mehreren Arrays mit Leuchtdioden vorgesehen, wobei die Anordnung einen Mittenbereich und einen Umgebungsbereich aufweist, wobei im Mittenbereich die Arrays in einer größeren Dichte, d.h. Flächendichte als im Umgebungsbereich angeordnet sind.
In einer Ausführungsform ist eine Steuerschaltung zum Ansteuern der Leuchtdioden der Arrays vorgesehen, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, um wenigstens einen Teil der Leuchtdioden eines Arrays während des Betriebes des Arrays nicht anzusteuern. In einer Ausführungsform ist ein Speicher vorgesehen, mit dem die Steuerschaltung verbunden ist. Im Speicher ist eine Information abgelegt, wobei die Information anzeigt, welche Leuchtdioden im Betrieb angesteuert werden und welche nicht. Auf diese Weise kann ein Überlapp einer elektromagnetischen Strahlung eines Arrays über ein vorgegebenes Bild vermieden werden. Beispielsweise können Randbereiche eines Arrays beim Betrieb nicht aktiviert werden, um den Überlapp über das vorgegebene Bild zu vermeiden.
Zudem wird ein Verfahren zum Justieren einer Steuerschaltung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige vorgeschlagen. Dabei sind wenigstens zwei Arrays von Leuchtdioden vorgesehen. Die Leuchtdioden jedes Arrays sind einzeln von der Steuerschaltung ansteuerbar. Die Leuchtdioden eines Arrays sind in der Weise angeordnet und ausgebildet, um in einer Abstrahlrichtung einer Abstrahlseite des Arrays elektromagnetische Strahlenbündel abzugeben. In den Abstrahlrichtungen der Arrays ist eine Kombinationsoptik vorgesehen, wobei die Kombinationsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild für ein Head-Up-Display zu überlagern. In einem ersten Schritt wird mit wenigstens zwei Arrays ein Testbild generiert. In einem zweiten Schritt wird überprüft, ob ein Teilbild eines Arrays über ein vorgegebenes Bild hinausragt. Wird ein Überlapp des Teilbildes über das vorgegebene Bild erkannt, so wird die Steuerschaltung in der Weise eingestellt, dass die Leuchtdioden, die den Überlapp verursachen, nicht angesteuert werden. Diese Information kann auch permanent in einem Speicher abgelegt sein, der mit der Steuerschaltung verbunden ist.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige vorgeschlagen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes,
2 eine schematische Draufsicht auf ein Array von Leuchtdioden,
3 eine schematische Draufsicht auf ein Linsenarray,
4 einen schematischen Teilausschnitt einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes mit einer Kollimationsvorrichtung mit mehreren Kollimationslinsen,
5 eine schematische Draufsicht auf die Kollimationsvorrichtung mit Kollimationslinsen der 4,
6 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt des Linsenarrays der 4,
7 eine schematische Seitendarstellung eines Ausschnittes einer Vorrichtung mit einer Kollimationsvorrichtung, wobei eine Kollimationslinse für mehrere Leuchtdioden vorgesehen ist,
8 eine schematische Draufsicht auf ein Array von Leuchtdioden mit einer schematischen Darstellung einer Kollimationslinse,
9 eine schematische Seitendarstellung eines Ausschnittes einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes mit einer weiteren Kollimationsvorrichtung,
10 eine vergrößerte Darstellung eines Teilausschnittes der Vorrichtung der 9 mit einer Kollimationsvorrichtung in Form einer Lochblende und einem Sublinsenarray,
11 eine schematische Draufsicht auf eine Einstrahlseite der Lochblende der 10,
12 eine schematische Draufsicht auf das Sublinsenarray der 10,
13 einen schematischen Querschnitt durch eine Lochblende mit einem Sublinsenarray auf der Einstrahlseite und einem weiteren Sublinsenarray auf der Abstrahlseite,
14 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Lochblende mit einem Taperarray mit optischen Tapern,
15 einen schematischen Querschnitt durch eine Lochblende mit einem Taperarray in einer weiteren Ausführungsform,
16 einen schematischen Teilausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes,
17 einen vergrößerten Teilausschnitt der Vorrichtung der 16 mit einer Kollimationsvorrichtung in Form eines optischen Filterelementes mit einer strukturierten Oberfläche,
18 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes,
19 eine vergrößerte Darstellung eines Teilausschnittes der 18 mit einer Kollimationsvorrichtung in Form eines optischen Filterelementes in Form von Spiegelschichten,
20 einen schematischen Teilausschnitt einer weiteren einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes,
21 eine schematische vergrößerte Teildarstellung der Anordnung der 20,
22 eine schematische Draufsicht auf die Reflexionsstruktur der 21,
23 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zur Darstellung eines Bildes auf einer Head-Up-Display-Anzeige,
24 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 100 mit einem Aufweitungselement,
25 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Darstellung eines Bildes auf einer Head-Up-Display-Anzeige mit einer Abbildungsoptik zwischen der Kombinationsoptik und den Arrays der Leuchtdioden,
26 in einer schematischen Darstellung zwei Verfahrensschritte zur Justierung eines Bildes einer Head-Up-Display-Anzeige,
27 eine schematische Darstellung eines Arrays,
28 eine Draufsicht auf eine Ausführung eines Arrays,
29 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführung eines Arrays,
30 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Arrays mit einem Mittenbereich und einem Umgebungsbereich,
31 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Anordnung mit Arrays mit Leuchtdioden, und
32 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine weitere Anordnung mit Arrays mit Leuchtdioden.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Array 2 mit Leuchtdioden 3. Die Leuchtdioden 3 können einzeln oder in Gruppen ansteuerbar ausgebildet sein. Dazu ist eine entsprechende, nicht dargestellte, Steuervorrichtung vorgesehen. Die Leuchtdioden 3 des Arrays 2 können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere können die Leuchtdioden 3 verschiedene Wellenlängenspektren einer elektromagnetischen Strahlung 4 erzeugen. Weiterhin können abhängig von der gewählten Ausführungsform einzelne oder alle Leuchtdioden 3 ein Konversionselement zur Verschiebung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 4 der Leuchtdiode 3 aufweisen. Die Leuchtdioden 3 sind ausgebildet, um eine elektromagnetische Strahlung 4 in einem ersten Öffnungswinkel 5 in einer Abstrahlrichtung 6 abzugeben. In der Abstrahlrichtung 6 nach dem Array 2 ist eine Kollimationsvorrichtung 7 vorgesehen. Die Abstrahlrichtung 6 ist senkrecht zur Ebene des Arrays 2 angeordnet. Eine Leuchtdiode 3 kann eine Kantenlänge aufweisen, die im Bereich von 0,5 µm bis 100µm liegen kann.
Jede Leuchtdiode 3 erzeugt somit ein Strahlenbündel 8 mit einem ersten Öffnungswinkel 5. In der Figur ist nur ein Strahlenbündel 8 einer Leuchtdiode 3 dargestellt. Die Kollimationsvorrichtung 7 ist ausgebildet, um die ersten Öffnungswinkel 5 der Strahlenbündel 8 der Leuchtdioden 3 auf einen kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 zu begrenzen bzw. zu kollimieren. Somit verlassen die Strahlenbündel 8 die Kollimationsvorrichtung 7 in der Abstrahlrichtung 6 mit dem kleineren zweiten Öffnungswinkel 9.
In Abstrahlrichtung 6 nach der Kollimationsvorrichtung 7 kann eine optische Abbildungsvorrichtung 10 vorgesehen. Die optische Abbildungsvorrichtung 10 ist ausgebildet, um die Strahlenbündel 8 der Leuchtdioden 3 in einer gewünschten Weise zu lenken, d.h. abzubilden. Beispielsweise können die Strahlenbündel durch die Abbildungsvorrichtung 10 auch fokussiert werden. Die optische Abbildungsvorrichtung 10 kann beispielsweise in Form einer Linse, eines Linsensystems oder eines Linsenarrays ausgebildet sein.
Mithilfe der Vorrichtung 1 kann ein zweidimensionales, insbesondere ein dreidimensionales Bild mithilfe der Leuchtdioden 3 des Arrays 2 erzeugt werden. Unter einem Bild wird jede optisch wahrnehmbare Darstellung verstanden. Ein Bild kann z.B. nur aus einem weißen Lichtpunkt oder aus einer Darstellung eines Gegenstandes oder aus einer Darstellung einer Landschaft bestehen. Aufgrund der Kollimationsvorrichtung 7 wird eine Begrenzung der ersten Öffnungswinkel 5 zu den zweiten Öffnungswinkeln 9 ermöglicht. Dadurch wird eine Vermischung der Strahlenbündel benachbarter Leuchtdioden 3 bei Auftreffen auf die optische Abbildungsvorrichtung 10 reduziert. Somit wird eine verbesserte Darstellung des Bildes erreicht. Insbesondere wird eine präzisere Fokussierung der Strahlenbündel 8 und eine damit verbundene höhere Lichtstärke des Bildes ermöglicht. Beispielsweise kann der Öffnungswinkel durch den Bereich festgelegt werden, in dem wenigstens noch 10% der maximalen Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung des Strahlenbündels vorhanden ist. Somit kann der erste und/oder der zweite Öffnungswinkel durch den Bereich festgelegt werden, in dem wenigstens noch 10% der maximalen Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung des Strahlenbündels vorhanden ist.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt des Arrays 2 mit Leuchtdioden 3. Die Leuchtdioden 3 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem konstanten Raster in Reihen und Spalten angeordnet. Die Leuchtdioden 3 sind schematisch in Form von Quadraten dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Leuchtdioden 3 auch in einer anderen Anordnung im Array 2 vorgesehen sein. Eine vorgegebene Anzahl von Leuchtdioden 3 kann zu einem Leuchtpixel 12 zusammengefasst angeordnet sein. Ein Leuchtpixel 12 kann die Leuchtdioden 3 umfassen, die einen Bildpunkt eines Bildes darstellen sollen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst ein Leuchtpixel 12 drei Leuchtdioden 3. Der Leuchtpixel 12 ist mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet. In einer weiteren Ausführungsform kann der Leuchtpixel 12 auch zwei Leuchtdioden 3 oder mehr als drei Leuchtdioden 3 umfassen. Die Leuchtdioden 3 des Leuchtpixels können elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen emittieren. Beispielsweise können die Leuchtdioden 3 des Leuchtpixels 12 ausgebildet sein, um verschiedene sichtbare Farben und insbesondere in der Überlagerung weißes Licht zu erzeugen.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer optischen Abbildungsvorrichtung 10 in Form eines Linsenarrays 13 mit einer Vielzahl von Linsenelementen 14. Die Linsenelemente 14 stellen Linsen dar, die miteinander in einem Array verbunden sind. Die Linsenelemente 14 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem konstanten Raster in Reihen und Spalten mit konstanten Abständen angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann ein Linsenelement 14 für wenigstens ein Strahlenbündel 8 einer Leuchtdiode 3 vorgesehen sein. Zudem kann ein Linsenelement 14 auch für mehrere Strahlenbündel 8 von mehreren Leuchtdioden 3 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Linsenelement 14 für die Strahlenbündel 8 der Leuchtdioden 3 eines Leuchtpixels 12 vorgesehen sein. Zudem können auch mehrere Linsenelemente 14 für ein Strahlenbündel 8 einer Leuchtdiode 3 vorgesehen sein.
4 zeigt schematisch einen vergrößerten Teilausschnitt der Vorrichtung 1 der 1. Es sind sechs Leuchtdioden 3 des Arrays 2 schematisch dargestellt. Die Leuchtdioden 3 können gleiche elektromagnetische Strahlung in der Abstrahlrichtung 6 abgeben oder elektromagnetische Strahlen 4 mit unterschiedlichen Wellenlängenspektren in der Abstrahlrichtung 6 abgeben. Beispielsweise können sich in einer Reihe des Arrays 2 jeweils eine Leuchtdiode 3 mit einem roten Farbspektrum, eine Leuchtdiode 3 mit einem grünen Farbspektrum und eine Leuchtdiode 3 mit einem blauen Farbspektrum abwechseln. In der Abstrahlrichtung 6 nach dem Array 2 ist die Kollimationsvorrichtung 7 angeordnet, wobei die Kollimationsvorrichtung 7 Kollimationslinsen 15 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist für jede Leuchtdiode 3 des Arrays 2 eine Kollimationslinse 15 vorgesehen. Die Kollimationslinsen 15 sind ausgebildet, um den ersten Öffnungswinkel der Strahlenbündel 8 auf einen zweiten Öffnungswinkel 9 zu verkleinern. Der zweite Öffnungswinkel 9 ist beispielsweise um 30%, insbesondere um bis zu 50% kleiner als der erste Öffnungswinkel 5. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann beispielsweise auch um bis zu 90% kleiner sein als der erste Öffnungswinkel 5. In der Abstrahlrichtung 6 nach der Kollimationsvorrichtung 7 ist schematisch eine optische Abbildungsvorrichtung 10 in Form eines Linsenarrays 13 angeordnet, wobei in der Darstellung nur ein Linsenelement 14 des Linsenarrays 13 dargestellt ist.
Der erste Öffnungswinkel 5 der Strahlenbündel 8 der Leuchtdioden 3 kann beispielsweise 180° oder weniger aufweisen. Der zweite Öffnungswinkel 9 der Strahlenbündel 8 kann nach der Kollimationsvorrichtung 7 beispielsweise kleiner als 100°, insbesondere kleiner als 90° sein. Ein Leuchtpixel 12 mit einer Leuchtdiode 3 mit einem roten Farbspektrum, einer zweiten Leuchtdiode 3 mit einem grünen Farbspektrum und einer dritten Leuchtdiode 3 mit einem blauen Farbspektrum kann beispielsweise eine Fläche von 31,5 µm × 31,5 µm aufweisen. Ein Linsenelement 14 des Linsenarrays 13 kann zur Abbildung mehrerer Strahlenbündel 8 mehrerer Leuchtdioden 3 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Linsenelement 14 für 12 × 12 Leuchtpixel 12 vorgesehen sein. Ein Linsenelement 14 kann einen Durchmesser von 378 µm × 378 µm aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann ein Linsenelement 14 für Leuchtdioden 3 eines ersten Wellenlängenspektrums, beispielsweise rotes Licht vorgesehen sein. Ein zweites Linsenelement 14 kann für Leuchtdioden eines zweiten Wellenlängenspektrums, beispielsweise grünes Licht vorgesehen sein. Ein drittes Linsenelement 14 kann für Leuchtdioden eines dritten Wellenlängenspektrums, beispielsweise blaues Licht vorgesehen sein. Somit können Strahlenbündel mehrerer Leuchtdioden mit dem gleichen Wellenlängenspektrum von einem Linsenelement 14 abgebildet werden.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf einen Teilausschnitt des Arrays 2 der Leuchtdioden 3 der 4. Die Leuchtdioden 3 sind schematisch als Quadrate dargestellt.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf einen Teilausschnitt des Linsenarrays 13 mit den Linsenelementen 14.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Darstellen von Bildern. Bei dieser Ausführungsform werden die Strahlenbündel 8 von jeweils drei Leuchtdioden 3 mithilfe einer Kollimationslinse 15 auf einen zweiten Öffnungswinkel 9 begrenzt und auf ein Linsenarray 13 mit Linsenelementen 14 gelenkt. Das Linsenelement 14 des Linsenarrays 13 kann auch bei dieser Ausführungsform beispielsweise eine Größe von 378 µm × 378 µm aufweisen. Das Linsenarray 13 der beschriebenen Ausführungsformen kann beispielsweise aus Plastik, Polycarbonat, Epoxidharz, Silikon, PMMA oder Glas bestehen. Ebenso können die Kollimationslinsen 15 aus Plastik, Polycarbonat, Epoxidharz, Silikon, PMMA oder Glas bestehen.
8 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Arrays 2 mit den Leuchtdioden 3, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. In dieser Darstellung ist schematisch die Zuordnung der Kollimationslinsen 15 zu den Leuchtdioden 3 für ein Ausführungsbeispiel mit drei ersten Rahmen 16 dargestellt. Der erste Rahmen 16 umfasst die Anzahl der Leuchtdioden 3, deren Strahlenbündel 8 von einer Kollimationslinse 15 abgebildet wird. Der erste Rahmen 16 umfasst jeweils eine Leuchtdiode 3, wie z.B. in 4 dargestellt ist. In einem unteren Bereich des Arrays 2 ist ein zweiter Rahmen 54 dargestellt. Der zweite Rahmen 54 umfasst drei Leuchtdioden 3, die von einer Kollimationslinse 15 abgebildet werden, wie z.B. in 7 dargestellt ist. Wie bereits ausgeführt, kann eine Kollimationslinse 15 wenigstens einer oder mehreren Leuchtdioden 3 zugeordnet sein.
9 zeigt einen schematischen Teilausschnitt einer weiteren Vorrichtung 1 zum Darstellen eines Bildes mit einem Array 2 mit mehreren Leuchtdioden 3, einer Kollimationsvorrichtung 7, einem Strahlenbündel 8 einer Leuchtdiode 3 mit einem zweiten Öffnungswinkel 9, wobei das Strahlenbündel 8 in Abstrahlrichtung 6 auf ein Linsenelement 14 eines Linsenarrays 13 gelenkt wird. Auch in dieser Ausführungsform ist ein Linsenelement 14 des Linsenarrays 13 für mehrere Leuchtdioden 3, insbesondere für mehrere Leuchtpixel 12 mit mehreren Leuchtdioden 3 vorgesehen. Beispielsweise ist das Linsenelement 14 für 12 × 12 Leuchtpixel 12 vorgesehen, wobei jeder Leuchtpixel 12 wenigstens zwei, insbesondere drei Leuchtdioden 3 aufweist. Ein Leuchtpixel 12 kann beispielsweise eine Fläche von 31,5 µm × 31,5 µm aufweisen. Eine Leuchtdiode 3 kann z.B. eine Fläche von 10,5 µm × 31,5 µm aufweisen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können benachbarte Leuchtdioden 3 in einem Array 2 einem Raster mit gleichen Abständen angeordnet sein. Zudem können in einer weiteren Ausführungsform benachbarte Leuchtdioden 3 eines Arrays 2 auch in einem Raster mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sein. Weiterhin können in einer weiteren Ausführungsform Leuchtdioden 3 eines Arrays 2 auch in zufälliger Anordnung mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sein.
In einer Ausführung sind die Leuchtdioden 3 eines Arrays 2 in einem Raster angeordnet und die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 sind in einem Mittenbereich des Arrays 2 gleich groß. Zudem weisen die Leuchtdioden 3 im Mittenbereich einen geringeren Abstand als in einem Umgebungsbereich auf, der den Mittenbereich umgibt. Im Umgebungsbereich sind die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 gleich groß. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Leuchtdioden 3 können im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder sogar um 100% größer sein als die Abstände benachbarter Leuchtdioden im Mittenbereich. Zudem kann ein äußerer Randbereich den Umgebungsbereich umgeben, wobei im äußeren Randbereich die Abstände benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder sogar um 100% größer sind als die Abstände benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich verzichtet werden.
Der Mittenbereich kann konzentrisch um einen Mittelpunkt des Arrays 2 angeordnet sein und kann sich über 10% oder über 20 % oder mehr der Breite und der Länge des Arrays 2 erstrecken. Der Randbereich kann ringförmig umlaufend sein und sich über bis zu 10% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten des Arrays 2 erstrecken. Der Mittenbereich kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches und/oder innerhalb des Randbereiches die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder sogar um 100% größer sein als ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder sogar um 100% größer sein als der gemittelte Abstand benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich.
Beispielsweise können aber auch mehrere Arrays 2 mit Leuchtdioden 3 vorgesehen sein. Benachbarte Leuchtdioden 3 können im Array 2 über das gesamte Array 2 hinweg einen konstanten Abstand oder variierende Abstände voneinander aufweisen. Die Arrays 2 können in einem Raster mit gleichen Abständen zwischen benachbarten Arrays oder mit unterschiedlichen Abständen zwischen benachbarten Arrays angeordnet sind. Beispielsweise sind die Abstände benachbarter Arrays 2 in einem Mittenbereich der Anordnung gleich groß. Zudem weisen die Arrays 2 im Mittenbereich der Anordnung einen geringeren Abstand als in einem Umgebungsbereich auf, der den Mittenbereich umgibt. Im Umgebungsbereich sind die Abstände benachbarter Arrays 2 gleich groß. Die Abstände der Arrays im Umgebungsbereich können z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände benachbarter Arrays im Mittenbereich. Zudem kann ein äußerer Randbereich den Umgebungsbereich umgeben, wobei im äußeren Randbereich die Abstände benachbarter Arrays z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sind als die Abstände benachbarter Arrays im Umgebungsbereich. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich verzichtet werden. Der Mittenbereich kann konzentrisch um einen Mittelpunkt des Arrays 2 angeordnet sein und sich über 10% oder über 20 % der Breite und der Länge des Arrays 2 erstrecken. Der Randbereich kann ringförmig umlaufend sein und sich über 10% oder über 20% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten des Arrays 2 erstrecken. Der Mittenbereich kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches und/oder innerhalb des Randbereiches die Abstände benachbarter Arrays 2 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als der gemittelte Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich.
10 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der Vorrichtung 1 der 9. Dabei ist schematisch eine Leuchtdiode 3 des Arrays 2 im Querschnitt dargestellt. Die Leuchtdiode 3 kann beispielsweise eine Fläche von 10 µm × 30 µm aufweisen. In der Abstrahlrichtung 6 nach der Leuchtdiode 3 ist eine Kollimationsvorrichtung 7 in Form einer Lochblende 17 und eines Sublinsenarrays 18 angeordnet. Das Sublinsenarray 18 ist in der dargestellten Ausführungsform auf einer Abstrahlseite der Lochblende 17 angeordnet. Die Lochblende 17 ist zwischen dem Sublinsenarray 18 und der Leuchtdiode 3 angeordnet. Die Lochblende 17 weist eine Vielzahl von Löchern 19 auf. Die Löcher 19 haben einen definierten Durchmesser und sind beispielsweise im Querschnitt als Kreisfläche ausgebildet. Mithilfe der Löcher 19 wird erreicht, dass die elektromagnetischen Strahlen 4 der Leuchtdioden 3 in der Abstrahlrichtung nach der Lochblende 17 nur in einem gewünschten Winkelbereich, insbesondere mit zweiten Öffnungswinkeln 9 abgegeben werden können. Der Winkelbereich und insbesondere der zweite Öffnungswinkel 9 wird zusätzlich durch das Sublinsenarray 18 beeinflusst. In der dargestellten Ausführungsform weist das Sublinsenarray 18 eine Vielzahl von Sublinsen 20 auf, wobei in der dargestellten Ausführungsform jeweils eine Sublinse 20 über einem Loch 19 der Lochblende 17 angeordnet ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Lochblende 17 auf einer Einstrahlseite 21, die der Leuchtdiode 3 zugewandt ist, reflektierend oder spiegelnd ausgebildet sein. Auf diese Weise kann elektromagnetische Strahlung 4, die auf die Einstrahlseite 21 der Lochblende 17 fällt, wieder zurück zur Leuchtdiode 3 reflektiert werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zwischen der Leuchtdiode 3 und der Lochblende 17 ein weiteres Material 22 vorgesehen sein. Dabei kann der optische Brechungsindex des Sublinsenarrays 18 größer sein als der optische Brechungsindex des weiteren Materials 22. Das weitere Material 22 ist aus einem für die elektromagnetische Strahlung 4 der Leuchtdioden 3 des Arrays 2 transparenten Material gebildet. Beispielsweise kann das weitere Material 22 in Form von Silikon ausgebildet sein.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Lochblende 17 auf einer Abstrahlseite 23, die abgewandt von dem Array 2 angeordnet ist, reflektierend oder streuend ausgebildet sein. Dadurch kann externe elektromagnetische Strahlung 24, die auf die Abstrahlseite 23 der Lochblende 17 auftrifft, zurückreflektiert oder gestreut werden. Der Reflexionsgrad der Lochblende 17 weist auf der Einstrahlseite 21 und/oder auf der Abstrahlseite 23 beispielsweise wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens 80 % der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf.
Die Lochblende 17 weist abhängig von der gewählten Ausführungsform einen Abstand 25 von der Leuchtdiode 3 auf, der kleiner ist als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode 3. Die Kantenlange der Leuchtdiode 3 kann z.B. im Bereich zwischen 0,5 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 30 µm liegen. In einer Ausführungsform weist die Lochblende einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge eines Leuchtpixels lang ist. Ein Leuchtpixel umfasst wenigstens die Leuchtdioden, die für die Darstellung eines Bildpunktes des dargestellten Bildes benötigt werden. Dabei kann ein Leuchtpixel beispielsweise zwei Leuchtdioden, insbesondere drei Leuchtdioden oder auch mehrere Leuchtdioden aufweisen.
Das Sublinsenarray 18 kann aus einem Material bestehen, das einen Brechungsindex aufweist, der z.B. im Bereich zwischen 1,5 bis 2 liegt. Insbesondere kann das weitere Material 22 einen Brechungsindex aufweisen, der im Bereich zwischen 1,3 und 1,5 liegt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch auf das Sublinsenarray 18 verzichtet werden. Das Sublinsenarray 18 weist Sublinsen 20 auf, die beispielsweise die Form einer Teilkugel, eines Teilzylinders usw. aufweisen. Mithilfe des Sublinsenarrays 18 kann eine Vorkollimation mit Sublinsen 20 erreicht werden, die z.B. asphärische, koaxiale Teilkugelformen aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Sublinsenarray 18 um 180° gedreht sein, sodass die teilkugelförmigen Oberflächen des Sublinsenarrays 18 der Lochblende 17 zugewandt sind und eine plane Seite des Sublinsenarrays 18 von der Lochblende 17 abgewandt angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist eine plane Seite 26 des Sublinsenarrays 18 der Lochblende 17 zugewandt.
Weiterhin kann das Sublinsenarray 18 auch auf der Einstrahlseite 21 der Lochblende 17 angeordnet sein. Zudem kann auf beiden Seiten der Lochblende 17 jeweils ein Sublinsenarray 18 angeordnet sein.
In einer Ausführung ohne Sublinsenarray 18 ist die Lochblende 17 in der Weise ausgebildet, dass die Strahlung 4 der Leuchtdioden 3 von dem ersten Öffnungswinkel 5 auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 reduziert wird. Der erste Öffnungswinkel der Leuchtdioden 3 kann bis zu 180° , d.h. + 90° und - 90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung 6 betragen. Nach der Lochblende 17 beträgt der zweite Öffnungswinkel 9 beispielsweise +45° und -45° bezogen auf die Abstrahlrichtung 6. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann auch kleiner oder größer ausgebildet sein.
In einer Ausführung mit wenigstens einem Sublinsenarray 18 sind die Lochblende 17 und das wenigstens eine Sublinsenarray 18 in der Weise ausgebildet, dass die Strahlung der Leuchtdioden 3 von dem ersten Öffnungswinkel 5 auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 reduziert wird. Der erste Öffnungswinkel der Leuchtdioden 3 kann bis zu 180° , d.h. + 90° und - 90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung 6 betragen. Nach der Lochblende 17 und dem Sublinsenarray 18 beträgt der zweite Öffnungswinkel 9 beispielsweise +45° und -45° bezogen auf die Abstrahlrichtung 6. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann auch kleiner oder größer ausgebildet sein.
Das Sublinsenarray 18 kann auch optische Elemente in Form von plankonvexen Sammellinsen aufweisen. Dabei sind die Sublinsen an einer Außenseite jeweils konvex und an einer Innenseite jeweils plan ausgebildet. Die konvexen Seiten der Sublinsen können beispielsweise sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, die Sublinsen konisch, bikonisch, toroidisch oder in einer anderen Form auszubilden. Die Sublinsen 20 des Sublinsenarrays 18 sind beispielsweise einstückig zusammenhängend miteinander verbunden. Dabei sind die Sublinsen nebeneinander in einer regelmäßigen Gitteranordnung angeordnet. Die Gitteranordnung entspricht beispielsweise der Anordnung der Löcher 19 der Lochblende 17. Die Lochblende 17 ist in Form einer flachen Scheibe ausgebildet und im Wesentlichen parallel zur einer Abstrahlseite der Leuchtdioden 3 des Arrays 2, das heißt senkrecht zur Abstrahlrichtung 6 angeordnet. Die Lochblende 17 kann auflaminiert oder als Metallisierung auf dem Sublinsenarray 18 oder auf einem anderen transparenten Träger aufgebracht sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Lochblende 17 mithilfe einer weißen Druckfarbe hergestellt sein. Die Löcher 19 können im Querschnitt beispielsweise runde oder rechteckige Querschnitte aufweisen. Der Durchmesser der Löcher 19 kann in einer Ausführung wenigstens um 50% oder um 90% kleiner als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode 3 sein. Zudem können die Löcher noch kleiner, aber auch größer sein.
11 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt der Lochblende 17 mit den Löchern 19.
12 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf das Sublinsenarray 18 mit den Sublinsen 20.
13 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform einer Kollimationsvorrichtung 7, die im Wesentlichen gemäß der Kollimationsvorrichtung 7 der 10 ausgebildet ist, wobei jedoch zusätzlich zu dem Sublinsenarray 18 auf der Abstrahlseite 23 der Lochblende 17 auch auf der Einstrahlseite 21 der Lochblende 17 ein zweites Sublinsenarray 27 vorgesehen ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Sublinsenarray 27 identisch zum Sublinsenarray 18 ausgebildet und angeordnet. Die Sublinsen 20 des zweiten Sublinsenarrays 27 sind als Linsen ausgebildet. Dabei ist jedem Loch 19 jeweils eine Sublinse 20 zugeordnet. Die Sublinsen 20 des zweiten Sublinsenarrays 27 sind ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung 4 in die Löcher 19 zu lenken. Beispielsweise stellen die Sublinsen 20 des zweiten Sublinsenarrays 27 Sammellinsen dar, die insbesondere als plankonvexe Sammellinsen ausgebildet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch auf die Anordnung des Sublinsenarrays 18 auf der Abstrahlseite 23 der Lochblende 17 verzichtet werden. Die beiden Sublinsenarrays 18, 27 oder nur eines der beiden Sublinsenarrays kann auch mit der planen Seite von der Lochblende abgewandt angeordnet sein.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kollimationsvorrichtung 7 mit einer Lochblende 17 mit Löchern 19. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Abstrahlseite 23 der Lochblende 17 eine optische Taperschicht 28 ausgebildet. Die Taperschicht 28 weist optische Taper 29 auf. Die optischen Taper 29 können auch als Reflektoren bezeichnet werden. Jeder optische Taper 29 weitet sich von einer Innenseite 30, die der Lochblende 17 zugewandt ist, in Richtung auf die Abstrahlrichtung zur Außenseite 32 der optischen Taperschicht 28 auf. Dabei weist jeder optische Taper 29 eine sich von der Innenseite 30 zu einer Außenseite 32 der Taperschicht 28 erstreckende Außenfläche 31 auf. Die Außenfläche 31 bildet eine Mantelfläche des sich konisch aufweitenden optischen Tapers 29. Elektromagnetische Strahlung, die durch ein Loch 19 der Lochblende 17 in die Taperschicht 28 gelangt, wird innerhalb der Außenfläche 31 des optischen Tapers 29 totalreflektiert und dadurch zur Außenseite 32 der Taperschicht 28 geleitet.
15 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kollimationsvorrichtung 7 mit einer Lochblende 17 mit Löchern 19. Auf einer Abstrahlseite 23 der Lochblende 17 ist eine optische Taperschicht 28 angeordnet. An Außenflächen 31 der optischen Taper 29 ist ein reflektierendes Material ausgebildet. Elektromagnetische Strahlung, die durch die Löcher 19 der Lochblende 17 in die Taperschicht 28 gelangt, wird an den zwischen den einzelnen optischen Tapern 29 ausgebildeten Zylinderkegeln 33 reflektiert und in Richtung auf die Außenseite 32 der Taperschicht 28 gelenkt. Die Zylinderkegel 33 begrenzen somit die optischen Taper 29.
16 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Darstellung eines Bildes. Dabei sind ein Ausschnitt eines Arrays 2 mit Leuchtdioden 3, eine Kollimationsvorrichtung 7 und ein Linsenelement 14 eines Linsenarrays 13 dargestellt.
17 zeigt einen Teil der Vorrichtung 1 der 16 mit einem vergrößerten Teilausschnitt des Arrays 2 mit Darstellung einer Leuchtdiode 3 und eines Ausschnittes der Kollimationsvorrichtung 7. Die Kollimationsvorrichtung 7 ist in dieser Ausführungsform in Form eines optischen Filterelementes 34 ausgebildet, wobei das Filterelement 34 eine strukturierte Oberfläche 35 auf einer Abstrahlseite 23 aufweist.
Das Filterelement 34 mit der strukturierten Oberfläche 35 ist ausgebildet, um die Strahlung der Leuchtdioden 3 von dem ersten Öffnungswinkel 5 auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 zu begrenzen. Der erste Öffnungswinkel der Leuchtdioden 3 kann bis zu 180° , d.h. + 90° und -90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung 6 betragen. Nach dem Filterelement 34 mit der strukturierten Oberfläche 35 beträgt der zweite Öffnungswinkel 9 beispielsweise +/- 45° bezogen auf die Abstrahlrichtung 6. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann auch kleiner oder größer ausgebildet sein.
Die strukturierte Oberfläche 35 kann z.B. ausgebildet sein, um über eine Totalreflexion an den Oberflächen der strukturierten Oberfläche 35 elektromagnetische Strahlung 4 nur in einem vorgegebenen Einfallswinkelbereich durchzulassen. Die strukturierte Oberfläche 35 kann beispielsweise ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlung mit einem vorgegebenen Einfallswinkel durchzulassen, wobei die Flächen zwischen 30° und 55° bezogen auf eine Flächennormale der Abstrahlseite 23 des Filterelementes 34 angeordnet sind.
Beispielsweise kann das Filterelement von der elektromagnetischen Strahlung 4, die in den vorgegebenen Einfallswinkelbereich auf das Filterelement 34 auftrifft, mehr als 50 %, insbesondere mehr als 60 % durchlassen. Außerhalb des vorgegebenen Einfallswinkelbereiches kann das Filterelement 34 ausgebildet sein, um weniger als 50 %, insbesondere weniger als 40 % der elektromagnetischen Strahlung durchzulassen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Oberfläche 35 des Filterelementes 34 auf der Abstrahlseite 21 beispielsweise Pyramiden, Prismen, Kegelarrays, gekreuzte Prismen oder sonstige Strukturen aufweisen. Das Filterelement 34 kann aus einem optisch transparenten Material, insbesondere Glas, Plastik, Epoxidharz usw. bestehen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zwischen einer Einstrahlseite 21 des Filterelementes 34 und der Leuchtdiode 3 ein weiteres Material 22 in Form einer Schicht angeordnet sein. Das weitere Material 22 ist aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Leuchtdiode 3 transparenten Material gebildet. Beispielsweise kann der Brechungsindex des Filterelementes 34 größer sein als der Brechungsindex des weiteren Materials 22. Zudem kann die Oberfläche 35 des Filterelementes 34 mit einer Planarisierungsschicht 36 versehen sein. Die Planarisierungsschicht 36 ist in Form einer gestrichelten Linie schematisch dargestellt. Durch das Vorsehen der Planarisierungsschicht 36 wird die strukturierte Oberfläche 35 geschützt. Zudem werden dadurch Schmutzablagerungen auf der planarisierten Oberfläche 35 reduziert.
Die strukturierte Oberfläche 35 des Filterelementes 34 kann in Form von planen Flächen ausgebildet sein, die in einem Winkelbereich zwischen 40° und 80° bezogen auf eine Flächennormale der Abstrahlseite 23 des Filterelementes 34 angeordnet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die strukturierte Oberfläche 35 auch als aufgeraute Fläche ausgebildet sein. Die aufgeraute Fläche kann eine mittlere Rauheit bei einer taktilen Messung im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm aufweisen. Insbesondere kann die Rauheit von 0,1 bis 1 µm, insbesondere im Bereich von 0,4 µm liegen. Die aufgeraute Fläche kann mithilfe eines Schleifverfahrens oder eines Partikelstrahlverfahrens hergestellt werden. Die strukturierten Flächen beziehungsweise die Pyramidenflächen, die Prismenflächen, die Kegelflächen, die gekreuzten Prismen können in einem periodischen Raster oder zufällig verteilt angeordnet sein. Zudem können die Flächen verschiedenste Arten von strukturierten Flächen aufweisen, die in einem Winkelbereich zwischen 40° und 80°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 50° und 75° bezogen auf eine Flächennormale der Abstrahlseite 23 des Filterelementes 34 angeordnet sind. Zudem kann die strukturierte Oberfläche 35 strukturierte Flächen aufweisen, die in Form von planen Flächen ausgebildet sind, wobei die planen Flächen in dem Winkelbereich zwischen 40° und 80° bezogen auf eine Flächennormale der Abstrahlseite 23 des Filterelementes 34 angeordnet sind, wobei die planen Flächen zudem aufgeraut sind. Dabei können die planen Flächen eine mittlere Rauheit im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm aufweisen.
Die strukturierte Oberfläche 35 kann beispielsweise in Form einer Folie oder eines Substrates ausgebildet sein. Das Filterelement 34 kann aus Silikon, Kunststoff, Plastik, Saphir, Glas oder einem transparenten Halbleitermaterial gebildet sein.
Das Filterelement 34 weist abhängig von der gewählten Ausführungsform einen Abstand 25 von der Leuchtdiode 3 auf, der kleiner ist als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode 3. Die Kantenlange der Leuchtdiode 3 kann z.B. im Bereich zwischen 0,5 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 30 µm liegen. In einer Ausführungsform weist das Filterelement einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge eines Leuchtpixels lang ist. Ein Leuchtpixel umfasst wenigstens die Leuchtdioden, die für die Darstellung eines Bildpunktes des dargestellten Bildes benötigt werden. Dabei kann ein Leuchtpixel beispielsweise zwei Leuchtdioden, insbesondere drei Leuchtdioden oder auch mehrere Leuchtdioden aufweisen.
18 zeigt eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Darstellung von Bildern mit einem Array 2, einer Kollimationsvorrichtung 7 und einer optischen Abbildungsvorrichtung 10, die in Form eines Linsenarrays 13 mit einem Linsenelement 14 ausgebildet ist.
19 zeigt in einer vergrößerten schematischen Darstellung einen Ausschnitt der Vorrichtung der 18. Dabei sind eine Leuchtdiode 3 und eine Kollimationsvorrichtung 7 in Form eines Spiegels 37 dargestellt. Der Spiegel 37 ist ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung 4 der Leuchtdioden 3 nur in einem vorgegebenen Winkelbereich, insbesondere mit einem zweiten Öffnungswinkel 9 durchzulassen. Dadurch wird die Strahlung der Leuchtdioden 3 von dem ersten Öffnungswinkel 5 in Abstrahlrichtung 6 nach dem Spiegel 37 auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 durch den Spiegel 37 in Abstrahlrichtung 6 nach dem Spiegel 37 reduziert. Der erste Öffnungswinkel der Leuchtdioden 3 kann bis zu 180°, d.h. +/- 90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung 6 betragen. Nach dem Spiegel 37 beträgt der zweite Öffnungswinkel 9 beispielsweise +/- 45° bezogen auf die Abstrahlrichtung 6. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann auch kleiner oder größer ausgebildet sein.
Beispielsweise kann der Spiegel 37 ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlung 4 zu reflektieren, die in einem Einfallswinkel auf eine Einstrahlseite 21 des Spiegels 37 auftrifft, der kleiner als ein vorgegebener Winkelbereich ist. Beispielsweise kann der Winkelbereich, ab dem die Reflexion sich erhöht, insbesondere eine Totalreflexion auftritt, z.B. im Bereich zwischen 0° bis 45° bezogen die Ebene der Einstrahlseite 21 des Spiegels 37 liegen.
Der Spiegel 37 kann beispielsweise in Form von dielektrischen Schichten ausgebildet sein. Der Spiegel 37 kann auch in Form eines photonischen Kristalls ausgebildet sein. Photonische Kristalle bestehen z.B. aus strukturierten Halbleitern, Gläsern oder Polymeren. Photonische Kristalle sind z.B. ausgebildet, Licht auf Abmessungen, welche in der Größenordnung der Wellenlänge liegen können, zu führen. Zudem können photonische Kristalle ausgebildet sein, um Licht nur in einem vorgegebenen Winkelbereich durchzulassen. Photonische Kristalle können periodische dielektrische Strukturen aufweisen, deren Periodenlängen so eingestellt ist, dass sie die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in einer gewünschten Weise beeinflussen.
Insbesondere können verschiedene dielektrische Schichten für Leuchtdioden 3 mit verschieden Wellenlängenspektren verwendet werden. Dadurch kann eine verbesserte Anpassung des Reflexionsgrades an das Wellenlängenspektrum der Leuchtdioden erreicht werden. Beispielsweise können die dielektrischen Schichten des Spiegels 37 in der Weise ausgebildet sein, dass eine Reflexion erfolgt, wenn die elektromagnetische Strahlung 4 mit einem Winkel kleiner als 45° auf die Einstrahlseite 21 des Spiegels 37 auftrifft. Somit sind die dielektrischen Schichten des Spiegels 37 in der Weise ausgebildet, dass die elektromagnetische Strahlung 4 den Spiegel 37 durchdringt, wenn die elektromagnetische Strahlung 4 mit einem Winkel zwischen 45° und 135° auf die Einstrahlseite 21 des Spiegels 37 auftrifft. Die vom Spiegel 37 reflektierte elektromagnetische Strahlung 4 kann vom Array 2 wieder reflektiert bzw. absorbiert und wieder emittiert werden.
Der Spiegel 37 weist abhängig von der gewählten Ausführungsform einen Abstand 25 von der Leuchtdiode 3 auf, der kleiner ist als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode 3. Die Kantenlange der Leuchtdiode 3 kann z.B. im Bereich zwischen 0,5 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 30 µm liegen. In einer Ausführungsform weist der Spiegel einen kleineren Abstand zu den Leuchtdioden auf als eine Kantenlänge eines Leuchtpixels lang ist. Ein Leuchtpixel umfasst wenigstens die Leuchtdioden, die für die Darstellung eines Bildpunktes des dargestellten Bildes benötigt werden. Dabei kann ein Leuchtpixel beispielsweise zwei Leuchtdioden, insbesondere drei Leuchtdioden oder auch mehrere Leuchtdioden aufweisen.
20 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Darstellen eines Bildes. Dabei sind ein Array 2 mit Leuchtdioden 3 und eine Kollimationsvorrichtung 7 dargestellt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können benachbarte Leuchtdioden 3 in einem Raster mit gleichen Abständen angeordnet sein. Zudem können in einer weiteren Ausführungsform benachbarte Leuchtdioden 3 auch in einem Raster mit unterschiedlichen Abstände angeordnet sein. Weiterhin können in einer weiteren Ausführungsform benachbarte Leuchtdioden 3 auch in zufälliger Anordnung mit unterschiedlichen Abstände angeordnet sein.
Beispielsweise sind die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 in einem Mittenbereich des Arrays 2 gleich groß. Zudem weisen benachbarte Leuchtdioden 3 im Mittenbereich einen geringeren Abstand als in einem Umgebungsbereich auf, der den Mittenbereich umgibt. Im Umgebungsbereich sind die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 gleich groß. Die Abstände benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich können z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände der Leuchtdioden im Mittenbereich. Zudem kann ein äußerer Randbereich den Umgebungsbereich umgeben, wobei im äußeren Randbereich die Abstände benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sind als die Abstände benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich verzichtet werden. Der Mittenbereich kann konzentrisch um einen Mittelpunkt des Arrays 2 angeordnet sein und sich über 20 % der Breite und der Länge des Arrays 2 erstrecken. Der Randbereich kann ringförmig umlaufend sein und sich über 10% oder über 20% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten des Arrays 2 erstrecken. Der Mittenbereich kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches und/oder innerhalb des Randbereiches die Abstände der Leuchtdioden 3 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als ein gemittelter Abstand der Leuchtdioden im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als der gemittelte Abstand benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich.
Beispielsweise können auch mehrere Arrays 2 mit Leuchtdioden 3 vorgesehen sein, wobei die Arrays 2 in einem Raster mit gleichen oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind. Beispielsweise sind die Arrays 2 in einem Raster angeordnet und die Abstände benachbarter Arrays 2 sind in einem Mittenbereich der Anordnung gleich groß. Zudem weisen benachbarte Arrays 2 im Mittenbereich einen geringeren Abstand als in einem Umgebungsbereich auf, der den Mittenbereich umgibt. Im Umgebungsbereich sind die Abstände benachbarter Arrays 2 gleich groß. Die Abstände der Arrays im Umgebungsbereich können z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände benachbarter Arrays im Mittenbereich. Zudem kann ein äußerer Randbereich den Umgebungsbereich umgeben, wobei im äußeren Randbereich die Abstände benachbarter Arrays z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sind als die Abstände benachbarter Arrays im Umgebungsbereich. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich verzichtet werden. Der Mittenbereich kann konzentrisch um einen Mittelpunkt des Arrays 2 angeordnet sein und sich über 20 % der Breite und der Länge des Arrays 2 erstrecken. Der Randbereich kann ringförmig umlaufend sein und sich über 10% oder 20% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten des Arrays 2 erstrecken. Der Mittenbereich kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches und/oder innerhalb des Randbereiches die Abstände benachbarter Arrays 2 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als der gemittelte Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich.
21 zeigt in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 der 20. Es ist eine Leuchtdiode 3 des Arrays 2 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Kollimationsvorrichtung 7 in Form von Reflexionsstrukturen 39 ausgebildet, die in der Abstrahlrichtung 6 nach dem Array angeordnet sind. Die Reflexionsstrukturen 39 weisen einen Querschnitt senkrecht zur Abstrahlrichtung 6 auf, der sich in der Abstrahlrichtung 6 der elektromagnetischen Strahlung 4 der Leuchtdioden 3 bis zu einer Abstrahlöffnung 42 verjüngt. Die Kollimationsvorrichtung 7 weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Reflexionsstrukturen 39 auf, die in einer Ebene angeordnet sind. In der 21 ist nur eine Reflexionsstruktur 39 dargestellt.
Beispielsweise kann die Reflexionsstruktur 39 in Form eines Zylinderkegels oder eines Pyramidenkegels ausgebildet sein. Die Reflexionsstruktur 39 weist insbesondere eine Rotationssymmetrie zu einer Mittenachse 40 auf, wobei die Mittenachse 40 senkrecht auf dem Array 2 stehen kann. Auf einer Innenseite 41 der Reflexionsstruktur 39 ist die Reflexionsstruktur 39 reflektierend oder streuend ausgebildet. Elektromagnetische Strahlung 4, die von der Leuchtdiode 3 abgestrahlt wird, wird entweder direkt über die Abstrahlöffnung 42 abgestrahlt oder bei Auftreffen auf die Innenseite 41 der Reflexionsstruktur 39 zurück reflektiert und anschließend über eine weitere Reflexion wieder zurück in Richtung auf die Abstrahlöffnung 42 gelenkt. Dazu kann die Leuchtdiode 3 auf der Abstrahlseite ebenfalls reflektierend ausgebildet sein und beispielsweise eine Spiegelschicht aufweisen.
Die Reflexionsstruktur 39 ist ausgebildet, um die Strahlung 4 der Leuchtdioden 3 von dem ersten Öffnungswinkel 5 in Abstrahlungsrichtung 6 nach der Reflexionsstruktur 39 auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel 9 in Abstrahlungsrichtung 6 nach der Reflexionsstruktur 39 zu begrenzen. Der erste Öffnungswinkel der Leuchtdioden 3 kann bis zu 180°, d.h. +/- 90° in Bezug auf die Abstrahlrichtung 6 betragen. Nach der Reflexionsstruktur 39 beträgt der zweite Öffnungswinkel 9 beispielsweise +/- 45° bezogen auf die Abstrahlrichtung 6. Der zweite Öffnungswinkel 9 kann auch kleiner oder größer ausgebildet sein.
22 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teil der Kollimationsvorrichtung 7 der 20 mit mehreren Reflexionsstrukturen 39. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Reflexionsstrukturen 39 auch andere Querschnitte und/oder Formen aufweisen. Eine Funktion der Reflexionsstruktur 39 besteht darin, den Öffnungswinkel der Strahlenbündel der Leuchtdioden von dem ersten Öffnungswinkel auf den kleineren zweiten Öffnungswinkel zu reduzieren.
Zudem wird aufgrund der reflektierenden Innenseite 41 der Reflexionsstrukturen 39 eine relativ gute Lichtauskopplung und Effizienz erreicht. Die Abstrahlöffnung 42 weist eine kleinere Fläche auf als eine Einstrahlöffnung der Reflexionsstruktur 39. Dadurch wird eine Reduzierung des Öffnungswinkels der Abstrahlwinkels erreicht. Beispielsweise kann die Einstrahlöffnung der Reflexionsstruktur im Bereich von 10 µm × 10 µm liegen. Die Einstrahlfläche und/oder die Abstrahlfläche können eine Kreisfläche oder eine rechteckige Fläche darstellen.
23 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 100 zur Darstellung eines Bildes auf einer Head-Up-Display-Anzeige in einer Bildebene 107. Die Vorrichtung 100 weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Array 101, 102, 103 von Leuchtdioden auf. Jedes dieser Arrays 101, 102, 103 kann gemäß einer Ausführung der Arrays 2 der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit den entsprechenden Kollimationsvorrichtungen 7 ausgebildet sein. Auf die optische Abbildungsvorrichtungen 10, 13, 14 kann verzichtet werden. Jedes Array 101, 102, 103 weist Leuchtdioden aufweisen, die einzeln ansteuerbar sind und die eine elektromagnetische Strahlung, das heißt Licht mit unterschiedlichen oder mit gleichen Wellenlängen, abgeben.
Beispielsweise kann das erste Array 101 ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Wellenlängenspektrum, beispielsweise blaues Licht, abzugeben. Weiterhin kann das zweite Array 102 ausgebildet sein, um eine elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Wellenlängenspektrum, beispielsweise grünes Licht, abzugeben. Zudem kann das dritte Array 103 ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlung mit einem dritten Wellenlängenspektrum, beispielsweise rotes Licht, abzugeben. Das erste und das dritte Array 101, 103 sind gegenüberliegend angeordnet. Eine Abstrahlrichtung 6 des ersten und des dritten Arrays 101, 103 sind parallel zueinander angeordnet. Unterhalb des ersten und des dritten Arrays 101, 103 ist das zweite Array 102 angeordnet. Das zweite Array 102 weist eine Abstrahlrichtung 6 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu den Abstrahlrichtungen 6 des ersten und des dritten Arrays angeordnet ist.
Zwischen den Arrays 101, 102, 103 ist eine Kombinationsoptik 104 vorgesehen. Die Kombinationsoptik 104 ist ausgebildet, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays 101, 102, 103 in einer Gesamtstrahlungsrichtung 116 auf die Bildebene 107 zu lenken. In der Bildebene 107 ist eine Displayanzeige beispielsweise in Form einer streuenden Scheibe angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gesamtstrahlungsrichtung 116 parallel zur Abstrahlrichtung 6 des zweiten Arrays 102 angeordnet. Die Kombinationsoptik 104 ist beispielsweise als doppelter Strahlteilerwürfel ausgebildet. Der doppelte Strahlteilerwürfel weist zwei gekreuzte Reflexionsebenen 117, 118 auf. Die gekreuzten Reflexionsebenen 117, 118 sind in Form von Linien schematisch dargestellt. Die erste und die zweite Reflexionsebene 117, 118 stehen senkrecht aufeinander. Ein Kreuzungspunkt der Reflexionsebenen 117, 118 ist mittig zwischen dem ersten und dem dritten Array 101, 103 angeordnet. Zudem ist der Kreuzungspunkt der Reflexionsebenen 117, 118 mittig zu dem zweiten Array 102 angeordnet. Die erste Reflexionsebene 117 ist durchlässig für die elektromagnetische Strahlung des dritten Arrays 103. Zudem spiegelt die erste Reflexionsebene 117 die elektromagnetische Strahlung des ersten Arrays 101 in Richtung auf die Gesamtstrahlungsrichtung 116. Die zweite Reflexionsebene 118 ist durchlässig für die elektromagnetische Strahlung des ersten Arrays 101. Zudem ist die zweite Reflexionsebene 118 ausgebildet, um die elektromagnetische Strahlung des dritten Arrays 103 in Richtung auf die Gesamtstrahlungsrichtung 116 abzulenken. Weiterhin sind die erste und die zweite Reflexionsebene 117, 118 durchlässig für die elektromagnetische Strahlung des zweiten Arrays 102. Auf diese Weise wird eine Überlagerung der elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays 101, 102, 103 in die Gesamtstrahlungsrichtung 116 erreicht. In der dargestellten Ausführungsform ist in der Gesamtstrahlungsrichtung 116 nach der Kombinationsoptik 104 eine erste Abbildungsoptik 105 vorgesehen. Die erste Abbildungsoptik 105 kann beispielsweise als Projektionslinse oder als Linsensystem, insbesondere als Sammellinse ausgebildet sein, das die elektromagnetische Strahlung der drei Arrays 101, 102, 103 auf die Bildebene 107 fokussiert. An der Stelle der Bildebene 107 kann auch eine virtuelle Bildebene vorgesehen sein. Zudem können in allen Ausführungsbeispielen anstelle der Linsen oder Linsensysteme auch Reflektoren oder Reflektorsysteme vorgesehen sein.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zusätzlich eine LED 43 vorgesehen sein, die eine infrarote Strahlung abgibt. Beispielsweise kann die LED 43 in dem zweiten Array 102 integriert sein oder neben dem zweiten Array 102 angeordnet sein. Zudem ist eine Steuerschaltung 119 vorgesehen, die mit einem Speicher 130 in Verbindung stehen kann. Die Steuerschaltung 119 ist mit den Leuchtdioden der Arrays in der Weise verbunden, dass die Steuerschaltung 119 die Leuchtdioden der Arrays, insbesondere einzelne Leuchtdioden der Arrays individuell ansteuern kann. Im Speicher 130 kann eine Information abgelegt sein, die angibt, welche Leuchtdioden der Arrays angesteuert werden. beispielsweise kann ein Array 101, 102, 103 eine Anzahl von 480 × 240 Bildpixeln aufweisen. Dabei kann jeder Bildpixel wiederum eine Anzahl von wenigstens zwei oder drei Leuchtdioden aufweisen.
Die Kombinationsoptik 104 kann auch in Form von zwei gekreuzten Platten ausgebildet sein, wobei die Platten durch die erste und die zweite Reflexionsebene 117, 118 schematisch dargestellt sind. Die Platten sind ausgebildet, um die gleiche Funktion wie die beschriebenen Reflexionsebenen 117, 118 bereitzustellen.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Kombinationsoptik in Form einer diffraktiven Struktur ausgebildet sein, die die gewünschte Überlagerung der elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays ermöglicht.
Zudem kann in einer Ausführungsform die Kombinationsoptik eine Gitterstruktur aufweisen, wobei die Gitterstruktur ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays gemäß der beschriebenen Funktion der Kombinationsoptik in Richtung auf die Gesamtstrahlungsrichtung 116 zu überlagern.
24 zeigt eine weitere Vorrichtung 100 zur Darstellung eins Bildes auf einer Head-Up-Display-Anzeige. Die Vorrichtung 100 ist im Wesentlichen gemäß der Vorrichtung 100 der 23 ausgebildet, wobei jedoch bei dieser Ausführungsform die Abbildungsoptik 105 eine Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung Bildes in einer Zwischenebene 120 bewirkt. In der Zwischenebene 120 ist ein Aufweitungselement 106 angeordnet. Das Aufweitungselement 106 kann beispielsweise in Form eines Diffusorelementes oder in Form eines Mikrolinsenarrays ausgebildet sein. Das Aufweitungselement 106 weitet die elektromagnetische Strahlung in Richtung auf die Bildebene 107 wieder auf. An der Bildebene 107 ist die Head-Up-Display-Anzeige vorgesehen.
25 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 100, die im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 23 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch zwischen den Arrays 101, 102, 103 und der Kombinationsoptik 104 jeweils eine zweite Abbildungsoptik 121 angeordnet. Die zweite Abbildungsoptik 121 kann eine weitere Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung der Arrays 101, 102, 103 vornehmen. Ansonsten kann die Vorrichtung 100 der 25 gemäß 23 ausgebildet sein.
26 zeigt in einer schematischen Darstellung zwei wesentliche Schritte für ein Verfahren zum Justieren einer Steuerschaltung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige. In einem ersten Schritt 201 wird mit wenigstens zwei Arrays von Leuchtdioden durch eine entsprechende Ansteuerung mit der Steuerschaltung jeweils ein Teilbild 108, 109, 110 erstellt und mit der Vorrichtung 100, wie zuvor beschrieben in einer Bildebene überlagert. Anschließend wird überprüft, ob die Teilbilder 108, 109, 110 der drei Arrays 101, 102, 103 in der Bildebene 107 seitlich über ein gewünschtes vorgegebenes Bild 112 hinausragen. Das gewünschte Bild 112 ist in Form von gestrichelten Linien dargestellt.
In der dargestellten Ausführungsform weist jedes Teilbild 108, 109, 110 jeweils einen Überlappungsbereich 113, 114, 115 auf, der seitlich über das vorgegebene Bild 112 hinausragt. Das Vorliegen der Überlappungsbereiche 113, 114, 115 kann beispielsweise mithilfe einer Kamera oder mithilfe von Fotodetektoren erfasst werden. Dazu ist die Kamera beziehungsweise sind die Fotodetektoren mit der Steuerschaltung verbunden. Die Steuerschaltung erhält somit die Information, dass Überlappbereiche 113, 114, 115 vorliegen, die seitlich über das vorgegebene Bild 112 hinausragen. Zudem hat die Steuerschaltung entsprechende Informationen, welche Leuchtdioden eines Arrays welche Überlappbereiche erzeugen. Somit wird in einem zweiten Schritt 202 die Steuerschaltung die Arrays der Leuchtdioden in der Weise ansteuern, dass keine Überlappbereiche 113, 114, 115 seitlich des vorgegebenen Bildes 112 mehr vorliegen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Leuchtdioden von Randbereichen der Arrays nicht angesteuert werden und somit auch keine elektromagnetische Strahlung abgeben. Die entsprechende Information, welche Leuchtdioden nicht angesteuert werden beziehungsweise welche Leuchtdioden angesteuert werden, können in dem Speicher abgelegt werden, der mit der Steuerschaltung verbunden ist. Somit kann mit einfachen Mitteln eine Justierung der Teilbilder Arrays erreicht werden.
27 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1 mit einem Array 2 mit Leuchtdioden 3, wobei die Leuchtdioden 3 nicht einzeln dargestellt sind. Die Leuchtdioden 3 können wie auch bei den anderen Ausführungsformen entweder als einzelne Bauteile oder in einem einzigen Bauteil 60 monolithisch ausgebildet sein. Das Array 2 ist über Rückseitenkontakte 47 mit einem Substrat 48 verbunden. Im Substrat 48 sind elektrische und/oder elektromagnetische Schaltungen 49 integriert, die eine Ansteuerung der Leuchtdioden 3 des Arrays 2 ermöglichen. Insbesondere ist die elektronische Schaltung 49 ausgebildet, um einzelne Leuchtdioden 3 anzusteuern und individuell mit Strom zu versorgen. Somit kann die Schaltung 49 Treiberschaltungen 50 und Auswahlschaltungen für die einzelnen Leuchtdioden 3 aufweisen. Somit weist die elektromagnetische Schaltung 49 beispielsweise für jede Leuchtdiode 3 eine eigene Treiberschaltung 50 auf. Die Schaltung 49 kann monolithisch in dem Substrat 48 integriert sein und ein weiteres Bauteil 61 darstellen. Zudem kann in dem Substrat 48, d.h. in dem weiteren Bauteil 61 eine Schnittstelle 51 integriert sein. Die Schnittstelle 51 ist mit der elektronischen Schaltung 49 und insbesondere mit den Treiberschaltungen 50 verbunden. Zudem steht die Schnittstelle 51 mit elektrischen Anschlüssen 52 in Verbindung, die beispielsweise als Kontaktpad auf dem Substrat 48 ausgebildet sind. Das Bauteil 60 mit den monolithisch integrierten Leuchtdioden 3 kann auf dem weiteren Bauteil 61 mit der monolithisch integrierten Schaltung 49 angeordnet sein, wie schematisch in 27 dargestellt ist.
Das Substrat 48 kann beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium gebildet sein. Beispielsweise kann das Substrat 48 aus einem Siliziumwafer, insbesondere einem Teil eines Siliziumwafers bestehen. In der dargestellten Ausführungsform ist auf dem Array 2 eine Leuchtschicht 53 angeordnet, die das Licht der Leuchtdioden 3 in der Wellenlänge wenigstens teilweise verschiebt. Dabei kann beispielsweise mit blau leuchtenden Leuchtdioden 3 und einer Leuchtschicht 53, die gelbes Licht erzeugt, ein annähernd weißes Licht erzeugt werden.
Die elektrischen Kontakte der Leuchtdioden 3 des Arrays 2 werden über die Rückseite mit dem Substrat 48 verbunden. Dadurch wird verhindert, dass elektrische Kontakte auf der Oberseite der Leuchtdioden 3 elektrische Strahlung absorbieren. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch von der Oberseite des Arrays 2 elektrische Kontakte zu der Rückseite geführt werden. Zudem können auch elektrische Kontakte von der Oberseite der Leuchtdioden 3 seitlich auf elektrische Anschlüsse des Substrates 48 geführt werden.
28 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Array 2 mit unterschiedlichen Abständen für benachbarte Leuchtdioden 3 in vorgegebenen Bereichen. Es sind nur schematisch einzelne Leuchtdioden 3 dargestellt. Das Array 2 kann z.B. 400x400 Leuchtdioden 3 oder mehr Leuchtdioden 3 aufweisen. Das Array 2 ist in einen Mittenbereich 54, in einen Umgebungsbereich 55 und in einen Randbereich 56 unterteilt. Der Mittenbereich 54 ist konzentrisch zu einem Mittelpunkt 57 des Arrays 2 ausgerichtet. Der Umgebungsbereich 55 und der Randbereich 56 sind ebenfalls konzentrisch zum Mittelpunkt 57 angeordnet. Der Mittenbereich 54 kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Der Umgebungsbereich 55 kann eine rechteckförmige Außenkontur und/oder eine rechteckförmige Innenkontur aufweisen. Der Umgebungsbereich 55 kann eine kreisförmige Außenkontur und/oder eine kreisförmige Innenkontur aufweisen. Der Randbereich 56 kann eine rechteckförmige Außenkontur und/oder eine rechteckförmige Innenkontur aufweisen. Der Randbereich 56 kann eine kreisförmige Außenkontur und/oder eine kreisförmige Innenkontur aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Beispielsweise sind die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 in dem Mittenbereich 54 des Arrays 2 gleich groß. Zudem weisen benachbarte Leuchtdioden 3 im Mittenbereich 54 einen geringeren Abstand als in dem Umgebungsbereich 55 auf, der den Mittenbereich 54 umgibt. Im Umgebungsbereich 55 sind die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 gleich groß. Die Abstände benachbarter Leuchtdioden 3 im Umgebungsbereich 55 können z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände benachbarter Leuchtdioden im Mittenbereich 54. Zudem können im äußeren Randbereich 56 die Abstände benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände der Leuchtdioden im Umgebungsbereich 55. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich 56 verzichtet werden. Der Mittenbereich 54 ist konzentrisch um den Mittelpunkt 57 des Arrays 2 angeordnet und erstreckt sich z.B. über 10% oder über 20 % der Breite und der Länge des Arrays 2. Der Randbereich 56 kann umlaufend ausgebildet sein und sich über bis zu 10% oder 20% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten 58 des Arrays 2 erstrecken.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches und/oder innerhalb des Randbereiches die Abstände der Leuchtdioden 3 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als ein gemittelter Abstand der Leuchtdioden im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Leuchtdioden z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als der gemittelte Abstand der Leuchtdioden im Umgebungsbereich.
29 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine weitere Ausführung eines Arrays 2 mit unterschiedlichen Abständen für benachbarte Leuchtdioden 3 in vorgegebenen Bereichen. Die Anordnung ist im Wesentlichen wie 28 aufgebaut, wobei jedoch der Mittenbereich 54 die Form einer Kreisfläche aufweist und konzentrisch zum Mittelpunkt 57 des Arrays 2 angeordnet ist. Der Randbereich 56 weist eine abgerundete rechteckförmige Innenkontur und eine rechteckige Außenkontur auf. Der Umgebungsbereich 55 weist eine kreisförmige Innenkontur und eine rechteckförmige abgerundete Außenkontur auf.
30 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Arrays 2 mit einem Mittenbereich 54 und einem Umgebungsbereich 55. Die Leuchtdioden 3 sind schematisch in Form von Quadraten dargestellt. Der Mittenbereich 54 ist durch eine fiktive gestrichelte Linie vom Umgebungsbereich 55 getrennt. Im Mittenbereich und im Umgebungsbereich sind die Leuchtdioden jeweils in einem Raster mit konstanten Abständen angeordnet. Im Mittenbereich 54 weisen benachbarte Leuchtdioden 3 einen kleineren Abstand in der x- Richtung und einen kleineren Abstand in der y-Richtung im Vergleich zu den Leuchtdioden 3 im Umgebungsbereich 55 auf. Mit x1 ist der Abstand der Leuchtdioden 3 in der x-Richtung im Mittenbereich 54 bezeichnet. Mit x2 ist der Abstand der Leuchtdioden 3 im Umgebungsbereich 55 entlang der x-Richtung bezeichnet. Mit y1 ist der Abstand der Leuchtdioden 3 in der y-Richtung im Mittenbereich 54 bezeichnet. Mit y2 ist der Abstand der Leuchtdioden 3 im Umgebungsbereich 55 entlang der y-Richtung bezeichnet.
31 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Anordnung 59 von Arrays 2 mit Leuchtdioden 3, wobei benachbarte Arrays 2 in vorgegebenen Bereichen unterschiedliche Abstände aufweisen. Von den Arrays 2 und den Leuchtdioden 3 sind nur einzelne schematisch dargestellt. Die Anordnung 59 kann eine Vielzahl von Arrays 2 aufweisen. Jedes Array 2 kann eine Vielzahl von Leuchtdioden 3 aufweisen. Die Anordnung 59 ist in einen Mittenbereich 54, einen Umgebungsbereich 55 und in einen Randbereich 56 unterteilt. Der Mittenbereich 54 ist konzentrisch zu einem Mittelpunkt 57 der Anordnung 59 ausgerichtet. Der Umgebungsbereich 55 und der Randbereich 56 sind ebenfalls konzentrisch zum Mittelpunkt 57 angeordnet. Der Mittenbereich 54 kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Der Umgebungsbereich 55 kann eine rechteckförmige Außenkontur und/oder eine rechteckförmige Innenkontur aufweisen. Der Umgebungsbereich 55 kann eine kreisförmige Außenkontur und/oder eine kreisförmige Innenkontur aufweisen. Der Randbereich 56 kann eine rechteckförmige Außenkontur und/oder eine rechteckförmige Innenkontur aufweisen. Der Randbereich 56 kann eine kreisförmige Außenkontur und/oder eine kreisförmige Innenkontur aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich, der Umgebungsbereich und/oder der äußere Randbereich auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Beispielsweise sind die Arrays 2 in einem Raster angeordnet, wobei die Abstände benachbarter Arrays 2 in dem Mittenbereich 54 gleich groß. Zudem weisen benachbarte Arrays 2 im Mittenbereich 54 einen geringeren Abstand als in einem Umgebungsbereich 55 auf, der den Mittenbereich 54 umgibt. Im Umgebungsbereich 55 sind die Abstände benachbarter Arrays 2 gleich groß. Die Abstände benachbarter Arrays 2 im Umgebungsbereich 55 können z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als die Abstände benachbarter Arrays im Mittenbereich 54. Zudem kann ein äußerer Randbereich 56 den Umgebungsbereich 55 umgeben, wobei im äußeren Randbereich die Abstände benachbarter Arrays 2 z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sind als die Abstände der Arrays 2 im Umgebungsbereich 55. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den Randbereich 56 verzichtet werden. Der Mittenbereich 54 kann konzentrisch um einen Mittelpunkt der Anordnung angeordnet sein und sich über 10% oder über 20% der Breite und der Länge des Arrays 2 erstrecken. Der Randbereich 56 kann ringförmig umlaufend sein und sich über 10% oder 20% der Länge und der Breite des Arrays 2 ausgehend von äußeren Seitenkanten 58 der Anordnung 59 erstrecken. Der Mittenbereich 54 kann z.B. die Form einer Kreisfläche, die Form einer abgerundeten Kreisfläche oder die Form einer Rechteckfläche aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführung können der Mittenbereich 54, der Umgebungsbereich 55 und/oder der äußere Randbereich 56 auch andere Größen und/oder Formen aufweisen.
Zudem können innerhalb des Mittenbereiches 54 und/oder innerhalb des Umgebungsbereiches 55 und/oder innerhalb des Randbereiches 56 die Abstände der Arrays 2 auch variieren. Beispielsweise kann ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays im Mittenbereich. Zudem kann im äußeren Randbereich ein gemittelter Abstand benachbarter Arrays z.B. um 10% oder um 50% oder um 100% oder mehr größer sein als der gemittelte Abstand benachbarter Arrays im Umgebungsbereich.
32 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine weitere Ausführung einer Anordnung 59 von Arrays 2 mit Leuchtdioden 3, die im Wesentlichen wie die Anordnung von 31 ausgebildet ist, wobei jedoch der Mittenbereich 54 die Form einer Kreisfläche aufweist, und wobei eine Innenkontur des Randbereiches 56 eine abgerundete Rechteckform aufweist.
Durch die geringeren Abstände benachbarter Leuchtdioden und/oder benachbarter Arrays wird die Auflösung verbessert. Versuche haben gezeigt, dass Menschen beim Betrachten eines Displays einen Mittenbereich optisch präziser wahrnehmen als einen Randbereich eines Displays. Somit ist es vorteilhaft, in einem Mittenbereich eines Displays eine größere Dichte an Leuchtdioden und/oder Arrays mit Leuchtdioden vorzusehen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch bei allen anderen Ausführungen der vorab beschriebenen Figuren auf den Leuchtdioden 3 eine Leuchtschicht 53 angeordnet sein.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Darstellung von Bildern
2: Array
3: Leuchtdioden
4: elektromagnetische Strahlung
5: erster Öffnungswinkel
6: Abstrahlrichtung
7: Kollimationsvorrichtung
8: Strahlenbündel
9: zweiter Öffnungswinkel
10: optische Abbildungsvorrichtung
12: Leuchtpixel
13: Linsenarray
14: Linsenelement
15: Kollimationslinse
16: erster Rahmen
17: Lochblende
18: Sublinsenarray
19: Loch
20: Sublinse
21: Einstrahlseite
22: weiteres Material
23: Abstrahlseite
24: externe elektrische Strahlung
25: Abstand
26: plane Seite
27: zweites Sublinsenarray
28: Taperschicht
29: optischer Taper
30: Innenseite Taper
31: Außenfläche
32: Außenseite Taper
33: Zylinderkegel
34: Filterelement
35: Oberfläche
36: Planarisierungselement
37: Spiegel
39: Reflexionsstruktur
40: Mittenachse
41: Innenseite
42: Abstrahlöffnung
43: LED
47: Rückseitenkontakt
48: Substrat
49: elektronische Schaltung
50: Treiberschaltung
51: Schnittstelle
52: elektrischer Anschluss
53: Leuchtschicht
54: Mittenbereich
55: Umgebungsbereich
56: Randbereich
57: Mittelpunkt
58: Seitenkante
59: Anordnung
60: Bauteil
61: weiteres Bauteil
100: Vorrichtung
101: erstes Array
102: zweites Array
103: drittes Array
104: Kombinationsoptik
105: Abbildungsoptik
106: Aufweitungselement
107: Bildebene
108: erstes Teilbild
109: zweites Teilbild
110: drittes Teilbild
112: vorgegebenes Bild
113: erster Überlappbereich
114: zweiter Überlappbereich
115: dritter Überlappbereich
116: Gesamtrichtung
117: erste Reflexionsebene
118: zweite Reflexionsebene
119: Steuerschaltung
120: Zwischenebene
121: zweite Abbildungsoptik
130: Speicher
201: erster Schritt
202: zweiter Schritt

Claims

Vorrichtung (100) zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige, wobei drei Arrays (101, 102, 103) von Leuchtdioden (3) vorgesehen sind, wobei die Leuchtdioden (3) eines Arrays (101, 102, 103) in der Weise angeordnet und ausgebildet sind, um in einer Abstrahlrichtung (6) einer Abstrahlseite des Arrays (101, 102, 103) elektromagnetische Strahlenbündel (8) abzugeben, wobei die Leuchtdioden (3) ausgebildet sind, um ein elektromagnetisches Strahlenbündel (8) mit einem ersten Öffnungswinkel (5) in der Abstrahlrichtung (6) abzugeben, wobei eine Kollimationsvorrichtung (7) auf der Abstrahlseite in einem vorgegebenen Abstand vor dem Array (2) der Leuchtdioden (3) vorgesehen ist, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) die ersten Öffnungswinkel (5) der Strahlenbündel (8) der Leuchtdioden (3) in Abstrahlrichtung (6) nach der Kollimationsvorrichtung (7) auf einen zweiten Öffnungswinkel (9) reduziert, wobei der zweite Öffnungswinkel (9) kleiner ist als der erste Öffnungswinkel (5), wobei in der Abstrahlrichtung (6) nach der Kollimationsvorrichtung (7) eine Kombinationsoptik (104) vorgesehen ist, wobei die Kombinationsoptik (104) ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays (101, 102, 103) zu einem Bild für die Head-Up-Display-Anzeige zu überlagern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) mehrere Kollimationslinsen (15) aufweist, wobei eine Kollimationslinse (15) wenigstens für ein Strahlenbündel (8) einer Leuchtdiode (3) vorgesehen ist, wobei die Kollimationslinse (15) den ersten Öffnungswinkel (5) der Strahlenbündel (8) der Leuchtdioden (3) auf den zweiten Öffnungswinkel (9) verkleinert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) eine Lochblende (17) und ein Sublinsenarray (18) aufweist, wobei die Lochblende (17) mehrere Löcher (19) aufweist, wobei das Sublinsenarray (18) mehrere Sublinsen (20) aufweist, wobei jedem Loch (19) der Lochblende (17) eine Sublinse (20) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Lochblende (17) auf einer Einstrahlseite (21), die dem Array (2) von Leuchtdioden (3) zugewandt ist, reflektierend für elektromagnetische Strahlen (4) ausgebildet ist, wobei die Lochblende (17) einen Reflexionsgrad auf der Einstrahlseite (21) aufweist, der größer als 30 % ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) ein optisches Filterelement (34) aufweist, wobei das Filterelement (34) ausgebildet ist, um Strahlungsbündel (8) in einem vorgegebenen Einfallswinkelbereich durchzulassen, wobei das Filterelement (34) aus einem für elektromagnetische Strahlung (4, 8) transparenten Material gebildet ist, wobei das Filterelement (34) eine strukturierte Oberfläche (35) aufweist, wobei die Oberfläche (35) in der Weise ausgebildet ist, dass über Totalreflexion an der strukturierten Oberfläche (35) der Einfallswinkelbereich festgelegt ist, oder wobei das Filterelement einen Spiegel (37) mit dielektrischen Schichten aufweist, wobei der Spiegel (37) für die Strahlenbündel in dem Einfallswinkelbereich transparent ist, und wobei der Spiegel (37) für Strahlenbündel außerhalb des Einfallwinkelbereiches reflektierend und/oder absorbierend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) in Abstrahlrichtung (6) gesehen sich verjüngende Reflexionsstrukturen (39) aufweist, wobei eine Reflexionsstruktur (39) reflektierende Innenseiten (41) aufweist, und wobei eine Reflexionsstruktur (39) für wenigstens eine Leuchtdiode (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Reflexionsstruktur (39) eine in Abstrahlrichtung (6) im Querschnitt konisch zulaufende Zylinderform aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtdioden (3) einzeln ansteuerbar sind, wobei die Leuchtdioden (3) in einem Bauteil (60) integriert sind, wobei eine Schaltung (49) zum Ansteuern der Leuchtdioden (3) in einem weiteren Bauteil (61) integriert ist, und wobei das Bauteil (60) auf dem weiteren Bauteil (61) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kollimationsvorrichtung (7) einen Abstand (25) zu den Leuchtdioden (3) aufweist, der kleiner ist als eine Kantenlänge einer Leuchtdiode (3).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kombinationsoptik (104) als doppelter Strahlteilerwürfel ausgebildet ist, wobei der Strahlteilerwürfel zwei gekreuzte Reflexionsebenen (117, 118)aufweist, wobei die zwei Reflexionsebenen (117, 118) einseitig durchlässig und einseitig reflektierend ausgebildet sind, wobei die Reflexionsebenen (117, 118) ausgebildet sind, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu dem Bild zu überlagern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kombinationsoptik zwei gekreuzte Platten aufweist, wobei die zwei Platten einseitig reflektierend und einseitig durchlässig ausgebildet sind, wobei die Platten ausgebildet sind, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu dem Bild zu überlagern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kombinationsoptik eine diffraktive Struktur aufweist, wobei die diffraktive Struktur ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu dem Bild zu überlagern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kombinationsoptik (104) eine Gitterstruktur aufweist, wobei die Gitterstruktur ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu dem Bild zu überlagern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Array (101, 102, 103) Leuchtdioden (3) aufweist, die Licht mit einem gleichen Wellenlängenbereich emittieren, oder wobei das erste Array (101) Licht mit einer blauen Farbe emittiert, wobei das zweite Array (102) Licht mit einer grünen Farbe emittiert, und wobei das dritte Array (103) Licht mit einer roten Farbe emittiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei nach der Kombinationsoptik (104) eine Abbildungsoptik (105) vorgesehen ist, wobei die Abbildungsoptik (105) ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays (101, 102, 103) in einer Zwischenebene (120) zu einem Zwischenbild zu fokussieren, wobei in der Zwischenebene (120) ein optisches Aufweitungselement (106) vorgesehen ist, wobei das Aufweitungselement (106) ausgebildet ist, um das Zwischenbild für eine Bildebene aufzuweiten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuerschaltung (119) zum Ansteuern der Leuchtdioden (3) eines Arrays (101, 102, 103) vorgesehen ist, wobei die Steuerschaltung (119) ausgebildet ist, um wenigstens einen Teil der Leuchtdioden (3) eines Arrays (101, 102, 103) während des Betriebes nicht anzusteuern, wobei insbesondere die Steuerschaltung (119) einen Speicher (130) aufweist, wobei im Speicher (130) eine Information abgelegt ist, wobei die Information anzeigt, welche Leuchtdioden (3) im Betrieb angesteuert werden dür- fen, um einen Überlapp elektromagnetischer Strahlung eines Arrays über ein vorgegebenes Bild hieraus zu vermeiden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Array (2) einen Mittenbereich (154) und einen Umgebungsbereich (155, 156) aufweist, wobei im Mittenbereich (154) die Leuchtdioden (3) in einer größeren Dichte als im Umgebungsbereich (155, 156) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anordnung (59) von mehreren Arrays (2) mit Leuchtdioden (3) vorgesehen ist, wobei die Anordnung (59) einen Mittenbereich (154) und einen Umgebungsbereich (155, 156) aufweist, wobei im Mittenbereich (154) die Arrays (2) in einer größeren Dichte als im Umgebungsbereich (155, 156) angeordnet sind.
Verfahren zum Justieren einer Steuerschaltung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige, wobei wenigstens zwei Arrays von Leuchtdioden vorgesehen sind, wobei die Leuchtdioden jedes Arrays einzeln von einer Steuerschaltung ansteuerbar sind, wobei die Leuchtdioden eines Arrays in der Weise angeordnet und ausgebildet sind, um in einer Abstrahlrichtung einer Abstrahlseite des Arrays elektromagnetische Strahlenbündel abzugeben, wobei in den Abstrahlrichtungen der Arrays eine Kombinationsoptik vorgesehen ist, wobei die Kombinationsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild für ein Head-Up-Display zu überlagern, wobei in einem ersten Schritt mit wenigstens zwei Arrays ein Testbild generiert wird, wobei in einem zweiten Schritt überprüft wird, ob ein Teilbild eines Arrays über ein vorgegebenes Bild hinausragt, und wobei bei Erkennen eines Überlapp des Teilbildes über das Bild die Steuerschaltung der Vorrichtung in der Weise eingestellt wird, dass die Leuchtdioden, die den Überlapp verursachen, nicht angesteuert werden.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Darstellung eines Bildes für eine Head-Up-Display-Anzeige, wobei drei Arrays von Leuchtdioden vorgesehen sind, wobei die Leuchtdioden jedes Arrays einzeln von einer Steuerschaltung ansteuerbar sind, wobei die Leuchtdioden eines Arrays in der Weise angeordnet und ausgebildet sind, um in einer Abstrahlrichtung einer Abstrahlseite des Arrays elektromagnetische Strahlenbündel abzugeben, wobei in den Abstrahlrichtungen der Arrays eine Kombinationsoptik vorgesehen ist, wobei die Kombinationsoptik ausgebildet ist, um die elektromagnetischen Strahlen der drei Arrays zu einem Bild für ein Head-Up-Display zu überlagern, wobei die Steuerschaltung die Leuchtdioden der Arrays in der Weise ansteuert, dass ein Überlapp eines Teilbildes eines Arrays über das Bild hinaus verhindert wird.