WO2014173736A1 - Optische anordnung und anzeigegerät - Google Patents

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WO2014173736A1
WO2014173736A1 PCT/EP2014/057644 EP2014057644W WO2014173736A1 WO 2014173736 A1 WO2014173736 A1 WO 2014173736A1 EP 2014057644 W EP2014057644 W EP 2014057644W WO 2014173736 A1 WO2014173736 A1 WO 2014173736A1
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optical arrangement
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Wolfgang Mönch
Stefan Illek
Alexander Linkov
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and a display device.
  • Modern display devices such as displays often rely on an array of a plurality of picture elements or pixels.
  • the resolution of such displays depends to a first approximation on the size of the picture elements themselves.
  • light-emitting chips based on light-emitting diodes or LEDs (light emitting diodes) can be used.
  • a large number of small light-emitting LED chips have to be constructed in the three primary colors, such as red, green, blue (RGB).
  • RGB red, green, blue
  • HDTV high-definition television
  • This approach has various after ⁇ parts.
  • setting and contacting a large number of small chips requires not insignificant time and technical effort.
  • the efficiency and use of small surface chip is reduced by surface losses during the manufacturing process, for example by separating andmaschine ⁇ animals. After all, small chips are more susceptible to small current problems than larger chips.
  • pixelated LED chips of a base color such as blue
  • their pixels alternately provided with suitable conversion elements for other colors, such as green and red In addition to the lack of highly efficient and stable red converters, above all the necessary thickness of the conversion elements of approximately 100 ⁇ m provides a ometric limitation of the realizable minimum pixel size.
  • an optical assembly includes a plurality of light emitting chips on a carrier.
  • the optical arrangement comprises first light-emitting chips, each having a plurality of pixels of a first group. Furthermore, the arrangement comprises second light-emitting chips, each having a plurality of pixels of a second group. Furthermore, in each case one of the first and one of the second light-emitting chips is arranged in a planar manner on the carrier in first unit cells.
  • the optical assembly also comprises an optical element which is arranged downstream in the beam direction from ⁇ the light-emitting chips.
  • the optical element is configured to merge light emitted by the pixels of the first and second group into second unit cells in a decoupling plane such that at least one second unit cell has an area that is smaller than the area of each of the first unit cells. It is also possible for every second unit cell to have an area which is smaller than the area of each of the first unit cells.
  • the optical assembly includes a first unit cell and second unit ⁇ least two cells, wherein in each case the second unit cells have an area that is less than the area of the first unit cell.
  • the carrier is made of a ceramic material, for example, and has electrical connections in order to be able to connect the optical arrangement to a control unit.
  • the pixels of the first group are arranged to emit light of a first wavelength
  • currency ⁇ rend the pixels of the second group are arranged to emit light of a different wavelength.
  • the pixels of the second group emit green light, or vice versa.
  • the pixels of the first group or the pixels of the second group emit blue light ⁇ animals.
  • the individual pixels also called picture elements, are preferably implemented with LEDs.
  • the optical element preferably comprises optical components, such as lenses, in particular Fresnel lenses, gratings or binary diffractive elements.
  • unit cell refers to the arrangement of the light emitting chip or the ordered into groups light emitting areas of the individual light emitting chips.
  • each having one or more light emitting chips with pixels of the first group and one or more light emitting chips with Pi ⁇ are xeln arranged the second group, preferably wherein the number and / or arrangement of the respective chips in the first unit cell is the same.
  • pixels of a group are vorzugswei ⁇ s adjacent to each other. They are also preferably similar to each other in the sense that pixels of a group the same peak -..
  • a light emitting chip with a group of pixels is a further light-emitting chip mi t another, preferred different, group of pixels adjacent.
  • the smallest unit of adjacent light-emitting chips that can be used to describe the optical element forms a first unit cell in the sense of this application.
  • the term "two-dimensional arrangement on the support" is to be understood that the light emitting chip, both next to each other, for example in a row, as can also be arranged in a matrix.
  • the second unit cells are defi ⁇ defined in the Auskoppelebene. You In particular, a second unit cell is the smallest unit of adjacent pixels in the decoupling plane that can be used to describe the light redistribution in the decoupling plane.
  • a high resolu ⁇ solution of the entire optical arrangement is achieved by using the optical element, since each light from pixels of different groups is merged into the second unit cells, although in the first unit cells each of the light-emitting chips are adjacent to groups of similar pixel today.
  • the dissolution solution is in particular not by the size of lichtemittie ⁇ leaders chips, for example, by the edge length, be limited ⁇ . Rather, the achievable resolution depends on the big ⁇ SSE of the pixels themselves, the emitted light is redistributed by the opti- cal element.
  • the redistribution results in light of different wavelengths being merged into the second unit cells and these unit cells being smaller in area than the first unit cells formed essentially by the light emitting chips having groups of like pixels.
  • the optical arrangement thus redistributes the light emitted by the chips so that the resulting second unit cells (consisting of pixels) are smaller than the first unit cells (consisting of chips).
  • the optical arrangement can redirect and also focus the light emitted by the chips.
  • the second unit cells of the pixels have an edge length smaller by a factor of 4 than the first unit cells. This results in advantages for the construction of direct-emitting RGB displays.
  • third light-emitting chips are arranged flat on the carrier and each have a plurality of pixels of a third group.
  • the first unit cell now comprises in each case one of the first, the second and the third light-emitting chips.
  • the pixels of the third group may emit light of a wavelength different from the wavelength of the light emitted from the pixels of the first group and the light emitted from the pixels of the second group, respectively.
  • the pixels of the first, the second and the Third group emit light that each has a different spectral color than the light of the pixels of the other two Grup ⁇ pen.
  • pixels of one group generate red light, pixels of another group green light, and pixels of the last group blue light.
  • the first, second and third light-emitting chips thus generate light of three different colors.
  • the optical element is set up thereby to combine light emitted from the pixels of the first, second and third groups of light in such a way in the second unit cells in the Auskoppelebene that at least a second unit cell has a FLAE ⁇ surface that is less than the area of each one of the first unit cells ,
  • example ⁇ as a basic configuration for the representation of a certain color model given.
  • the pixels of the first, second and third group can be assigned to the primary colors red, green and blue of the RGB color model.
  • the op ⁇ diagram element is then able to provide second unit cells having three primary colors and thus crizspielswei- all RGB primary colors se.
  • a first, second and third light-emitting chip are arranged laterally or in a matrix arrangement next to one another on the carrier.
  • At least fourth light-emitting chips are arranged flat on the carrier and each have a plurality of pixels of at least one fourth group.
  • the first unit cell in this case comprises in each case one of the first, the second, the third and at least one fourth light-emitting chip.
  • the pixels of the fourth group can emit green light.
  • the optical element is arranged to merge light emitted by the pixels of the first, second, third and at least the fourth group into second unit cells in the decoupling plane in such a way that at least one second unit cell has an area that is smaller than the area of each of the first unit cells.
  • the use of at least the fourth light-emitting chip is a development of the recent featured arrangement based on two or three different light-emitting chips. It is possible that the pixels of the fourth group, respectively, a fourth color is added ⁇ arranged so that with the optical arrangement, a color model based on four primary colors can be displayed. But it is also possible that two emit from the four light-emitting chips ⁇ or their respective groups of pixels a same wavelength and so Green can represent blues at ⁇ play, a Bayer pattern with the colors red, twice. Other assignments are also possible, as are fifth light-emitting chips each having a plurality of pixels of a fifth group, etc.
  • At least one of the first unit cells has a plurality of first or second light-emitting chips.
  • the carrier has a flat or curved surface. In this way, the op ⁇ table arrangement in a plane, for example, as a light ⁇ surface or display, can be used. However, it is also possible to carry out the arrangement according to a three-dimensional shape by means of a curved carrier.
  • the first, second, third and / or fourth light-emitting chips are arranged in a regular two-dimensional grid on the carrier.
  • the regular two-dimensional grid can be periodic or quasi-periodic.
  • the grating is produced for example by periodic or quasi-periodic repetition of the defined in the first Jackszel ⁇ len array of light emitting chips on the carrier.
  • the repetition is defined by translation in two different directions in the surface of the carrier.
  • the regular two-dimensional lattice has a square, a hexagonal or a quasi-crystalline lattice.
  • the light emitting chip entspre ⁇ accordingly the two-dimensional lattice in the form of squares, hexagonal or quasi-crystalline lattices.
  • the target application a curved, areal
  • Chipanordnun ⁇ conditions are taken into account, such as the structure a spherical football a two-dimensional grid in the manner of penta- and hexagons are suitable.
  • the respective groups of pixels of the light-emitting chips are arranged in the form of a square, a hexagonal or a quasi-crystalline pattern.
  • the respective two-dimensional grid can then be implemented such that the respective anderemit ⁇ animal forming chips zueinan- other along their outer edges of or are arranged directly adjacent to each other, thus forming the two-dimensional lattice in the form of a Quadra ⁇ tes, hexagon, or in general a polygonal shape.
  • a regular grid can be obtained by periodic repetition of the unit cell in the three spatial directions constructed who ⁇ and therefore has only 2-, 3-, 4-, 6-fold symmetries.
  • a double unit cell (or cell unit ⁇ higher order) may be repeated in a non-periodic manner and refers to a quasi-crystalline lattice in the sense of this application.
  • An example is a so-called Pen ⁇ rosegitter.
  • further light-emitting chips are planar, in particular planar, arranged on the carrier and each comprise a further group of pixels.
  • the first unit cells then each comprise one of the first, the second, the third, the fourth and the further light-emitting chips, for example fifth light ⁇ emitting chips each having a plurality of pixels of a fifth group.
  • the optical element is then set up, from the pixels of the first, second, third, fourth and the further group to combine emitted light in second unit cells in the decoupling plane such that at least one second unit cell has an area that is smaller than the area of each one of the first unit cells. Furthermore, every second unit cell may have an area that is smaller than the area of each of the first unit cells.
  • the use of other light-emitting chips and other groups of pixels provides a sense a generalization of this principle of an optical arrangement. It is thus possible ⁇ light emitting in a flexible manner chips with different light-emitting pixels together into a larger assembly.
  • the hybrid of carrier, light emitting chips and optical element is integrated. In this case results in the course of the production of the optical arrangement, a component whose components are aligned with each other already during manufacture and are stable in the sequence.
  • the carrier is equipped with the light-emitting chips and the optical element.
  • the optical Anord ⁇ voltage is modular, and the individual components can be prepared separately. For example, it is possible to manufacture the wafer-based optical assembly.
  • Be ⁇ vorzugt be a light emitting and a wafer Mikroop- tik-wafer, which comprises the optical element separately Herge ⁇ is then connected.
  • the optical element comprises an arrangement of microlenses.
  • the microlenses are arranged to collimate divergent radiation beams of the light emitted by the light-emitting chips.
  • parallel radiation beams can be brought together.
  • a beam guidance is implemented so that light of the respective pixels of the animal lichtemit ⁇ end chip is guided into the second unit cells.
  • the optical element comprises a prism arrangement.
  • the prism arrangement is set up to guide and / or divert light. With the aid of the prism arrangement, the light of the respective groups of pixels of the different light-emitting chips from the first unit cells is redistributed to the second unit cells.
  • the prism array can be designed so that inclination angle and orientation of the individual prisms are different for different pixels, respectively ⁇ Lich.
  • microlens arrangement and the prism arrangement are monolithically integrated in the optical element.
  • the Mikrolinsenano- are rdnung and the prism array being ⁇ leads as separate elements.
  • the pixels arranged on the carrier can each be activated separately.
  • the intensity of the respectively emitted light of an an ⁇ controlled pixel is adjustable.
  • a display reali ⁇ Sieren such as a LED direct display
  • a display oh ⁇ ne LCD imager For displays with LEDs whose pixels are homogeneous light, otherwise you have an imaging element, such as an LCD ⁇ be downstream.
  • the pixels arranged on the support are arranged to emit light in accordance with a Farbmo ⁇ dell standards.
  • the color model standard may include the special ⁇ RGB or RGBY color model.
  • a display device comprises an op ⁇ table arrangement, as shown above.
  • the display device has a control unit for driving the pixels arranged on the carrier.
  • the plurality of light-emitting chips can be arranged.
  • the first unit cell represents the smallest unit.
  • the optical arrangement can be assembled and operated to a display device such as a screen, a TV or monitor.
  • a display device of the type proposed, which has pixelated chips and the ⁇ written optical element requires significantly less chips than a comparable display device small single chips.
  • Figure 2 shows another embodiment of an optical
  • Figure 1A shows an exemplary embodiment of an optical ⁇ rule assembly.
  • a system carrier 1 which may be constructed for example of a ceramic, a plurality of light-emitting chips 2 are arranged.
  • the light-emitting chips 2 each comprise a group of light-emitting pixels 21, 22, 23 which are each adapted to emit different colors ⁇ Liche. So has for instance in Fi ⁇ gur 1A, a light emitting chip 2 on pixels of a first group 21.
  • a further light-emitting chip 2 has pixels on a second group 22, and a third light-emitting chip 2 includes corresponding pixels of a third group 23.
  • the different Pixels of groups 21, 22, 23 emit the colors red, green and blue.
  • the three light-emitting chips with the first, second and third groups 21, 22, 23 are arranged laterally next to one another and thus form a first unit cell E1.
  • the system carrier 1 and the pixelated light-emitting chips 2 may be a monolithic component. Alternatively, the system carrier can be manufactured separately and then populated with the individual chips. Not shown in the drawing are electrical wirings, as well as details of the structure and the corresponding components such as adhesive, solder, solder pads, bonding wires and the like.
  • the Pi ⁇ xel of the individual chips typically have a diam ⁇ ser W p ⁇ in the range of 50 and are in a pixel grid of 20 to 30 ⁇ arranged to each other.
  • the chips have a Kan ⁇ thength A c in the order of 1000 ⁇ .
  • optical Ele ⁇ mentes include, for example, aperture for the optical channel separation, further diaphragms, for example on the evaluation level 7, mechanical and Adjustment components as Ab ⁇ spacers, alignment marks and the like.
  • the optical arrangement as a section having three pixelated light emitting chip with the groups 21, 22, and 23 which emit in this figure 1A, the Pi ⁇ xel of the first group 21, the second group 22 and the third group 23 respectively their emission spectrum.
  • the pixels of the first group 21, a play examples emit red light
  • the individual pi ⁇ xels can with another optics for example a Lens, but will generally radiate in a divergent manner.
  • the individual beams are incident on the microlens array 3 each individual pixels downstream of corresponding microlenses 3. These microlenses 3 collimate the light of the individual pixels, which has been irradiated ⁇ each divergent make of the pixels.
  • the individual light beams now fall on the downstream prism array 4 in a collimated, preferably parallel, manner, this element deflecting the collimated light by a predetermined angle.
  • the respective Win ⁇ angle can can vary from pixel to pixel. However, the angles are selected so that subsequently the respectively deflected light beams are directed onto the second prism array 5 and there again parallel to a normal of the
  • Arrays 5 are deflected.
  • the microlens array 6 two ⁇ te in a position such that the are recorded at ⁇ before by the first and second prism arrays 4, 5 and deflected light beams can be focused on the downstream Auskoppelebene. 7
  • the posi tion ⁇ individual lenses in the second microlens array 6 is also previously adapted to the deflection angle of the prism array by 4, 5 deflected light beams.
  • the microlens arrays 3, 6 and prism arrays 4, 5 redistribute the light beams emitted by the pixels of the light-emitting chips in such a way that, as indicated by dashed lines in the drawing, three colors each are redistributed pixels 21 ', 22' and 23 'in a second unit cell E2 be ⁇ neighbors.
  • an increase in the resolution of the optical arrangement can thus be achieved by the redistribution effected by the optical element.
  • the optical arrangement is shown only in a section which comprises three different light-emitting chips. At the respective left or right side of the detail shown, corresponding further light-emitting chips can follow in accordance with the above-explained principles.
  • the linear arrangement shown here is supplemented by further arrangement in a second dimension and thus result in a two-dimensional planar optical element.
  • Figure 1B shows another exemplary embodiment ei ⁇ ner optical arrangement.
  • the optical arrangement shown here is based on the arrangement shown in FIG. 1A, whereas only the first microlens array 3 and the second prism array 4 or the second prism array 5 and the second microlens array 6 are each embodied in one piece, for example as monolithic components.
  • Figure IC shows another exemplary embodiment ei ⁇ ner optical arrangement according to the proposed principle. This arrangement is also based on the arrangement shown in FIG. 1A.
  • the components forming the optical element that is to say the first and second microlens arrays 3, 6 as well as the first and second prism arrays 4, 5, are here jointly comprised of a monolithic component.
  • FIG. 2 shows another exemplary embodiment ei ⁇ ner optical arrangement.
  • the arrangement shown here represents a two-dimensional planar arrangement with a first square unit cell El of four light-emitting chips forming a square pattern. In this case, two similar light-emitting chips are provided.
  • the pi xel ⁇ the third group 23 for example, emit blue light.
  • optical elements downstream of the light-emitting chips are corresponding optical elements, each comprising the first and second microlens arrays and the first and second prism arrays.
  • the optical elements are the ⁇ art set that the light emitted from the pixels of light from the first unit cell El is so emitted in a second unit cell E2 that adjacent pixels each include at ⁇ Kunststoffliche colors and thus an increased resolu ⁇ solution is achieved.
  • the redistribution due to the optical element is indicated in the figure by the white arrows.
  • the design of the microlens arrays 3, 6 and the prism arrays 4, 5 is similar to the embodiments according to FIGS. 1A to 1C.
  • the latter collimate and guide the light emitted by the individual pixels along one direction. In principle, it is possible that this principle is applied to a two-dimensional arrangement on its rows or columns.
  • the microlens arrays 3, 6 and the prism arrays 4, 5 may be set so that light is also redistributed between the rows and columns of the light-emitting chips. This has un ⁇ ter alia, that light of a pixel must be deflected only slightly ⁇ yoggig advantage.
  • the diameter of the microlenses is preferably not less than 50 ⁇ m so that their optical properties are substantially refractive.
  • the angular deflection through the prism arrays are small, for example less than 30 °, preferably less than 15 °, particularly preferably less than 10 °. This is the case when the light emitted by a pixel on the chip is only deflected in the plan view to a pixel adjacent to the coupling-out plane 7.
  • the optical arrangement shown distributes the light ⁇ emitted from the chip, for example LED chips, light emitted so that the resulting second unit cells E2 having the pixel groups 21, 22, 23, are smaller than the first unit cells El, which by the chip arrangement itself are defined.
  • the second unit cells E2 of the pixels have an edge length smaller by a factor of 4 than the first unit cells E1 of the chips.

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Abstract

Eine optische Anordnung umfasst eine Vielzahl von lichtemittierenden Chips (2) auf einem Träger (1). Dabei umfassen erste lichtemittierende Chips jeweils Pixel einer ersten Gruppe (21) umfassen und zweite lichtemittierende Chips jeweils Pixel einer zweiten Gruppe (22). Jeweils einer der ersten und einer der zweiten lichtemittierenden Chips sind in ersten Einheitszellen (E1) flächig auf dem Träger (1) angeordnet. Ferner ist ein optisches Element vorgesehen, welches in Abstrahlrichtung den lichtemittierenden Chips (2) nachgeordnet ist. Es ist dazu eingerichtet, von den Pixeln der ersten und zweiten Gruppe (21, 22) emittiertes Licht derart zu führen, dass Licht der Pixel der ersten Gruppe (21) und Licht der Pixel der zweiten Gruppe (22) in zweite Einheitszellen (E2) in einer Auskoppelebene (7) zusammengeführt wird, wobei die zweiten Einheitszellen (E2) jeweils eine Fläche aufweisen, die geringer ist, als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen (E1).

Description

Beschreibung
Optische Anordnung und Anzeigegerät Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung und ein Anzeigegerät.
Moderne Anzeigegeräte wie Displays beruhen häufig auf einer Anordnung aus einer Vielzahl von Bildelementen oder Pixeln. Die Auflösung solcher Displays hängt in erster Näherung von der Größe der Bildelemente selbst ab. Zur Herstellung von hochauflösenden Displays können lichtemittierende Chips auf Basis von Leuchtdioden beziehungsweise LEDs (light emitting diodes) verwendet werden. Zur Farbdarstellung müssen eine Vielzahl von kleinen lichtemittierenden LED-Chips in den drei Grundfarben wie Rot, Grün, Blau (RGB) aufgebaut werden. Im Falle von HDTV (high-definition television) sind circa 6 Millionen Chips notwendig. Dieser Ansatz hat verschiedene Nach¬ teile. Zum einen erfordern das Setzen und die Kontaktierung einer Vielzahl kleiner Chips einen nicht unwesentlichen zeitlichen und technischen Aufwand. Weiterhin ist die Effizienz und Flächennutzung kleiner Chips durch Flächenverluste beim Herstellungsprozess , beispielsweise durch Trennen und Kontak¬ tieren, reduziert. Schließlich sind kleine Chips anfälliger für Kleinstromprobleme als größere Chips.
Alternativ können pixelierte LED-Chips einer Grundfarbe, wie gewöhnlich Blau, eingesetzt werden und deren Pixel abwechselnd mit geeigneten Konversionselementen für andere Farben, wie Grün und Rot, versehen werden. Neben dem Fehlen hocheffizienter und stabiler Rot-Konverter stellt vor allem die notwendige Dicke der Konversionselemente von ca. 100 μιη eine ge- ometrische Limitierung der realisierbaren minimalen Pixelgröße dar.
Es besteht Bedarf an einer optischen Anordnung und einem An- zeigegerät, das mit einem einfacheren Prozess herstellbar ist und eine hohe Auflösung bereitstellen kann.
In einer Ausführungsform umfasst eine optische Anordnung eine Vielzahl von lichtemittierenden Chips auf einem Träger. Die optische Anordnung umfasst erste lichtemittierende Chips, die jeweils eine Mehrzahl von Pixeln einer ersten Gruppe aufweisen. Weiterhin umfasst die Anordnung zweite lichtemittierende Chips, die jeweils eine Mehrzahl von Pixeln einer zweiten Gruppe aufweisen. Weiterhin sind jeweils einer der ersten und einer der zweiten lichtemittierenden Chips in ersten Einheitszellen flächig auf dem Träger angeordnet. Die optische Anordnung umfasst zudem ein optisches Element, welches in Ab¬ strahlrichtung den lichtemittierenden Chips nachgeordnet ist. Das optische Element ist dazu eingerichtet, von den Pixeln der ersten und zweiten Gruppe emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen in einer Auskoppelebene zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen. Es ist ferner möglich, dass jede zweite Einheitszelle eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen. Beispielsweise umfasst die optische Anordnung eine erste Einheitszelle und zu¬ mindest zwei zweite Einheitszellen, wobei die zweiten Ein- heitszellen jeweils eine Fläche aufweisen, die geringer ist als die Fläche der ersten Einheitszelle. Der Träger ist beispielsweise aus einem keramischen Material gefertigt und verfügt über elektrische Verbindungen, um die optische Anordnung mit einer Steuereinheit verbinden zu können. Bevorzugt sind dabei die Pixel der ersten Gruppe einge- richtet, Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren, wäh¬ rend die Pixel der zweiten Gruppe eingerichtet sind, Licht einer anderen Wellenlänge zu emittieren. Beispielsweise emit¬ tieren die Pixel der ersten Gruppe rotes Licht, während die Pixel der zweiten Gruppe grünes Licht emittieren oder umge- kehrt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Pixel der ersten Gruppe oder die Pixel der zweiten Gruppe blaues Licht emit¬ tieren. Die einzelnen Pixel, auch Bildelemente genannt, sind bevorzugt mit Leuchtdioden umgesetzt. Das optische Element umfasst bevorzugt optische Komponenten, wie Linsen, insbeson- dere Fresnel-Linsen, Gitter oder binäre diffraktive Elemente.
Der Begriff „Einheitszelle" bezieht sich auf die Anordnung der lichtemittierenden Chips beziehungsweise den zu Gruppen geordneten Leuchtflächen der einzelnen lichtemittierenden Chips. Innerhalb der ersten Einheitszellen sind jeweils ein oder mehrere lichtemittierende Chips mit Pixeln der ersten Gruppe und ein oder mehrere lichtemittierende Chips mit Pi¬ xeln der zweiten Gruppe angeordnet, wobei vorzugsweise die Zahl und/oder Anordnung der jeweiligen Chips in der ersten Einheitszelle gleich ist. Pixel einer Gruppe sind vorzugswei¬ se einander benachbart. Sie sind ferner vorzugsweise einander ähnlich in dem Sinne, dass Pixel einer Gruppe die gleiche Peak- oder Dominantwellenlänge aufweisen beziehungsweise im gleichen Spektralbereich emittieren oder vom selben Ferti- gungstyp sind. Herstellungsbedingte Abweichungen, wie unter¬ schiedliche Abstrahlintensitäten können auftreten. Ein lichtemittierender Chip mit einer Gruppe von Pixel ist einem weiteren lichtemittierenden Chip mit einer weiteren, bevorzugt unterschiedlichen, Gruppe von Pixeln benachbart. Insbesondere bildet die kleinste Einheit von benachbarten lichtemittierenden Chips, die verwendet werden kann, das optische Element zu beschreiben, eine erste Einheitszelle im Sinne dieser Anmel- dung. Des Weiteren ist der Begriff „flächige Anordnung auf dem Träger" so zu verstehen, dass die lichtemittierenden Chips sowohl nebeneinander, beispielsweise in einer Reihe, als auch nach Art einer Matrix angeordnet werden können. Die zweiten Einheitszellen sind in der Auskoppelebene defi¬ niert. Sie umfassen das vom optischen Element geführte Licht der Pixel unterschiedlicher Gruppen. Insbesondere ist eine zweite Einheitszelle die kleinste Einheit benachbarter Pixel in der Auskoppelebene, die dazu verwendet werden kann, die Lichtumverteilung in der Auskoppelebene zu beschreiben.
Durch die Verwendung von lichtemittierenden Chips mit jeweils Gruppen von gleichartigen lichtemittierenden Bildelementen oder Pixeln ist ein vereinfachtes Herstellungsverfahren mög- lieh. In den jeweiligen lichtemittierenden Chip sind gleichartige Gruppen von Pixeln zusammengefasst . Dies ist ein Vor¬ teil für die Herstellung, weil auf eine Filteranordnung mit unterschiedlichen Farbfiltern, beispielsweise nach Art einer Bayer-Matrix, oder den einzelnen Pixeln zugeordnete Konverter verzichtet werden kann. Dies macht das Herstellungsverfahren nicht nur einfacher, sondern auch kostengünstiger.
Durch Verwendung des optischen Elements wird eine hohe Auflö¬ sung der gesamten optischen Anordnung erzielt, da in den zweiten Einheitszellen jeweils Licht von Pixeln unterschiedlicher Gruppen zusammengeführt wird, obwohl in den ersten Einheitszellen jeweils die lichtemittierenden Chips mit Gruppen gleichartiger Pixel einander benachbart sind. Die Auflö- sung ist insbesondere nicht durch die Größe der lichtemittie¬ renden Chips, beispielsweise durch deren Kantenlänge, be¬ grenzt. Vielmehr hängt die erreichbare Auflösung von der Grö¬ ße der Pixel selbst ab, deren emittiertes Licht durch das op- tische Element umverteilt wird.
Die Umverteilung führt dazu, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge in den zweiten Einheitszellen zusammengeführt wird und diese Einheitszellen in der Fläche kleiner sind, als die ersten Einheitszellen, die im wesentlichen durch die lichtemittierenden Chips mit Gruppen gleichartiger Pixel gebildet sind. Die optische Anordnung verteilt also das von den Chips emittierte Licht so um, dass die resultierenden zweiten Einheitszellen (bestehend aus Pixeln) kleiner sind als die ersten Einheitszellen (bestehend aus Chips) . Mit anderen Worten, die optische Anordnung kann das von den Chips emittierte Licht umlenken und zudem fokussieren. Die zweiten Einheitszellen der Pixel haben beispielsweise eine um einen Faktor 4 kleinere Kantenlänge als die ersten Einheitszellen. Dadurch ergeben sich Vorteile für den Aufbau von direkt emittierenden RGB-Displays .
Nach einer weiteren Ausführungsform sind dritte lichtemittierende Chips flächig auf dem Träger angeordnet und weisen je- weils eine Mehrzahl von Pixeln einer dritten Gruppe auf. Die erste Einheitszelle umfasst nunmehr jeweils einen der ersten, der zweiten und der dritten lichtemittierenden Chips.
Die Pixel der dritten Gruppe können Licht einer Wellenlänge emittieren, die sich jeweils von der Wellenlänge des von den Pixeln der ersten Gruppe emittierten Lichts und des von den Pixeln der zweiten Gruppe emittierten Lichts unterscheidet. Insbesondere können die Pixel der ersten, der zweiten und der dritten Gruppe Licht emittieren, dass jeweils eine andere Spektralfarbe als das Licht der Pixel der anderen zwei Grup¬ pen aufweist. Beispielsweise erzeugen somit Pixel der einen Gruppe rotes Licht, Pixel einer weiteren Gruppe grünes Licht und Pixel der letzten Gruppe blaues Licht. Die ersten, die zweiten und die dritten lichtemittierenden Chips erzeugen somit Licht dreier unterschiedlicher Farben.
Das optische Element ist dabei eingerichtet, von den Pixeln der ersten, zweiten und dritten Gruppe emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen in der Auskoppelebene zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle eine Flä¬ che aufweist, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen.
Durch die Verwendung von dritten lichtemittierenden Chips mit einer dritten Gruppe von Pixeln können weitere Farben mit der optischen Anordnung dargestellt werden. Damit ist beispiels¬ weise eine Grundkonfiguration für die Darstellung eines be- stimmten Farbmodells gegeben. Beispielsweise können die Pixel der ersten, zweiten und dritten Gruppe den Grundfarben Rot, Grün und Blau des RGB-Farbmodells zugeordnet werden. Das op¬ tische Element ist dann in der Lage, zweite Einheitszellen bereitzustellen, die drei Grundfarben und somit beispielswei- se alle RGB Grundfarben aufweisen.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind jeweils ein erster, zweiter und dritter lichtemittierender Chip lateral oder in Matrixanordnung nebeneinander auf dem Träger angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens vierte lichtemittierende Chips flächig auf dem Träger angeordnet und weisen jeweils eine Mehrzahl von Pixeln wenigstens einer vierten Gruppe. Die erste Einheitszelle umfasst in diesem Fall jeweils einen der ersten, der zweiten, der dritten und wenigstens einen vierten lichtemittierenden Chips. Beispielsweise können die Pixel der vierten Gruppe grünes Licht emit- tieren.
Das optische Element ist dabei eingerichtet, von den Pixeln der ersten, zweiten, dritten und wenigstens vierten Gruppe emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen in der Auskoppelebene zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen.
Die Verwendung von wenigstens vierten lichtemittierenden Chips stellt eine Weiterbildung der bisherigen vorgestellten Anordnung auf Basis von zwei oder drei unterschiedlichen lichtemittierenden Chips dar. Es ist dabei möglich, dass den Pixeln aus der vierten Gruppe jeweils eine vierte Farbe zuge¬ ordnet ist, so dass mit der optischen Anordnung ein Farbmo- dell auf Basis von vier Grundfarben darstellbar ist. Es ist aber auch möglich, dass zwei aus den insgesamt vier licht¬ emittierenden Chips beziehungsweise ihre jeweiligen Gruppen von Pixeln eine gleiche Wellenlänge emittieren und so bei¬ spielsweise eine Bayer-Matrix mit den Farben Rot, zwei Mal Grün, Blau darstellen können. Andere Zuordnungen sind ebenso möglich, ebenso fünfte lichtemittierende Chips mit jeweils einer Mehrzahl von Pixeln einer fünften Gruppe usw.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der ersten Einheitszellen eine Mehrzahl von ersten oder zweiten lichtemittierenden Chips auf. Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Träger eine ebene oder gekrümmte Fläche auf. Auf diese Weise kann die op¬ tische Anordnung in einer Ebene, beispielsweise als Leucht¬ fläche oder Display, verwendet werden. Es ist jedoch eben- falls möglich die Anordnung gemäß einer drei-dimensionalen Form mittels eines gekrümmten Trägers auszuführen.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten lichtemittierenden Chips in einem regelmäßigen zweidimensionalen Gitter auf dem Träger angeordnet. Insbesondere kann das regelmäßige zweidimensionale Git¬ ter periodisch oder quasi-periodisch sein.
Das Gitter ergibt sich beispielsweise durch periodische oder quasi-periodische Wiederholung der in den ersten Einheitszel¬ len definierten Anordnung von lichtemittierenden Chips auf dem Träger. Vorzugsweise ist die Wiederholung durch Translation in zwei verschiedenen Richtungen in der Fläche des Trägers definiert. In Folge der Ausgestaltung des optischen Ele- ments ergibt sich damit auch ein sich wiederholendes Gitter in der Auskoppelebene auf Basis der zweiten Einheitszellen.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das regelmäßige zweidimensionale Gitter ein quadratisches, ein hexagonales oder ein quasi-kristallines Gitter auf.
Hierbei ist es möglich, die lichtemittierenden Chips entspre¬ chend des zweidimensionalen Gitters in Form von Quadraten, hexagonalen, oder quasi-kristallinen Gittern anzuordnen. Ist beispielsweise die Zielanwendung ein gekrümmtes, flächiges
Direkt-Display, können entsprechende gekrümmte Chipanordnun¬ gen in Betracht gezogen werden, wie zum Beispiel zum Aufbau eines kugelförmigen Fußballs ein zweidimensionales Gitter nach Art von Penta- und Hexagonen geeignet sind.
Weiterhin denkbar ist, dass die jeweiligen Gruppen von Pixeln der lichtemittierenden Chips in Form eines quadratischen, eines hexagonalen oder eines quasi-kristallinen Musters angeordnet sind. Die jeweiligen zweidimensionalen Gitter können dann derart realisiert sein, dass die jeweiligen lichtemit¬ tierenden Chips entlang ihrer Außenkanten benachbart zueinan- der oder unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet werden und somit das zweidimensionale Gitter in Form eines Quadra¬ tes, Hexagons oder allgemein einer polygonen Form bilden.
Ein regelmäßiges Gitter kann durch periodische Wiederholung der Einheitszelle in den drei Raumrichtungen konstruiert wer¬ den und besitzt deshalb nur 2-, 3-, 4-, 6-zählige Symmetrien. Jedoch kann auch eine doppelte Einheitszelle (oder Einheits¬ zelle höherer Ordnung) in nichtperiodischer Weise wiederholt werden und bezeichnet ein quasi-kristallines Gitter im Sinne dieser Anmeldung. Ein Beispiel ist etwa ein sogenanntes Pen¬ rosegitter .
In einer weiteren Ausführungsform sind weitere lichtemittierende Chips flächig, insbesondere eben, auf dem Träger ange- ordnet und umfassen jeweils eine weitere Gruppe von Pixeln. Die ersten Einheitszellen umfassen dann jeweils einen der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten und der weiteren lichtemittierenden Chips, beispielsweise fünfte licht¬ emittierende Chips mit jeweils einer Mehrzahl von Pixeln ei- ner fünften Gruppe.
Das optische Element ist dann eingerichtet, von den Pixeln der ersten, zweiten, dritten, vierten und der weiteren Gruppe emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen in der Auskoppelebene zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen. Ferner kann jede zweite Einheitszelle eine Fläche aufweisen, die geringer ist als die Fläche je einer der ersten Einheitszellen.
Die Verwendung weiterer lichtemittierender Chips sowie weiterer Gruppen von Pixeln stellt gewissermaßen eine Verallgemei- nerung des vorliegenden Prinzips einer optischen Anordnung dar. Es ist damit möglich, auf flexible Art und Weise licht¬ emittierende Chips mit unterschiedlichen lichtemittierenden Pixeln zu einer größeren Anordnung zusammenzufassen. Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Hybrid aus Träger, lichtemittierenden Chips und optischem Element integriert. In diesem Fall ergibt sich im Zuge der Herstellung der optischen Anordnung ein Bauteil, deren Komponenten bereits bei der Herstellung zueinander ausgerichtet und in der Folge justierstabil sind. Alternativ ist es möglich, dass der Träger mit den lichtemittierenden Chips und dem optischen Element bestückt ist. In diesem Fall ist die optische Anord¬ nung modular und die einzelnen Komponenten können getrennt voneinander hergestellt werden. So ist es zum Beispiel mög- lieh, die optische Anordnung auf Waferbasis herzustellen. Be¬ vorzugt werden ein lichtemittierender Wafer und ein Mikroop- tik-Wafer, der das optische Element umfasst, getrennt herge¬ stellt und dann verbunden. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Element eine Anordnung aus Mikrolinsen. Die Mikrolinsen sind dabei eingerichtet, divergente Strahlungsbündel des von den lichtemittierenden Chips emittierten Lichts zu kollimieren. Zudem können parallele Strahlungsbündel zusammengeführt wer¬ den. Mit Hilfe der Mikrolinsen wird also eine Strahlführung realisiert, so dass Licht der jeweiligen Pixel der lichtemit¬ tierenden Chips in die zweiten Einheitszellen geführt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Element eine Prismenanordnung. Die Prismenanordnung ist dabei eingerichtet, Licht zu führen und/oder umzulenken. Mit Hilfe der Prismenanordnung erfolgt eine Umverteilung des Lichtes der jeweiligen Gruppen von Pixeln der unterschiedlichen lichtemittierenden Chips aus den ersten Einheitszellen in die zweiten Einheitszellen. Die Prismenanordnung kann so ausgeführt sein, dass Neigungswinkel und die Ausrichtung der einzelnen Prismen für verschiedene Pixel jeweils unterschied¬ lich sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Mikrolinsenanord- nung und die Prismenanordnung monolithisch im optischen Ele- ment integriert.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Mikrolinsenano- rdnung und die Prismenanordnung als separate Elemente ausge¬ führt .
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die auf dem Träger angeordneten Pixel jeweils separat ansteuerbar. Insbesondere ist die Intensität des jeweils emittierten Lichtes eines an¬ gesteuerten Pixels einstellbar.
Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Display reali¬ sieren, wie etwa ein LED-Direkt-Display, also ein Display oh¬ ne LCD Bildgeber. Für Displays mit LEDs, deren Pixel homogen leuchten, muss ansonsten ein bildgebendes Element, beispiel¬ weise ein LCD, nachgeschaltet werden. Dies hat unter anderem den Vorteil einer im Vergleich höheren Auflösung. Nach einer weiteren Ausführungsform sind die auf dem Träger angeordneten Pixel eingerichtet, Licht gemäß eines Farbmo¬ dellstandards zu emittieren. Der Farbmodellstandard kann ins¬ besondere ein RGB- oder RGBY-Farbmodell umfassen. Nach einer Ausführungsform umfasst ein Anzeigegerät eine op¬ tische Anordnung, wie sie obenstehend gezeigt wurde. Darüber hinaus verfügt das Anzeigegerät über eine Steuereinheit zum Ansteuern der auf dem Träger angeordneten Pixel. Auf einem Träger einer geeigneten Größe lässt sich die Vielzahl von lichtemittierenden Chips anordnen. Die erste Einheitszelle stellt dabei die kleinste Einheit dar. Auf diese Weise kann die optische Anordnung zu einem Anzeigegerät wie einem Bildschirm, einem Fernseher oder Monitor zusammengefügt und betrieben werden. Bei gegebener Auflösung, zum Beispiel für ein HDTV-Display (High Definition Television, engl, für hochauflösendes Fernsehen) , benötigt ein Anzeigegerät der vorgeschlagenen Art, welches pixelierte Chips und das be¬ schriebene optische Element aufweist, deutlich weniger Chips als ein vergleichbares Anzeigegerät aus kleinen Einzelchips.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei¬ spielen anhand von Figuren näher erläutert. Soweit sich Teile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen: Figuren 1A, 1B, IC Ausführungsbeispiele einer optischen Anordnung und
Figur 2 eine weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen
Anordnung.
Figur 1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer opti¬ schen Anordnung. Auf einem Systemträger 1, der beispielsweise aus einer Keramik aufgebaut sein kann, sind mehrere licht- emittierende Chips 2 angeordnet. Die lichtemittierenden Chips 2 umfassen jeweils eine Gruppe von lichtemittierenden Pixeln 21, 22, 23, die jeweils dazu eingerichtet sind, unterschied¬ liche Farben zu emittieren. So verfügt beispielsweise in Fi¬ gur 1A ein lichtemittierender Chip 2 über Pixel einer ersten Gruppe 21. Ein weiterer lichtemittierender Chip 2 weist Pixel einer zweiten Gruppe 22 auf, und ein dritter lichtemittierender Chip 2 umfasst entsprechende Pixel einer dritten Gruppe 23. Beispielsweise können die unterschiedlichen Pixel der Gruppen 21, 22, 23 die Farben Rot, Grün und Blau emittieren. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die drei lichtemittierenden Chips mit den ersten, zweiten und dritten Gruppen 21, 22, 23 lateral nebeneinander angeordnet und bilden so eine erste Einheitszelle El. Der Systemträger 1 und die pixelierten lichtemittierenden Chips 2 können ein monolithisches Bauteil sein. Alternativ kann der Systemträger separat gefertigt und anschließend mit den einzelnen Chips bestückt werden. In der Zeichnung nicht gezeigt sind elektrische Verdrahtungen, sowie Details des Aufbaus und der entsprechenden Komponenten wie zum Beispiel Klebstoff, Lot, Lötpads, Bonddrähte und dergleichen. Die Pi¬ xel der einzelnen Chips haben typischerweise einen Durchmes¬ ser Wp im Bereich von 50 μιη und sind in einem Pixelraster von 20 bis 30 μιη zueinander angeordnet. Die Chips haben eine Kan¬ tenlänge Ac in der Größenordnung von 1000 μιη.
In Abstrahlrichtung den lichtemittierenden Chips nachgeordnet ist ein Array aus Mikrolinsen 3 gefolgt von einem Pris- menarray 4, sowie einem weiteren Prismenarray 5 und einem weiteren Mikrolinsenarray 6. Diese optischen Komponenten bilden ein optisches Element zum Kollimieren und Lenken des Lichtes, welches von den Pixeln der unterschiedlichen Gruppen emittiert wird. Alternativ oder ergänzend können statt Mikro¬ linsen und/oder Prismen auch Gitter, holographische Elemente, Fresnel-Linsen sowie binäre diffraktive Elemente verwendet werden. Des Weiteren ist eine Auskoppelebene 7 (auch als Be¬ wertungsebene bezeichnet) gezeigt, die, wie im Folgenden ge- zeigt wird, einer neuen Lichtquelle mit pixelweise umverteil¬ ten Emissionsflächen entspricht.
In der Abbildung 1A sind weitere Details des optischen Ele¬ mentes nicht gezeigt. Diese umfassen zum Beispiel Blenden zur optischen Kanaltrennung, weitere Blenden zum Beispiel auf der Bewertungsebene 7, mechanische und Justagekomponenten wie Ab¬ standshalter, Justiermarken und dergleichen.
Im Betrieb der optischen Anordnung, die in dieser Figur 1A als Ausschnitt mit drei pixelierten lichtemittierenden Chips mit den Gruppen 21, 22 und 23 gezeigt ist, emittieren die Pi¬ xel der ersten Gruppe 21, der zweiten Gruppe 22 und der dritten Gruppe 23 jeweils entsprechend ihres Emissionsspektrums. In dieser beispielhaften Ausführungsform emittieren bei- spielsweise die Pixel der ersten Gruppe 21 ein rotes Licht, die Pixel der zweiten Gruppe 22 ein grünes Licht und die Pi¬ xel der dritten Gruppe 23 ein blaues Licht. Die einzelnen Pi¬ xels können mit einer weiteren Optik beispielsweise einer Linse versehen sein, werden jedoch im Allgemeinen in divergenter Art und Weise abstrahlen.
Die einzelnen Strahlen treffen auf dem Mikrolinsenarray 3 je- weils einzelnen Pixeln nachgeordnet korrespondierende Mikro- linsen 3. Diese Mikrolinsen 3 kollimieren das Licht der einzelnen Pixel, welches von den Pixeln jeweils divergent abge¬ strahlt wurde. Die einzelnen Lichtstrahlen fallen nunmehr in kollimierter, vorzugsweise paralleler Weise auf das nachge- ordnete Prismenarray 4, wobei dieses Element das kollimierte Licht um einen vorgegeben Winkel ablenkt. Der jeweilige Win¬ kel kann von Pixel zu Pixel unterschiedlich sein kann. Die Winkel sind jedoch so gewählt, dass nachfolgend die jeweils abgelenkten Lichtstrahlen auf das zweite Prismenarray 5 ge- lenkt werden und dort wieder parallel zu einer Normalen des
Arrays 5 abgelenkt werden. Zusätzlich befindet sich das zwei¬ te Mikrolinsenarray 6 in einer solchen Position, dass die zu¬ vor durch die ersten und zweiten Prismenarrays 4, 5 abgelenkten Lichtstrahlen erfasst werden und auf die nachgeordnete Auskoppelebene 7 fokussiert werden können. Dazu ist die Posi¬ tion einzelner Linsen im zweiten Mikrolinsenarray 6 ebenfalls auf die Ablenkwinkel der zuvor durch die Prismenarrays 4, 5 abgelenkten Lichtstrahlen angepasst. In der Auskoppelebene 7 erfolgt somit durch die Mikrolin- senarrays 3, 6 und Prismenarrays 4, 5 eine Umverteilung der von den Pixel der lichtemittierenden Chips emittierten Lichtstrahlen derart, dass, wie in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet ist, jeweils drei Farben als umverteilte Pixel 21', 22' und 23' in einer zweiten Einheitszelle E2 be¬ nachbart sind. Mit anderen Worten lässt sich also durch die von dem optischen Element bewirkte Umverteilung eine Erhöhung der Auflösung der optischen Anordnung erzielen. In Figur 1 ist die optische Anordnung lediglich in einem Ausschnitt gezeigt, der drei unterschiedliche lichtemittierende Chips umfasst. An der jeweils linken beziehungsweise rechten Seite des gezeigten Ausschnittes können sich entsprechende weitere lichtemittierende Chips gemäß den oben ausgeführten Prinzipien anschließen. Weiterhin ist es möglich, dass die hier gezeigte lineare Anordnung durch weitere Anordnung in einer zweiten Dimension ergänzt ist und somit ein flächiges zweidimensionales optisches Element ergeben.
Figur 1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform ei¬ ner optischen Anordnung. Die hier gezeigte optische Anordnung basiert auf der in Figur 1A gezeigten Anordnung, wohingegen lediglich das erste Mikrolinsenarray 3 und das zweite Pris- menarray 4 beziehungsweise das zweite Prismenarray 5 und das zweite Mikrolinsenarray 6 jeweils einstückig, zum Beispiel als monolithische Bauteile ausgeführt sind. Figur IC zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform ei¬ ner optischen Anordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Auch diese Anordnung basiert auf der in Figur 1A gezeigten Anordnung. Die das optische Element bildenden Komponenten, das heißt das erste und zweite Mikrolinsenarray 3, 6 sowie das erste und zweite Prismenarray 4, 5 sind hier gemeinsam von einem monolithischen Bauteil umfasst.
Figur 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform ei¬ ner optischen Anordnung. Die hier gezeigte Anordnung stellt eine zweidimensionale flächige Anordnung mit einer ersten quadratischen Einheitszelle El aus vier lichtemittierenden Chips dar, die ein quadratisches Muster bilden. Dabei sind zwei gleichartige lichtemittierende Chips vorgesehen. Für je- - Il ¬ de erste, zweite und dritte Gruppe von lichtemittierenden Pi¬ xeln 21, 22, 23 ist in der Anordnung mindestens ein licht¬ emittierender Chip vorgesehen. Die Pixel der ersten Gruppe 21 emittieren beispielsweise rotes Licht, die Pixel der zweiten Gruppe 22 emittieren beispielsweise grünes Licht und die Pi¬ xel der dritten Gruppe 23 emittieren beispielsweise blaues Licht .
In ähnlicher Weise, wie schematisch in den Figuren 1A bis IC gezeigt, befinden sich nachgeordnet über den lichtemittierenden Chips entsprechende optische Elemente, die jeweils das erste und zweite Mikrolinsenarray und das erste und zweite Prismenarray umfassen. Die optischen Elemente sind dabei der¬ art eingestellt, dass das von den Pixeln emittierte Licht aus der ersten Einheitszelle El so in eine zweite Einheitszelle E2 emittiert wird, dass benachbarte Pixel jeweils unter¬ schiedliche Farben beinhalten und somit eine erhöhte Auflö¬ sung erzielt wird. Die Umverteilung infolge des optischen Elements ist in der Abbildung durch die weißen Pfeile ange- deutet.
Die Ausführung der Mikrolinsenarrays 3, 6 und der Pris- menarrays 4, 5 ist den Ausführungsformen gemäß der Figuren 1A bis IC ähnlich. Letztere kollimieren und führen das Licht, das von den einzelnen Pixeln emittiert wird, entlang einer Richtung. Grundsätzlich ist es möglich, dass dieses Prinzip für eine zweidimensionale Anordnung auf dessen Zeilen oder Spalten angewandt wird. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass die Mikrolinsenarrays 3, 6 und die Prismenarrays 4, 5 so ein- gerichtet sind, dass auch zwischen den Zeilen und Spalten der lichtemittierenden Chips Licht umverteilt wird. Dies hat un¬ ter anderem den Vorteil, dass Licht eines Pixels nur gering¬ fügig abgelenkt werden muss. Der Durchmesser der Mikrolinsen liegt bevorzugt nicht unter 50 μιη damit ihre optischen Eigenschaften im Wesentlichen re- fraktiv sind. Vorteilhaft ist es, dass die Winkelablenkung durch die Prismenarrays klein sind, beispielsweise kleiner als 30°, bevorzugt kleiner 15°, besonders bevorzugt kleiner 10°. Dies ist dann der Fall, wenn das von einem Pixel auf dem Chip emittierte Licht in der Draufsicht nur bis zu einem in der Auskoppelebene 7 benachbarten Pixel gelenkt wird.
Die gezeigte optische Anordnung verteilt das von den licht¬ emittierenden Chips, beispielsweise LED-Chips, emittierte Licht so um, dass die resultierenden zweiten Einheitszellen E2, welche die Pixelgruppen 21, 22, 23 aufweisen, kleiner sind als die ersten Einheitszellen El, welche durch die Chip- Anordnung selbst definiert sind. In Figur 2 haben die zweiten Einheitszellen E2 der Pixel eine um einen Faktor 4 kleinere Kantenlänge als die ersten Einheitszellen El der Chips.
Dadurch ergeben sich Vorteile für den Aufbau von direkt emit- tierenden RGB-Displays . Realistische Zahlenwerte sind bei¬ spielsweise 500 μιη für die Kantenlänge Ac der Chips, sowie 100 μιη für die Kantenlänge oder Rastermaß Ap der Pixel. Damit ergeben sich beispielsweise folgende Verhältnisse: Gitterkonstante Chip / Gitterkonstante Pixel
= (Ac / Ap) = 5
Fläche Chip / Fläche Pixel
= (Ac / Ap ) 2 = 25.
Bei gegebener Auflösung (zum Beispiel für HDTV) benötigt ein Direkt-LED-Display aus pixelierten Chips und mit der be- schriebenen optischen Anordnung 25-mal weniger Chips als ein Direkt-LED-Display aus kleinen Einzelchips.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfin¬ dung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder die¬ se Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deut¬ schen Anmeldung DE 10 2013 104 046.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Anordnung, umfassend
- eine Vielzahl von lichtemittierenden Chips (2) auf einem Träger (1), wobei erste lichtemittierende Chips jeweils eine Mehrzahl von Pixeln einer ersten Gruppe
(21) aufweisen, zweite lichtemittierende Chips je¬ weils eine Mehrzahl von Pixeln einer zweiten Gruppe
(22) aufweisen, und jeweils einer der ersten und ei- ner der zweiten lichtemittierenden Chips in ersten
Einheitszellen (El) flächig auf dem Träger (1) angeordnet sind, und
- ein optisches Element, welches in Abstrahlrichtung den lichtemittierenden Chips (2) nachgeordnet und da- zu eingerichtet ist, von den Pixeln der ersten und zweiten Gruppe (21, 22) emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen (E2) in einer Auskoppelebene (7) zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle (E2) eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche einer ersten Einheitszelle (El) .
2. Optische Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- dritte lichtemittierende Chips flächig auf dem Träger (1) angeordnet sind und jeweils eine dritte Gruppe (23) von Pixeln aufweisen,
- die ersten Einheitszellen (El) jeweils einen der ersten, der zweiten und der dritten lichtemittierenden Chips umfassen, und
- das optische Element eingerichtet ist, von den Pixeln der ersten, zweiten und dritten Gruppe (21, 22, 23) emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen (E2) in der Auskoppelebene (7) zusammenzuführen, dass min- destens eine zweite Einheitszelle (E2) eine Fläche auf¬ weist, die geringer ist als die Fläche einer ersten Einheitszelle (El).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die ersten, die zweiten und die dritten lichtemittierenden Chips Licht paarweise unterschiedlicher Farben emittieren .
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
jede der zweiten Einheitszellen (E2) eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche jeder der ersten Einheitszellen (El).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei jeweils ein erster, zweiter und dritter lichtemit¬ tierender Chip lateral nebeneinander oder in Matrixanordnung auf dem Träger (1) angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- wenigstens vierte lichtemittierende Chips flächig auf dem Träger angeordnet sind und jeweils wenigstens eine vierte Gruppe (21, 22, 23) von Pixeln aufweisen,
- die ersten Einheitszellen (El) jeweils einen der ersten, der zweiten, der dritten und der wenigstens vierten lichtemittierenden Chips umfassen, und
- das optische Element eingerichtet ist, von den Pixeln der ersten, zweiten, dritten und der wenigstens vierten Gruppe (21, 22, 23) emittiertes Licht derart in zweiten Einheitszellen (E2) in der Auskoppelebene (7) zusammenzuführen, dass mindestens eine zweite Einheitszelle (E2) eine Fläche aufweist, die geringer ist als die Fläche einer ersten Einheitszelle (El).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine der ersten Einheitszellen (El) eine Mehrzahl von ersten oder zweiten lichtemittierenden Chips aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Träger (1) eine ebene oder gekrümmte Fläche aufweist .
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten lichtemittierenden Chips in einem regelmäßigen zweidimensionalen Gittern auf dem Träger (1) angeordnet sind .
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das regelmäßige zwei-dimensionale Gitter ein quad¬ ratisches, ein hexagonales oder ein quasikristallines Muster aufweist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei - ein Hybrid umfassend den Träger (1), die lichtemittie¬ renden Chips und das optische Element integriert ist, oder
- der Träger (1) mit den lichtemittierenden Chips und dem optischen Element bestückt ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optische Element eine Anordnung aus Mikrolin- sen (3, 6) aufweist, die eingerichtet sind, divergente Strahlungsbündel des von den lichtemittierenden Chips emittierten Lichts zu parallelisieren und/oder parallele Strahlungsbündel zusammenzuführen .
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das optische Element eine Prismenanordnung (4, 5) aufweist, die eingerichtet ist, Licht zu führen und/oder zu lenken.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Mikrolinsenanordnung (3, 6) und die Prismenanordnung (4, 5)
- monolithisch im optischen Element integriert sind o- der
- als separate Elemente ausgeführt sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Pixel zumindest eines lichtemittierenden Chips separat ansteuerbar sind, insbesondere die Intensität des jeweils von den Pixeln emittierten Lichts einstell¬ bar ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
wobei die Pixel eingerichtet sind, Licht gemäß einem Farbmodellstandards zu emittieren, insbesondere eines RGB- oder RGBY-Farbmodells .
Anzeigegerät, umfassend:
- eine optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und
- eine Steuereinheit zum Ansteuern der Pixel.
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