Title:
Projektionssystem für ein Kraftfahrzeug
Kind Code:
U1


Abstract:

Projektionssystem, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug,
mit einem ersten Halbleitersubstrat (22) mit mehreren in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten, einzeln ansteuerbaren, lichtemittierenden Bildelementen,
mit einer Abbildungsoptik (40), die dazu ausgebildet ist, das von den lichtemittierenden Bildelementen abgestrahlte Licht auf eine Projektionsfläche zu projizieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Projektionssystem (10) ein zweites Halbleitersubstrat (24) umfasst, das mindestens eine Ansteuerlogik zum Ansteuern der lichtemittierenden Bildelemente umfasst,
wobei das erste Halbleitersubstrat (22) und das zweite Halbleitersubstrat (24) zumindest über elektrisch leitende Verbindungen miteinander verbunden sind. embedded image




Application Number:
DE202017102089U
Publication Date:
07/11/2018
Filing Date:
04/07/2017
Assignee:
DELVIS GmbH, 72766 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Schaumburg und Partner Patentanwälte mbB, 81679, München, DE
Claims:
Projektionssystem, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug,
mit einem ersten Halbleitersubstrat (22) mit mehreren in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten, einzeln ansteuerbaren, lichtemittierenden Bildelementen,
mit einer Abbildungsoptik (40), die dazu ausgebildet ist, das von den lichtemittierenden Bildelementen abgestrahlte Licht auf eine Projektionsfläche zu projizieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Projektionssystem (10) ein zweites Halbleitersubstrat (24) umfasst, das mindestens eine Ansteuerlogik zum Ansteuern der lichtemittierenden Bildelemente umfasst,
wobei das erste Halbleitersubstrat (22) und das zweite Halbleitersubstrat (24) zumindest über elektrisch leitende Verbindungen miteinander verbunden sind.

Projektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (10) einen Schaltungsträger (26) umfasst, der einerseits mit dem ersten und/oder zweiten Halbleitersubstrat (22, 24) elektrisch verbunden ist und andererseits eine elektrische Schnittstelle des Projektionssystems (10) bereitstellt.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente derart angesteuert werden, dass unterschiedliche Bilder mit Hilfe des Projektionssystems (10) erzeugbar sind.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Bildelemente lichtemittierende Dioden sind.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleitersubstrat (22) zwischen 1.000 und 10 Millionen, insbesondere zwischen 1 Million und 10 Millionen lichtemittierende Bildelemente umfasst.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster mit den lichtemittierenden Bildelementen eine Größe im Bereich zwischen 1 und 6 mm, insbesondere zwischen 2 und 4 mm hat.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel (50) der lichtemittierenden Bildelemente im Bereich zwischen +/-10° und +/- 50° liegt, insbesondere zwischen +/- 17° und +/- 25°.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von den Bildelementen emittierte Licht monochrom, weiß, mehrfarbig und/oder vollfarbig (RGB) ist.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (10) in die Fahrer- und/oder die Beifahrertür eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist, mit einem Projektionsabstand zur Projektionsfläche, der vorzugsweise im Bereich zwischen 30 cm und 50 cm liegt.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (10) in den Seitenspiegel eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird, mit einem Projektionsabstand zur Projektionsfläche, der vorzugsweise im Bereich zwischen 80 cm und 100 cm liegt.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (10) in eine Leuchte zur Durchleuchtung und/oder Hinterleuchtung von transluzenten Flächen eingebaut wird.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung der Abbildungsoptik (40) geringer oder gleich der Auflösung der Bildelemente ist.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem (10) einen Lichtstrom im Bereich zwischen 20 Im und 100 Im, insbesondere zwischen 35 Im und 80 Im emittiert.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente einen Lichtstrom im Bereich zwischen 60 Im und 200 Im, insbesondere zwischen 100 Im und 200 Im emittieren.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente eine Leuchtdichte im Bereich zwischen 1 Mcd/qm und 50 Mcd/qm aufweisen, insbesondere zwischen 5 Mcd/qm und 50 Mcd/qm.

Projektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel (50) des aus der Abbildungsoptik (40) austretendenen Lichts in einem Bereich zwischen +/- 10° und +/- 50° liegt, insbesondere zwischen +/- 17° und +/- 40°.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem, insbesondere ein Projektionssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Halbleitersubstrat mit mehreren, in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordneten, einzeln ansteuerbaren lichtemittierenden Bildelementen und mit einer Abbildungsoptik, die dazu ausgebildet ist, das von den Bildelementen emittierte Licht auf eine Projektionsfläche zu projizieren.

Aus dem Stand der Technik sind statische Projektionssysteme, insbesondere Dia-Projektoren bekannt, in denen das bildgebende Element, das Dia, nicht veränderbar ist. Diese Systeme sind für den Einsatz in kleinen Bauräumen miniaturisierbar und finden beispielsweise als Logoprojektoren Anwendung. Aus dem Stand der Technik sind auch dynamische Projektionssysteme, insbesondere Video-Projektoren bekannt, in denen das bildgebende Element, auch als Imager bezeichnet, veränderliche Bilder oder Videos darstellen kann. Gebräuchliche Imager für dynamische Projektionssysteme sind LCDs, LCOs und Mikrospiegelarrays. Diese erfordern in der Regel vorgeschaltete optische Elemente wie Kollimatoren, Homogenisierer oder Polarisatoren. Diese technisch notwendigen Anordnungen wirken sich negativ auf Kosten, Effizienz und Bauraum aus. Die genannten negativen Wirkungen entfallen weitestgehend, wenn die Lichtquelle ein selbstleuchtender Imager ist.

Selbstleuchtende Imager, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind OLED-Displays (Organische Leuchtidioden) und Lichtquellen auf LED-Basis, wie z.B. Multi-Chip-Arrays mit einzeln ansteuerbaren LED Chips. Unter Chips werden insbesondere Halbleiterplättchen mit integrierten elektronischen Kontakten und/oder Schaltungen verstanden. OLED-Displays haben den Nachteil, dass deren Leuchtdichte zu gering für einen Einsatz in Projektionssystemen sind, während die Chips der Multi-Array-Anwendungen nicht ohne Abstand zueinander positionierbar sind und somit keine homogene, unterbrechungsfreie Leuchtfläche möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Projektionssystem anzugeben, insbesondere ein Projektionssystem für ein Kraftfahrzeug, das zum einen in der Lage ist, unterschiedliche Bilder zu projizieren und das zum anderen einen einfachen und raumsparenden Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird durch ein Projektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem Projektionssystem nach Anspruch 1 sind ein erstes Halbleitersubstrat und ein zweites Halbleitersubstrat vorgesehen, wobei das erste Halbleitersubstrat mehrere, einzeln ansteuerbare, lichtemittierende Bildelemente umfasst, die in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordnet sind und das zweites Halbleitersubstrat mindestens eine Ansteuerlogik zum Ansteuern der Bildelemente umfasst. Das erste und das zweite Halbleitersubstrat sind zumindest über elektrisch leitende Verbindungen miteinander verbunden. Ferner ist eine Abbildungsoptik vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, das von den Bildelementen abgestrahlte Licht auf eine Projektionsfläche zu projizieren. Hierdurch wird eine einfache und raumsparende Ausbildung eines Projektionssystems erreicht, wobei sämtliche lichtemittierende Bildelemente denselben Abstand zu benachbarten lichtemittierenden Bildelementen haben und auf einem einzigen Substrat angeordnet sind.

Es ist vorteilhaft, einen Schaltungsträger vorzusehen, der einerseits mit dem ersten und/oder mit dem zweiten Halbleitersubstrat elektrisch verbunden ist und andererseits eine elektrische Schnittstelle des Projektionssystems bereitstellt. Die Verbindung der Halbleitersubstrate mit den elektrischen Anschlüssen des Schaltungsträgers erfolgt vorzugsweise über eine Bonding-Technik. Über den Schaltungsträger erfolgen die Stromversorgung des Projektionssystems und der Empfang von Bild- oder Videosignalen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schaltungsträger eine Steuereinheit hat, durch die die elektrische Schnittstelle bereitgestellt wird und die insbesondere auch eine Kalibrierungsfunktion zum Kalibrieren der Bildelemente hat.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die lichtemittierenden Bildelemente derart ansteuerbar, dass mit Hilfe des Projektionssystems unterschiedliche Bilder projizierbar sind, dies sind beispielsweise diskrete Bildfolgen oder bewegte Bilder in Form von Videos. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das erste Halbleitersubstrat zwischen 1.000 und 10 Millionen, insbesondere zwischen 1 Million und 10 Millionen, Bildelemente umfasst. Beispielsweise umfasst das erste Halbleitersubstrat ein Raster mit 600X400 lichtemittierenden Bildelemente, bei einem besonders vorteilhaften Anwendungsbeispiel weist das erste Halbleitersubstrat ein Raster mit 1920X1080 lichtemittierenden Bildelementen auf (Full-HD Auflösung).

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Bildelemente lichtemittierende Dioden (LED) sind, vorzugsweise anorganische LEDs. Mit Hilfe dieser LEDs ist es möglich, die für eine Bildprojektion erforderliche Leuchtdichte zu erzeugen.

Vorteilhaft ist es, wenn alle Bildelemente oder ein Teil der Bildelemente weißes Licht erzeugen. Hierzu können als Bildelemente sogenannte Weißlicht-LEDs eingesetzt werden, die beispielsweise eine blaues Licht erzeugende Halbleiterstruktur und einen breitbandigen Lumineszenzfarbstoff, wie Phosphor, umfassen. Hierbei können auch zwei LEDs je Bildelement vorgesehen sein, von denen eine weißes Licht und die andere LED ein monochromes Licht, beispielsweise rotes Licht, erzeugt. Hierdurch können einfach 2-farbige Darstellungen erzeugt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform emittieren die Bildelemente monochromes Licht, wobei vorzugsweise pro Bildelement eine lichtemittierende Diode vorgesehen ist, deren Farbe direkt einer bestimmten Wellenlänge λ, nämlich dem Kehrwert der Frequenz der emittierten elektromagnetischen Strahlung, multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit entspricht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mit Hilfe der Bildelemente vollfarbige Bilder, vorzugsweise im RGB Farbraum, projizierbar. Vorzugsweise sind drei LEDs zum Erzeugen von rotem, grünem und blauem Licht für jedes Bildelement vorgesehen. Diese LEDs können separat jeweils mit unterschiedlichen Helligkeiten angesteuert werden, wodurch das Bildelement durch additive Farbmischung Licht mit einer gewünschten Farbe im R-G-B Farbraum abstrahlt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bildelemente mit einer Helligkeitsauflösung von 8 Bit, 12 Bit oder 16 Bit ansteuerbar sind. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen emittieren die Bildelemente weißes Licht oder mehrfarbiges Licht, das, wie vollfarbiges Licht, ebenfalls durch additive Farbmischung entsteht.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die lichtemittierenden Bildelemente Licht in einem Nominal-Abstrahlwinkel im Bereich zwischen +/-10° und +/- 40° abstrahlen, insbesondere zwischen +/-17° und +/-25°, insbesondere von +/-20°. Durch eine Beschränkung des Abstrahlwinkels 50 auf beispielsweise 20° Halbwinkel wird eine Vereinfachung des Optikdesigns des Projektionssystems erzielt bzw. dessen Effizienz erhöht.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Raster mit den lichtemittierenden Bildelementen eine Größe im Bereich zwischen 1 mm und 6 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 4 mm hat. Dadurch kann ein sehr kompaktes Projektionssystem realisiert werden, das nur einen kleinen Bauraum erfordert. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Projektionssystem in die Fahrer- und/oder Beifahrertür eines Kraftfahrzeuges integriert. Ist die Projektionsfläche die Straße, so ist der Projektionsabstand vorzugsweise im Bereich zwischen 30 cm und 50 cm. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Projektionssystem in den Seitenspiegel eines Kraftfahrzeuges eingebaut, wobei der Projektionsabstand zur Straße vorzugsweise im Bereich zwischen 80 cm und 100 cm liegt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Projektionssystem in eine Leuchte zur Durchleuchtung und/oder Hinterleuchtung von transluzenten Flächen eingebaut. Bei anderen Ausführungsformen kann das Projektionssystem als Lichtquelle für dynamische Effekte im Fahrzeuginnenraum zum Durchleuchten oder Anleuchten von funktionalen Flächen oder Dekorflächen eingesetzt werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Projektionssystem einen Lichtstrom im Bereich zwischen 20 Im und 100 Im, insbesondere zwischen 35 Im und 80 Im emittiert, wobei die Bildelemente einen Lichtstrom im Bereich zwischen 60 Im und 200 Im, insbesondere zwischen 100 Im und 200 Im emittieren.

Die geringe Abmessung des ersten Halbleitersubstrats erfordert eine hohe Leuchtdichte. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Leuchtdichte der Bildelemente, bei Ausstrahlung von weißem Licht, im Bereich zwischen 1 Mcd/qm und 50 Mcd/qm, insbesondere zwischen 5 Mcd/qm und 50 Mcd/qm. Die Integration der lichttemittierenden Bildelemente und der Ansteuerlogik auf geringem Bauraum erfordert außerdem ein thermisches Konzept zum Schutz vor hohen Temperaturen. Dies wird beispielsweise über eine thermische Überwachung der lichtemittierenden Bildelemente mit automatischer Dimmung bei Überschreiten eines Grenzwertes erreicht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Auflösung der Abbildungsoptik geringer oder gleich der Auflösung der Bildelemente ist, sodass ein homogenes Bild auf eine Projektionsfläche projizierbar ist. Insbesondere ist es bei farbigen Licht von Vorteil, wenn die Auflösung der Abbildungsoptik geringer ist als die Auflösung der Bildelemente, sodass im projizierten Bild das von den einzelnen Bildelementen abgestrahlte Licht nicht als separater Farbpunkt erkennbar ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

  • 1 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Projektionssystems,
  • 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Projektionssystems nach 1 und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Lichtverteilungskurve eines lichtemittierenden Bildelements.

1 zeigt eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Projektionssystems 10, das insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug geeignet ist. Das Projektionssystem 10 umfasst ein Halbleitersubstrat 22, das eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren, lichtemittierenden Bildelementen umfasst, die in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind die lichtemittierenden Bildelemente lichtemittierende Dioden, kurz LEDs. Das Halbleitersubstrat umfasst beispielsweise zwischen 1.000 und 10 Millionen, insbesondere zwischen 1 Million und 10 Millionen LEDs, die in einem Raster aus Zeilen und Spalten angeordnet sind. Das Halbleitersubstrat 22 ist über elektrisch leitende Verbindungen mit einem zweiten Halbleitersubstrat 24 verbunden, das Treiberschaltungen für die LEDs des ersten Halbleitersubstrats 22 und mindestens eine Ansteuerlogikschaltung umfasst. Die beiden miteinander verbundenen Halbleitersubstrate 22 und 24 sind mit einem Schaltungsträger 26 verbunden, insbesondere aufgelötet oder aufgeklebt, wobei die elektrische Verbindung der Halbleitersubstrate 22, 24 mit den elektrischen Anschlüssen des Schaltungsträgers 26 vorzugsweise durch Bonden (engl. Bonding) erfolgt und diese dadurch elektrisch kontaktiert werden können.

Die lichtemittierenden Dioden des ersten Halbleitersubstrats 22 sind einzeln ansteuerbar, sodass nicht nur ein statisches Bild, sondern unterschiedliche Bilder und bewegte Bilder erzeugt werden können. Die Bildelemente strahlen monochromes, weißes oder mehr- bzw. vollfarbiges Licht ab und emittieren dabei einen Lichtstrom im Bereich zwischen 60 Im und 200 Im, insbesondere zwischen 100 Im und 200 Im. Die Leuchtdichte der LEDs liegt im Bereich zwischen 1 Mcd/qm und 50 Mcd/qm, insbesondere zwischen 5 Mcd/qm und 50 Mcd/qm, wobei der Abstrahlwinkel der LEDs im Bereich zwischen +/-10° und +/- 40° liegt, insbesondere bei +/-20°.

Ein Tubus 30 verbindet den Schaltungsträger 26 mit einer Abbildungsoptik 40. Die Abbildungsoptik 40 bildet das Licht, das von den LEDs abgestrahlt wird, auf einer Projektionsfläche, beispielsweise auf eine Straße oder auf eine Fläche im Innenraum eines Fahrzeuges, ab. Die Abbildungsoptik 40 umfasst beispielsweise nur eine Linse oder ein optisches System mit mehreren Linsen und/oder andere optische Systeme wie Prismenanordnungen. Die Auflösung der Abbildungsoptik 40 ist derart, dass die einzelnen Bildelemente bzw. Untereinheiten der Bildelemente im projizierten Bild vom menschlichen Auge nicht getrennt wahrgenommen werden. Der Lichtstrom, der von dem Projektionssystem 10 über die Abbildungsoptik 40 ausgestrahlt wird, liegt im Bereich zwischen 20 Im und 100 Im, insbesondere zwischen 35 Im und 80 Im.

2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Projektionssystems 10 nach 1, in welchem die Elemente aus 1 miteinander verbunden sind.

3 zeigt eine beispielhafte Lichtverteilungskurve A eines lichtemittierenden Bildelements, vorzugsweise einer LED, wobei die Lichtverteilungskurve A die Lichtbereiche mit mehr als halber maximaler Lichtstärke einschließt. Die Lichtstärke B ist abhängig vom Abstrahlwinkel 50. Allgemein wird der Abstrahlwinkel als der Winkel beschrieben, der bei gerichteten Lichtquellen von den seitlichen Punkten mit halber Maximal-Lichtstärke eingeschlossen wird. Das beispielhafte Bildelement nach 3 hat einen Abstrahlwinkel 50 von 40°, d.h. einen Abstrahlwinkel von +/- 20° bzw. einen Halbwinkel von 20° bei einer Lichtstärke B von 260 cd. Der Nominal-Abstrahlwinkel beträgt bei dem beispielhaften Bildelement somit 40°.

Bezugszeichenliste

10
Projektionssystem
22, 24
Halbleitersubstrat
26
Schaltungsträger
30
Verbindungselement
40
Abbildungsoptik
50
Abstrahlwinkel
A
Lichtverteilungskurve
B
Lichtstärke