CN102047177A - 发光二极管投影器 - Google Patents

Abstract

在发光二极管投影器中，每个图像点(1)具有堆叠外延发光二极管或者至少两个并排设置的发光二极管(2)作为光源。发光二极管的寻址可以通过用于行寻址的印制导线(3)和用于列寻址的印制导线(4)来实现，在用于行寻址的印制导线和用于列寻址的印制导线的交点中设置有要驱动的发光二极管。

Description

发光二极管投影器

本发明涉及一种投影***，该投影***的成像装置具有LED(发光二极管)构成的阵列。

投影***大部分通过使用放电灯来实现，放电灯功耗高并且使用寿命短。也已知了具有明显更长的使用寿命和更高效的工作方式的LED投影器。然而，这种LED投影器的缺点是由于在此所使用的光源和光学***中的损耗造成的较低的光效率。在传统的投影***中，来自光源的光被混合、均匀化并且借助色轮分成红色、绿色和蓝色。各种颜色的光被投影到成像元件上。典型的成像装置是由LCD(液晶显示器)、LCoS(硅上液晶)或者带有小型可翻转的镜的装置的DLP(数字光处理)构成的装置。在基于偏振的具有LCD或者LCoS的***的情况下，只能利用一个偏振方向。在具有DLP的***中图像顺序地叠加，使得相关的颜色的每个光源仅仅以中断来接通。因此，在此情况下光源的光功率也未被完全利用。

例如在DE 102008013030和DE 102008014094中描述了色彩混合的基本原理和无衬底二极管的层堆叠的接触。在DE 102008008599、DE 102008006757和DE 102007062042中描述了在介电中间层上或在介电中间层之间的无衬底二极管的接触。

DE 19925318C1描述了一种具有时间控制的LED光源的彩色图像投影器。WO 03/056876A2描述了一种具有由LED光源构成的平面多层布置的照明***。US 2008/0211413A1描述了一种由LED构成的显示装置。DE10063200A1描述了一种具有LCD入射光调制器的装置和方法。EP 1609835A1描述了一种用于LED的浇铸材料。

本发明的任务是提出一种尽管结构高度小但具有长使用寿命且高效率的投影***。

该任务通过具有权利要求1的特征的LED投影器来解决。由从属权利要求中得到扩展方案。

使用LED芯片构成的阵列作为光源，这些LED芯片安装在支承体上并且连接。支承体优选可以是硅，因为在硅支承体中不仅能够实现数据线路而且能够实现功率线路。硅在电路板上的各种接触方法也已经公开。像素(图像点)在色彩再现时优选由红色、绿色和蓝色的LED光源的布置形成。在LED投影器中，LED是堆叠外延LED(Stacked-Epi-LED)，其具有针对不同颜色的相叠设置的层，或者LED投影器的每个图像点具有发射面，在发射面中并排地分别设置有至少两个发光二极管，接触可以根据芯片技术仅仅从支承体的下侧来进行，或者例如也可以部分从硅支承体的下侧和部分从上侧借助具有导电的且光学上透明的涂层、譬如ITO(铟锡氧化物)的透明玻璃板来进行。像素的数目并且因此LED的数目通过投影器的所希望的分辨率来确定。在同时尺寸小的情况下的特别高的分辨率通过堆叠外延LED实现，其中针对不同颜色设计的层外延生长地相叠设置。一个像素在此对应于单个LED的层堆叠，使得相应的像素的所有颜色由相关的LED芯片的同样的发射面发射。

下面参照所附的附图更为详细地描述了LED投影器的例子。

图1示出了LED阵列的俯视图。

图2以透视图示出了堆叠外延LED在支承体上的布置。

图3示出了根据图2的用于具有接合线的实施形式的示意图。

图4示出了具有下侧的连接接触面的实施形式的下侧。

图5以透视的俯视图示出了具有用于行寻址的印制导线的支承体。

图6以透视的俯视图示出了具有用于行寻址和列寻址的印制导线的玻璃膜。

图7以透视的底视图示出了具有用于列寻址的印制导线的玻璃膜。

图8示出了通过在透明的中间层之间的LED层的多层布置的横截面。

图9以俯视图示出了根据图8的实施形式的LED芯片的布置。

图1示出了具有由图像点1构成的格栅状布置的实施例的俯视图，其中每个图像点具有发射面，在发射面中分别并排地设置有多个LED，在该例子中分别设置有四个LED 2。每个LED 2可以设置在各自的芯片上，为了任意的色彩混合，红色光、绿色光和蓝色光的LED就足够了。在图1所示的例子中，在每个图像点中存在四个以方形布置的LED，其中两个设置用于绿色光。LED投影器可以通过在图像点中的适当选择的LED来与不同的应用、例如针对单色图像或者多色图像相匹配。对图像点寻址以驱动设置在其中的LED通过电激励相关的如下交点来进行：该交点是多个用于行寻址的印制导线中的一个印制导线和多个用于列寻址中的一个印制导线的交点。在图1中，针对一个交点通过虚线示意性地表示了行寻址的印制导线3和列寻址的印制导线4。印制导线的布置和由此设置的产生光的层的接触并非基本上被确定，而是可以根据技术而不同地构建。

图2示出了另一实施例，其中LED的设置用于产生光的层在每个图像点1中相叠地设置为层堆叠。相关的LED尤其可以是堆叠外延LED，其中设置用于产生光的层相叠地外延生长并且形成堆叠(stack)。在支承体5上，存在由层堆叠6构成的阵列，即多个设置成格栅的层堆叠6，它们分别形成图像点1。具有堆叠外延LED的布置具有如下特别的优点：能够保持横向尺寸小并且因此实现投影器的高分辨率能力。对于每种颜色使用相同的发射面，该发射面通过相应的层堆叠6的上侧形成。对此也考虑不同的接触方法，电端子和寻址印制导线可以至少部分设置在支承体5上侧或者完全设置在支承体5内。

图3示出了另一实施形式，其中LED 2在支承体5的上侧上设置成图像点构成的格栅，其中在图3的示意图中并未明确是层堆叠还是并排设置的单色LED。为了对外电连接，在支承体5的边缘处存在接合线7，这些接合线与用于阵列的LED的行寻址和列寻址的关联的交叉印制导线相连。印制导线在图3中并未示出，因为它们被LED的阵列覆盖或者设置在支承体5内；印制导线可以设置在支承体5和LED 2之间的支承体5的上侧上，或者尤其是在支承体由硅构成的情况下，可以在支承体内延伸。当对此使用透明的并且导电的材料例如ITO(铟锡氧化物)时，印制导线也可以设置LED 2的背离支承体5的上侧上。

图4示出了一种可替选的扩展方案，其中在支承体5的背侧上设置有用于电连接的背侧接触部8。如果在前侧上存在用于电连接的透明的印制导线，则对于每个LED分别一个背侧接触部8就够了，然而也可能的是，整个电接触设置在支承体5的背侧上，并且为此针对每个图像点或者针对每个LED或LED层分别设置两个或更多个背侧接触部8。

这种投影器也可以通过如下方式来构建：将带有LED的无衬底的部分透明的芯片相叠地设置在玻璃膜上。优选借助金属接触部来实现电流输送至针对不同颜色设计的层平面中，金属接触部与例如由ITO构成的印制导线组合。每个图像点处于该布置的列和行的交点中，沿着各透明的印制导线走向，所述印制导线设置在堆叠的玻璃膜上或者嵌入玻璃膜中。为了阐述该结构，图5以透视的俯视图示出了支承体5，在该支承体上施加有用于行寻址的印制导线3。在印制导线上设置有相应的LED芯片，并且每个LED芯片的相关的连接接触面与关联的印制导线3导电连接。

根据图6，玻璃膜设置在支承体5的印制导线上的LED芯片之上，该玻璃膜在下侧设置有用于列寻址的印制导线4而在上侧设置有用于行寻址的另外的印制导线3。在图6中以对应于图5的透视图示出的玻璃膜9设置在支承体5上的LED芯片阵列之上，其中图5和6中向下指向的虚线箭头对准在此情况下垂直相叠的点。借助这些箭头因此可以识别该布置的不同的平面的相对取向。用于列寻址的下侧的印制导线4与在支承体5上的LED芯片的相关的连接接触面导电连接。在根据图6存在于玻璃膜9上侧的、用于行寻址的另外的印制导线3上设置有另外的LED芯片，它们例如设置有针对要发射的其他颜色的LED。如果还要设置第三颜色，则根据图6在上侧可以施加另外的玻璃膜9，该玻璃膜的在上侧的印制导线又设置有LED芯片的另外的布置。

图7在透视的底视图中示出了另外的玻璃膜9，其在堆叠中设置在最上面，更确切地说，设置为使得通过图7中向下指向的虚线箭头标记的点垂直地在图6中通过同样的箭头标记的点上，这些点于是沿着箭头对齐。由于用于列寻址的印制导线4朝着横向于用于行寻址的印制导线3走向的方向布置，所以可能的是，通过分别选择行寻址的印制导线3和用于列寻址的印制导线4而将电压施加到恰好一个LED芯片上，并且由此实现相关的LED的光发射，而未被寻址的LED保持是暗的。通过不同层的以行和列的方式寻址，于是可以在每个图像点产生所希望的色彩混合。

图8示出了一个优选的实施形式的横截面，其中在LED的连接接触部和印制导线之间的电连接分别通过金属框架接触部10来实现。在图8的横截面中示出了LED芯片14的阵列的多个层，在支承体5上存在用于第一颜色的第一LED层11。其上存在玻璃膜9，在玻璃膜上设置有用于第二颜色的第二LED层12。在另一玻璃膜9上设置有用于第三颜色的第三LED层13。最上面的第三LED层13在上侧覆盖以玻璃膜9。在玻璃膜和LED芯片之间存在薄的印制导线，其例如可以根据图5、6和7中的视图来构建并且由于其厚度小而未表示在图8中。在印制导线和LED的电端子之间分别设置有金属框架接触部10。在印制导线的纵向方向上，在金属框架接触部10之间优选存在金属的连接，其例如可以通过薄的金属带16形成。在图8的横截面中，在绘图平面中延伸的印制导线3(行寻址)分别在相关的LED层11、12、13的朝着支承体5的下侧上，而与其横向地垂直于绘图平面走向的印制导线4(列寻址)分别在相关的LED层11、12、13的背离支承体5的上侧上。印制导线3、4通过金属框架接触部10与LED的连接接触部连接。金属框架接触部10可以沿着印制导线3、4借助金属条16彼此连接。沿着印制导线走向的金属条16在图8的横截面中只能在绘图平面中延伸的下部印制导线3处看到。然而相应的金属条也可以设计用于设置在LED芯片的相应的上侧上的上部印制导线4并且在上部金属框架接触部10之间平行于上部印制线垂直于绘图平面走向。在LED芯片的上侧上的金属框架接触部10因此在图8的横截面的平面中彼此分离。

LED层11、12、13例如可以设计用于红色光、绿色光和蓝色光。代替这也可能的是，例如为了更好的色彩混合的目的设置合适颜色的至少一个另外的LED层，或者为了单色再现的目的仅仅设置唯一的LED层。在LED层和玻璃膜构成的堆叠中颜色布置的顺序基本上是任意的。

图8中标记的截面图在图9中被示出。在图9中可看到金属框架接触部10如何设置在通过窄的间隙15彼此分离的LED芯片14上。在图9的俯视图中，用于列寻址的印制导线4从上向下走向。这些印制导线通过金属框架接触部10连接到LED芯片14。沿着印制导线4，金属框架接触部10通过金属条16彼此连接。在LED芯片14的下侧上的用于行寻址的印制导线3被LED芯片覆盖。下部金属条16在图9中用虚线表示，它们在与用于行寻址的印制导线3相同的方向上走向。

此外，其图像点分别通过LED形成的投影器能够实现改进所产生的图像的对比度，其方式是在所产生的图像内保持暗的LED作为光电检测器而连接。这通过在截止方向上将电压施加到相关的LED的产生光的层的pn结上来实现，在该工作方式中，通过入射光产生的电子-空穴对彼此电分离并且提供了光电流。LED以此方式吸收入射的光并且表现为比未在截止方向上驱动的LED更暗。

本专利申请要求德国专利申请102008046762.6的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

本发明并未通过借助实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征和特征的任意组合，尤其是包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中进行说明。

Claims (8)

1.一种发光二极管投影器，具有：

-光源，以及

-成像装置，其具有图像点(1)的布置，其中

-每个图像点(1)具有至少一个光源，并且

-所述光源是发光二极管(2)，

其特征在于，

-发光二极管(2)是堆叠外延发光二极管，它们具有针对不同颜色的相叠设置的层，或者每个图像点(1)具有发射面，并且在发射面中并排设置有至少两个发光二极管(2)。

2.根据权利要求1所述的发光二极管投影器，其中发光二极管(2)是堆叠外延发光二极管，它们具有针对不同颜色的相叠设置的层。

3.根据权利要求1所述的发光二极管投影器，其中每个图像点(1)具有发射面，并且在发射面中分别并排地设置有多个发光二极管(2)。

4.根据权利要求3所述的发光二极管投影器，其中每个图像点(1)具有用于红色光的一个发光二极管(2)、用于蓝色光的一个发光二极管(2)和用于绿色光的两个发光二极管(2)。

5.根据权利要求1至4之一所述的发光二极管投影器，其中

-存在设置有发光二极管(2；14)的至少一个发光二极管层(11，12，13)，

-在发光二极管层(11，12，13)下设置有具有印制导线(3)的透明玻璃膜(9)或支承体(5)，

-在发光二极管层(11，12，13)上设置有透明的玻璃膜(9)，该玻璃膜具有横向于所述印制导线(3)走向的另外的印制导线(4)，以及

-所述印制导线(3)和所述另外的印制导线(4)与发光二极管(2；14)的连接接触部相连，使得每个发光二极管(2；14)能够通过印制导线(3)和另外的印制导线(4)与其余的发光二极管分离地驱动。

6.根据权利要求5所述的发光二极管投影器，其中通过透明的玻璃膜(9)彼此分离的多个发光二极管层(11，12，13)相叠地设置，并且所述发光二极管层(11，12，13)针对不同的颜色而设计。

7.根据权利要求1至6之一所述的发光二极管投影器，其中发光二极管(2)设置在硅构成的支承体(5)上，并且

所述支承体(5)设置有电导体，发光二极管能够借助所述电导体分别与其余的发光二极管独立地驱动。

8.根据权利要求1至7之一所述的发光二极管投影器，其中发光二极管(2)设置有金属框架接触部(10)，并且

发光二极管(2)的电连接通过所述金属框架接触部(10)实现。

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