KR20230142765A - 레이저 광원 배열체, 조명 유닛 및 레이저 프로젝션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 제1 레이저 다이오드를 구비한 제1 발광 그룹 및 적어도 하나의 제2 레이저 다이오드를 구비한 제2 발광 그룹을 포함하는 레이저 다이오드 어레이를 갖는 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체에 관한 것이며, 제1 레이저 다이오드 및 제2 레이저 다이오드는 상이한 스펙트럼의 방출 최대치들을 갖고, 본 발명은, 제1 레이저 다이오드는 440 내지 462nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 갖고, 제2 레이저 다이오드는 462 내지 472nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 갖고, 그리고 레이저 다이오드 어레이는, 제1 레이저 다이오드 및 제2 레이저 다이오드의 빔 경로들이 하우징 내부에서 공간적으로 분리되어 연장되도록 하우징 내에 수용되는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 광원 배열체, 조명 유닛 및 레이저 프로젝션 장치

본 출원은, 그 공개 내용이 참조를 통해 본 출원에 수용되는 2021년 2월 5일자 독일 특허 출원 제10 2021 102 798.5호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 레이저 광원 배열체; 이러한 레이저 광원 배열체를 포함하는 조명 유닛; 그리고 이러한 조명 유닛을 구비한 레이저 프로젝션 장치;에 관한 것이다.

프로젝션 장치 내의 이미징 시스템, 예를 들어 마이크로미러 장치(DMD) 또는 액정 패널의 조사를 위해 반도체 광원들을 사용하는 것이 공지되어 있다. 방전 램프들을 구비한 대규모 조명 모듈들과 비교하여, 반도체 광원들은 더욱 컴팩트한 조명용 조립체들을 가능하게 한다. LED(LED = Light Emitting Diode) 외에도, 개선된 수명, 우수한 에너지 효율, 그리고 높은 스펙트럼 안정성을 특징으로 하는 레이저 다이오드 어레이들이 반도체 광원들로서 사용되므로, 개선된 색 포화도를 갖는 고광도 레이저 프로젝션 장치들이 구현 가능하다.

특히 영화관, 고품질 홈 시네마 및 스마트폰용 소형화 프로젝터의 전문적 레이저 프로젝션 장치를 위한 가시 스펙트럼의 광범위한 커버리지를 위하여, 청색, 녹색 또는 적색을 방출하는 별도의 광원 유닛들이 제공되고, 이러한 광원 유닛들은 일반적으로 공간적으로 분리 배열되어 존재하고, 이러한 광원 유닛들의 방출은 빔 조합 광학 수단에 의해 결합된다. 이와 관련하여, 예를 들어 US 2020/0301265 A1호가 참조된다.

US 2020/0301156 A1호는 각각 청색, 녹색 및 적색을 위한 레이저 다이오드 어레이들을 결합하는 적어도 2개의 조명 모듈들을 구비한 콤팩트한 광원 구조 유닛을 설명한다. 개별 조명 모듈들은 서로 직각을 이루므로, 빔 중첩 및 스펙트럼 혼합이, 각도 위치를 갖도록 배열되고 전면 및 후면에서 방사되는 광학 멀티플렉서에 의해 실행되고, 이러한 광학 멀티플렉서는 국부적으로 상이한 다이크로익 미러면들을 포함한다.

현재 개발 상태에 따라, 가시 스펙트럼의 청색, 녹색 및 적색 부분 내에서 방출을 실행하는 레이저 다이오드들은 달성 가능한 광효율과 관련하여 상이하고, 가시 스펙트럼의 녹색-황색 부분 내에서 방출 최대치를 갖는 InGaN 반도체 기반 레이저 다이오드는 청색을 방출하는 레이저 다이오드보다 더 낮은 전류 밀도를 견딘다. 또한 적색광을 위한 레이저 다이오드들은 더욱 짧은 파장들을 위한 레이저 다이오드들에 비해 열 안정화에 대한 더욱 까다로운 요건을 갖는다. 이러한 이유로, 단색 광원을 갖는 레이저 프로젝터용 광 발생 장치들이 대개 더욱 경제적이다. 이러한 광 발생 장치들은 일반적으로 고출력 청색 방출 레이저 다이오드들을 사용하고, 이러한 레이저 다이오드들은 청색 채널을 공급하고, 추가적으로 녹색 및 적색 영역의 전자기 빔을 제공하는 파장 변환 요소의 여기를 위해 사용된다. 일반적 유형의 레이저 프로젝션 장치들에 대하여, 청색 레이저 다이오드들은 예를 들어 인을 기반으로 하는 상이한 스펙트럼의 형광 물질들을 여기시키기 위해 사용된다. 스펙트럼 색상들의 순차적 생성을 위하여, 형광 코팅부를 구비한 회전 부품이 파장 변환 요소로서 사용될 수 있다. 이러한 색상환이 예를 들어 DE 10 2010 003 234 A1호에 공지되어 있다.

파장 변환 요소의 여기를 위하여 일반적으로, 방출 최대치가 440 내지 462nm의 파장 영역에 있는 레이저 다이오드들이 사용된다. 이러한 목적을 위한 공지된 레이저 다이오드 어레이들은 이러한 최대치를 중심으로 +/-6nm의 좁은 스펙트럼 분포로서 455nm의 방출을 제공한다. 이러한 파장 대역은 인광 물질 또는 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷에 의한 형광 생성에 특히 적합한 것으로 입증되었다. 청색 여기광이 추가적으로 청색의 표현을 위해 사용되는 경우, 파장 변환 요소에 대한 매칭은 스크린 상에 투사 가능한 색상 팔레트(색역)의 제한을 야기한다. 이와 같이, Rec. 2020 표준은 467.1nm의 파장에서 포화도 100%의 청색 표현력을 요구한다. 형광 여기에 매칭된 상술한 파장 대역에 의해서는 달성 불가능한 이러한 "순수 청색"은 467.7nm에서 sRGB, Rec. 709 및 DCI-P3 색 공간들을 규정한다.

DE 11 2013 004 405 B4호는, 상이한 스펙트럼 영역들에 할당된 공간적으로 분리된 2개의 고정된 파장 변환 요소들을 갖는 레이저 프로젝션 장치용 조명 배열체를 설명한다. 이에 따라, 추가 빔 경로 내에서 중첩되는 녹색 및 적색 내의 동시적 빔 방출이 가능하다. 2개의 파장 변환 요소들의 여기를 위해서는, 방출된 전자기 빔의 스펙트럼 대역 및/또는 편광 방향에 있어서 상이한, 교대로 배열된 2개의 레이저 다이오드 유형들을 갖는 레이저 다이오드 어레이가 사용된다. 파장 변환 요소들과 레이저 다이오드 어레이 사이의 빔 경로 내에 배열된 빔 스플리터 광학 수단은 방출 특성의 이러한 차이를 이용하므로, 제1 레이저 다이오드 유형의 빔은 오로지 제1 파장 변환 요소에만 전달되고, 제2 레이저 다이오드 유형의 빔은 오로지 제2 파장 변환 요소에만 전달된다. 조명의 청색 부분에 대하여, DE 11 2013 004 405 B4호는, 파장 변환 요소 하류의 빔 경로 내에서 시준 렌즈 시스템에 의해 결합되는 별도의 제3 광원을 사용하는 바람직한 일 실시예를 제안한다. 빔 유도를 위해 필요한 광학 수단은 복잡한 대규모 조명 배열체를 유도한다.

본 발명의 과제는, 레이저 프로젝션 장치의 조명 유닛을 위한 콤팩트하고 취급하기 간단한 레이저 광원 배열체를 제공하는 것이다. 또한, 파장 변환 요소 및 레이저 광원 배열체를 구비하는, 넓은 색 공간 커버리지를 특징으로 하고 작은 공간을 차지하는 조명 유닛이 언급될 것이다. 바람직한 일 실시예에 대하여, 특히 장파(청색) 영역의 가능한 한 완전한 색 공간 커버리지를 갖는, Rec. 2020 표준에 따른 가능한 한 큰 색역이 제공될 것이다. 또한 본원의 과제는, 높은 이미지 품질 및 넓은 색 공간을 갖는 공간 절약형 조명 유닛을 구비한 레이저 프로젝션 장치를 제공하는 것에 관한 것이다.

이러한 과제는 청구항 제1항의 특징들을 통해 해결된다. 레이저 광원 배열체의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이고, 청구항 제10항 및 제11항은 이러한 레이저 광원 배열체를 포함하는 조명 유닛 및 레이저 프로젝션 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 레이저 광원 배열체는, 적어도 하나의 제1 레이저 다이오드를 구비한 제1 발광 그룹 및 적어도 하나의 제2 레이저 다이오드를 구비한 제2 발광 그룹을 포함하는 레이저 다이오드 어레이를 포함한다. 이 경우, 제1 레이저 다이오드 및 제2 레이저 다이오드는 상이한 스펙트럼의 방출 최대치들을 제공하고, 제1 레이저 다이오드는 440 내지 462nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 제공하고, 제2 레이저 다이오드는 462 내지 472nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 제공한다. 추가적으로, 레이저 다이오드 어레이는, 제1 레이저 다이오드 및 제2 레이저 다이오드의 빔 경로들이 하우징 내부에서 공간적으로 분리되어 연장되도록 하우징 내에 수용된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체는, 제1 발광 그룹에 의해서는 형광 여기를 위한 440 내지 462nm의 청색 파장 대역 내의 방출 최대치를 갖는 빔을 제공하고, 파장이 마찬가지로 스펙트럼의 청색 부분(462 내지 472nm의 파장 영역 내의 방출 최대치) 내에 위치하는 제2 발광 그룹에 의해서는 표준들 Rec. 2020, sRGB, Rec. 709 또는 DCI-P3 중 하나의 표준에 따라 100% 포화 순수 청색에 대한 요건을 충족하는 별도의 청색 채널을 형성하는, 구조 유닛으로서 취급 가능한 모듈을 형성한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체는 콤팩트한 치수를 갖는 모듈 형상의 부품에 의한 확장된 색상 팔레트를 가능하게 한다.

바람직한 실시예들에 있어서, 제1 발광 그룹은 450 내지 460nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 제공한다. 또한, 제2 발광 그룹에 대하여 464 내지 470nm의 파장 영역 내의, 그리고 특히 바람직하게는 466 내지 468nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 사용하는 것이 바람직하다.

가시 스펙트럼의 녹색 및 적색 영역 내의 조사는 제1 발광 그룹에 의한 파장 변환 요소의 여기를 통해 야기될 수 있다. 이는 레이저 광원 배열체를 포함하는, 레이저 프로젝션 장치의 조명 유닛에 관한 본 발명의 일 개선예와 관련한 추가 설명에서 보다 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 바람직한 일 실시예에 대하여, 조사에 직접 공급 가능한 추가 색상 채널들이 사용될 수 있다. 공통의 하우징을 통해 둘러싸인 레이저 다이오드 어레이 내에 제3 발광 그룹이 수용되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제3 발광 그룹은, 610 내지 635nm의 적색 파장 영역 내의, 그리고 바람직하게는 627 내지 633nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 방사하는 적어도 하나의 제3 레이저 다이오드를 포함한다.

감소된 공간 요건과 더불어, 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체는 모듈로서의 단순화된 취급을 특징으로 한다. 이러한 목적을 위해, 레이저 다이오드 어레이의 레이저 다이오드들은, 상이한 발광 그룹들로 이루어진 레이저 다이오드들의 빔 경로들이 적어도 하우징으로부터의 출구에 이르기까지 공간적으로 분리되어 연장되도록 하우징 내부에 배열된다. 이에 따라, 별도의 색상 채널(들)은 간단한 광학 수단들, 특히 스텝 미러 및 마이크로렌즈와 같은 반사 구성 요소들을 통하여, 형광 여기를 위해 제공되는 제1 발광 그룹의 방출로부터 분리될 수 있다. 그러므로, 다이크로익 광학 수단들의 사용은 생략될 수 있다. 따라서, 바람직하게 레이저 다이오드들은 방출 특성에 따라, 즉 발광 그룹들 중 하나의 발광 그룹에 속하는지 여부에 상응하게 공간적으로 배열된다. 바람직하게, 레이저 다이오드들은 상이한 발광 그룹들로 이루어진 레이저 다이오드들 사이의 횡방향 간격이 적어도 2mm, 그리고 바람직하게는 적어도 4mm이도록, 하우징의 일부를 형성하는 캐리어 상에 배열된다. 이 경우, 횡방향 간격은 2개의 레이저 다이오드들의 활성 구역들의 중심들 사이의 거리로서 규정된다. 각각의 발광 그룹 내부에서 레이저 다이오드들은 더욱 조밀하게 패킹될 수 있고, 바람직하게는 발광 그룹들 중 하나의 발광 그룹에 속하는 레이저 다이오드들의 집중을 야기하는 배열이 생성된다. 이때, 이로부터 발생하는 레이저 다이오드 영역들은 자신들의 레이저 다이오드들이 다른 발광 그룹에 할당되는 한, 인접 영역들에 대해 필요한 횡방향 간격을 갖는다. 레이저 광원 배열체의 크기를 너무 많이 확대시키지 않기 위하여, 횡방향 간격에 대한 바람직한 상한으로서 10mm, 그리고 특히 바람직하게는 8mm이 설정된다.

본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 바람직한 추가의 일 실시예에 대하여, 레이저 다이오드 어레이에는 상이한 발광 그룹들로 이루어진 레이저 다이오드들의 빔 경로들의 시준 및/또는 분리를 위한 빔 유도 장치가 할당된다. 바람직하게, 빔 유도 장치의 구성 요소들의 적어도 일부가 하우징 내부에 배열되고 그리고/또는 하우징과 통합되어 조립체를 형성한다. 빔 유도 장치는 상이한 발광 그룹들의 방출의 분리를 위해 사용되므로, 별도의 색상 채널 및 여기 광이, 공간적으로 이격된 빔 확장에 의해 레이저 광원 배열체의 하우징으로부터 배출될 수 있고, 그리고 바람직하게는 상이한 공간 방향들로 방사될 수 있다.

바람직하게, 발광 그룹들 각각은, 각각의 발광 그룹에 속하지 않는 레이저 다이오드의 빔 경로와의 중첩이 존재하지 않도록 보장되는 한, 하우징 내부에서 중첩되도록 허용되는 발산 빔을 갖는 복수의 단색 레이저 다이오드들을 포함한다. 바람직하게, 빔 유도를 위해서는 마이크로렌즈 어레이들 및 개별 레이저 다이오드들에 할당된 반사 광학 수단들이 사용된다.

레이저 광원 배열체의 바람직한 추가의 일 실시예에 대하여, 레이저 다이오드 어레이의 모든 레이저 다이오드들에 공통적인 냉각용 열 경로가 존재한다. 이러한 열 경로는 레이저 다이오드들의 캐리어와 일체형으로 형성될 수 있다. 이러한 형상은 특히, 장파 방출 레이저 다이오드들을 구비한 제3 발광 그룹이, 모듈로서 형성된 레이저 광원 배열체 내에 수용되는 경우에 바람직한데, 이 경우에는 온도 불변성에 대한 더욱 까다로운 요건이 존재하기 때문이다. 추가적으로, 공통의 열 경로는, 레이저 다이오드들을 단일 프로세스에 의하여 레이저 다이오드 어레이에 대한 캐리어 상에 장착하는 것을 가능하게 한다.

또한, 레이저 광원 배열체는 바람직하게는 외부 제어부를 위해 구성되어야 한다. 이를 위해, 하우징으로부터 인출되는 레이저 다이오드 접촉용 전극 배열체가 제공된다. 이 경우 전극 배열체는, 상이한 발광 그룹들로 이루어진 레이저 다이오드들이 서로 독립적으로 제어 가능하도록 구성된다. 가능한 실시예들에 대하여, 발광 그룹 내부에는 추가 하위 그룹들, 예를 들어 공통으로 제어 가능한 레이저 다이오드들의 행 형태 또는 열 형태의 배열체들이 형성된다. 외부 전기 제어부는, 상이한 발광 그룹들의 레이저 다이오드들에 대한 출력 및 전류 세기를 분리하여 설정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 일 개선예에 대하여, 조명 유닛은 상술한 레이저 광원 배열체를 포함한다. 추가적으로, 파장 변환 요소 및 중첩 광학 수단이 존재한다. 본 발명에 따라 조명 유닛은, 파장 변환 요소가 형광 빔의 방출을 위한 레이저 광원 배열체의 제1 발광 그룹의 광 방출을 통하여 여기되고, 중첩 광학 수단이 레이저 광원 배열체의 제2 발광 그룹의 광 방출과 형광 빔을 하나의 조명 빔 경로 내로 통합하도록 구성된다. 모듈로서의 레이저 광원 배열체의 구성과, 형광 여기를 위한 빔 및 별도의 색상 채널을 위한 빔의 공간적 분리를 통하여, 조명 유닛에 할당된 빔 유도용 광학 수단은 단순화되어 그리고 소형화되어 구성될 수 있다. 또한, 조립체로서 제공되는 레이저 광원 배열체의 간단한 교체 가능성이 존재한다.

본 발명의 일 개선예에 따라, 본 발명에 따른 조명 유닛 및 이미징 시스템을 구비한 레이저 프로젝션 장치가 제안된다. 이러한 레이저 프로젝션 장치는 컴팩트한 크기와 더불어, 프로젝션 면 상에서 확장된 색 공간을 규정하는 이미징 시스템의 조사를 특징으로 한다. 이에 따라 달성된 높은 색 포화도와 더불어, 고객측에서 실행 가능한 화이트 포인트 보정에 대한 달성 가능한 정확도의 증가가 추가적인 장점으로서 얻어진다. 추가적으로, 모듈로서 구성된 레이저 광원 배열체는 레이저 프로젝션 장치의 작동 시 열적 효과들의 단순화된 보상을 유도한다.

하기에는 본 발명의 예시적인 변형예들이 도면들과 관련하여 설명된다. 도면들은 하기 내용을 각각 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 제1 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 제2 실시예를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 제2 실시예의 전기 접촉부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체의 제1 실시예를 포함하는 조명 시스템을 구비한 레이저 프로젝션 장치를 도시한 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체(1)를 개략적으로 단순화하여 도시한다. 이러한 레이저 광원 배열체는, 하우징(7)에 의해 둘러싸인 레이저 다이오드 어레이(2)를 포함하므로, 구조 유닛으로서 취급 가능한 모듈이 생성된다.

레이저 다이오드 어레이(2)는 상이한 스펙트럼의 레이저 광을 방출하는 제1 발광 그룹(3) 및 제2 발광 그룹(5)으로 분할된다. 이 경우, 제1 발광 그룹(3)은, 방출 최대치가 440 내지 462nm의 파장 영역 내에 그리고 바람직하게는 450 내지 460nm의 간격 내에 있는 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)들을 포함한다. 이러한 청색 방출은 형광 여기에 매칭되고, 색 공간 표준들 Rec. 2020, sRGB, Rec. 709 또는 DCI-P3 중 하나의 색 공간 표준에 따른 순수 청색에 대한 정의와 정확히 들어 맞지는 않는다. 따라서, 제2 발광 그룹(5)이 청색 채널의 공급을 위해 제공되고, 제2 발광 그룹(5)에 할당된 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)들은 462 내지 472nm, 바람직하게는 464 내지 470nm, 그리고 특히 바람직하게는 466 내지 468nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 가지므로, 100%의 색 포화도를 갖는 "순수 청색"이 방사될 수 있다. 이에 따라, 특히 Rec. 2020 색상 표준에 따른 전체 청색 영역이 커버 가능하다.

본 발명에 따라, 제1 레이저 다이오드 및 제2 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4)는, 상이한 발광 그룹(3; 5)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4)들로부터 시작되는 빔 경로(8.1, 8.2)들이 하우징(7) 내부에서 공간적으로 분리되어 연장되도록 국부적으로 제한되어 레이저 다이오드 어레이(2) 내부에 배열된다. 바람직하게, 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4)들은 하우징(7)의 일부를 형성하는 캐리어(9) 상에, 동일한 발광 그룹(3; 5)에 속하지 않는 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4)들이 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)들 및 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)들의 빔 발산에 매칭되는 횡방향 간격(D)을 갖는 방식으로 장착된다. 전형적인 크기들에 있어서, 하우징(7) 내부의 제1 발광 그룹(3) 및 제2 발광 그룹(5)의 광 경로들을 분리된 상태로 유지하기 위해 적어도 2mm, 그리고 바람직하게는 적어도 4mm의 횡방향 간격(D)이 바람직한 것으로 입증되었다. 횡방향 간격(D)에 대한 상한으로서 10mm, 그리고 특히 8mm이 바람직하다.

제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)들 및 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)들의 빔 경로(8.1, 8.2)들의 공간적 분리를 위한 바람직한 추가 수단으로서, 도 2는 하우징(7) 내부의 빔 유도 장치(10)를 도시한다. 빔 유도 장치(10)는 제2 레이저 다이오드(6.1)로부터 시작되는 빔 경로(8.1)를 편향시키고 시준하는 미러(11) 및 마이크로렌즈(12)를 포함한다. 이에 상응하게, 스텝 미러(13) 및 마이크로렌즈(14.1, ..., 14.7)들은 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.7)들로부터 시작되는 빔만을 포착하고, 이러한 빔을 집속된 상태로 하우징(7)의 마주 놓인 측면에 방출한다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 광원 배열체(1)의 제2 실시예를 도시하고, 제1 실시예와 일치하는 구성 요소들에 대해서는 동일한 도면 부호들이 사용된다. 추가적인 제3 발광 그룹(15)이 하우징(7) 내부에 도시되어 있다. 이 경우, 레이저 다이오드 어레이(2)의 제3 발광 그룹(15)은, 적색 채널의 조사를 위해 사용되는 610 내지 635nm의 파장 영역 내의 그리고 바람직하게는 627 내지 633nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 방출하는 적어도 하나의 제3 레이저 다이오드(16.1, ..., 16.8)를 포함한다. 이에 따라, 조사 가능한 색상 스펙트럼이 추가적으로 확장될 수 있다.

도 4에 도시된 제2 실시예의 측면도는, 상이한 발광 그룹(3; 5; 15)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들에 대한 빔 경로(8.1, 8.2, 8.3)들이 하우징(7) 내에서 공간적으로 분리되어 연장되도록 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)들, 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)들 및 제3 레이저 다이오드(16.1, ..., 16.8)들의 배열이 선택되는 것을 도시한다. 이를 위해, 상술한 횡방향 간격(D)이 유지된다. 또한, 빔 유도 장치(10)가 하우징(7) 내부에 존재하고, 상이한 발광 그룹(3; 5; 15)들이 레이저 광원 배열체(1)의 하우징(7)의 다양한 측면들에서 광을 방출하는 방식으로 마이크로렌즈(18.1, ..., 18.7)들은 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)들에 할당되고, 미러(11) 및 마이크로렌즈(12)는 제2 레이저 다이오드(6.1)에 할당되고, 미러(17.1, 17.2)들 및 마이크로렌즈(18.1, 18.2)들은 제3 레이저 다이오드(16.1, 16.5)들에 할당된다.

또한, 레이저 다이오드 어레이(2)의 모든 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들에 대해 공통의 열 경로(20)가 제공된다. 캐리어(9)에 통합되거나 이러한 캐리어를 형성하는 단일 냉각 요소의 사용을 통해, 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들의 장착은 단순화되어 단일 프로세스 단계로 실행될 수 있다. 추가적으로, 작동 시 열 안정성이 개선된다.

도 5는 제2 실시예의 바람직한 구성을 위한 전기 접촉부를 도시한다. 하우징(7)으로부터 인출되는 전극 배열체(21)를 볼 수 있다. 이러한 전극 배열체는 상이한 발광 그룹(3; 5; 15)들의 독립적인 외부 제어와, 이에 따라 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들에 대한 출력 및 전류 세기의 그룹별 설정을 가능하게 한다. 세부적으로는, 제1 발광 그룹(3)에 대한 제1 애노드(22) 및 제1 캐소드(23), 제2 발광 그룹(5)에 대한 제2 애노드(24) 및 제2 캐소드(25), 그리고 제3 발광 그룹(15)에 대한 제3 애노드(26) 및 제3 캐소드(27)가 도시된다.

도 6은, 교환 가능한 모듈을 형성하는 상술한 레이저 광원 배열체(1); 파장 변환 요소(29); 및 중첩 광학 수단(32);을 포함하는 본 발명에 따른 조명 유닛(28)을 도시한다. 파장 변환 요소(29)는, 가시 스펙트럼의 녹색 부분 및 적색 부분 내의 빔을 다시금 방출하는 제1 형광 물질(30) 및 제2 형광 물질(31)의 여기를 위해 사용되는 레이저 광원 배열체(1)의 제1 발광 그룹(3)의 빔을 수용한다. 중첩 광학 수단(32)은 이러한 형광 빔을, 레이저 광원 배열체(1)의 제2 발광 그룹(5)을 통해 직접 공급되는 청색 채널(35)과 연결한다. 도시된 변형예에서, 형광 물질(30, 31)들은 서로 공간적으로 분리되어 있다.

수정된 일 변형예에서는, 예를 들어 제1 형광 물질(30) 및 제2 형광 물질(31)과 같은 형광 물질들의 공간적 분리가 변환 요소(29) 상에서는 제공되지 않는다(미도시). 수정된 추가의 일 변형예에서는 광대역으로 방출을 실행하는 단일의 형광 물질이 사용된다. 이는 특별히, 하나가 아닌 3개의 이미지 생성기들(원색에 따라 분리됨)이 제공되고 지속적으로 발광하는 백색 광원에 의해 조사되는 3LCD 시스템들에 대해 제공될 수 있다. 이 경우, 원색들의 빔 경로들은 파장 선택식 광학 수단들, 예를 들어 다이크로익 미러들을 통해 분리될 수 있다(미도시).

조명 유닛(28)은 조립체로서 레이저 프로젝션 장치(33) 내에 수용되고, 이미징 시스템(34)의 조사를 위해 사용된다. 이 경우, 레이저 프로젝션 장치(33)는 특히, 확장된 색상 팔레트와, 콤팩트하고 장착하기 쉬운 구조를 특징으로 한다. 모듈로서 존재하는 레이저 광원 배열체(1)로 인하여, 별도의 청색 채널이 추가 구성 요소를 형성하지 않으므로, 광원의 교체 및 백색광 보정이 단순화된 방식으로 가능하다.

1 레이저 광원 배열체
2 레이저 다이오드 어레이
3 제1 발광 그룹
4.1, 4.2, ..., 4.n 제1 레이저 다이오드
5 제2 발광 그룹
6.1, 6.2, 6.3, 6.4 제2 레이저 다이오드
7 하우징
8.1, 8.2, 8.3 빔 경로
9 캐리어
10 빔 유도 장치
11 미러
12 마이크로렌즈
13 스텝 미러
14.1, 14.2, ..., 14.7 마이크로렌즈
15 제3 발광 그룹
16.1, 16.2, ..., 16.8 제3 레이저 다이오드
17.1, 17.2 미러
18.1, 18.2 마이크로렌즈
19.1, ..., 19.7 마이크로렌즈
20 열 경로
21 전극 배열체
22 제1 애노드
23 제1 캐소드
24 제2 애노드
25 제2 캐소드
26 제3 애노드
27 제3 캐소드
28 조명 유닛
29 파장 변환 요소
30 제1 형광 물질
31 제2 형광 물질
32 중첩 광학 수단
33 레이저 프로젝션 장치
34 이미징 시스템
35 청색 채널
36 제어부
37 조명 빔 경로
D 횡방향 간격

Claims (12)

1. 적어도 하나의 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)를 구비한 제1 발광 그룹(3) 및 적어도 하나의 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)를 구비한 제2 발광 그룹(5)을 포함하는 레이저 다이오드 어레이(2)를 갖는 레이저 프로젝션 장치(33)용 레이저 광원 배열체로서, 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n) 및 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)는 상이한 스펙트럼의 방출 최대치들을 갖는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체에 있어서,
   제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)는 440 내지 462nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 갖고, 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)는 462 내지 472nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 갖고, 그리고
   레이저 다이오드 어레이(2)는, 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n) 및 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)의 빔 경로(8.1, 8.2)들이 하우징(7) 내부에서 공간적으로 분리되어 연장되도록 하우징(7) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
2. 제1항에 있어서, 제1 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n)는 450 내지 460nm의 파장 영역 내에서 방출 최대치를 갖는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 레이저 다이오드(6.1, ..., 6.4)는 464 내지 470nm의 파장 영역 내의, 그리고 특히 바람직하게는 466 내지 468nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 갖는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 다이오드 어레이(2)는 610 내지 635nm의 파장 영역 내의, 그리고 바람직하게는 627 내지 633nm의 파장 영역 내의 방출 최대치를 갖는 적어도 하나의 제3 레이저 다이오드(16.1, ..., 16.8)를 구비한 제3 발광 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들은 상이한 발광 그룹(3, 5, 15)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들 사이의 횡방향 간격(D)이 적어도 2mm, 그리고 바람직하게는 적어도 4mm이도록, 레이저 다이오드 어레이(2)의 캐리어(9) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
6. 제5항에 있어서, 각각의 발광 그룹(3, 5, 15) 내부의 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들 사이의 횡방향 간격(D)은 상이한 발광 그룹(3, 5, 15)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들 사이의 횡방향 간격(D)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 다이오드 어레이(2)에는 상이한 발광 그룹(3, 5, 15)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들의 빔 경로(8.1, 8.2, 8.3)들의 시준 및/또는 분리를 위한 빔 유도 장치(10)가 할당되는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
8. 제7항에 있어서, 빔 유도 장치(10)의 구성 요소들의 적어도 일부가 하우징(7) 내부에 배열되고 그리고/또는 하우징(7)과 통합되어 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 다이오드 어레이(2)의 모든 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들에는 공통적인 냉각용 열 경로(20)가 할당되는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들의 전기 제어를 위한 전극 배열체(21)가 하우징(7)으로부터 인출되고, 전극 배열체(21)는, 상이한 발광 그룹(3, 5, 15)들로 이루어진 레이저 다이오드(4.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.4; 16.1, ..., 16.8)들이 서로 독립적으로 제어 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 프로젝션 장치용 레이저 광원 배열체.
11. 조명 유닛으로서, 이러한 조명 유닛은
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 레이저 광원 배열체(1),
    파장 변환 요소(29), 및
    중첩 광학 수단(32)을 포함하고,
    조명 유닛(28)은, 파장 변환 요소(29)가 형광 빔의 방출을 위한 레이저 광원 배열체(1)의 제1 발광 그룹(3)의 광 방출을 통하여 여기되고, 중첩 광학 수단(32)이 레이저 광원 배열체(1)의 제2 발광 그룹(5)의 광 방출과 형광 빔을 하나의 조명 빔 경로(37) 내로 통합하도록 구성되는, 조명 유닛.
12. 이미징 시스템(34)의 조사를 위한, 제11항에 따른 조명 유닛(28) 및 이미징 시스템을 구비한 레이저 프로젝션 장치.

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