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DE102021102799A1 - Laserdiodenanordnung, beleuchtungseinheit und laserprojektionsvorrichtung - Google Patents

Laserdiodenanordnung, beleuchtungseinheit und laserprojektionsvorrichtung Download PDF

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DE102021102799A1
DE102021102799A1 DE102021102799.3A DE102021102799A DE102021102799A1 DE 102021102799 A1 DE102021102799 A1 DE 102021102799A1 DE 102021102799 A DE102021102799 A DE 102021102799A DE 102021102799 A1 DE102021102799 A1 DE 102021102799A1
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DE
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laser
laser diode
housing
polarization
diodes
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DE102021102799.3A
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English (en)
Inventor
Tilman Rügheimer
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2022/052737 priority patent/WO2022167594A1/de
Priority to US18/262,794 priority patent/US20240097407A1/en
Priority to CN202280013638.1A priority patent/CN116888841A/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserdiodenanordnung für eine Laserprojektionsvorrichtung, mit einem Träger; einem auf dem Träger angeordneten Laserdioden-Array, umfassend eine erste Leuchtgruppe mit einer Vielzahl erster Laserdioden und eine zweite Leuchtgruppe mit einer Vielzahl zweiter Laserdioden, wobei die erste Leuchtgruppe polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung und die zweite Leuchtgruppe polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Polarisationsrichtung abgeben und die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung senkrecht aufeinander stehen, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Leuchtgruppe mindestens ein erstes Laser-Gehäuse umfasst, das mindestens eine erste Laserdiode aufnimmt und die zweite Leuchtgruppe mindestens ein zweites Laser-Gehäuse umfasst, das mindestens eine zweite Laserdiode aufnimmt; und die Anzahl ersten Laserdioden des Laserdioden-Arrays mindestens der doppelten Anzahl der zweiten Laserdioden entspricht, wobei die ersten Laserdioden und die zweiten Laserdioden eine übereinstimmende maximale optische Ausgangsleistung aufweisen; und auf dem Träger eine elektrische Verdrahtung für das Laserdioden-Array so angelegt ist, dass die Stromstärke an den ersten Laserdioden kontinuierlich und unabhängig von der Bestromung der zweiten Laserdioden einstellbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserdiodenanordnung, eine diese umfassende Beleuchtungseinheit und eine Laserprojektionsvorrichtung mit dieser Beleuchtungseinheit.
  • Die Verwendung von Halbleiterlichtquellen zur Ausleuchtung eines Abbildungssystems in einer Projektionsvorrichtung, beispielsweise einer Mikrospiegeleinrichtung (DMD) oder einer Flüssigkristallplatte, ist bekannt. Im Vergleich zu großbauenden Beleuchtungsmodulen mit Entladungslampen ermöglichen Halbleiterlichtquellen kompaktere Baugruppen für die Beleuchtung. Neben LEDs (LED = Light Emitting Diode) werden als Halbleiterlichtquellen Laserdioden-Arrays verwendet, die sich durch eine verbesserte Standzeit, eine gute Energieeffizienz und eine hohe spektrale Stabilität auszeichnen, sodass leuchtstarke Laserprojektionsvorrichtungen mit verbesserter Farbsättigung realisierbar sind.
  • Zur weitreichenden Abdeckung des sichtbaren Spektrums, insbesondere für professionelle Laserprojektionsvorrichtungen von Lichtspieltheatern, hochwertigen Heimkinos und miniaturisierten Projektoren für Smartphones, sind separate, blau, grün oder rot emittierende Lichtquelleneinheiten vorgesehen, die typischerweise räumlich getrennt angeordnet vorliegen und deren Emission mittels einer Strahlkombinationsoptik zusammengeführt werden. Diesbezüglich wird beispielhaft auf US 2020/0301265 A1 verwiesen.
  • Im blauen, grünen und roten Teil des sichtbaren Spektrums emittierende Laserdioden unterscheiden sich nach dem derzeitigen Entwicklungsstand im Hinblick auf die erreichbare Lichtausbeute, wobei Laserdioden auf der Basis von InGaN-Halbleitern mit einem Emissionsmaximum im grün-gelben Teil des sichtbaren Spektrums geringere Stromdichten als blau emittierende vertragen. Des Weiteren stellen Laserdioden für rotes Licht höhere Anforderungen an die thermische Stabilisierung im Vergleich zu Laserdioden für kürzere Wellenlängen. Aus diesen Gründen sind Lichterzeugungsvorrichtungen für Laserprojektoren mit einer monochromatischen Lichtquelle meist ökonomischer. Diese verwenden üblicherweise leistungsstarke, im Blauen emittierende Laserdioden, die den Blaukanal beschicken und zusätzlich zur Anregung eines Wellenlängenkonversionselements verwendet werden, das elektromagnetische Strahlung im grünen und roten Bereich liefert. Für gattungsgemäße Laserprojektionsvorrichtungen dienen blaue Laserdioden zur Anregung spektral unterschiedlich fluoreszierender Materialien, beispielsweise auf Phosphorbasis. Für eine sequenzielle Erzeugung der Spektralfarben kann als Wellenlängenkonversionselement ein rotierendes Bauteil mit einer Fluoreszenzbeschichtung verwendet werden. Ein solches Farbrad wird beispielsweise durch DE 10 2010 003 234 A1 offenbart.
  • DE 11 2013 004 405 B4 beschreibt eine Beleuchtungsanordnung für eine Laserprojektionsvorrichtung mit zwei ortsfesten, räumlich getrennten Wellenlängenkonversionselementen, die unterschiedlichen Spektralbereichen zugeordnet sind. Damit ist eine gleichzeitige Strahlungsemission im Grünen und Roten möglich, die im weiteren Strahlengang überlagert wird. Zur Anregung der beiden Wellenlängenkonversionselemente dient ein Laserdioden-Array mit zwei alternierend angeordneten Laserdiodentypen, die sich im Hinblick auf die Polarisationsrichtung und/oder dem Spektralband der emittierten elektromagnetischen Strahlung unterscheiden. Eine im Strahlengang zwischen dem Laserdioden-Array und den Wellenlängenkonversionselementen angeordnete Strahlteileroptik nutzt diesen Unterschied der Emissionscharakteristik, sodass Strahlung vom ersten Laserdiodentyp ausschließlich dem ersten Wellenlängenkonversionselement und vom zweiten Laserdiodentyp ausschließlich dem zweiten Wellenlängenkonversionselement zugeleitet wird. Für den blauen Anteil der Beleuchtung schlägt DE 11 2013 004 405 B4 für eine bevorzugte Ausführung vor, eine dritte separate Lichtquelle zu verwenden, die im Strahlengang nach den Wellenlängenkonversionselementen mittels eines Kollimationslinsensystems eingekoppelt wird. Die zur Strahlführung notwendige Optik führt zu einer komplexen und großbauenden Beleuchtungsanordnung.
  • US 20190068936 A1 beschreibt eine Beleuchtungseinheit mit einem blau emittierenden Laserdioden-Array und einem Wellenlängenkonversionselement zur Abgabe von Fluoreszenzstrahlung. Im vom Laserdioden-Array ausgehenden Strahlengang ist ein Polarisationsstrahlteiler vorgesehen, der einen Teil der Strahlung auf einen Diffusor zur Schaffung eines Blaukanals richtet und den restlichen Teil dem Wellenlängenkonversionselement zuführt. Da das Laserdioden-Array linear polarisierte Strahlung abgibt, ist im Strahlengang vor dem Polarisationsstrahlteiler ein Polarisationselement vorgesehen, das für einen Teil der Strahlung die Polarisationsrichtung um 90° dreht.
  • Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, eine Laserdiodenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, die Optiken zur Strahlführung in Beleuchtungseinheiten von Laserprojektionsvorrichtungen zu vereinfachen. Des Weiteren soll eine verbesserte Anpassbarkeit die Laserdiodenanordnung an unterschiedliche Beleuchtungseinheiten gegeben sein. Ferner sind eine Beleuchtungseinheit mit einem Wellenlängenkonversionselement und der Laserdiodenanordnung und eine diese aufnehmende Laserprojektionsvorrichtung zu nennen, deren optische Komponenten zur Strahlführung kleinbauend ausgeführt werden können.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Laserdiodenanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche und Ansprüche 10 und 11 betreffen eine diese umfassende Beleuchtungseinheit und eine Laserprojektionsvorrichtung.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Laserdiodenanordnung mit einem Träger und einem auf diesem angeordneten Laserdioden-Array. Das Laserdioden-Array umfasst eine erste Leuchtgruppe mit einer Vielzahl erster Laserdioden und eine zweite Leuchtgruppe mit einer Vielzahl zweiter Laserdioden, wobei die erste Leuchtgruppe linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung und die zweite Leuchtgruppe linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Polarisationsrichtung abgeben und die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung senkrecht aufeinander stehen. Damit ist die Laserdiodenanordnung für den Einsatz in einer Beleuchtungseinheit mit einem Polarisationsstrahlteiler geeignet, der Strahlung in einen Blaukanal und in einen Anregungskanal für ein Wellenlängenkonversionselement aufteilt.
  • Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Laserdiodenanordnung so angelegt, dass die Leistungsgewichtung zwischen Blaukanal und Anregungskanal anpassbar ist, ohne dass hierfür Zusatzoptiken in der die Strahlung aufnehmenden Beleuchtungseinheit vorgesehen sein müssen. Hierzu umfasst die erste Leuchtgruppe mindestens ein erstes Laser-Gehäuse, das mindestens eine erste Laserdiode aufnimmt, und die zweite Leuchtgruppe umfasst mindestens ein zweites Laser-Gehäuse, das mindestens eine zweite Laserdiode aufnimmt. Von diesem modularen Aufbau ausgehend, entspricht die Anzahl der ersten Laserdioden des Laserdioden-Arrays mindestens der doppelten Anzahl der zweiten Laserdioden, wobei die ersten Laserdioden und die zweiten Laserdioden eine übereinstimmende maximale optische Ausgangsleistung aufweisen. Dies bezieht sich bevorzugt auf jede einzelne der ersten und zweiten Laserdioden, wobei besonders vorteilhaft ist die Strahlungserzeugenden Untereinheiten der ersten und zweiten Laserdioden identische auszubilden. Des Weiteren ist auf dem Träger der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung eine elektrische Verdrahtung für das Laserdioden-Array so angelegt, dass die Stromstärke an den ersten Laserdioden kontinuierlich und unabhängig von der Bestromung der zweiten Laserdioden einstellbar ist.
  • Das Laserdioden-Array mit leistungsgleichen ersten und zweiten Laserdioden und einer unterschiedlichen Lichtquellenanzahl für die beiden Polarisationsrichtungen, führt in Verbindung mit einem modularen Gehäuse-Konzept zu einer fertigungstechnischen Vereinfachung und realisiert zugleich die Grundeinstellung für die Aufteilung der Strahlungsintensität für die auszuleuchtenden Blau- und Anregungskanäle. Dabei beträgt für eine bevorzugte Ausführung die Anzahl der ersten Laserdioden höchstens das Fünffache der Anzahl der zweiten Laserdioden.
  • Eine erste Ausführung geht von einheitlichen Bauteilen für die Strahlungserzeugung mit einer unterschiedlichen Orientierung auf dem Träger aus. Mithin sind die erste Laserdiode und die zweite Laserdiode baugleich und entsprechend werden das erste Laser-Gehäuse und das zweite Laser-Gehäuse übereinstimmend ausgestaltet, wobei jeweils eine Gehäuseachse vorliegt, die die Polarisationsrichtung vorgibt. Daher sind die der ersten Leuchtgruppe zugeordneten ersten Laser-Gehäuse so auf dem Träger angeordnet, dass deren Gehäuseachsen rechtwinklig zu jenen der zweiten Laser-Gehäuse für die zweiten Leuchtgruppe stehen, sodass die Orthogonalität der Polarisationsrichtungen gegeben ist.
  • Für eine vorteilhafte zweite Ausführung unterscheiden sich die erste Laserdiode und die zweite Laserdiode im Hinblick auf die Halbleiterschichtfolge oder den optischen Aufbau, sodass eine unterschiedliche Polarisationsrichtung der emittierten Strahlung durch die innere Gestaltung resultiert. Alternativ kann die Polarisationsrichtung durch eine Anpassung der Optiken an den Laser-Gehäusen bewirkt werden. Die Verwendung unterschiedlicher Laserdiodentypen führt zu einer vereinfachten Verdrahtung für die dann nicht zu drehenden Bauteile auf dem Träger.
  • Bevorzugt wird eine Ausgestaltung, für die die Laser-Gehäuse jeweils eine Laserdiode aufnehmen. Typischerweise liegt zusätzlich eine Schutzdiode pro Laser-Gehäuse vor. Ist ferner eine vertikale Emission aus dem Laser-Gehäuse vorgesehen, kann für eine vereinfacht zu montierende Baueinheit jedem Laser-Gehäuse eine Mikrolinse zur Kollimation der divergenten Laserstrahlung zugeordnet werden. Für eine Variante überspannt ein Mikrolinsen-Array, das gegenüber dem gemeinsamen Träger ortsfest ist, das Laserdioden-Array als Ganzes. Damit können die Laserdiode und ihre zugeordneten Laser-Gehäuse fertigungstechnisch vereinfacht angelegt werden.
  • Für eine bevorzugte Ausführungsalternative fasst ein Laser-Gehäuse mehrere Laserdioden, die vorteilhafterweise baugleich ausgeführt sind. Die zugehörige Kollimationsoptik kann wiederum mit den einzelnen Laserdioden oder integral mit dem Laser-Gehäuses verbunden sein. Vorteilhafterweise liegt pro Laser-Gehäuse eine Schutzdiode vor.
  • Zur kontinuierlichen Anpassbarkeit der den Laserdioden zugeführten Stromstärke, werden Elektroden aus den jeweiligen Laser-Gehäusen herausgeführt. Dabei ist die an die Elektroden auf dem Träger anschließende Verdrahtung so ausgestaltet, dass Laserdioden aus unterschiedlichen Leuchtgruppen unabhängig voneinander extern ansteuerbar sind. Liegen mehrere Laserdioden pro Gehäuse vor, werden diese bevorzugt gemeinsam bestromt. Für mögliche Ausführungen werden innerhalb einer Leuchtgruppe weitere Untergruppen des Laserdioden-Arrays gebildet, beispielsweise zeilen- oder spaltenförmige Anordnungen von Laserdioden auf dem Träger, die elektromagnetische Strahlung mit einer übereinstimmenden Polarisationsrichtung abgeben.
  • Für eine Weiterführung der Erfindung umfasst eine Beleuchtungseinheit die voranstehend beschriebene Laserdiodenanordnung. Zusätzlich liegen ein Polarisationsstrahlteiler, ein Wellenlängenkonversionselement und eine Überlagerungsoptik vor. Für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit wird der Polarisationsstrahlteiler in einem von der Laserdiodenanordnung ausgehenden Strahlengang angeordnet und so ausgebildet, dass die von der ersten Leuchtgruppe emittierte, polarisierte elektromagnetische Strahlung mit der ersten Polarisationsrichtung in einen zum Wellenlängenkonversionselement führenden Strahlengang gelenkt wird und die von der zweiten Leuchtgruppe emittierte, polarisierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Polarisationsrichtung in einen Blaukanal eingespeist wird.
  • Dabei kann mit der Grundeinstellung für die Verteilung der Leuchtintensität auf die beiden Kanäle, aufgrund der mindestens doppelten Anzahl der ersten Laserdioden gegenüber der Anzahl der zweiten Laserdioden und dem Ansatz einer übereinstimmenden maximalen optischen Ausgangsleistung für die ersten und zweiten Laserdioden, eine stärkere Grundgewichtung des Anregungskanals für das Wellenlängenkonversionselement festgelegt werden. Mit dem zusätzlichen Merkmal, wonach die Stromstärke an den ersten Laserdioden kontinuierlich und unabhängig von der Bestromung der zweiten Laserdioden einstellbar ist, bleibt eine zeitlich variable Leistungsführung möglich, wobei im zeitlichen Mittel die Leistungsaufnahme nicht zu einer inhomogenen Temperaturverteilung im Laserdioden-Array führt, sodass ein thermisch stabiler Betrieb der Laserdiodenanordnung vereinfacht wird. Die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung kann zusätzlich durch einen durch den Träger gebildeten gemeinsamen Wärmepfad verbessert werden.
  • Gemäß einer Weiterführung der Erfindung wird eine Laserprojektionsvorrichtung mit einem Abbildungssystem und einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit vorgeschlagen. Diese zeichnet sich insbesondere durch eine kompakte Baugröße und eine vereinfacht ausgestaltete Optik für die Beleuchtungseinheit aus.
  • Nachfolgend sind beispielhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung im Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch, Folgendes:
    • 1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung in Aufsicht.
    • 2 zeigt eine Laserdiode für die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung aus 1 im Querschnitt.
    • 3 zeigt eine Lichtquelle für eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung im Querschnitt.
    • 4 zeigt die Anordnung der Lichtquellen für die zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung in Aufsicht.
    • 5 zeigt die elektrische Verschaltung für die in 4 gezeigte Ausführung.
    • 6 zeigt eine Laserprojektionsvorrichtung mit einem eine erfindungsgemäße Laserdiodenanordnung umfassenden Beleuchtungssystem.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Laserdiodenanordnung 1 mit einem auf einem gemeinsamen Träger 9 angeordneten Laserdioden-Array 2. Ersichtlich ist eine erste Leuchtgruppe 3, die die in der ersten, dritten, vierten und letzten Zeile angeordneten, ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n umfasst. Diese emittieren linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung 12. Eine zweite Leuchtgruppe 5 mit den zweiten Laserdioden 6.1, ..., 6.m in der zweiten und fünften Zeile der Anordnung gibt linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Polarisationsrichtung 13 ab.
  • Die erste Polarisationsrichtung 12 und die zweite Polarisationsrichtung 13 stehen senkrecht aufeinander.
  • Verwendet werden erste Laserdioden 4.1, ..., 4.n und zweite Laserdioden 6.1, ..., 6.m mit einer übereinstimmenden maximalen optischen Ausgangsleistung, wobei die Anzahl der ersten Laserdioden N des Laserdioden-Arrays 2 mindestens der doppelten Anzahl der zweiten Laserdioden M entspricht, sodass eine asymmetrische Strahlungsintensität für die Emission in die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtung 12, 13 für die gleiche Bestromung der Laserdioden 6.1, ..., 4.n; 6.1, ..., 6.m resultiert. Vorteilhaft ist ferner, wenn die Anzahl der ersten Laserdioden N des Laserdioden-Arrays 2 auf das Fünffache der Anzahl der zweiter Laserdioden M begrenzt ist.
  • Eine bevorzugte Ausführung der in einem ersten Laser-Gehäuse 14 auf einem Submount 10 angeordneten ersten Laserdiode 4.1 ist in 2 in Querschnittsansicht skizziert. Dargestellt wird eine laterale Strahlungsabgabe und eine Strahlumlenkung an einem Spiegel 11 zur Ausbildung einer Vertikalemission in Richtung der Flächennormale des Träges 9. Zur Kollimation der divergenten Laserstrahlung dient eine mit dem ersten Laser-Gehäuse 14 verbundene Mikrolinse 8, wobei linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit der ersten Polarisationsrichtung 12 abgegeben wird. Das zweite Laser-Gehäuse 15 und die darin aufgenommene zweite Laserdiode 6.1, ..., 6.m sind für das erste Ausführungsbeispiel baugleich angelegt, wobei eine Anordnung auf dem Träger 9 mit einer Drehung der Gehäuseachse 18 um 90° vorgenommen wird, sodass die zweite Polarisationsrichtung 13 der zweiten Leuchtgruppe 5 resultiert, die senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung 12 steht.
  • Die elektrische Verdrahtung 16 für das Laserdioden-Array 2 ist so angelegt, dass die Stromstärke an den ersten Laserdioden 4.1, ..., 4.n und entsprechend an den der zweiten Laserdioden 6.1, ..., 6.m kontinuierlich und jeweils unabhängig einstellbar ist. Zu diesem Zweck wird eine Elektrodenanordnung 17 aus den jeweiligen Laser-Gehäuse 14, 15 herausgeführt.
  • Für eine bevorzugte zweite Ausführung umfasst das Laserdioden-Array 2 Module mit mehreren Lichtquellen. 3 zeigt hierzu ein erstes Laser-Gehäuse 14 zur Aufnahme der baugleichen ersten Laserdioden 4.3, ..., 4.6, die jeweils elektromagnetische Strahlung mit der ersten Polarisationsrichtung 12 emittieren. Aus 4 ist ersichtlich, dass im Innern des ersten Laser-Gehäuses 14.1, 14.2 und des zweiten Laser-Gehäuses 15.1 ein unterschiedlicher Aufbau vorliegt, der so gewählt ist, dass die zweite Polarisationsrichtung 13 senkrecht auf der ersten Polarisationsrichtung 12 steht. Zur Kollimierung wird ein gegenüber dem gemeinsamen Träger 9 ortsfest angelegtes Mikrolinsen-Array 19 verwendet, das das Laserdioden-Array 2 als Ganzes überspannt.
  • Zur getrennten und kontinuierlichen Einstellung der Bestromung der beiden Leuchtgruppen 3, 5 wird die Elektrodenanordnung 17.1, 17.2, wie in 5 dargestellt, jeweils aus den Laser-Gehäusen 14.1, 14.2, 15.1 herausgeführt. Dabei können Untergruppierungen innerhalb einer Leuchtgruppe 3, 5 gemeinsam angesteuert werden. Des Weiteren liegt eine Schutzdiode 36 vor, die zusätzlich in jedem der Laser-Gehäuse 14.1, 14.2, 15.1 aufgenommen wird.
  • Die in 6 gezeigte Weitergestaltung betrifft eine Beleuchtungseinheit 24 und deren Integration in eine Laserprojektionsvorrichtung 25. Zusätzlich zur voranstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Laserdiodenanordnung 1 umfasst die Beleuchtungseinheit 24 einen Polarisationsstrahlteiler 19, eine Wellenlängenkonversionselement 20 und eine Überlagerungsoptik 21. Dabei lenkt der Polarisationsstrahlteiler 19 die von der Laserdiodenanordnung 1 ausgehende Strahlung mit der ersten der Polarisationsrichtung zu einem vorzugsweise rotierenden Wellenlängenkonversionselement 20, das mittels des ersten Fluoreszenzmaterials 22 oder des zweiten Fluoreszenzmaterials 23 grüne oder rote Fluoreszenzstrahlung 27 abgibt. Der Strahlungsanteil mit der zweiten Polarisationsrichtung wird vom Polarisationsstrahlteiler 19 in einen Blaukanal 31 eingespeist.
  • In der dargestellten Variante sind die Fluoreszenzmaterialen 22, 23 räumlich voneinander getrennt. In einer abgewandelten Variante ist keine räumliche Trennung der Fluoreszenzmaterialien, wie etwa des ersten Fluoreszenzmaterials 22 und des zweiten Fluoreszenzmaterials 23, auf dem Konversionselement 29 vorgesehen (nicht dargestellt). In einer weiteren abgewandelten Variante wird ein einziges, breitbandig emittierendes Fluoreszenzmaterial verwendet. Dies kann speziell für 3LCD Systeme vorgesehen sein, bei denen nicht ein, sondern drei Bildgeber (getrennt nach Grundfarbe) vorgesehen sind und mit einer kontinuierlich leuchtenden Weißlichtquelle bestrahlt werden. Die Strahlengänge der Grundfarben können dabei durch wellenlängenselektive Optiken, zum Beispiel di-chroitische Spiegel, getrennt sein (nicht gezeigt).
  • Die Fluoreszenzstrahlung 27 und die Strahlung aus dem Blaukanal 31 werden in einen Beleuchtungsstrahlengang 32 vereint. Die Beleuchtungseinheit 24 gibt dann die Strahlung an ein Abbildungssystem 26 weiter, die zur Projektion eines Bildes mit einer Steuerung 34 verbunden ist. Damit resultiert eine Laserprojektionsvorrichtung 25 mit einer vereinfachten Optik zur Strahlführung und einer kompakten Beleuchtungseinheit 24, die die erfindungsgemäße Laserdiodenanordnung 1 zur Erzeugung unterschiedlich gewichteter Polarisationsanteile umfasst.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Laserdiodenanordnung
    2
    Laserdioden-Array
    3
    erste Leuchtgruppe
    4.1, 4.2, ..., 4. n
    erste Laserdiode
    5 6.1, 6.2,
    zweite Leuchtgruppe
    ..., 6.m
    zweite Laserdiode
    7
    Gehäuse
    8
    Mikrolinse
    9
    Träger
    10
    Submount
    11
    Spiegel
    12
    erste Polarisationsrichtung
    13 14, 14.1,
    zweite Polarisationsrichtung
    14.2
    erstes Laser-Gehäuse
    15, 15.1
    zweites Laser-Gehäuse
    16 17, 17.1
    elektrische Verdrahtung
    17.2
    Elektrodenanordnung
    18
    Gehäuseachse
    19
    Polarisationsstrahlteiler
    20
    Wellenlängenkonversionselement
    21
    Überlagerungsoptik
    22
    erstes Fluoreszenzmaterial
    23
    zweites Fluoreszenzmaterial
    24
    Beleuchtungseinheit
    25
    Laserprojektionsvorrichtung
    26
    Abbildungssystem
    27
    Fluoreszenzstrahlung
    28
    Beleuchtungseinheit
    29
    Wellenlängenkonversionselement
    30
    zum Wellenlängenkonversionselement führenden Strahlengang
    31
    Blaukanal
    32
    Beleuchtungsstrahlengang
    34
    Steuerung
    35
    Mikrolinsen-Array
    36
    Schutzdiode
    N
    Anzahl der ersten Laserdioden
    M
    Anzahl der zweiten Laserdioden
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2020/0301265 A1 [0003]
    • DE 102010003234 A1 [0004]
    • DE 112013004405 B4 [0005]
    • US 20190068936 A1 [0006]

Claims (11)

  1. Laserdiodenanordnung (1) für eine Laserprojektionsvorrichtung, mit einem Träger (9); einem auf dem Träger (9) angeordneten Laserdioden-Array (2), umfassend eine erste Leuchtgruppe (3) mit einer Vielzahl erster Laserdioden (4.1, ..., 4.n) und eine zweite Leuchtgruppe (5) mit einer Vielzahl zweiter Laserdioden (6.1, ..., 6.m), wobei die erste Leuchtgruppe (3) linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung (12) und die zweite Leuchtgruppe (5) linear polarisierte elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Polarisationsrichtung (13) abgeben und die erste Polarisationsrichtung (12) und die zweite Polarisationsrichtung (13) senkrecht aufeinander stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leuchtgruppe (3) mindestens ein erstes Laser-Gehäuse (14) umfasst, das mindestens eine erste Laser diode (4.1, ..., 4.n) aufnimmt und die zweite Leuchtgruppe (3) mindestens ein zweites Laser-Gehäuse (15) umfasst, das mindestens eine zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.m) aufnimmt; und die Anzahl der ersten Laserdioden (N) des Laserdioden-Arrays (2) mindestens der doppelten Anzahl der zweiten Laserdioden (M) entspricht, wobei die ersten Laserdioden (4.1, ..., 4.n) und die zweiten Laserdioden (6.1, ..., 6.m) eine übereinstimmende maximale optische Ausgangsleistung aufweisen; und auf dem Träger (9) eine elektrische Verdrahtung (16) für das Laserdioden-Array (2) so angelegt ist, dass die Stromstärke an den ersten Laserdioden (4.1, ..., 4.n) kontinuierlich und unabhängig von der Bestromung der zweiten Laserdioden (6.1, ..., 6.m) einstellbar ist.
  2. Laserdiodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Laserdioden (n) des Laserdioden-Arrays (2) höchstens der fünffachen Anzahl der zweiten Laserdioden (m) entspricht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und die zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.m) baugleich und das erste Laser-Gehäuse (14) und das zweite Laser-Gehäuse (15) übereinstimmend ausgestaltet sind, wobei jeweils eine Gehäuseachse (18) vorliegt, die die Polarisationsrichtung (12, 13) vorgibt, und die der ersten Leuchtgruppe (3) zugeordneten ersten Laser-Gehäuse (14) so auf dem Träger (9) angeordnet sind, dass deren Gehäuseachsen (18) rechtwinklig zu jenen der zweiten Laser-Gehäuse (15) für die zweite Leuchtgruppe (5) stehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und die zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.m) einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen und/oder das erste Laser-Gehäuse (14) und das zweite Laser-Gehäuse (15) unterschiedlich ausgestaltet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laser-Gehäuse (14) eine einzelne erste Laserdiode (4.1, ..., 4.n) und/oder das zweite Laser-Gehäuse (15) eine einzelne zweite Laserdiode (6.1, ..., 6.m) aufnehmen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laser-Gehäuse (14) mehrere baugleiche erste Laserdioden (4.1, ..., 4.n) und/oder das zweite Laser-Gehäuse (15) mehrere baugleiche zweite Laserdioden (6.1, ..., 6.m) aufnehmen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Laser-Gehäuse (14, 15) eine oder mehrere Mikrolinsen (8) zugeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenüber dem gemeinsamen Träger (9) ortsfestes Mikrolinsen-Array (35) vorliegt, das das Laserdioden-Array (2) als Ganzes überspannt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (17) zur elektrischen Kontaktierung vorliegen, die aus dem jeweiligen Laser-Gehäuse (14, 15) herausgeführt ist.
  10. Beleuchtungseinheit umfassend eine Laserdiodenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9; einen Polarisationsstrahlteiler (19); eine Wellenlängenkonversionselement (20); und eine Überlagerungsoptik (21), wobei der Polarisationsstrahlteiler (19) in einem von der Laserdiodenanordnung (1) ausgehenden Strahlengang angeordnet und so ausgebildet ist, dass die von der ersten Leuchtgruppe (3) emittierte, polarisierte elektromagnetische Strahlung mit der ersten Polarisationsrichtung (12) in einen zum Wellenlängenkonversionselement (20) führenden Strahlengang (30) gelenkt wird und die von der zweiten Leuchtgruppe (5) emittierte, polarisierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Polarisationsrichtung (13) in einen Blaukanal (31) eingespeist wird; und die Überlagerungsoptik (21) eine vom Wellenlängenkonversionselement (20) abgebende Fluoreszenzstrahlung (27) und die Strahlung aus dem Blaukanal (31) in einen Beleuchtungsstrahlengang (32) vereint.
  11. Laserprojektionsvorrichtung mit einem Abbildungssystem und einer Beleuchtungseinheit (24) nach Anspruch 10 für die Ausleuchtung eines Abbildungssystems (26).
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