DE112006003610T5 - Kompakte Projektionsanzeige mit emittierendem Bildgeber - Google Patents

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Zili Barrington Li
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Dongxue Lake Zurich Wang
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/74Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Abstract

Kompaktes Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsbildschirm, wobei das Projektionssystem umfasst:
einen emittierenden Bildgeber, wobei der emittierende Bildgeber mehrere emittierende Pixel umfasst, jedes emittierende Pixel ein einzelnes Pixel des Bildes repräsentiert und das emittierende Pixel entsprechend den Bildinformationen modulierte Lichtsignale emittiert;
eine Mikrolinsenanordnung, wobei die Mikrolinsenanordnung mehrere Mikrolinsen umfasst, jede Mikrolinse an ein emittierendes Pixel angepasst wird, um die emittierten Lichtsignale für eine hohe Lichtsammelwirksamkeit zu sammeln und umzuformen; und
ein Projektionslinsensystem, wobei der Sammelkonus des Projektionslinsensystems an die Mikrolinsenanordnung angepasst wird, um die von den Mikrolinsen gesammelten Lichtsignale zu vergrößern und auf den Projektionsbildschirm zu projizieren.

Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Projektionsanzeigesysteme und insbesondere kompakte Projektionsanzeigesysteme.
  • HINTERGRUND
  • Projektionsanzeigesysteme werden herkömmlicher Weise zur Anzeige vergrößerter Bilder bei Konferenzen, zu Unterhaltungszwecken sowie bei persönlichen und fahrzeugeigenen Geräten und dergleichen verwendet. In den vergangenen Jahren haben Projektionsanzeigesysteme auch bei zahlreichen anderen Anwendungen potentielle Verwendung gefunden. In jüngster Zeit wurden Fortschritte auf dem Gebiet der tragbaren Geräte (wie Mobiltelefone, PDAs und dergleichen) und eine Erhöhung der Bandbreite von Kommunikationsnetzwerken erzielt. Dadurch wurde eine Reihe von Bild- bzw. Videoanwendungen und Internet-Surf-Anwendungen auf tragbaren Geräten verfügbar. Der kleinformatige AnzeigeBildeschirm, der bei den tragbaren Geräten verwendet wird, bleibt jedoch ein Engpass bei derartigen Anwendungen. Eine grafische HTML-Seite oder ein Bild/Video mit hoher Auflösung kann auf diesen AnzeigeBildeschirmen aufgrund ihrer geringen Größe beispielsweise nicht angemessen angezeigt werden. Daher würden die Benutzer eine größere Anzeige als die unter Verwendung von Projektionsanzeigesystemen erzielbare bevorzugen, um die Qualität eines Bildes/Videos mit hoher Auflösung wirklich ermessen zu können oder effektiv im Internet zu surfen.
  • Ein bestehendes Projektionsanzeigesystem umfasst im Allgemeinen ein Bilderzeugungssystem und ein Beleuchtungssystem. Das Bilderzeugungssystem umfasst Bauteile zum Reflektieren oder zur Brechung von Licht sowie zum Mischen von Licht in verschiedenen Farben für eine Farbprojektion, Bildgeber und eine Projektionslinse. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Lichtquelle und Bauteile zum Fokussieren des Lichts von der Lichtquelle auf das Bilderzeugungssystem. Beispiele für Lichtquellen sind Wolframhalogenleuchten, Hochdruckgasentladungslampen (HID-Lampen) oder Feststoffleuchten, wie Licht emittierende Dioden (LEDs) und Laser.
  • Der Bildgeber wird zur Modulation von Licht entweder durch Übertragung oder durch Reflektion verwendet. Die Modulation des vom Beleuchtungssystem emittierten Lichts erfolgt nach Maßgabe der zur Erzeugung eines Bildes erforderlichen Bildinformationen. Beispiele für in Projektionsanzeigesystemen verwendete Bildgeber sind Flüssigkristallanzeigen (LCDs), LCOS-Anzeigen (Liquid Crystal an Silicon An zeigen) und Mikrospiegelarrays (DMDs). Die Projektionslinse projiziert das vom Bildgeber erzeugte Bild auf einen ProjektionsBildeschirm.
  • Die bestehenden Projektionsanzeigesysteme haben, wie vorstehend beschrieben, einige Nachteile. Diese Nachteile machen solche Projektionsanzeigesysteme ungeeignet zur Verwendung für tragbare Vorrichtungen. Zunächst sind die Projektionsanzeigesysteme schwer und groß, wodurch sie schwer zu handhaben sind. Zweitens haben die Projektionsanzeigesysteme aufgrund vom Bildgeber reflektierter/übertragener, divergierender Lichtstrahlen eine geringe Beleuchtungseffizienz. Eine geringere Effizienz impliziert, dass an der Lichtquelle für den gleichen Grad an Helligkeit des projizierten Bildes mehr Energie benötigt. Schließlich verbrauchen die Lichtquellen für einen ausreichenden Grad an Helligkeit viel Energie. Überdies ist die Konstruktion einer hoch effizienten, hoch gleichmäßigen Lichtquelle auch nicht trivial.
  • Daher besteht Bedarf an einem Projektionsanzeigesystem von geringer Größe und geringem Gewicht, das hinsichtlich des Stromverbrauchs effizient ist und gleichzeitig keine Abstriche bei der Helligkeit des projizierten Bildes macht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein kompaktes Projektionsanzeigesystem zum Projizieren eines Bildes auf einen ProjektionsBildeschirm. Das offenbarte Projektionssystem ist neben weiteren herkömmlichen Anwendungen zur Verwendung für tragbare Geräte geeignet. Das offenbarte Projektionsanzeigesystem umfasst einen emittierenden Bildge ber, eine Mikrolinsenanordnung und eine Projektionslinse. Eine Verringerung der Größe und des Gewichts des Projektionsanzeigesystems wird bei der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines emittierenden Bildgebers erreicht. Durch die Verwendung des emittierenden Bildgebers erübrigt sich die Notwendigkeit eines separaten Beleuchtungssystems, das bei herkömmlichen Projektionsanzeigesystemen für eine zusätzliche Beleuchtungskonstruktion zur Beleuchtung und ein erhebliches Volumen verantwortlich ist. Der emittierende Bildgeber bietet sowohl Lichtabgabe- als auch Lichtmodulationsfunktionen. Der emittierende Bildgeber emittiert nach Maßgabe von Bildinformationen moduliertes Licht. Das von jedem emittierenden Pixel des emittierenden Bildgebers emittierte Licht weist ein Lambert'sches Profil auf. Dies bedeutet, dass die Helligkeit des Lichts in sämtlichen Richtungen gleich ist, was eine geringe Lichtsammelwirksamkeit aufgrund eines Missverhältnisses zwischen einer Lambert'schen Lichtverteilung des emittierenden Pixels des emittierenden Bildgebers und der f-Zahl einer Projektionslinse impliziert. Die f-Zahl der Projektionslinse ist das Verhältnis ihrer Brennweite zu ihrer Blendenöffnung. Je niedriger die f-Zahl ist, desto besser ist die Lichtsammelwirksamkeit. Die f-Zahl üblicher Projektionslinsensysteme liegt bei ca. 2 bis 3. Zur Überwindung des Problems der geringen Lichtsammelwirksamkeit wird das von jedem Pixel des emittierenden Bildgebers emittierte Licht von einer entsprechenden Mikrolinse mit einer niedrigen f-Zahl von ca. 0.6 in der Mikrolinsenanordnung gesammelt und umgeformt. Die Mikrolinsenanordnung ist eine zweidimensionale Anordnung aus einer großen Anzahl an Mikrolinsen. Die Anzahl der Mikrolinsen stimmt mit der Anzahl der emittierenden Pixel in dem emittierenden Bildgeber überein, wobei jede Mikrolinse an ein emittierendes Pixel angepasst ist. Die Mikrolinsenanordnung formt das von jedem emittierenden Pixel emittierte Licht zu einem nicht Lambert'schen Profil mit einem schmalen Kegelwinkel der Lichtverteilung um, um die f-Zahl der Projektionslinse so genau wie möglich anzupassen. Anschließend vergrößert die Projektionslinse das Bild auf den emittierenden Bildgeber und projiziert es auf einen Projektionsbildschirm.
  • Die vorliegende Erfindung hat verschiedene Vorteile. Zunächst erübrigt sich durch die Erfindung durch die Verwendung eines emittierenden Bildgebers die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle in einem Projektionsanzeigesystem. Dadurch werden die Größe und das Gewicht sowie die Kosten des Projektionsanzeigesystems erheblich verringert. zweitens hilft die Mikrolinsenanordnung, die auf Pixelebene an den emittierenden Bildgeber angepasst ist, eine hohe Lichtsammelwirksamkeit zu erzielen. Dadurch wird das Projektionsanzeigesystem leistungseffizient, da eine große Menge an von dem emittierenden Bildgeber emittiertem Licht für eine Projektion gesammelt wird. Drittens kann die Mikrolinsenanordnung unter Verwendung von Standardhalbleiterbearbeitungstechniken hergestellt und an den emittierenden Bildgeber angepasst werden. Diese Erleichterung der Herstellung trägt auch zur Verringerung der Gesamtkosten des Projektionsanzeigesystems bei.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNEN
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den beiliegenden Zeich nungen beschrieben, die der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der Erfindung dienen, wobei übereinstimmende Bezugszeichen übereinstimmende Elemente bezeichnen. Es zeigen:
  • 1 ein kompaktes Projektionssystem für eine Graustufenprojektion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 ein kompaktes Projektionssystem zur Farbprojektion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein System zur Verringerung der Größe eines Projektionsanzeigesystems. Dies wird durch die Verwendung eines emittierenden Bildgebers (oder eines emittierenden Farbbildgebers zur Farbprojektion) erreicht, der eine große Anzahl an emittierenden Pixeln (oder emittierenden Unterpixeln zur Farbprojektion) aufweist. Der emittierende Bildgeber erfüllt sowohl Lichtabgabe- als auch Lichtmodulationsfunktionen. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle, die eine zusätzliche Beleuchtungskonstruktion zur Beleuchtung umfasst. Der emittierende Bildgeber erzeugt Lichtsignale und moduliert sie nach Maßgabe von ein zu projizierendes Bild betreffenden Informationen. Der emittierende Bildgeber besteht aus einer zweidimensionalen Anordnung aus Pixeln (oder Unterpixeln zur Farbprojektion). Die von dem emittierenden Bildgeber erzeugten und modulierten Lichtsignale werden durch eine Mikrolinsenanordnung geleitet. Die Mikrolinsenanordnung sammelt die emittierten Lichtsignale vom emittierenden Bildgeber für jedes emittierende Pixel und formt sie um. Jede Mikrolinse erzeugt einen Lichtstrahl mit einem konzentrierten Strahlungsprofil. Das konzentrierte Strahlungsprofil hilft beim effektiven Sammeln von Licht an einer Projektionslinse. Schließlich sammelt die Projektionslinse das Licht, vergrößert das Bild und projiziert das vergrößerte Bild auf einen Projektionsbildschirm.
  • Das offenbarte Projektionsanzeigesystem kann sowohl für eine Graustufen- als auch für eine Farbprojektion verwendet werden. Die beiden Fälle wurden jeweils in Verbindung mit 1 und 2 beschrieben.
  • 1 zeigt ein kompaktes Projektionssystem 100 für eine Graustufenprojektion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Projektionssystem 100 umfasst einen emittierenden Bildgeber 102, eine Mikrolinsenanordnung 104, ein Projektionslinsensystem 106 und einen Projektionsbildschirm 108. Der emittierende Bildgeber 102 ist eine Ansammlung emittierender Pixel, wobei jedes emittierende Pixel 110 ein Pixel eines zu projizierenden Bildes repräsentiert. Die Mikrolinsenanordnung 104 ist eine Ansammlung kleiner Linsen, wobei jede Linse als Mikrolinse 112 bezeichnet wird. Jede Mikrolinse 112 ist zum Sammeln und Umformen des von diesem Pixel 110 stammenden Lichts an ein emittierendes Pixel 110 angepasst. Das gesammelte und umgeformte Licht wird auf ein Projektionslinsensystem 106 gerichtet, das zum Vergrößern und Projizieren des Bildes auf den Projektionsbildschirm 108 verwendet wird.
  • Gemäß 1 besteht der emittierende Bildgeber 102 aus nur drei emittierenden Pixeln 110. Dies dient nur veranschaulichenden Zwecken. In der Praxis ist die Anzahl der emittierenden Pixel 110 erheblich höher als die 1 dar gestellte. Die Anzahl der emittierenden Pixel 110 entspricht der maximalen Anzahl an Pixeln, die zur Erzeugung eines Bildes verwendet werden können. Ähnlich ist auch die Anzahl der in 1 dargestellten Mikrolinsen 112 repräsentativ. Die tatsächliche Anzahl der Mikrolinsen 112 in der Mikrolinsenanordnung 104 stimmt mit der Anzahl der zur Erzeugung des Bildes verwendeten Pixel überein. So sind beispielsweise die am verbreitetsten verwendeten Formate für Projektionen VGA (640·480 Pixel), SVGA (1024·780 Pixel) oder andere Formate mit höherer Auflösung. Zudem sind der emittierende Bildgeber 102 und die Mikrolinsenanordnung 104 zur Vereinfachung der Darstellung separat und etwas voneinander beabstanded dargestellt. In der Praxis sind sie nahe beieinander auf dem gleichen Substrat befestigt.
  • Der emittierende Bildgeber 102 erfüllt sowohl Lichtabgabe- als auch Lichtmodulationsfunktionen. Dies bedeutet, dass der emittierende Bildgeber 102 sein eigenes Licht emittiert, wodurch sich die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle erübrigt, die bei herkömmlichen Projektionsanzeigesystemen verwendet wird. Ferner moduliert der emittierende Bildgeber 102 das emittierte Licht entsprechend Bildinformationen.
  • In der Technik bekannte emittierende Pixel 110 (wie organische Licht emittierende Dioden) emittieren Licht in einem Lambert'schen Profil. Das Lambert'sche Profil bezeichnet ein Strahlungsprofil, bei dem die Helligkeit von Licht in sämtlichen Richtungen gleich ist. Dadurch wird der Bereich der Winkel vergrößert, aus denen das Bild bei der Verwendung für Direktdarstellungsanzeigen gesehen werden kann. Dies ist bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht wünschenswert, da das von dem emittierenden Bildgeber 102 emittierte Licht nicht direkt angesehen, sondern zur Projektion auf den Projektionsbildschirm 108 vergrößert werden soll. Daher muss das vom emittierenden Bildgeber 102 emittierte Licht gesammelt und umgeformt werden, um einen schmalen Lichtstrahl zu erzeugen, der mit der f-Zahl des Projektionslinsensystems 106 übereinstimmt. Dies ist für ein effektives Sammeln von Licht durch das Projektionslinsensystem 106 erforderlich. Der aufgrund des Sammelns und der Umformung des emittierten Lichts, die durch die Mikrolinse 112 ausgeführt werden, erhaltene schmale Lichtstrahl weist kein Lambert'sches Strahlungsprofil auf. Die Lichtsammelwirksamkeit ist als der Teil der optischen Lichtleistung des emittierenden Pixels 110 definiert, der von dem Projektionslinsensystem 106 gesammelt wird. Die Mikrolinse 112 verschmälert den Konuswinkel des Lichts von dem emittierenden Pixel 110 am emittierenden Bildgeber 102, um die f-Zahl des Projektionslinsensystems 106 so weit wie möglich anzupassen. Dadurch wird die Lichtsammelwirksamkeit durch die Verwendung der Mikrolinsenanordnung 104 verbessert.
  • Zum Erzielen einer hohen Lichtsammelwirksamkeit wird die Mikrolinsenanordnung 104 auf Pixelebene an den emittierenden Bildgeber 102 angepasst. Dies bedeutet, dass jedes emittierende Pixel 110 an eine Mikrolinse 112 angeglichen wird.
  • 2 zeigt ein kompaktes Projektionssystem zur Farbprojektion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Projektionssystem 200 einen emittierenden Farbbildgeber 202, eine Mikrolinsenanordnung 104, ein Projektionslinsensystem 106 und einen Projektionsbildschirm 108. Der emittierende Farb bildgeber 202 erzeugt statt der von dem emittierenden Bildgeber 102 erzeugten Graustufenbilder Farbbilder. Der emittierende Farbbildgeber 202 ist eine Ansammlung emittierender Pixel. Jedes emittierende Pixel besteht aus drei Unterpixeln, die jeweils einer der drei Grundfarben – rot, blau und grün – entsprechen. Ein emittierendes Unterpixel 204 emittiert blaues Licht; ein emittierendes Unterpixel 206 emittiert rotes Licht; und ein emittierendes Unterpixel 208 emittiert grünes Licht. Drei solche Unterpixel bilden einen Satz, wie eine RGB-Dreiergruppe, die der Farberzeugung bei einem normalen Farbfernseher ähnelt, bei der eine Kombination gebildet wird, um ein einziges Pixel eines zu projizierenden Farbbildes zu erzeugen. Für eine bessere Lichtsammelwirksamkeit benötigt jedes emittierende Unterpixel 204, 206 oder 208 eine entsprechende Mikrolinse 112, so dass die Anzahl der Mikrolinsen 112 bei einer Farbprojektion verglichen mit einer Graustufenprojektion dem Dreifachen entspricht. Die Anzahl dieser Sätze von emittierenden Bildgebern entspricht bei emittierenden Farbbildgebern 202 der Anzahl der Pixel, die zur Erzeugung des zu projizierenden Farbbildes verwendet werden.
  • Jede Mikrolinse 112 wird so an ein emittierendes Pixel 204, 206 oder 208 angepasst, dass sie von diesem emittierenden Pixel stammendes Licht sammelt und umformt. Das gesammelte und umgeformte Licht wird auf das Projektionslinsensystem 106 geleitet, das zum Vergrößern und Projizieren des Bildes auf den Projektionsbildschirm 108 verwendet wird.
  • Gemäß der Darstellung in 2 besteht der emittierende Farbbildgeber 202 aus nur drei emittierenden Unterpixeln 204, 206 und 208. Dies dient lediglich veranschauli chenden Zwecken. In der tatsächlichen Praxis ist die Anzahl der emittierenden Unterpixel 204, 206 und 208 erheblich größer als die in 2 dargestellte. Die Anzahl der emittierenden Pixel in jeder Primärfarbe entspricht der Anzahl der zur Erzeugung des Bildes verwendeten Pixel. Ähnlich ist auch die Anzahl der in 2 dargestellten Mikrolinsen 112 repräsentativ. Die tatsächliche Anzahl an Mikrolinsen 112 in der Mikrolinsenanordnung 104 stimmt mit der Anzahl der zur Erzeugung des Bildes verwendeten emittierenden Unterpixel überein. Zur Vereinfachung der Darstellung sind ferner der emittierende Farbbildgeber 202 und die Mikrolinsenanordnung 104 voneinander getrennt und beabstandet dargestellt. In der Praxis sind sie nahe beieinander auf dem gleichen Substrat befestigt.
  • Der emittierende Farbbildgeber 202 erfüllt sowohl Lichtabgabe- als auch Lichtmodulationsfunktionen. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle, wie sei bei herkömmlichen Projektionsanzeigesystemen verwendet wird. Das von jedem der emittierenden Unterpixel 204, 206 und 208 emittierte Licht repräsentiert ein Unterpixel. Jedes emittierende Unterpixel 204, 206 oder 208 wird unabhängig gesteuert, um das Licht nach Maßgabe der Bildinformationen zu modulieren. Bei einer Farbprojektion schließen die Bildinformationen auch die Farbinformationen ein. Für eine Farbprojektion wird von den emittierenden Unterpixeln 204, 206 und 208 zunächst nach Maßgabe der Farbinformationen für jede Farbe moduliertes Licht emittiert.
  • Die in der Technik bekannten emittierenden Unterpixel 204, 206 und 208 emittieren Licht in einem Lambert'schen Profil. Ebenso wie im Falle der Graustufenprojektion ist ein derartiges Profil nicht wünschenswert. Dies liegt dar an, dass das von den emittierenden Unterpixeln 204, 206 und 208 emittiertes Licht nicht direkt angesehen wird, sondern für eine Projektion auf den Projektionsbildschirm 108 vergrößert werden soll. Daher muss das von jedem der emittierenden Unterpixel 204, 206 und 208 emittierte Licht gesteuert und umgeformt werden, um für eine hohe Lichtsammelwirksamkeit zur Erzeugung eines nicht Lambert'schen Strahlungsprofils einen schmalen Lichtstrahl zu erzeugen.
  • Zum Erzielen einer hohen Lichtsammelwirksamkeit wird die Mikrolinsenanordnung 104 auf Pixelebene an den emittierenden Farbbildgeber 202 angepasst. Dies bedeutet, dass jedes emittierende Unterpixel 204, 206 und 208 an eine Mikrolinse 112 angepasst wird.
  • Beispiele für emittierende Pixel und Unterpixel 110, 204, 206 oder 208, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind organische Licht emittierende Dioden (OLEDs), Licht emittierende Polymerdioden (PLEDs), Licht emittierendes Polymer (LEP) und dergleichen. Ferner können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung emittierende Pixel verwendet werden, die auf Elektrolumineszenz-, Feldemissions-, Vakuumfluoreszenz- und anderen Technologien basieren. Des Weiteren kann auch jeder andere, auf anderen Technologien basierende, emittierende Bildgeber verwendet werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können in der Technik bekannte Mikrolinsenanordnungsstrukturen als Mikrolinsenanordnung 104 verwendet werden. So ist beispielsweise eine asphärische, plankonvexe Mikrolinse, für die BK7-Glas verwendet wird, so konstruiert, dass sie die Umformung des Lichts implementiert. Bei dieser Mikrolinse ist die erste Oberfläche eine Ebene und die zweite Oberfläche eine asphä rische Oberfläche (eine elliptische Oberfläche). Der Radius der asphärischen Oberfläche beträgt 5,06 mm, die konische Konstante –0,59, die effektive Brennweite 9,8 mm und die f-Zahl 0,65. Der Abstand zwischen dem emittierenden Pixel 110 oder dem emittierenden Unterpixel 204, 206 oder 208 und der Mikrolinse 112 beträgt 0,5 mm. Schließlich kann die Mikrolinsenanordnung 104 mittels einer Standardhalbleiterfertigungstechnologie, wie einer Fotolithographie- und einer Ätztechnologie, als ein integriertes Teil des emittierenden Bildgebers 102 oder des emittierenden Farbbildgebers 202 gefertigt werden.
  • Das vorstehend beschriebene Projektionssystem 100 kann auf verschiedene Arten zusammengesetzt werden. Zwei der Verfahren sind nachstehend beschrieben:
    Bei einem Verfahren werden der emittierende Bildgeber 102 und die Mikrolinsenanordnung 104 Unter Verwendung von Standardhalbleiterbearbeitungstechniken getrennt gefertigt. Nach der Fertigung des emittierenden Bildgebers 102 und der Mikrolinsenanordnung 104 wird die Mikrolinsenanordnung 104 vermittels eines geeigneten ultraviolettabbindenden (UV-abbindenden) Klebstoffs zwischen beiden am emittierenden Bildgeber 102 befestigt. Ein Beispiel eines derartigen Klebstoffs ist das UV-abbindende Epoxid NOA65 von Norland. Ist erst einmal jede Mikrolinse 112 an der gewünschten Position an das entsprechende emittierende Pixel 110 angepasst, kann die Position durch einen UV-Strahlungs-Abbindeprozess festgestellt werden.
  • Bei einem weiteren Verfahren werden der emittierende Bildgeber 102 und die Mikrolinsenanordnung 104 zusammen gefertigt. Bei diesem Ansatz muss der Schritt der Anpassung nicht getrennt ausgeführt werden.
  • Den gleichen Verfahren wie den vorstehend beschriebenen kann auch beim Zusammenbau von Projektionsanzeigesystemen zur Farbprojektion gefolgt werden.
  • Ist die Mikrolinsenanordnung 104 einmal abhängig von einer Graustufen- oder Farbprojektion an den entsprechenden Bildgeber (den emittierenden Bildgeber 102 oder den emittierenden Farbbildgeber 202) angepasst, wird das Projektionslinsensystem 106 vor der Mikrolinsenanordnung 104 angeordnet. Das Projektionslinsensystem 106 kann ein geeignetes, in der Technik bekanntes Linsensystem mit einem an die Mikrolinsenanordnung 104 angepassten Sammelkonus sein. Für diesen Zweck kann beispielsweise eine Gaußsche Standarddoppellinse oder eine Cookesche Tripletlinse verwendet werden. Diese beiden Typen können eine niedrige f-Zahl von ca. 2 bieten. Der Projektionsbildschirm 108 ist in einem geeigneten Abstand zum Projektionslinsensystem 106 angeordnet.
  • Bei einer Implementierung in der Praxis kann die vorliegende Erfindung bei einer bestimmten Mikrolinsenkonstruktion bei einem niedrigen Blendenverhältnis des emittierenden Pixels eine vierfache Verstärkung des Leuchtdichtepegels (der Lichtsammelwirksamkeit) und bei einem großen Blendenverhältnis eine zweifache Verstärkung des Leuchtdichtepegels erzielen. Hierbei ist das Blendenverhältnis als das Verhältnis der tatsächlichen Abmessungen eines Unterpixels zu den Abmessungen eines Unterpixels definiert, die Licht übertragen können. Die hier verwendete Mikrolinse ist eine asphärische, plankonvexe Mikrolinse, für die BK7-Glas verwendet wird. Die erste Oberfläche ist eine Ebene, und die zweite Oberfläche ist eine asphärische Oberfläche (eine elliptische Oberfläche). Der Radius der asphärischen Oberfläche beträgt 5,06 mm, die konische Konstante –0,59, die effektive Brennweite 9,8 mm und die f-Zahl 0,65. Der Abstand zwischen dem emittierenden Pixel (oder dem emittierenden Unterpixel) und der Mikrolinsenanordnung beträgt 0,5 mm. Bei der Verwendung der vorstehend beschriebenen Mikrolinse wird das Ergebnis unter Verwendung eines optischen Rücklaufprogramms simuliert. Bei dieser Simulation werden von einem emittierenden Pixel ca. eine Million optische Strahlen abgegeben; und die optische Energie wird von dem Projektionslinsensystem gesammelt und von einem Detektor erfasst. Die erfasste Leistung mit und ohne Mikrolinse wird verglichen, um den Leuchtdichtepegel zu bestimmen.
  • Die vorstehend beschriebene vorliegende Erfindung hat einige Vorteile. Zunächst erübrigt sich bei der Erfindung durch die Verwendung emittierender Bildgeber (oder emittierender Farbbildgeber) die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle eines Projektionsanzeigesystems. Dadurch werden die Größe und das Gewicht des Projektionsanzeigesystems erheblich verringert. Dies liegt daran, dass die für herkömmliche Projektionsanzeigesysteme verwendeten Beleuchtungssysteme für ein Drittel bis zur Hälfte des Gesamtvolumens verantwortlich sind. Zweitens hilft die an das emittierende Pixel angepasste Mikrolinsenanordnung, das von dem emittierenden Pixel emittierte Licht zu sammeln und umzuformen, um ein nicht Lambert'sches Strahlungsprofil zu erzeugen. Dies führt zu einer hohen Lichtsammelwirksamkeit. Dadurch wird das Projektionsanzeigesystem leistungseffizient, da eine große Menge an von dem emittierenden Pixel emittiertem Licht für eine Projektion gesammelt wird. Drittens kann die Mikrolinsenanordnung unter Verwendung von Standardhalbleiterbearbeitungstechniken gefertigt und an das emittierende Pixel angepasst werden. Durch die Vereinfachung der Fertigung werden die Gesamtkosten des Projektionsanzeigesystems verringert.
  • Die vorstehend angeführten Vorteile sorgen für eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, Leistungseffizienz sowie eine leichte Handhabbarkeit und Tragbarkeit der Projektionsanzeige ohne eine übermäßige Kostspieligkeit. Ein derartiges Projektionsanzeigesystem ist bei sämtlichen Anwendungen nützlich, bei denen Projektionsanzeigen Verwendung finden. Einige dieser Anwendungen werden für Unterhaltungszwecke, geschäftliche Konferenzen, fahrzeuginterne Anwendungen und dergleichen eingesetzt. Insbesondere die geringe Größe und das geringe Gewicht sowie die hohe Leistungseffizienz ermöglichen eine Nutzung des Projektionsanzeigesystems als tragbares Modul für tragbare Geräte, wie Mobiltelefone, PDAs, etc. Für Fachleute ist offensichtlich, dass das offenbarte Projektionsanzeigesystem in ein Handgerät integriert oder als optionales Zusatzmodul für ein tragbares Gerät entwickelt werden kann.
  • Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, wird deutlich, dass die Erfindung nicht ausschließlich auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Für Fachleute sind zahlreiche Modifikationen, Veränderungen, Variationen, Ersetzungen und Äquivalente offensichtlich, die nicht von dem in den Ansprüchen beschriebenen Sinn und Rahmen der Erfindung abweichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein System zur Verringerung der Größe eines Projektionsanzeigesystems geschaffen. Dies wird durch die Verwendung eines emittierenden Bildgebers erreicht, der eine große Anzahl an emittierenden Pixeln umfasst. Die emittierenden Pixel erfüllen sowohl Lichtabgabe- als auch Lichtmodulationsfunktionen. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit einer separaten Lichtquelle. Jedes emittierende Pixel repräsentiert ein Pixel (oder, bei einer Farbprojektion, ein Unterpixel) eines zu projizierenden Bildes. Die von dem emittierenden Bildgeber erzeugten und modulierten Lichtsignale werden durch eine Mikrolinsenanordnung geleitet. Die Mikrolinsenanordnung sammelt die von dem emittierenden Pixel emittierten Lichtsignale und formt sie um. Jede Mikrolinse erzeugt einen Lichtstrahl mit einem konzentrierten, nicht Lambert'schen Strahlungsprofil. Das nicht Lambert'sche Strahlungsprofil hilft bei einem effizienten Sammeln von Licht an einer Projektionslinse. Schließlich sammelt die Projektionslinse das Licht und projiziert ein vergrößertes Bild auf einen Projektionsbildschirm.

Claims (9)

  1. Kompaktes Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsbildschirm, wobei das Projektionssystem umfasst: einen emittierenden Bildgeber, wobei der emittierende Bildgeber mehrere emittierende Pixel umfasst, jedes emittierende Pixel ein einzelnes Pixel des Bildes repräsentiert und das emittierende Pixel entsprechend den Bildinformationen modulierte Lichtsignale emittiert; eine Mikrolinsenanordnung, wobei die Mikrolinsenanordnung mehrere Mikrolinsen umfasst, jede Mikrolinse an ein emittierendes Pixel angepasst wird, um die emittierten Lichtsignale für eine hohe Lichtsammelwirksamkeit zu sammeln und umzuformen; und ein Projektionslinsensystem, wobei der Sammelkonus des Projektionslinsensystems an die Mikrolinsenanordnung angepasst wird, um die von den Mikrolinsen gesammelten Lichtsignale zu vergrößern und auf den Projektionsbildschirm zu projizieren.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem das emittierende Pixel eine organische Licht emittierende Diode (OLED) ist.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem das emittierende Pixel eine elektrolumineszente Vorrichtung ist.
  4. System nach Anspruch 1, bei dem das emittierende Pixel eine Feldemissionsvorrichtung ist.
  5. System nach Anspruch 1, bei dem jedes emittierende Pixel einer der Primärfarben rot, grün und blau entspricht, wobei die Kombination von drei emittierenden Pixeln in den drei Primärfarben ein einziges Farbpixel des Bildes repräsentiert.
  6. Kompaktes Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsbildschirm, das umfasst: einen emittierenden Farbbildgeber, wobei der emittierende Farbbildgeber mehrere emittierende Unterpixel umfasst, jedes emittierende Unterpixel einer der Primärfarben rot, grün und blau entspricht, die Kombination von drei emittierenden Unterpixeln in den drei Primärfarben ein einzelnes Farbpixel des Bildes repräsentiert und das emittierende Unterpixel entsprechend den Bildinformationen modulierte Lichtsignale emittiert; eine Mikrolinsenanordnung, wobei die Mikrolinsenanordnung mehrere Mikrolinsen umfasst und jede Mikrolinse an ein emittierendes Unterpixel angepasst ist, um die emittierten Lichtsignale zu sammeln und für eine hohe Lichtsammelwirksamkeit umzuformen; und ein Projektionslinsensystem, wobei der Sammelkonus des Projektionslinsensystems an die Mikrolinsenanordnung angepasst ist, um die von den Mikrolinsen konzentrierten Lichtsignale zu vergrößern und auf den Projektionsbildschirm zu projizieren.
  7. System nach Anspruch 6, bei dem das emittierende Unterpixel eine organische Licht emittierende Diode (OLED) ist.
  8. System nach Anspruch 6, bei idem das emittierende Unterpixel eine elektrolumineszente Vorrichtung ist.
  9. System nach Anspruch 6, bei dem das emittierende Unterpixel eine Feldemissionsvorrichtung ist.
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