DE102021102798A1

DE102021102798A1 - Laserlichtquellenanordnung, beleuchtungseinheit und laserprojektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021102798A1
Application number: DE102021102798.5A
Authority: DE
Inventors: Tilman Rügheimer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN116868120A; KR20230142765A; WO2022167592A1; JP2024507667A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserlichtquellenanordnung für eine Laserprojektionsvorrichtung, mit einem Laserdioden-Array, umfassend eine erste Leuchtgruppe mit mindestens einer ersten Laserdiode und eine zweite Leuchtgruppe mit mindestens einer zweiten Laserdiode, wobei die erste Laserdiode und die zweite Laserdiode spektral unterschiedliche Emissionsmaxima aufweisen, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Laserdiode ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 440 - 462 nm und die zweite Laserdiode ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 462 - 472 nm aufweisen; und das Laserdioden-Array so in ein Gehäuse aufgenommen ist, dass die Strahlengänge der ersten Laserdiode und der zweiten Laserdiode innerhalb des Gehäuses räumlich getrennt verlaufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserlichtquellenanordnung, eine diese umfassende Beleuchtungseinheit und eine Laserprojektionsvorrichtung mit dieser Beleuchtungseinheit.
Die Verwendung von Halbleiterlichtquellen zur Ausleuchtung eines Abbildungssystems in einer Projektionsvorrichtung, beispielsweise einer Mikrospiegeleinrichtung (DMD) oder einer Flüssigkristallplatte, ist bekannt. Im Vergleich zu großbauenden Beleuchtungsmodulen mit Entladungslampen ermöglichen Halbleiterlichtquellen kompaktere Baugruppen für die Beleuchtung. Neben LEDs (LED = Light Emitting Diode) werden als Halbleiterlichtquellen Laserdioden-Arrays verwendet, die sich durch eine verbesserte Standzeit, eine gute Energieeffizienz und eine hohe spektrale Stabilität auszeichnen, sodass leuchtstarke Laserprojektionsvorrichtungen mit verbesserter Farbsättigung realisierbar sind.
Zur weitreichenden Abdeckung des sichtbaren Spektrums, insbesondere für professionelle Laserprojektionsvorrichtungen von Lichtspieltheatern, hochwertigen Heimkinos und miniaturisierten Projektoren für Smartphones, sind separate, blau, grün oder rot emittierende Lichtquelleneinheiten vorgesehen, die typischerweise räumlich getrennt angeordnet vorliegen und deren Emission mittels einer Strahlkombinationsoptik zusammengeführt werden. Diesbezüglich wird beispielhaft auf US 2020/0301265 A1 verwiesen.
US 2020/0301156 A1 beschreibt eine kompakte Lichtquellenbaueinheit mit mindestens zwei Beleuchtungsmodulen, die jeweils Laserdioden-Arrays für Blau, Grün und Rot zusammenfassen. Die einzelnen Beleuchtungsmodule stehen rechtwinklig zueinander, sodass eine Strahlüberlagerung und spektrale Mischung mittels eines in Winkelstellung angeordneten, vorder- und rückseitig angestrahlten optischen Multiplexers erfolgt, der lokal unterschiedliche, dichroitische Spiegelflächen aufweist.
Im blauen, grünen und roten Teil des sichtbaren Spektrums emittierende Laserdioden unterscheiden sich nach dem derzeitigen Entwicklungsstand im Hinblick auf die erreichbare Lichtausbeute, wobei Laserdioden auf der Basis von InGaN-Halbleitern mit einem Emissionsmaximum im grün-gelben Teil des sichtbaren Spektrums geringere Stromdichten als blau emittierende vertragen. Des Weiteren stellen Laserdioden für rotes Licht höhere Anforderungen an die thermische Stabilisierung im Vergleich zu Laserdioden für kürzere Wellenlängen. Aus diesen Gründen sind Lichterzeugungsvorrichtungen für Laserprojektoren mit einer monochromatischen Lichtquelle meist ökonomischer. Diese verwenden üblicherweise leistungsstarke, im Blauen emittierende Laserdioden, die den Blaukanal beschicken und zusätzlich zur Anregung eines Wellenlängenkonversionselements verwendet werden, das elektromagnetische Strahlung im grünen und roten Bereich liefert. Für gattungsgemäße Laserprojektionsvorrichtungen dienen blaue Laserdioden zur Anregung spektral unterschiedlich fluoreszierender Materialien, beispielsweise auf Phosphorbasis. Für eine sequenzielle Erzeugung der Spektralfarben kann als Wellenlängenkonversionselement ein rotierendes Bauteil mit einer Fluoreszenzbeschichtung verwendet werden. Ein solches Farbrad wird beispielsweise durch DE 10 2010 003 234 A1 offenbart.
Zur Anregung des Wellenlängenkonversionselements werden typischerweise Laserdioden eingesetzt, deren Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 440 - 462 nm liegt. Bekannte Laserdioden-Arrays zu diesem Zweck liefern eine Emission von 455 nm mit einer engen Spektralverteilung von +/-6 nm um dieses Maximum. Dieses Wellenlängenband hat sich als besonders geeignet zur Fluoreszenzerzeugung mit Phosphormaterialien oder mit Cer dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat erwiesen. Wird das blaue Anregungslicht zusätzlich zur Darstellung von Blau verwendet, führt die Anpassung an das Wellenlängenkonversionselement zu einer Beschränkung der auf eine Leinwand projizierbaren Farbpalette (Gamut). So fordert der Standard Rec. 2020 die Darstellbarkeit von Blau mit 100 % Sättigung bei einer Wellenlänge von 467,1 nm. Dieses mit dem voranstehend genannten, an die Fluoreszenzanregung angepassten Wellenlängenband nicht erreichbare „Reinblau“ definieren die Farbräume sRGB, Rec. 709 und DCI-P3 bei 467,7 nm.
DE 11 2013 004 405 B4 beschreibt eine Beleuchtungsanordnung für eine Laserprojektionsvorrichtung mit zwei ortsfesten, räumlich getrennten Wellenlängenkonversionselementen, die unterschiedlichen Spektralbereichen zugeordnet sind. Damit ist eine gleichzeitige Strahlungsemission im Grünen und Roten möglich, die im weiteren Strahlengang überlagert wird. Zur Anregung der beiden Wellenlängenkonversionselemente dient ein Laserdioden-Array mit zwei alternierend angeordneten Laserdiodentypen, die sich im Hinblick auf die Polarisationsrichtung und/oder dem Spektralband der emittierten elektromagnetischen Strahlung unterscheiden. Eine im Strahlengang zwischen dem Laserdioden-Array und den Wellenlängenkonversionselementen angeordnete Strahlteileroptik nutzt diesen Unterschied der Emissionscharakteristik, sodass Strahlung vom ersten Laserdiodentyp ausschließlich dem ersten Wellenlängenkonversionselement und vom zweiten Laserdiodentyp ausschließlich dem zweiten Wellenlängenkonversionselementen zugeleitet wird. Für den blauen Anteil der Beleuchtung schlägt DE 11 2013 004 405 B4 für eine bevorzugte Ausführung vor, eine dritte separate Lichtquelle zu verwenden, die im Strahlengang nach den Wellenlängenkonversionselementen mittels eines Kollimationslinsensystems eingekoppelt wird. Die zur Strahlführung notwendige Optik führt zu einer komplexen und großbauenden Beleuchtungsanordnung.
Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, eine kompakte, einfach zu handhabende Laserlichtquellenanordnung für die Beleuchtungseinheit einer Laserprojektionsvorrichtung anzugeben.
Des Weiteren soll eine Beleuchtungseinheit mit einem Wellenlängenkonversionselement und der Laserlichtquellenanordnung genannt werden, die sich durch eine hohe Farbraumabdeckung auszeichnet und einen kleinen Bauraum einnimmt. Für eine bevorzugte Ausführung soll ein möglichst großes Gamut nach dem Standard Rec. 2020, insbesondere mit einer möglichst vollständigen Farbraumabdeckung des langwelligen (blauen) Bereichs, gegeben sein. Des Weiteren betrifft die Aufgabe, eine Laserprojektionsvorrichtung mit einer platzsparenden Beleuchtungseinheit, die eine hohe Bildqualität und einen weiten Farbraum aufweist, anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Laserlichtquellenanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche und Ansprüche 10 und 11 betreffen eine diese umfassende Beleuchtungseinheit und eine Laserprojektionsvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung umfasst ein Laserdioden-Array, das eine erste Leuchtgruppe mit mindestens einer ersten Laserdiode und eine zweite Leuchtgruppe mit mindestens einer zweiten Laserdiode aufweist. Dabei liefern die erste Laserdiode und die zweite Laserdiode spektral unterschiedliche Emissionsmaxima, wobei die erste Laserdiode ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 440 - 462 nm und die zweite Laserdiode ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 462 - 472 nm bereitstellen. Zusätzlich ist das Laserdioden-Array so in ein Gehäuse aufgenommen, dass die Strahlengänge der ersten Laserdiode und der zweiten Laserdiode innerhalb des Gehäuses räumlich getrennt verlaufen.
Damit bildet die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung ein als Baueinheit handhabbares Modul, das mit der ersten Leuchtgruppe Strahlung mit einem Emissionsmaximum im blauen Wellenlängenband von 440 - 462 nm für die Fluoreszenzanregung liefert und mit der zweiten Leuchtgruppe, deren Wellenlänge ebenfalls im blauen Teil des Spektrums liegt (Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 462 - 472 nm), einen separaten Blaukanal bildet, der die Anforderungen an ein 100 % gesättigtes Reinblau gemäß einem der Standards Rec. 2020, sRGB, Rec. 709 oder DCI-P3 erfüllt. Mithin ermöglicht die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung eine erweiterte Farbpalette mittels eines Bauteils in Form eines Moduls mit kompakten Abmessungen.
Für vorteilhafte Ausführungen liefert die erste Leuchtgruppe ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 450 - 460 nm. Ferner ist bevorzugt, für die zweite Leuchtgruppe ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 464 - 470 nm und besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich 466 - 468 nm zu verwenden.
Die Ausleuchtung im grünen und roten Bereich des sichtbaren Spektrums kann durch die Anregung eines Wellenlängenkonversionselements mit der ersten Leuchtgruppe bewirkt werden. Dies wird in der weiteren Beschreibung im Zusammenhang mit einer die Beleuchtungseinheit einer Laserprojektionsvorrichtung betreffenden Weiterführung der Erfindung, die die Laserlichtquellenanordnung umfasst, genauer dargestellt.
Für eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung können weitere, direkt der Ausleuchtung zuführbare Farbkanäle verwendet werden. Bevorzugt wird die Aufnahme einer dritte Leuchtgruppe in das durch das gemeinsame Gehäuse eingefasste Laserdioden-Array. Dabei weist die dritte Leuchtgruppe mindestens eine dritte Laserdiode auf, die ein Emissionsmaximum im roten Wellenlängenbereich von 610 - 635 nm und bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 627 - 633 nm abstrahlt.
Neben der verringerten Bauraumanforderung zeichnet sich die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung durch eine vereinfachte Handhabbarkeit als Modul aus. Zu diesem Zweck sind die Laserdioden des Laserdioden-Arrays so innerhalb des Gehäuses angeordnet, dass Strahlengänge von Laserdioden aus unterschiedlichen Leuchtgruppen mindestens bis zum Austritt aus dem Gehäuse räumlich getrennt verlaufen. Damit kann der oder die separaten Farbkanäle durch einfache Optiken, insbesondere reflektive Komponenten, wie Treppenspiegel und Mikrolinsen, von der für die Fluoreszenzanregung vorgesehenen Emission der ersten Leuchtgruppe abgetrennt werden. Mithin kann auf den Einsatz von dichroitischen Optiken verzichtet werden. Bevorzugt werden die Laserdioden daher gemäß ihrer Emissionscharakteristik, d.h. entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu einer der Leuchtgruppen, räumlich angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Laserdioden auf einem Träger, der ein Teil des Gehäuses bildet, so arrangiert, dass der Querabstand zwischen Laserdioden aus unterschiedlichen Leuchtgruppen mindestens 2 mm und bevorzugt mindestens 4 mm beträgt. Dabei wird der Querabstand als Distanz zwischen den Schwerpunkten der aktiven Zonen zweier Laserdioden definiert. Innerhalb der jeweiligen Leuchtgruppe können die Laserdioden enger gepackt sein, wobei bevorzugt ein Arrangement entsteht, das zu einer Konzentration der zu einer der Leuchtgruppen gehörenden Laserdioden führt. Diese daraus resultierenden Laserdiodenbereiche weisen dann den geforderten Querabstand zu benachbarten Bereichen auf, soweit deren Laserdioden einer anderen Leuchtgruppe zugeordnet sind. Um die Baugröße der Laserlichtquellenanordnung nicht zu weit zu vergrößern, ist als bevorzugte Obergrenze für den Querabstand 10 mm und besonders bevorzugt 8 mm angesetzt.
Für eine weitere, vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung ist dem Laserdioden-Array eine Strahlführungsvorrichtung zur Kollimation und/oder Trennung der Strahlengänge von Laserdioden aus unterschiedlichen Leuchtgruppen zugeordnet. Bevorzugt wird zumindest ein Teil der Komponenten der Strahlführungsvorrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet und/oder mit dem Gehäuse zu einer Baugruppe vereinigt. Die Strahlführungsvorrichtung dient zur Trennung der Emission der unterschiedlichen Leuchtgruppen, sodass der separate Farbkanal und das Anregungslicht mit einer räumlich beanstandeten Strahlausdehnung aus dem Gehäuse der Laserlichtquellenanordnung austreten und bevorzugt in unterschiedliche Raumrichtungen abgestrahlt werden kann.
Vorteilhafterweise umfasst jede der Leuchtgruppen eine Vielzahl von monochromatischen Laserdioden, deren divergente Strahlung sich innerhalb des Gehäuses überschneiden darf, soweit sichergestellt ist, dass keine Überschneidung mit dem Strahlengang einer nicht zur jeweiligen Leuchtgruppe gehörenden Laserdiode vorliegt. Bevorzugt werden zur Strahlführung Mikrolinsen-Arrays und den einzelnen Laserdioden zugeordnete, reflektive Optiken eingesetzt.
Für eine weitere vorteilhafte Ausführung der Laserlichtquellenanordnung liegt ein allen Laserdioden des Laserdioden-Arrays gemeinsamer Wärmepfad zur Kühlung vor. Dieser kann integral mit dem Träger der Laserdioden ausgeführt sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine dritte Leuchtgruppe mit langwellig emittierenden Laserdioden in die als Modul gestaltete Laserlichtquellenanordnung aufgenommen ist, da dann höhere Anforderungen an die Temperaturkonstanz bestehen. Zusätzlich ermöglicht es der gemeinsame Wärmepfad, die Laserdioden mittels eines einheitlichen Prozesses auf einem Träger zu einem Laserdioden-Array zu montieren.
Ferner ist die Laserlichtquellenanordnung bevorzugt für eine externe Ansteuerung auszulegen. Hierfür wird eine Elektrodenanordnung zur Kontaktierung der Laserdioden vorgesehen, die aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Dabei ist die Elektrodenanordnung so ausgestaltet, dass Laserdioden aus unterschiedlichen Leuchtgruppen unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Für mögliche Ausführungen werden innerhalb einer Leuchtgruppe weitere Untergruppen gebildet, beispielsweise zeilen- oder spaltenförmige Anordnungen von Laserdioden, die gemeinsam ansteuerbar sind. Die externe elektrische Ansteuerung erlaubt, die Stromstärke und die Ausgangsleistung für die Laserdioden unterschiedlicher Leuchtgruppen getrennt einzustellen.
Für eine Weiterführung der Erfindung umfasst eine Beleuchtungseinheit die voranstehend beschriebene Laserlichtquellenanordnung. Zusätzlich liegen ein Wellenlängenkonversionselement und eine Überlagerungsoptik vor. Die Beleuchtungseinheit ist erfindungsgemäß so angelegt, dass das Wellenlängenkonversionselement durch die Lichtemission der ersten Leuchtgruppe der Laserlichtquellenanordnung zur Emission einer Fluoreszenzstrahlung angeregt wird und die Überlagerungsoptik die Lichtemission der zweiten Leuchtgruppe der Laserlichtquellenanordnung und die Fluoreszenzstrahlung in einen Beleuchtungsstrahlengang vereint. Durch die Ausgestaltung der Laserlichtquellenanordnung als Modul und die räumliche Trennung der Strahlung für die Fluoreszenzanregung und jener für den separaten Farbkanal, kann die der Beleuchtungseinheit zugeordnete Optik für die Strahlführung vereinfacht und kleinbauend angelegt werden. Des Weiteren besteht eine einfache Austauschbarkeit der als Baugruppe vorliegenden Laserlichtquellenanordnung.
Gemäß einer Weiterführung der Erfindung wird eine Laserprojektionsvorrichtung mit einem Abbildungssystem und einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit vorgeschlagen. Diese zeichnet sich neben einer kompakten Baugröße durch eine Ausleuchtung des Abbildungssystems aus, die auf der Projektionsfläche einen erweiterten Farbraum aufspannt. Neben der damit erreichten hohen Farbsättigung ergibt sich als weiterer Vorteil eine Erhöhung der erzielbaren Genauigkeit für die kundenseitig ausführbare Weißpunkt-Kalibrierung. Zusätzlich führt die als Modul angelegte Laserlichtquellenanordnung zu einer vereinfachten Kompensation thermischer Effekte beim Betrieb der Laserprojektionsvorrichtung.
Nachfolgend sind beispielhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung im Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch, Folgendes:

1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung in Aufsicht.
2 zeigt die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung aus 1 im Querschnitt.
3 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung in Aufsicht.
4 zeigt die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung aus 3 im Querschnitt.
5 zeigt die elektrische Kontaktierung der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung.
6 zeigt eine Laserprojektionsvorrichtung mit einem die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung umfassenden Beleuchtungssystem.

1 zeigt in schematischer Vereinfachung die erfindungsgemäße Laserlichtquellenanordnung 1. Diese umfasst ein Laserdioden-Array 2, das von einem Gehäuse 7 umgeben ist, sodass ein als Baueinheit handhabbares Modul entsteht.
Das Laserdioden-Array 2 ist in eine erste Leuchtgruppe 3 und in eine zweite Leuchtgruppe 5 unterteilt, die spektral unterschiedliches Laserlicht abgeben. Dabei weist die erste Leuchtgruppe 3 erste Laserdioden 4.1, ..., 4.n auf, deren Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 440 - 462 nm und bevorzugt in einem Intervall von 450 - 460 nm liegt. Diese blaue Emission ist auf die Fluoreszenzanregung abgestimmt und trifft nicht exakt die Festlegung für reines Blau gemäß einem der Farbraum-Standards Rec. 2020, sRGB, Rec. 709 oder DCI-P3. Daher ist eine zweite Leuchtgruppe 5 für die Beschickung eines Blaukanals vorgesehen, wobei die der zweiten Leuchtgruppe 5 zugeordneten, zweiten Laserdioden 6.1, ..., 6.4 ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 462 - 472 nm, bevorzugt von 464 - 470 nm und besonders bevorzugt von 466 - 468 nm aufweisen, sodass „Reinblau“ mit einer Farbsättigung von 100 % abgestrahlt werden kann. Damit ist insbesondere der gesamte Blaubereich nach dem Farbstand-Standard Rec. 2020 abdeckbar.
Erfindungsgemäß sind die ersten und zweiten Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4 so lokalisiert innerhalb des Laserdioden-Arrays 2 angeordnet, dass die von den Laserdioden 4.1, ..., 4. n; 6.1, ..., 6.4 aus unterschiedlichen Leuchtgruppen 3; 5 ausgehenden Strahlengänge 8.1, 8.2 innerhalb des Gehäuses 7 räumlich getrennt verlaufen. Vorteilhafterweise sind die Laserdioden 4.1, ..., 4. n; 6.1, ..., 6.4 auf einem Träger 9, der ein Teil des Gehäuses 7 bildet, derart montiert, dass Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4, die nicht zu selben Leuchtgruppe 3; 5 gehören, einen Querabstand D aufweisen, der an die Strahldivergenz der ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n und der zweiten Laserdioden 6.1,..., 6.4 angepasst ist. Für typische Baugrößen hat sich ein Querabstand D von mindestens 2 mm und bevorzugt von mindestens 4 mm als vorteilhaft erwiesen, um die Lichtwege der ersten Leuchtgruppe 3 und der zweiten Leuchtgruppe 5 innerhalb des Gehäuses 7 getrennt zu halten. Als Obergrenze für den Querabstand D sind 10 mm und besonders 8 mm bevorzugt.
Als weitere bevorzugte Maßnahme zur räumlichen Trennung der Strahlengänge 8.1, 8.2 der ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n und der zweiten Laserdioden 6.1, ..., 6.4 zeigt 2 eine Strahlführungsvorrichtung 10 innerhalb des Gehäuses 7. Die Strahlführungsvorrichtung 10 umfasst einen Spiegel 11 und eine Mikrolinse 12, die den von der zweiten Laserdiode 6.1 ausgehenden Strahlengang 8.1 umlenken und kollimieren. Entsprechend erfassen der Stufenspiegel 13 und die Mikrolinsen 14.1, ..., 14.7 nur Strahlung, die von den ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.7 ausgeht, und geben diese gebündelt an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 7 ab.
3 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Laserlichtquellenanordnung 1, wobei für die mit der ersten Ausführung übereinstimmenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Dargestellt ist eine zusätzliche dritte Leuchtgruppe 15 innerhalb des Gehäuses 7. Dabei weist die dritte Leuchtgruppe 15 des Laserdioden-Arrays 2 mindestens eine dritte Laserdiode 16.1, ..., 16.8 auf, die ein Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich von 610 - 635 nm und bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 627 - 633 nm abgibt, der zur Ausleuchtung eines Rotkanals dient. Damit kann das ausleuchtbare Farbspektrum zusätzlich erweitert werden.
Die in 4 gezeigte, seitliche Ansicht der zweiten Ausführung verdeutlicht, dass die Anordnung der ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n, der zweiten Laserdioden 6.1, ..., 6.4 und der dritten Laserdioden 16.1, ..., 16.8 so gewählt ist, dass die Strahlengänge 8.1, 8.2, 8.3 für Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8 aus unterschiedlichen Leuchtgruppen 3; 5; 15 im Gehäuse 7 räumlich getrennt verlaufen. Hierzu wird der voranstehend genannte Querabstand D eingehalten. Des Weiteren ist eine Strahlführungsvorrichtung 10 innerhalb des Gehäuses 7 vorhanden, wobei die Mikrolinsen 18.1, ..., 18.7 den ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n; der Spiegel 11 und die Mikrolinse 12 der zweiten Laserdiode 6.1 und die Spiegel 17.1, 17.2 und die Mikrolinsen 18.1, 18.2 den dritten Laserdioden 16.1, 16.5 derart zugeordnet sind, dass die unterschiedlichen Leuchtgruppen 3; 5; 15 Licht auf verschiedenen Seiten des Gehäuses 7 der Laserlichtquellenanordnung 1 abgeben.
Des Weiteren ist für alle Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1,...,16.8 des Laserdioden-Arrays 2 ein gemeinsamer Wärmepfad 20 vorgesehen. Durch die Verwendung eines einzigen Kühlelements, das in den Träger 9 integriert ist oder diesen bildet, kann die Montage der Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8 vereinfacht in einem einheitlichen Prozessschritt ausgeführt werden. Zusätzlich ist die thermische Stabilität beim Betrieb verbessert.
5 zeigt die elektrische Kontaktierung für eine bevorzugte Ausgestaltung der zweiten Ausführung. Ersichtlich ist eine aus dem Gehäuse 7 herausgeführte Elektrodenanordnung 21. Diese ermöglicht eine externe und unabhängige Ansteuerung der unterschiedlichen Leuchtgruppen 3; 5; 15 und damit eine gruppenweise Einstellung der Stromstärke und der Ausgangsleistung für die Laserdioden 4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8. Im Einzelnen skizziert sind eine erste Anode 22 und eine erste Kathode 23 für die erste Leuchtgruppe 3; eine zweite Anode 24 und eine zweite Kathode 25 für die zweite Leuchtgruppe 5 und eine dritte Anode 26 und eine dritte Kathode 27 für die dritte Leuchtgruppe 15.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 28, die die voranstehend beschriebene, ein austauschbares Modul bildende Laserlichtquellenanordnung 1, ein Wellenlängenkonversionselement 29 und eine Überlagerungsoptik 32 aufweist. Das Wellenlängenkonversionselement 29 nimmt Strahlung von der ersten Leuchtgruppe 3 der Laserlichtquellenanordnung 1 auf, die zur Anregung eines ersten Fluoreszenzmaterials 30 und eines zweiten Fluoreszenzmaterials 31 dient, welche wiederum Strahlung im grünen und roten Teil des sichtbaren Spektrums abgeben. Diese Fluoreszenzstrahlung verbindet die Überlagerungsoptik 32 mit dem Blaukanal 35, der direkt durch die zweite Leuchtgruppe 5 der Laserlichtquellenanordnung 1 gespeist wird. In der dargestellten Variante sind die Fluoreszenzmaterialen 30, 31 räumlich voneinander getrennt.
In einer abgewandelten Variante ist keine räumliche Trennung der Fluoreszenzmaterialien, wie etwa des ersten Fluoreszenzmaterials 30 und des zweiten Fluoreszenzmaterials 31, auf dem Konversionselement 29 vorgesehen (nicht dargestellt). In einer weiteren abgewandelten Variante wird ein einziges, breitbandig emittierendes Fluoreszenzmaterial verwendet. Dies kann speziell für 3LCD Systeme vorgesehen sein, bei denen nicht ein, sondern drei Bildgeber (getrennt nach Grundfarbe) vorgesehen sind und mit einer kontinuierlich leuchtenden Weißlichtquelle bestrahlt werden. Die Strahlengänge der Grundfarben können dabei durch wellenlängenselektive Optiken, zum Beispiel di-chroitische Spiegel, getrennt sein (nicht gezeigt).
Die Beleuchtungseinheit 28 ist als Baugruppe in eine Laserprojektionsvorrichtung 33 aufgenommen und dient zur Ausleuchtung eines Abbildungssystems 34. Dabei zeichnet sich die Laserprojektionsvorrichtung 33 insbesondere durch eine erweiterte Farbpalette und einen kompakten, montagefreundlichen Aufbau aus. Aufgrund der als Modul vorliegenden Laserlichtquellenanordnung 1 bildet der separate Blaukanal keine Zusatzkomponente, sodass ein Austausch der Lichtquelle und eine Weißlichtkalibrierung vereinfacht möglich sind.
Bezugszeichenliste

1: Laserlichtquellenanordnung
2: Laserdioden-Array
3: erste Leuchtgruppe
4.1, 4.2, ..., 4. n: erste Laserdiode
5: zweite Leuchtgruppe
6.1, 6.2, 6.3, 6.4: zweite Laserdiode
7: Gehäuse
8.1, 8.2 8.3: Strahlengang
9: Träger
10: Strahlführungsvorrichtung
11: Spiegel
12: Mikrolinse
13 14.1,14.2...,: Stufenspiegel
14.7: Mikrolinse
15: dritte Leuchtgruppe
16.1, 16. 2 , ..., 16.8: dritte Laserdiode
17.1, 17.2: Spiegel
18.1, 18.2 19.1,...,: Mikrolinse
19.7: Mikrolinse
20: Wärmepfad
21: Elektrodenanordnung
22: erste Anode
23: erste Kathode
24: zweite Anode
25: zweite Kathode
26: dritte Anode
27: dritte Kathode
28: Beleuchtungseinheit
29: Wellenlängenkonversionselement
30: erstes Fluoreszenzmaterial
31: zweites Fluoreszenzmaterial
32: Überlagerungsoptik
33: Laserprojektionsvorrichtung
34: Abbildungssystem
35: Blaukanal
36: Steuerung
37: Beleuchtungsstrahlengang
D: Querabstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2020/0301265 A1 [0003]
US 2020/0301156 A1 [0004]
DE 102010003234 A1 [0005]
DE 112013004405 B4 [0007]

Claims

Laserlichtquellenanordnung für eine Laserprojektionsvorrichtung (33), mit einem Laserdioden-Array (2), umfassend eine erste Leuchtgruppe (3) mit mindestens einer ersten Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und eine zweite Leuchtgruppe (5) mit mindestens einer zweiten Laserdiode (6.1, ..., 6.4), wobei die erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und die zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.4) spektral unterschiedliche Emissionsmaxima aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 440 - 462 nm und die zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.4) ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 462 - 472 nm aufweisen; und das Laserdioden-Array (2) so in ein Gehäuse (7) aufgenommen ist, dass die Strahlengänge (8.1, 8.2) der ersten Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und der zweiten Laserdiode (6.1, ..., 6.4) innerhalb des Gehäuses (7) räumlich getrennt verlaufen.
Laserlichtquellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 450 - 460 nm ausweist.
Laserlichtquellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.4) ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 464 - 470 nm und besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 466 - 468 nm aufweist.
Laserlichtquellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserdioden-Array (2) eine dritte Leuchtgruppe mit mindestens einer dritten Laserdiode (16.1, ..., 16.8) umfasst, die ein Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 610 - 635 nm und bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 627 - 633 nm aufweist.
Laserlichtquellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) so auf einem Träger (9) des Laserdioden-Arrays (2) angeordnet sind, dass der Querabstand (D) zwischen Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) aus unterschiedlichen Leuchtgruppen (3, 5, 15) mindestens 2 mm und bevorzugt mindestens 4 mm beträgt.
Laserlichtquellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laserdioden-Array (2) eine Strahlführungsvorrichtung (10) zur Kollimation und/oder Trennung der Strahlengänge (8.1, 8.2, 8.3) von Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) aus unterschiedlichen Leuchtgruppen (3, 5, 15) zugeordnet ist.
Laserlichtquellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Komponenten der Strahlführungsvorrichtung (10) innerhalb des Gehäuses (7) angeordnet und/oder mit dem Gehäuse (7) zu einer Baugruppe vereinigt sind.
Laserlichtquellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass allen Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) des Laserdioden-Arrays (2) ein gemeinsamer Wärmepfad (20) zur Kühlung zugeordnet ist.
Laserlichtquellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (21) für die elektrische Ansteuerung der Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) aus dem Gehäuse (7) herausgeführt ist, wobei die Elektrodenanordnung (21) so ausgestaltet ist, dass Laserdioden (4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8) aus unterschiedlichen Leuchtgruppen (3, 5, 15) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Beleuchtungseinheit umfassend eine Laserlichtquellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9; ein Wellenlängenkonversionselement (29); und eine Überlagerungsoptik (32), wobei die Beleuchtungseinheit (28) so angelegt ist, dass das Wellenlängenkonversionselement (29) durch die Lichtemission der ersten Leuchtgruppe (3) in der Laserlichtquellenanordnung (1) zur Emission einer Fluoreszenzstrahlung anregt wird und die Überlagerungsoptik (32) die Lichtemission der zweiten Leuchtgruppe (5) der Laserlichtquellenanordnung (1) und die Fluoreszenzstrahlung in einen Beleuchtungsstrahlengang (37) vereint.
Laserprojektionsvorrichtung mit einem Abbildungssystem und einer Beleuchtungseinheit (28) nach Anspruch 10 für die Ausleuchtung des Abbildungssystems (34).