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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Projektionsanzeigesysteme und insbesondere
kompakte Projektionsanzeigesysteme.
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HINTERGRUND
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNEN
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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:
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1 ein
kompaktes Projektionssystem für eine
Graustufenprojektion gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein
kompaktes Projektionssystem zur Farbprojektion gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Den
gleichen Verfahren wie den vorstehend beschriebenen kann auch beim
Zusammenbau von Projektionsanzeigesystemen zur Farbprojektion gefolgt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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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.