WO2007110029A1 - Optisches projektionsgerät - Google Patents

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WO2007110029A1
WO2007110029A1 PCT/DE2007/000432 DE2007000432W WO2007110029A1 WO 2007110029 A1 WO2007110029 A1 WO 2007110029A1 DE 2007000432 W DE2007000432 W DE 2007000432W WO 2007110029 A1 WO2007110029 A1 WO 2007110029A1
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light
emitting diode
optical element
refractive index
led chips
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PCT/DE2007/000432
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Stefan GRÖTSCH
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses

Definitions

  • the optical projection device is suitable, for example, for displaying image information on a projection surface - for example a projection screen.
  • One task to be solved is, inter alia, to specify a projection device which can be produced particularly inexpensively.
  • the optical projection apparatus comprises a plurality of light-emitting diode chips.
  • the light-emitting diode chips form the light sources of the projection device. That is, the light-emitting diode chips generate the light with the aid of which image information is projected by the optical projection device onto a projection surface.
  • the optical projection device comprises at least one optical element which is assigned to at least one light-emitting diode chip. That is, the optical element is arranged downstream of the light-emitting diode chip in a main emission direction of the light-emitting diode chip. In other words, the optical element is arranged such that at least a part - preferably a large part - of the LED chip emitted during operation electromagnetic radiation enters this through a light entry surface of the optical element.
  • the optical element is preferably associated with a plurality of light-emitting diode chips-for example at least two light-emitting diode chips-in the manner described.
  • the optical projection device comprises a plurality of such optical elements, wherein each optical element is associated with at least one LED chip.
  • the optical element is formed as a solid body. That is, for example, the optical element is cavity-free formed of a transparent material.
  • the light extraction surface of at least one of the light-emitting diode chips of the projection device is optically connected to the light entry surface of the associated optical element in a manner adapted to refractive index.
  • the light-emitting surface of the light-emitting diode chip is understood to be the surface through which a large part of the electromagnetic radiation generated in the light-emitting diode chip leaves the light-emitting diode chip.
  • the light-outcoupling surface of the light-emitting diode chip may, for example, be a part of the outer surface of the semiconductor body of the light-emitting diode chip.
  • Matched refractive index means, for example, that a gap between the light-outplate surface of the LED chip and the light-entry surface of the associated optical element is filled with a material whose refractive index is greater than one. That is, for example, there is no air gap between the light extraction surface of the LED chips and the light entry surface of the associated optical element. In other words, the refractive index jump in the transition from the material to the optical element is smaller than the refractive index jump would be in the transition of air into the optical element.
  • the optical projection apparatus has a plurality of light-emitting diode chips. Furthermore, the optical projection device has at least one optical element with a light entry surface. The optical element is associated with at least one light-emitting diode chip, wherein the light-outcoupling surface of the light-emitting diode chip is optically connected to the light entry surface of the associated optical element in a manner adapted to refractive index.
  • the refractive index of the material is preferably at least 1.4, more preferably at least 1.5.
  • the material is an index matching gel, a coupling gel or an optical adhesive.
  • the material can wet the light extraction surface of the LED chip and the light entry surface of the optical element and connect these two surfaces together.
  • the LED chip is provided with a thin layer of potting material, which may contain, for example, silicone and / or epoxy resin. In this case, the thin potting as well as the light entry surface of the wets the optical element with the refractive index matching material.
  • the light entry surface of the optical element is pressed into the still soft potting material before the curing of a potting material, with which the light extraction surface of the light-emitting diode chip is wetted.
  • the light-outcoupling surface of the light-emitting diode chip and the light entry surface of the optical element are then wetted by the potting material.
  • a material is arranged between the light extraction surface of the LED chip and the light entry surface of the associated optical element such that at least a majority of the electromagnetic radiation emitted by the light emitting diode chip does not pass through a material having a refractive index of less than 1.3 before the radiation through the light entry surface in the optical element enters.
  • the refractive index of the material corresponds approximately to the refractive index of the material of which the optical element is formed. It roughly means that the refractive index of the material differs maximally by pulse / minus ten percent from the refractive index of the material from which the optical element is formed. Preferably, the refractive index of the material differs by a maximum of plus / minus five percent, more preferably by at most plus / minus two percent of the refractive index of the material from which the optical element is formed.
  • the light extraction surface of at least one light-emitting diode chip is refractive index-non-matched to the light-emitting diode Light entry surface of the light emitting diode chip associated optical element optically connected. That is, none of the arrangements described above for adjusting the refractive index between the light-outplating surface of the light-emitting diode chip and the light-entry surface of the associated optical element are made for this light-emitting diode chip. Light emitted by the light-emitting diode chip therefore passes through the light entry surface of the optical element, for example, from the optically thinner into the optically denser medium.
  • a part of the light is totally reflected at the light entrance surface of the optical element and can not enter the optical element.
  • a gap which is filled with a material whose refractive index is less than 1.3.
  • this gap is then filled with air.
  • the optical projection device has light-emitting diode chips of a first color.
  • Light-emitting diode chips of a color means that these light-emitting diode chips emit light of the same color during operation, at least within the manufacturing tolerance. That is, for example, the LED chips are constructed substantially identical within the manufacturing tolerance.
  • the optical projection apparatus further comprises light-emitting diode chips of a second color, which is different from the first color.
  • the first color may be blue or red
  • the second color may be green.
  • the majority of the light-emitting diode chips of the first color are adapted to be refractive index-matched to the light entry surface of the associated optical element.
  • the predominant proportion means that at least 50 percent of the light-emitting diode chips of the first color are adapted to be refractive index-matched to the light entry surface of the associated optical element.
  • all light-emitting diode chips of the first color are refractive index-matched to the light entry surface of the associated optical element optically connected.
  • the majority of the light-emitting diode chips of the second color refractive index are optically connected to the light entry surface of the associated optical element.
  • all light-emitting diode chips of the second color are connected to the light-incident surface of the optical element associated with the light-emitting diode chip in an unadjusted manner.
  • the optical projection device has at least one green LED chip, wherein all the green LED chips of the optical projection device are optically connected to the light entry surface of the optical element associated with the light-emitting diode chip.
  • the optical projection device has at least one blue light-emitting diode chip, wherein all the blue light-emitting diode chips of the optical projection device are adapted to be refractive index-matched to the light entry surface of the optical element associated with the light-emitting diode chip.
  • the optical projection device has at least one red LED chip, wherein all the red LED chips of the optical projection device are adapted to be refractive index-matched to the light entry surface of the optical element associated with the LED chip.
  • the optical projection apparatus comprises green, blue and red light-emitting diode chips.
  • green LED chips refractive index unadjusted to the associated optical element optically connected.
  • all the blue and all red LED chips of the projection optical device are then connected to the refractive index adapted to the optical projection device.
  • the number of green LED chips to the number of blue LED chips then behaves in about as 2: 1.
  • the optical projection device contains about twice as many green and blue LED chips.
  • “About 2: 1” means that the number of green LED chips differs by at most +/- 10% from twice the number of blue LED chips.
  • the number of green LED chips relative to the number of red LED chips in this embodiment is approximately 2: 1. This means that the optical projection device contains approximately twice as many green and red LED chips.
  • “About 2: 1" means that the number of green LED chips deviates by at most +/- 10% from twice the number of red LED chips.
  • the number of green LED chips to the number of red LED chips in this embodiment is approximately 3: 1. This means that the optical projection device contains about three times as many green and red LED chips. "About 2: 1" means that the number of green LED chips deviates by at most +/- 10% from three times the number of red LED chips.
  • the light-outcoupling surface of at least one of the light-emitting diode chips extends substantially parallel to the active layer sequence of the light-emitting diode chip.
  • the active layer sequence of the light-emitting diode chip is suitable for generating light of a specific color.
  • at least 90 percent of the light emitting diode chip leaving electromagnetic radiation passes through the light extraction surface of the LED chip.
  • a thin-film LED chip in which a growth substrate has been thinned or removed is particularly well suited as a light-emitting diode chip of the optical projection apparatus.
  • all light-emitting diode chips of the optical projection device are formed by thin-film light-emitting diode chips.
  • optical projection devices described here will be explained in greater detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
  • FIG. 1A shows a schematic schematic diagram of an optical projection apparatus according to a first exemplary embodiment described here.
  • Figure IB shows a schematic perspective view of a light source for the optical projection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1C shows a schematic sectional illustration of a light-emitting diode chip for the optical projection apparatus according to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 1D shows a schematic perspective illustration of an optical element, as can be used in a first exemplary embodiment of the optical projection apparatus.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an optical projection device according to the first exemplary embodiment described here.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of an optical projection device according to a second exemplary embodiment described here.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a projection optical device according to a third exemplary embodiment described here.
  • FIG. 1A shows a schematic schematic diagram of an optical projection device according to a first exemplary embodiment described here.
  • the projection optical device comprises three light sources 10g, 10b and 1Or.
  • the light source 10g is suitable for emitting green light during operation.
  • the light source 10b is capable of emitting blue light during operation.
  • the light source 1Or is suitable for emitting red light during operation.
  • FIG. 1B shows a schematic perspective illustration, for example, of the light source 10g.
  • the light source 10g comprises six light-emitting diode chips 1.
  • the light-emitting diode chips 1 are green light-emitting diode chips, that is to say suitable for operation, light green color to emit.
  • the light-emitting diode chips 1 are arranged on a connection carrier 13 which, for example, comprises a basic body made of ceramic material.
  • the connection carrier 13 also has conductor tracks 11, which are applied structured on the base body.
  • the LED chips 1 are surrounded by a frame 12, which is also formed, for example, from a ceramic material.
  • the light sources 1Or and 10b are preferably constructed similar to the light source 10g.
  • the light sources essentially differ from one another by their light-emitting diode chips 1.
  • the light source 10b comprises light-emitting diode chips 1, which are suitable for emitting light of blue color during operation-that is, blue light-emitting diode chips.
  • the light source 1Or comprises red light-emitting diode chips 1, which are suitable for emitting light of red color during operation. Further, the light sources 10g, 10b and 1Or may differ from each other in size and number of the LED chips.
  • FIG. 1C shows a schematic sectional view of a light-emitting diode chip 1, as is preferably used in the light sources 10g, 10b, 1or.
  • the light-emitting diode chip 1 has a light-outcoupling surface 100, which can be roughened or structured, for example.
  • the light-outcoupling surface 100 may be covered by a thin encapsulant including, for example, silicone and / or epoxy.
  • a bonding pad 105 is applied, which enables, for example, an n-side contacting of the LED chip 1.
  • the Light-outcoupling surface 100 preferably runs substantially parallel to the active layer sequence 101, which is suitable for generating radiation.
  • the light-emitting diode chip 1 further comprises at least one reflective layer sequence 102, which may be formed by a metallic mirror. With their upper side facing away from the original growth substrate, the epitaxially grown layers of the light-emitting diode chip 1 are fastened on a carrier 104.
  • a contact layer 106 enables, for example, a p-side contacting of the LED chip 1.
  • a large part of the electromagnetic radiation generated in the light-emitting diode chip 1 leaves it through the light-out surface 100. More preferably, at least 90 percent of the electromagnetic radiation leaving the light-emitting diode chip 1 leaves it through the light-out surface 100. That is, little or no electromagnetic radiation is emitted by the chip edges of the LED chip 1.
  • Particularly suitable for this purpose is a light-emitting diode chip produced in thin-film technology. That is, the growth substrate for the active layer sequence 101 of the LED chip may be thinned or removed.
  • the active layer sequence 101 may, for example, be applied to the carrier 104 with its surface facing away from the original growth substrate.
  • Light-emitting diode chips in thin-film construction are described, for example, in the publications WO 02/13281 A1 and EP 0 905 797 A2, the disclosure content of which with regard to the thin-film construction of light-emitting diode chips is hereby expressly incorporated by reference.
  • the light sources 10g, 10b and 1Or are each followed by optical elements 2. That is, these optical elements 2 are associated with the LED chips 1 of the light sources 10g, 10b, 1Or.
  • Figure ID shows a schematic perspective view of a possible embodiment of such an optical element 2.
  • the optical element 2 has a light entrance surface 22 through which the light emitted by the LED chips 1 light enters the optical element.
  • the optical element comprises an optical body 23, which is preferably formed as a solid body.
  • the optical body 23 is made of a transparent plastic.
  • the optic body 23 tapers in the direction of the light entry surface 22 and is configured, for example, in the shape of a truncated cone or truncated pyramid.
  • the optical body 23 may be formed, at least in places, in the manner of one of the following basic optical elements: Compound Parabolic Concentrator (CPC), Compound Hyperbolic Concentrator (CHC), Composite Elliptic Concentrator (CEC-Compound).
  • CPC Compound Parabolic Concentrator
  • CHC Compound Hyperbolic Concentrator
  • CEC-Compound Composite Elliptic Concentrator
  • the optical element further has dowels 21, by means of which the optical element can be mounted on a support.
  • the light sources 10g, 10b, 1Or are each connected to a heat sink 5 thermally conductive.
  • the optical elements 2 are each an imaging element 3 - preferably an LCD panel 3 - downstream. That of the - -
  • Light sources 10g, 10b, 1Or emitted in operation enter through the LCD panels 3 into a dichroic beam splitter 6 (X-Cube). From there, the light is projected onto a projection surface, for example a projection screen, by means of projection optics 4.
  • a projection surface for example a projection screen
  • projection optics 4 In the optical projection device described here but also a sequential representation of the primary colors is possible.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a projection optical device according to the first exemplary embodiment described here.
  • the light-emitting diode chips 1 of all three light sources 10g, 10b, 1Or are connected by means of a material 7 to the light entry surface 22 of the associated optical element, adjusted for refractive index.
  • the material 7 has, for example, a refractive index of 1.5.
  • the material 7 may be, for example, an index matching gel or an optical adhesive.
  • the luminous flux for red light-emitting diodes is approximately 1.9 times.
  • the luminous flux for green and blue LED chips is about 1.5 times.
  • the etendue increases by about 225 percent due to the refractive index adjustment.
  • the luminous flux is at six green, six blue and six red LED chips 1 in this embodiment, 4.4 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 12 green, 12 blue and 12 red LED chips 3.2 lumens per LED chip, if each of the LED chips 1 refractive index mismatched to the associated optical element.
  • the luminous flux at 12 green, 12 blue and 12 red LED chips 1 in this embodiment is 4.4 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 24 green, 24 blue and 24 red LED chips is 3.1 lumens per LED chip, if each of the LED chips 1 refractive index mismatched to the associated optical element.
  • the luminous flux at 20 green, 20 blue and 20 red LED chips 1 in this embodiment is 4.4 lumens per LED chip.
  • the luminous flux is 42 green, 42 blue and 42 red - -
  • LED chips 3.4 lumens per LED chip, when each of the light-emitting diode chips 1 refractive index unadjusted connected to the associated optical element.
  • the luminous flux at 20 green, 20 blue and 20 red LED chips 1 in this embodiment is 8.5 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 42 green, 42 blue and 42 red LED chips 5.9 lumens per LED chip, if each of the LED chips 1 refractive index mismatched to the associated optical element.
  • FIG. 3 shows a here described optical projection device according to a second exemplary embodiment in a schematic sectional representation.
  • the green light-emitting diode chips are optically connected to the light entry surface of the associated optical element 2 in a manner inconsistent with refractive index.
  • An air gap 8 is located between the light extraction surface 100 of the green light-emitting diode chips 1 and the light inlet surface 22 of the associated optical element 2.
  • the red and blue light-emitting diode chips 1 are connected to the respective associated optical element 2, as in the previous exemplary embodiment, adjusted for refractive index. Surprisingly, it has been shown that dispensing with a refractive index adjustment for the green LED chips, the number of light-emitting diode chips in total at the same _
  • Luminous flux can be reduced, or that the luminous flux can be increased with the same number of LED chips, at the same time a typical white point representation is achieved.
  • the luminous flux at 12 green, six blue and six red LED chips 1 in this embodiment is 4.9 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 24 green, 12 blue and 12 red LED chips 1 in this embodiment is 4.7 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 42 green, 20 blue and 20 red LED chips 1 in this embodiment is 5.3 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 42 green, 20 blue and 20 red LED chips 1 in this embodiment is 9.1 lumens per LED chip.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of the optical projection apparatus according to a third Embodiment.
  • the number of red light-emitting diode chips is further reduced in comparison with the green and blue light-emitting diode chips.
  • the luminous flux at 12 green, six blue and three red LED chips 1 in this embodiment is 5.6 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 24 green, 12 blue and six red LED chips 1 in this embodiment is 5.4 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 42 green, 20 blue and 10 red LED chips 1 in this embodiment is 6.0 lumens per LED chip.
  • the luminous flux at 42 green, 20 blue and 10 red LED chips 1 in this embodiment is 10.3 lumens per LED chip.
  • the optical projection device described here is particularly inexpensive to produce, inter alia because the same luminous flux with a reduced number of LED chips can be realized.
  • the luminous flux per LED chip is measured, for example, in the white point representation.

Abstract

Es wird ein optische Projektionsgerät angegeben. Das optische Projektionsgerät umfasst eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (1) und zumindest ein optisches Element (2) mit einer Lichteintrittsfläche (22), das zumindest einem der Leuchtdiodenchips (1) zugeordnet ist, wobei die Lichtauskopplungsfläche (100) des Leuchtdiodenchips (1) brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) des zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Optisches Projektionsgerät
Es wird ein optisches Projektionsgerät angegeben. Das optische Projektionsgerät eignet sich beispielsweise zur Darstellung von Bildinformationen auf einer Projektionsfläche - etwa einer Projektionsleinwand.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102006012448.0 und der deutschen Patentanmeldung 102006031076.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein Projektionsgerät anzugeben, das besonders kostengünstig herstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts umfasst das optische Projektionsgerät eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips . Die Leuchtdiodenchips bilden die Lichtquellen des Projektionsgeräts. Das heißt, die Leuchtdiodenchips erzeugen dasjenige Licht, mit dessen Hilfe Bildinformation vom optischen Projektionsgerät auf eine Projektionsfläche projiziert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optische Projektionsgerät zumindest ein optisches Element, das zumindest einem Leuchtdiodenchip zugeordnet ist. Das heißt, das optische Element ist in einer Hauptabstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips dem Leuchtdiodenchip nachgeordnet . Mit anderen Worten ist das optische Element derart angeordnet, dass zumindest ein Teil - vorzugsweise ein Großteil - der vom Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung durch eine Lichteintrittsfläche des optischen Elements in dieses eintritt.
Bevorzugt ist das optische Element einer Mehrzahl von Leuchtdiodenchips - beispielsweise wenigstens zwei Leuchtdiodenchips - in der beschriebenen Weise zugeordnet. Besonders bevorzugt umfasst das optische Projektionsgerät mehrerer solcher optischen Elemente, wobei jedem optischen Element wenigstens ein Leuchtdiodenchip zugeordnet ist. Vorzugsweise ist das optische Element als Vollkörper ausgebildet. Das heißt beispielsweise, das optische Element ist kavitätsfrei aus einem transparenten Material gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist die Lichtauskopplungsflache zumindest eines der Leuchtdiodenchips des Projektionsgeräts an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements brechungsindexangepasst optisch angeschlossen. Unter Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips wird dabei jene Fläche verstanden, durch die ein Großteil der im Leuchtdiodenchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung den Leuchtdiodenchip verlässt. Bei der Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips kann es sich beispielsweise um einen Teil der Außenfläche des Halbleiterkörpers des Leuchtdiodenchips handeln.
Brechungsindexangepasst heißt beispielsweise, dass ein Spalt zwischen Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips und Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements mit einem Material ausgefüllt ist, dessen Brechungsindex größer als eins ist. Das heißt beispielsweise, es befindet sich kein Luftspalt zwischen der Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips und der Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements . Mit anderen Worten ist der Brechungsindexsprung beim Übergang vom Material in das optische Element kleiner, als der Brechungsindexsprung beim Übergang von Luft in das optische Element wäre.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips auf . Weiter weist das optische Projektionsgerät zumindest ein optisches Element mit einer Lichteintrittsfläche auf . Das optische Element ist zumindest einem Leuchtdiodenchip zugeordnet, wobei die Lichtauskopplungsfläche des Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist der Spalt zwischen der
Lichtauskopplungsfläche des zumindest einen Leuchtdiodenchips und der Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements mit zumindest einem Material ausgefüllt, dessen Brechungsindex wenigstens 1,3 beträgt. Bevorzugt beträgt der Brechungsindex des Materials wenigstens 1,4, besonders bevorzugt wenigstens 1,5. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material um ein Index-Matching-Gel, ein Kopplungsgel oder um einen optischen Klebstoff . Das Material kann die Lichtauskopplungsfläche des Leuchtdiodenchips und die Lichteintrittsfläche des optischen Elements benetzen und diese beiden Flächen miteinander verbinden. Es ist aber auch möglich, dass der Leuchtdiodenchip mit einer dünnen Schicht eines Vergussmaterials versehen ist, das beispielsweise Silikon und/oder Epoxidharz enthalten kann. In diesem Fall sind der dünne Verguss sowie die Lichteintrittsfläche des optischen Elements mit dem brechungsindexanpassenden Material benetzt. Ferner ist es möglich, dass die Lichteintrittsfläche des optischen Elements vor dem Aushärten eines Vergussmaterials, mit dem die Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips benetzt ist, in das noch weiche Vergussmaterial gedrückt wird. In diesem Fall sind dann die Lichtauskopplungsfläche des Leuchtdiodenchips sowie die Lichteintrittsfläche des optischen Elements vom Vergussmaterial benetzt.
Auf jeden Fall ist ein Material derart zwischen der Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips und der Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements angeordnet, dass zumindest ein Großteil der vom Leuchtdiodenchip emittierten elektromagnetischen Strahlung nicht durch ein Material mit Brechungsindex kleiner 1,3 verläuft, bevor die Strahlung durch die Lichteintrittsfläche in das optische Element eintritt .
Besonders bevorzugt entspricht der Brechungsindex des Materials in etwa dem Brechungsindex des Materials, aus dem das optische Element gebildet ist. In etwa bedeutet, dass der Brechungsindex des Materials maximal um puls/minus zehn Prozent vom Brechungsindex des Materials aus dem das optische Element gebildet ist abweicht. Bevorzugt weicht der Brechungsindex des Materials maximal um plus/minus fünf Prozent, besonders bevorzugt um maximal plus/minus zwei Prozent vom Brechungsindex des Materials ab, aus dem das optische Element gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist die Lichtauskopplungsflache zumindest eines Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche des dem Leuchtdiodenchip zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen. Das heißt, für diesen Leuchtdiodenchip sind keine, der weiter oben beschriebene Vorkehrungen zur Anpassung des Brechungsindex zwischen Lichtauskopplungsflache des Leuchtdiodenchips und Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements getroffen. Vom Leuchtdiodenchip emittiertes Licht tritt daher bei Durchtritt durch die Lichteintrittsfläche des optischen Elements beispielsweise vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium. Es ist daher möglich, dass ein Teil des Lichts an der Lichteintrittsfläche des optischen Elements totalreflektiert wird und nicht in das optische Element eintreten kann. Beispielsweise befindet sich zwischen Lichtauskopplungsfläche des Leuchtdiodenchips und Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements ein Spalt, der mit einem Material ausgefüllt ist, dessen Brechungsindex kleiner 1,3 ist. Bevorzugt ist dieser Spalt dann mit Luft ausgefüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät Leuchtdiodenchips einer ersten Farbe auf . Leuchtdiodenchips einer Farbe bedeutet, dass diese Leuchtdiodenchips - zumindest innerhalb der Fertigungstoleranz - im Betrieb Licht der gleichen Farbe emittieren. Das heißt zum Beispiel, die Leuchtdiodenchips sind innerhalb der Fertigungstoleranz im Wesentlichen identisch aufgebaut.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optische Projektionsgerät ferner Leuchtdiodenchips einer zweiten Farbe auf, die von der ersten Farbe verschieden ist. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Farbe um blau oder rot handeln, bei der zweiten Farbe kann es sich dann beispielsweise um grün handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist der überwiegende Anteil der Leuchtdiodenchips der ersten Farbe brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen. Der überwiegende Anteil bedeutet, dass wenigstens 50 Prozent der Leuchtdiodenchips der ersten Farbe brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen sind. Bevorzugt sind sämtliche Leuchtdiodenchips der ersten Farbe brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts ist der überwiegende Anteil der Leuchtdiodenchips der zweiten Farbe brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen. Vorzugsweise sind sämtliche Leuchtdiodenchips der zweiten Farbe brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche des den Leuchtdiodenchips zugeordneten optischen Elements angeschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät zumindest einen grünen Leuchtdiodenchip auf, wobei alle grünen Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche des den Leuchtdiodenchips zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät zumindest einen blauen Leuchtdiodenchip auf, wobei alle blauen Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des dem Leuchtdiodenchips zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts weist das optische Projektionsgerät zumindest einen roten Leuchtdiodenchip auf, wobei alle roten Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche des den Leuchtdiodenchips zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts umfasst das optische Projektionsgerät grüne, blaue und rote Leuchtdiodenchips. Dabei sind vorzugsweise alle grünen Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an das zugeordnete optische Element optisch angeschlossen. Vorzugsweise sind alle blauen und alle roten Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts dann brechungsindexangepasst an das optische Projektionsgerät angeschlossen .
Bevorzugt verhält sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der blauen Leuchtdiodenchips dann in etwa wie 2:1. Das bedeutet, das optische Projektionsgerät enthält circa doppelt so viele grüne wie blaue Leuchtdiodenchips. „In etwa 2:1" heißt, dass die Zahl der grünen Leuchtdiodenchips um höchstens +/- 10% von der doppelten Anzahl der blauen Leuchtdiodenchips abweicht. Bevorzugt verhält sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der roten Leuchtdiodenchips bei dieser Ausführungsform in etwa wie 2:1. Das bedeutet, das optische Projektionsgerät enthält circa doppelt so viele grüne wie rote Leuchtdiodenchips. „In etwa 2:1" heißt, dass die Zahl der grünen Leuchtdiodenchips um höchstens +/- 10% von der doppelten Anzahl der roten Leuchtdiodenchips abweicht .
Besonders bevorzugt verhält sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der roten Leuchtdiodenchips bei dieser Ausführungsform in etwa wie 3:1. Das bedeutet, das optische Projektionsgerät enthält circa dreimal so viele grüne wie rote Leuchtdiodenchips. „In etwa 2:1" heißt, dass die Zahl der grünen Leuchtdiodenchips um höchstens +/- 10% von der dreifachen Anzahl der roten Leuchtdiodenchips abweicht .
Überraschenderweise hat sich gezeigt, das zur Darstellung eines typischen Weißpunkts durch das Projektionsgerät eine gegenüber der Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips verringerte Anzahl von roten und / oder blauen Leuchtdiodenchips ausreichend ist, wenn die roten und / oder blauen Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an das zugeordnete optische Element angeschlossen sind und zugleich die grünen Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an das zugeordnete optische Element sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optischen Projektionsgeräts verläuft die Lichtauskopplungsfläche zumindest eines der Leuchtdiodenchips im Wesentlichen parallel zu der aktiven Schichtenfolge des Leuchtdiodenchips. Die aktive Schichtenfolge des Leuchtdiodenchips ist dabei zur Erzeugung von Licht einer bestimmten Farbe geeignet. Vorzugsweise tritt zumindest 90 Prozent der den Leuchtdiodenchip verlassenden elektromagnetischen Strahlung durch die Lichtauskopplungsfläche aus dem Leuchtdiodenchip aus. Beispielsweise eignet sich ein Leuchtdiodenchip in Dünnfilmbauweise, bei dem ein Wachstumssubstrat gedünnt oder entfernt ist, besonders gut als Leuchtdiodenchip des optischen Projektionsgeräts.
Besonders bevorzugt sind alle Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts durch Dünnfilmleuchtdiodenchips gebildet.
Im Folgenden werden hier beschriebene optische Projektionsgeräte anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Figur IA zeigt eine schematische Prinzipskizze eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel .
Figur IB zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer Lichtquelle für das optische Projektionsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur IC zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Leuchtdiodenchips für das optische Projektionsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur ID zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines optischen Elements wie es in einem ersten Ausführungsbeispiel des optischen Projektionsgeräts zum Einsatz kommen kann. Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel .
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur IA zeigt eine schematische Prinzipskizze eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel .
Das optische Projektionsgerät umfasst drei Lichtquellen 10g, 10b und 1Or. Die Lichtquelle 10g ist geeignet, im Betrieb grünes Licht zu emittieren. Die Lichtquelle 10b ist geeignet, im Betrieb blaues Licht zu emittieren. Die Lichtquelle 1Or ist geeignet, im Betrieb rotes Licht zu emittieren.
Figur IB zeigt eine schematische Perspektivdarstellung beispielsweise der Lichtquelle 10g. Die Lichtquelle 10g umfasst sechs Leuchtdiodenchips 1. Die Leuchtdiodenchips 1 sind grüne Leuchtdiodenchips, also im Betrieb geeignet, Licht grüner Farbe zu emittieren. Die Leuchtdiodenchips 1 sind auf einem Anschlussträger 13 angeordnet, der beispielsweise einen Grundkörper aus keramischem Material umfasst. Der Anschlussträger 13 weist ferner Leiterbahnen 11 auf, die auf dem Grundkörper strukturiert aufgebracht sind. Die Leuchtdiodenchips 1 sind von einem Rahmen 12 umfasst, der beispielsweise ebenfalls aus einem keramischen Material gebildet ist.
Die Lichtquellen 1Or und 10b sind bevorzugt ähnlich der Lichtquelle 10g aufgebaut. Die Lichtquellen unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Leuchtdiodenchips 1 voneinander. Die Lichtquelle 10b umfasst Leuchtdiodenchips 1, die geeignet sind, im Betrieb Licht blauer Farbe zu emittieren - also blaue Leuchtdiodenchips . Die Lichtquelle 1Or umfasst rote Leuchtdiodenchips 1, die geeignet sind, im Betrieb Licht roter Farbe zu emittieren. Weiter können sich die Lichtquellen 10g, 10b und 1Or durch Größe und Anzahl der Leuchtdiodenchips voneinander unterscheiden.
Figur IC zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Leuchtdiodenchips 1, wie er in den Lichtquellen 10g, 10b, 1Or bevorzugt zum Einsatz kommt .
Der Leuchtdiodenchip 1 weist eine Lichtauskopplungsflache 100 auf, die beispielsweise aufgeraut oder strukturiert sein kann. Die Lichtauskopplungsflache 100 kann durch einen dünnen Verguss, der beispielsweise Silikon und/oder Epoxidharz enthält bedeckt sein.
Auf die Lichtauskopplungsflache 100 ist ein Bondpad 105 aufgebracht, das beispielsweise ein n-seitiges Kontaktieren des Leuchtdiodenchips 1 ermöglicht. Die Lichtauskopplungsfläche 100 verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur aktiven Schichtenfolge 101, die zur Strahlungserzeugung geeignet ist. Der Leuchtdiodenchip 1 umfasst ferner wenigstens eine reflektierende Schichtenfolge 102, die durch einen metallischen Spiegel gebildet sein kann. Mit ihrer dem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgewandten Oberseite sind die epitaktisch gewachsenen Schichten des Leuchtdiodenchips 1 auf einem Träger 104 befestigt. Eine Kontaktschicht 106 ermöglicht beispielsweise ein p-seitiges Kontaktieren des Leuchtdiodenchips 1.
Vorzugsweise verlässt ein Grossteil der elektromagnetischen Strahlung, die im Leuchtdiodenchip 1 erzeugt wird, diesen durch die Lichtauskopplungsfläche 100. Besonders bevorzugt verlassen wenigstens 90 Prozent der den Leuchtdiodenchip 1 insgesamt verlassenden elektromagnetischen Strahlung diesen durch die Lichtauskopplungsfläche 100. Das heißt, kaum oder gar keine elektromagnetische Strahlung wird durch die Chipflanken des Leuchtdiodenchip 1 emittiert. Besonders gut eignet sich dazu ein in Dünnfilmtechnik hergestellter Leuchtdiodenchip. Das heißt, das AufwachsSubstrat für die aktiven Schichtenfolge 101 des Leuchtdiodenchips kann gedünnt oder entfernt sein. Die aktive Schichtenfolge 101 kann zum Beispiel mit ihrer dem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgewandten Oberfläche auf den Träger 104 aufgebracht sein. Leuchtdiodenchips in Dünnfilmbauweise sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/13281 Al sowie EP 0 905 797 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Dünnfilmbauweise von Leuchtdiodenchips hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Den Lichtquellen 10g, 10b und 1Or sind jeweils optische Elemente 2 nachgeordnet. Das heißt, diese optischen Elemente 2 sind den Leuchtdiodenchips 1 der Lichtquellen 10g, 10b, 1Or zugeordnet .
Figur ID zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer möglichen Ausführungsform für solch ein optisches Element 2. Das optische Element 2 weist eine Lichteintrittsfläche 22 auf, durch die das von den Leuchtdiodenchips 1 emittierte Licht in das optische Element eintritt. Das optische Element umfasst einen Optikkörper 23, der vorzugsweise als Vollkörper ausgebildet ist. Beispielsweise besteht der Optikkörper 23 aus einem transparenten Kunststoff. Der Optikkörper 23 verjüngt sich in Richtung Lichteintrittsfläche 22 und ist beispielsweise kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Ferner kann der Optikkörper 23 zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden optischen Grundelemente ausgebildet sein: zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (CPC - Compound Parabolic Concentrator) , zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator (CHC - Compound Hyperbolic Concentrator) , zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (CEC- Compound Elliptic Concentrator) .
Das optische Element weist ferner Passstifte 21 auf, mittels derer das optische Element auf einem Träger befestigt werden kann. Ein Halter 24, der mit dem Optikkörper 23 einstückig ausgebildet sein kann, verbindet den Optikkörper 23 mit den Passstiften 21.
Die Lichtquellen 10g, 10b, 1Or sind jeweils mit einem Kühlkörper 5 thermisch leitend verbunden.
Den optischen Elementen 2 ist je ein bildgebendes Element 3 - vorzugsweise ein LCD-Panel 3 - nachgeordnet. Das von den - -
Lichtquellen 10g, 10b, 1Or im Betrieb emittierte Licht tritt durch die LCD-Panels 3 in einen dichroitischer Strahlteiler 6 (X-Cube) ein. Von dort wird das Licht mittels einer Projektionsoptik 4 auf eine Projektionsfläche - beispielsweise eine Projektionsleinwand - projiziert. Beim hier beschriebenen optischen Projektionsgerät ist aber auch eine sequentielle Darstellung der Primärfarben möglich.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind die Leuchtdiodenchips 1 aller drei Lichtquellen 10g, 10b, 1Or mittels eines Materials 7 an die Lichteintrittsfläche 22 des zugeordneten optischen Elements brechungsindexangepasst angeschlossen. Das Material 7 weist beispielsweise einen Brechungsindex von 1,5 auf. Bei dem Material 7 kann es sich zum Beispiel um ein Index- Matching-Gel oder einen optischen Klebstoff handeln.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,55 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von plus/minus 17 Grad ergibt sich bei vier grünen, vier blauen und vier roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel ein Lichtstrom von circa vier Lumen pro Leuchtdiodenchip 1.
Gegenüber einem brechungsindexunangepasstem optischen Anschluss aller Leuchtdiodenchips 1 an das optische Element beträgt der Lichtstrom für rote Leuchtdioden das circa 1,9 fache. Der Lichtstrom für grüne und blaue Leuchtdiodenchips beträgt circa das l,5fache. Die Etendue erhöht sich aufgrund der Brechungsindexanpassung um circa 225 Prozent.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,7 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei sechs grünen, sechs blauen und sechs roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 4,4 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Demgegenüber beträgt für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,7 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad der Lichtstrom bei 12 grünen, 12 blauen und 12 roten Leuchtdiodenchips 3,2 Lumen pro Leuchtdiodenchip, wenn jeweils jeder der Leuchtdiodenchips 1 brechungsindexunangepasst an das zugehörige optische Element angeschlossen ist .
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,0 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 12 grünen, 12 blauen und 12 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 4,4 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Demgegenüber beträgt für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,0 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad der Lichtstrom bei 24 grünen, 24 blauen und 24 roten Leuchtdiodenchips 3,1 Lumen pro Leuchtdiodenchip, wenn jeweils jeder der Leuchtdiodenchips 1 brechungsindexunangepasst an das zugehörige optische Element angeschlossen ist.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,3 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 20 grünen, 20 blauen und 20 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 4,4 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Demgegenüber beträgt für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,3 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad der Lichtstrom bei 42 grünen, 42 blauen und 42 roten - -
Leuchtdiodenchips 3,4 Lumen pro Leuchtdiodenchip, wenn jeweils jeder der Leuchtdiodenchips 1 brechungsindexunangepasst an das zugehörige optische Element angeschlossen ist.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,8 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 20 grünen, 20 blauen und 20 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 8,5 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Demgegenüber beträgt für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,8 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad der Lichtstrom bei 42 grünen, 42 blauen und 42 roten Leuchtdiodenchips 5,9 Lumen pro Leuchtdiodenchip, wenn jeweils jeder der Leuchtdiodenchips 1 brechungsindexunangepasst an das zugehörige optische Element angeschlossen ist.
Figur 3 zeigt ein hier beschriebenes optisches Projektionsgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 sind die grünen Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche des zugeordneten optischen Elements 2 optisch angeschlossen. Zwischen Lichtauskopplungsflache 100 der grünen Leuchtdiodenchips 1 und der Lichteintrittsfläche 22 des zugeordneten optischen Elements 2 befindet sich ein Luftspalt 8. Die roten und blauen Leuchtdiodenchips 1 sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel brechungsindexangepasst an das jeweils zugeordnete optische Element 2 angeschlossen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei Verzicht auf eine Brechungsindexanpassung für die grünen Leuchtdiodenchips die Anzahl der Leuchtdiodenchips insgesamt bei gleichem _
Lichtstrom reduziert werden kann, beziehungsweise dass der Lichtstrom bei gleicher Anzahl von Leuchtdiodenchips erhöht werden kann, wobei gleichzeitig eine typische Weißpunktdarstellung erreicht wird.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,55 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von plus/minus 17 Grad ergibt sich für sechs grüne, vier blaue und vier rote Leuchtdiodenchips ein Lichtstrom von 4,4 Lumen pro Chip.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,7 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 12 grünen, sechs blauen und sechs roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 4,9 Lumen pro Leuchtdiodenchip .
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,0 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 24 grünen, 12 blauen und 12 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 4,7 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,3 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 42 grünen, 20 blauen und 20 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 5,3 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,8 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 42 grünen, 20 blauen und 20 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 9,1 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des optischen Projektionsgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wurde, ist die Anzahl der roten Leuchtdiodenchips im Vergleich zu den grünen und blauen Leuchtdiodenchips weiter reduziert.
Beispielsweise für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,55 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von plus/minus 17 Grad ergibt sich für sechs grüne, vier blaue und zwei rote Leuchtdiodenchips ein Lichtstrom von 5,2 Lumen pro Leuchtdiodenchip. Diese Konfiguration zeichnet sich im Vergleich zu einer Variante mit vier grünen, vier blauen und vier roten Leuchtdiodenchips 1, die alle brechungsindexangepasst an das zugeordnete optische Element 2 optisch angeschlossen sind, bei gleicher Chipanzahl durch einen um circa 30 Prozent größeren Lichtstrom aus.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 0,7 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 12 grünen, sechs blauen und drei roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 5,6 Lumen pro Leuchtdiodenchip .
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,0 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 24 grünen, 12 blauen und sechs roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 5,4 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,3 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 42 grünen, 20 blauen und 10 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 6,0 Lumen pro Leuchtdiodenchip. -
Für ein LCD-Panel 3 mit einer Diagonalen von 1,8 Zoll und einem Akzeptanzwinkel von +/- 17 Grad beträgt der Lichtstrom bei 42 grünen, 20 blauen und 10 roten Leuchtdiodenchips 1 in diesem Ausführungsbeispiel 10,3 Lumen pro Leuchtdiodenchip.
Insgesamt ist das hier beschriebene optische Projektionsgerät besonders kostengünstig herstellbar, unter anderem weil der gleiche Lichtstrom mit einer reduzierten Anzahl von Leuchtdiodenchips realisierbar ist. Dabei ist der Lichtstrom pro Leuchtdiodenchip beispielsweise bei der Weißpunktdarstellung gemessen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

- -Patentansprüche
1. Optisches Projektionsgerät mit
- einer Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (1) und
- zumindest einem optischen Element (2) mit einer Lichteintrittsfläche (22) , das zumindest einem Leuchtdiodenchip (1) zugeordnet ist, wobei die Lichtauskopplungsflache (100) des Leuchtdiodenchips (1) brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) des zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen ist.
2. Optisches Projektionsgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Spalt zwischen der Lichtauskopplungsflache (100) des zumindest einen Leuchtdiodenchips (1) und der Lichteintrittsfläche (22) des zugeordneten optischen Elements
(2) mit zumindest einem Material (7) ausgefüllt ist, das einen Brechungsindex von wenigstens 1,3 aufweist.
3. Optisches Projektionsgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Brechungsindex des Materials (7) in etwa dem Brechungsindex des Materials entspricht, aus dem das zugeordnete optische Element (2) gebildet ist.
4. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtauskopplungsflache (100) zumindest eines der Leuchtdiodenchips (1) brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) des dem Leuchtdiodenchip (1) zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen ist.
5. Optisches Projektionsgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Spalt (8) zwischen der Lichtauskopplungsflache
(100) des Leuchtdiodenchips (1) und der Lichteintrittsfläche (22) des zugeordneten optischen Elements (2) mit einem Material ausfüllt ist, dessen Brechungsindex kleiner 1,3 ist.
6. Optisches Projektionsgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Spalt (8) Luft enthält.
7. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit
Leuchtdiodenchips einer ersten Farbe und Leuchtdiodenchips einer zweiten Farbe, die von der ersten Farbe verschieden ist, bei dem der überwiegende Anteil der Leuchtdiodenchips der ersten Farbe brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen ist und der überwiegende Anteil der Leuchtdiodenchips der zweiten Farben brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements optisch angeschlossen ist.
8. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche , mit zumindest einem grünen Leuchtdiodenchip, bei dem alle grünen Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen sind.
9. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit zumindest einem blauen Leuchtdiodenchip, bei dem alle blauen Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (22) optisch angeschlossen sind.
10. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit zumindest einem roten Leuchtdiodenchip, bei dem alle roten Leuchtdiodenchips des optischen Projektionsgeräts brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen sind.
11. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit
- zumindest einem grünen Leuchtdiodenchip,
- zumindest einem blauen Leuchtdiodenchip, und
- zumindest einem roten Leuchtdiodenchips, wobei
- alle grünen Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen sind,
- alle blauen Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (22) optisch angeschlossen sind, und
- alle roten Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (22) optisch angeschlossen sind, wobei sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der blauen Leuchtdiodenchips in etwa wie zwei zu eins verhält und sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der roten Leuchtdiodenchips in etwa wie zwei zu eins verhält.
12. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, mit
- zumindest einem grünen Leuchtdiodenchip,
- zumindest einem blauen Leuchtdiodenchip, und
- zumindest einem roten Leuchtdiodenchips, wobei
- alle grünen Leuchtdiodenchips brechungsindexunangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (2) optisch angeschlossen sind,
- alle blauen Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (22) optisch angeschlossen sind, und
- alle roten Leuchtdiodenchips brechungsindexangepasst an die Lichteintrittsfläche (22) eines zugeordneten optischen Elements (22) optisch angeschlossen sind, wobei sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der blauen Leuchtdiodenchips in etwa wie zwei zu eins verhält und sich die Anzahl der grünen Leuchtdiodenchips zur Anzahl der roten Leuchtdiodenchips in etwa wie drei zu eins verhält.
13. Optisches Projektionsgerät gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Lichtauskopplungsflache (100) zumindest eines Leuchtdiodenchips (1) parallel zu einer aktiven Schichtenfolge (101) des Leuchtdiodenchips verläuft und zumindest neunzig Prozent der den Leuchtdiodenchip (1) verlassenden elektromagnetischen Strahlung durch die Lichtauskopplungsflache (100) austreten.
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