CN102859273B - 面光源 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有发光面（6）的面光源，所述面光源包括至少一个半导体本体（2），所述半导体本体在工作时从其前侧（3）发射电磁辐射，并且所述面光源还具有耦合输出结构（7），所述耦合输出结构适用于在发光面（6）上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域（9）提高在至少一个发光区域（8）中的光密度（6）。
Description
技术领域
本发明涉及一种面光源。
发明内容
本发明的目的是提供一种面光源，其适用于一般照明并且具有闪光效果。
所述目的通过具有如下特征的面光源实现，其包括：至少一个半导体本体，所述半导体本体在工作时从其前侧发射电磁辐射；耦合输出结构，所述耦合输出结构适用于，在所述发光面上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域提高在至少一个发光区域中的所述光密度，其中所述半导体本体的发射辐射的前侧平行于所述面光源的所述发光面设置，并且所述半导体本体嵌入光导体中，并且所述耦合输出结构在所述半导体本体的所述发射辐射的前侧的区域中设置在所述光导体的指向所述发光面的一侧上。
这样的面光源尤其包括：
–至少一个半导体本体，其在工作时从其前侧中发射电磁辐射，和
–耦合输出结构，其适用于在面光源的发光面上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域在至少一个发光区域中提高光密度。
在面光源的发光面上的光密度的局部变化优选产生对于人眼而言闪光的效果。
一个意图是，从半导体本体中发出的光借助于耦合输出结构逐点地耦合输出，使得发光面具有发光区域，在所述发光区域中光密度局部地以及优选也与观察角度相关地相对强烈地变化。为此，耦合输出结构适当地沿着发光面不对称地分布。特别优选地，耦合输出结构在发光区域中具有特别高的浓度，而耦合输出结构的浓度在背景区域中更确切地说是低的。
特别优选地，背景区域不是完全黑暗的，而是同样具有优选尽可能均匀构成的光密度。优选地，背景区域具有大于或等于10cd/m2的光密度。在背景区域中，光密度的局部最大值与光密度的局部最小值的比例Lmax/Lmin优选不大于2。
根据面光源的一个实施形式，其他耦合输出结构设置用于使在发光面的背景区域之内的放射特性均一。
根据面光源的一个实施形式，半导体本体的发射辐射的前侧平行于面光源的发光面设置。所述实施形式也称为“直接的背后照明”。
根据一个实施形式，在具有直接的背后照明的面光源中，散射盘设置在半导体本体的发射辐射的前侧和发光面之间，其中耦合输出结构被引入到散射盘中。散射盘的任务是，使在背景区域中出现到散射盘上的半导体本体的光均匀化。在将耦合输出结构引入到散射盘中的区域中，相反地，加强地耦合输出光，使得形成至少一个发光区域。在此，耦合输出结构优选具有在散射盘厚度的范围内的数量级。
耦合输出结构例如能够通过在散射盘中的孔形成。所述孔尤其优选设置在半导体本体的区域中。例如，将孔设置在半导体本体的发射辐射的前侧之上，使得由半导体本体发射的光能够穿过孔直接射向观察者。优选地，孔设置在围绕半导体本体的同心圆上。此外，孔也能够有规律地或随机地分布在散射盘上。
在散射盘中的孔例如能够构成圆柱形、锥形或截锥形。
此外，孔尤其优选设置在散射盘中，使得相应孔的旋转轴线与半导体本体的中轴线相交。尤其优选地，多个孔设置在散射盘上，使得它们的旋转轴线相交于中轴线的一点上。在所述实施形式中，孔以相对于半导体本体中轴线的不同角度设置。由此优选地，能够与观察角度相关地产生光密度的强烈变化。
根据具有直接的背后照明的面光源的另一实施形式，半导体本体嵌入光导体中，其中在半导体本体的发射辐射的前侧的区域中，耦合输出结构设置在光导体的指向发光面的一侧上。通常，由于制造方面的原因，在半导体本体和光导体之间存在气隙。通常，所述气隙的宽度为5μm和1000μm之间，优选为5μm和100μm之间，其中分别包含边界值。此外，半导体本体和光导体之间的间隙也借助胶粘剂、硅树脂材料或环氧化物材料填充。
在此，耦合输出结构例如能够通过下述元件中的一个形成：圆柱形凹进部、棱锥形凹进部、锥形或截锥形凹进部、圆柱形孔、棱锥形孔、锥形或截锥形孔、粗化部、成像结构，例如菲涅尔(Fresnel)结构。在此，耦合输出结构优选具有在光导体厚度的范围内的数量级。
如果在面光源中将具有旋转轴线的元件用作耦合输出结构，例如圆柱形的、锥形的或截锥形的光或凹进部，其例如设置在光导体或散射盘中，那么元件的旋转轴线优选是倾斜的，也就是说设置成相对于面光源的发光面不等于90°的角度。以该方式和方法，尤其能够在具有直接的背后照明的面光源中实现发光区域，所述发光区域的光密度随着观察角度强烈地变化。
根据面光源的另一实施形式，半导体本体设置在发光面的侧向，并且耦合输入到光导体中。所述实施形式也称为“间接的背后照明”。在具有间接的背后照明的面光源中，耦合输出结构例如能够通过在光导体之内的散射部位，例如扩散颗粒、空位、空气填充的颗粒、缺陷或散射几何结构来形成。
在此，耦合输出结构例如能够在光导体中通过高浓度散射部位的线状区域构成，所述散射部位例如是扩散颗粒或还有空位、空气填充的颗粒、缺陷或散射几何结构。所述线状区域尤其优选稍微错位于半导体本体的主辐射轴线设置，以便提高在背景区域中的面光源的放射特性的均一性。
在使用具有电的和/或磁的偶极矩的颗粒时，例如能够通过在光导体上施加电磁场产生在光导体之内的不对称的扩散颗粒浓度。用于这种扩散颗粒的适合的材料例如是钛酸锶钡。
在光导体之内的具有限定形状和大小的散射几何结构例如能够借助于激光器在光导体中产生。这种散射几何结构能够构造为，使得其在面光源断开的状态下对于观察者而言是可见的，并且因此为附加的设计方案。
此外，在具有间接的背后照明的面光源中也可能的是，耦合输出结构通过在光导体主侧中的一个中的凹部形成。优选地，凹部被引入光导体的指向发光面的主面中。
尤其优选地，光密度随位置的变化为大于或等于100cd/m2的值，尤其优选为大于或等于1000cd/m2的值。
尤其优选地，光密度的值随位置从背景区域到发光区域的相对变化为大于或等于倍数2，尤其优选为大于或等于倍数5。
此外，发光区域尤其优选大于或等于300μm。尤其优选地，发光区域大于或等于1mm。
尤其优选地，在面光源中的光密度变化不只与位置相关地出现，而且也与观察角度相关地出现。
尤其优选地，光密度随角度的变化为大于或等于100cd/m2的值，尤其优选为大于或等于1000cd/m2的值。
尤其优选地，光密度随角度从背景区域到发光区域的相对变化为大于或等于因数2的值，尤其优选为大于或等于因数5的值。
尤其优选地，光密度随着观察角度的变化在不大于10°的角度上发生，尤其优选在不大于5°的角度上发生。
在此，面光源能够具有一个或多个半导体本体。出于简单性的原因当前仅仅结合一个半导体本体描述的特征同样能够与多个半导体本体相应地组合。
附图说明
本发明其他有利的实施形式和改进形式从下面结合附图描述的实施例中得出。
图1A示出根据第一实施例的面光源的示意剖面图。
图1C示出根据图1A和1B的面光源的两个相邻的发光区域的光密度L相关于两个不同观察角度θ1和θ2的位置x的示意图。
图1B示出根据图1A的面光源的发光面的断面的俯视图。
图2和3分别示出根据两个其他实施例的面光源的示意剖面图。
图4A示出根据第四实施例的面光源的示意剖面图。
图4B示出根据图4A的面光源的耦合输出结构的示意立体图。
图5示出根据另一实施例的面光源的示意俯视图。
图6示出根据另一实施例的面光源的示意剖面图。
图7示出光密度L相关于在面光源的发光面上的位置x的示意图。
在实施例和附图中，相同的或起相同作用的组成部分分别设有相同的附图标记。所示出的元件和其彼此间的大小比例不能够视为是合乎比例的。相反地，为了更好的理解，能够夸大地示出各个元件，尤其是层厚度。
具体实施方式
根据图1A的实施例的面光源具有承载体1，在所述承载体上施加两个半导体本体2，所述两个半导体本体在面光源工作时从其前侧3发出优选为可见的光的电磁辐射。接下来，散射盘4在放射方向上设置到半导体本体2上，例如由玻璃或透明塑料制成的明净的盘5作为防尘罩施加到所述散射盘上。当前，明净的盘5的前侧构成面光源的发光面6。
在根据图1A的面光源中，两个半导体本体2的发射辐射的前侧3平行于面光源的发光面6设置。因此，为具有直接的背后照明的面光源。
散射盘4在半导体本体2的区域中具有作为耦合输出结构7的孔。如在图1B中可见，在散射盘4中的孔分别在散射盘4中设置在围绕半导体本体2的同心圆上。
当前，孔构成为是圆柱形，并且被引入到散射盘4中，使得其旋转轴线10位于锥面上。锥面的尖部还位于相应的半导体本体2的中轴线M的共同点P上。以该方式和方法，由半导体本体发射的射束锥能够逐点地穿过在散射盘4中的孔，并且在发光面6上产生光密度的局部变化。
因此，在所述实施例中，在散射盘4中的每个圆柱形孔在发光面6上配设有发光区域8。发光面6的剩余部分构成背景区域9，在当前的实施例中耦合输出结构7不被引入所述背景区域中。
因此，在根据图1A的面光源中形成具有多个发光区域8的发光面6，其中每个发光区域与主放射方向相关联，所述主放射方向与在散射盘4之内的孔的定向相关。因为在散射盘4之内的孔的定向是不同的，所以发光区域8的主放射方向也是彼此不同的。以该方式和方法，如接下来根据图1C所描述的那样，能够在图1A的面光源中尤其强烈地形成闪光效果。
图1C示出根据图1A和1B的面光源的两个相邻的发光区域的光密度L相关于两个不同观察角度θ1(实线)和θ2(虚线)的位置x的示意图。因为发光区域的主放射方向由于在散射盘4之内的孔的不同的布置而是不同的，所以在同一观察角度中，发光区域8的光密度的最大值不同。在观察角度例如从θ1到θ2变化时，对于相应的发光区域8的光密度的最大值也变化。
此外也可能的是，在散射盘4中的孔构造为是锥形的或截锥形的。
图1A的面光源的散射盘4优选厚于0.5mm，尤其优选厚于1mm。此外，散射盘4的最大厚度优选为20mm并且尤其优选为10mm。
圆柱形孔的直径处于散射盘4的厚度的范围内。
根据图2的实施例的面光源具有半导体本体2，所述半导体本体施加在承载体1上。半导体本体2嵌入光导体11中。在所述实施例中，面光源的发光面6通过光导体11的主面形成。在根据图2的面光源中，半导体本体2的发射辐射的前侧3平行于发光面6设置。因此，图2的实施例也为具有直接的背后照明的面光源。
作为耦合输出结构7，光导体11当前具有截锥形孔，所述截锥形孔中央地设置在半导体本体2的发射辐射的前侧3之上。截锥形孔用于将半导体本体2的辐射逐点地从光导体11中耦合输出，并且因此在发光面6之内产生发光区域8，所述发光区域对于观察者而言引起闪光效果。特别地，由于孔构成为截锥形，能够实现与观察角度相关的光密度的强烈变化。
此外，在半导体本体2和光导体11之间存在空气填充的间隙，所述间隙也能够用例如环氧树脂或硅树脂的透明的填充材料填充。
光导体11优选具有1mm和10mm之间的厚度，其中包括边界值。耦合输出结构7的尺寸，例如上面描述的截锥形孔的直径，优选处于光导体11的厚度的范围内，即也处于1mm和10mm之间，其中包括边界值。
根据图3的实施例的面光源如图2的面光源也包括半导体本体2，所述半导体本体施加在承载体1上，其中半导体本体2嵌入光导体11中。如在图2的面光源中，为具有直接的背后照明的面光源。
在半导体本体2的发射辐射的前侧3上，耦合输出结构7被引入在光导体11的指向发光面6的主面上，所述耦合输出结构在发光面6中产生发光区域8。耦合输出结构7通过在光导体11中的锥形凹部形成，所述锥形凹部的大小处于光导体11的厚度的范围内。在发光面6的背景区域9中且在半导体本体2的侧向，其他耦合输出结构12设置在光导体11的指向发光面6的主面中，所述主面设置为，在背景区域9中尽可能均一地构成发光面6的放射特性。其他设置在发光面6的背景区域9中的所述耦合输出结构12例如通过凹进部或粗化部形成。与设置用于产生发光区域的耦合输出结构7不同，所述其他耦合输出结构具有优选10μm和100μm之间的大小，其中包括边界值。
根据图4A的面光源与根据图2的面光源在光导体11的指向发光面6的一侧中的耦合输出结构7方面不同。如在根据图2的面光源中，耦合输出结构7设置在半导体本体2的发射辐射的前侧3之上，并且设置为，在发光面6中产生发光区域8。耦合输出结构7通过在光导体11的主面中的圆柱形凹部形成，所述凹部的深度分别从半导体本体2的中央向侧向减少。
如在图4A中的箭头表明，耦合输出结构能够逐点地将半导体本体2的光从光导体11中耦合输出，并且同时，在侧向发射的或以平的角度从半导体本体2的前侧3中发射的辐射能够全反射地引入到光导体11中。由此，在耦合输出结构7的区域中逐点地从光导体11中产生强烈的耦合输出，并且因此在发光面6中实现具有闪光效果的发光区域8，而使发光面6的背景区域9的光密度均匀化。
图4B示出在根据图4A的光导体11中的耦合输出结构7的示意立体图。在此能够看出，凹部在光导体11中以围绕半导体本体2的连续的同心圆引入到光导体11的主面中。
根据图5的实施例的面光源具有光导体11，其中在光导体11的每侧设置有多个半导体本体2，所述半导体本体耦合输入到光导体11中。因此，半导体本体2当前设置在发光面6的侧向，所述发光面在图5的面光源中通过光导体11的主面形成。因此，图5的面光源为具有间接的背后照明的面光源。
根据图5的面光源的光导体11具有作为耦合输出结构7的散射部位，所述散射部位当前通过扩散颗粒形成。扩散颗粒如此引入到光导体11中，使得形成具有高浓度扩散颗粒的线状区域13。扩散颗粒提高从光导体11中的光耦合输出，并且因此在发光面6中产生线状的发光区域8，其中线状的发光区域8通常具有比具有扩散颗粒的线状区域13更大的宽度。如果具有扩散颗粒的线状区域13的宽度处于几百微米的范围内，那么线状的发光区域8的宽度处于几毫米的范围内。具有扩散颗粒的线状区域13的间距优选处于光导体11的厚度的范围内，也就是说在1mm和10mm之间。
具有扩散颗粒的线状区域13分别稍微错位于半导体本体2的主放射轴线设置。以该方式和方法，有利地提高在发光面6的背景区域9中的面光源的均匀性。例如在线状区域13中的不均匀的扩散颗粒浓度例如能够借助于具有偶极矩的扩散颗粒产生。在应用这种扩散颗粒时，在制造光导体11时施加电磁场，使得以期望的方式和方法在光导体11之内设置扩散颗粒。
也能够在光导体11中使用热学地或光学地产生的空位或缺陷或者空气填充的颗粒来代替用于形成耦合输出结构7的扩散颗粒。此外，也能够在光导体11主面中的一个中应用小的印痕以形成耦合输出结构7，其中印痕例如构成为棱柱形。
根据图6的面光源同样具有间接的背后照明。在图6的面光源的光导体11中引入散射几何结构作为耦合输出结构7，在所述散射几何结构中，一个构成为是立方体形、一个构成为八面体形且一个构成为棱锥体形。所述散射几何结构能够以限定的形状和大小例如借助于激光结构部化加入由PMMA或玻璃制成的光导体11中。这种散射几何结构优选小于或等于1mm，尤其优选小于或等于100μm。
替选地，还可能的是，散射几何结构通过单独的颗粒在光导体11中形成，其中颗粒优选具有上述的几何结构中的一个。所述颗粒优选小于或等于30μm。
散射几何结构适用于用作耦合输出结构7，并且逐点地将光从光导体11中耦合输出，使得在面光源工作时产生发光区域8，其中发光区域8具有相对于背景区域9提高的光密度。所述散射几何结构能够构造成，使得其在断开的状态下也是可见的，并且因此为积极的设计方案。
图7示出光密度l相关于在面光源的发光面6上的位置x的示意图，如其例如在图1中示出的那样。这种光密度L适用于引起对于人眼而言的闪光效果。在半导体本体2的区域中，光密度L分别具有在局部上狭窄地限定的局部最大值。局部最大值的宽度优选为大约300μm。所述局部的最大值为发光面6的发光区域8，即在背景区域9中，优选尽可能均匀地构成光密度。光密度L在背景区域9中优选为至少10cd/m2的值。光密度的局部变化ΔL优选为至少100cd/m2，尤其优选为至少1000cd/m2。
本申请要求德国专利申请DE102010018030.0的优选权，其公开内容在此通过引用并入本文。
本发明不通过根据实施例进行的描述而限制于此。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的任意的组合，这特别是包括在本文中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合本身在权利要求中或实施例中没有明确地说明。
Claims (15)
1.具有发光面(6)的面光源，包括：
-至少一个半导体本体(2)，所述半导体本体在工作时从其前侧(3)发射电磁辐射，
-耦合输出结构(7)，所述耦合输出结构适用于，在所述发光面(6)上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域(9)提高在至少一个发光区域(8)中的所述光密度，其中
-所述半导体本体(2)的发射辐射的前侧(3)平行于所述面光源的所述发光面(6)设置，并且
-所述半导体本体(2)嵌入光导体(11)中，并且所述耦合输出结构(7)在所述半导体本体(2)的所述发射辐射的前侧(3)的区域中设置在所述光导体(11)的指向所述发光面(6)的一侧上。
2.具有发光面(6)的面光源，包括：
-至少一个半导体本体(2)，所述半导体本体在工作时从其前侧(3)发射电磁辐射，
-耦合输出结构(7)，所述耦合输出结构适用于，在所述发光面(6)上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域(9)提高在至少一个发光区域(8)中的所述光密度，其中
-所述半导体本体(2)的发射辐射的前侧(3)平行于所述面光源的所述发光面(6)设置，并且
-形成所述耦合输出结构(7)的元件具有倾斜于所述发光面(6)延伸的旋转轴线。
3.根据权利要求2所述的面光源，其中所述耦合输出结构(7)被引入到散射盘(4)中，所述散射盘设置在所述半导体本体(2)的所述发射辐射的前侧(3)和所述发光面(6)之间。
4.根据权利要求3所述的面光源，其中所述耦合输出结构(7)通过在所述散射盘(4)中的孔形成，所述孔设置在所述半导体本体(2)的区域中。
5.根据权利要求1所述的面光源，其中所述耦合输出结构(7)通过下面元件中的一个形成：圆柱形凹进部、锥形或截锥形凹进部、圆柱形孔、锥形或截锥形孔、粗化部。
6.根据权利要求1所述的面光源，其中所述耦合输出结构(7)通过下面元件中的一个形成：棱锥形凹进部或者棱锥形孔。
7.根据权利要求1所述的面光源，其中所述耦合输出结构(7)通过成像结构形成。
8.根据权利要求7所述的面光源，其中所述成像结构是菲涅尔结构。
9.根据权利要求1所述的面光源，其中形成所述耦合输出结构(7)的元件具有倾斜于所述发光面(6)延伸的旋转轴线。
10.具有发光面(6)的面光源，包括：
-至少一个半导体本体(2)，所述半导体本体在工作时从其前侧(3)发射电磁辐射，和
-耦合输出结构(7)，所述耦合输出结构适用于，在所述发光面(6)上产生光密度的局部变化，使得相对于背景区域(9)提高在至少一个发光区域(8)中的所述光密度，其中
-所述半导体本体(2)设置在所述发光面(6)的侧向，并且耦合输入到光导体(11)中，并且
-所述耦合输出结构(7)通过在所述光导体(11)内的散射部位形成，其中所述耦合输出结构(7)在所述发光区域中具有高浓度散射部位，并且在所述背景区域中具有低浓度散射部位。
11.根据权利要求10所述的面光源，其中高浓度散射部位的区域构成为线状。
12.根据权利要求10或11所述的面光源，其中所述光密度的所述局部变化大于或等于1000cd/m2。
13.根据权利要求10或11所述的面光源，其中所述发光区域(8)大于或等于300μm。
14.根据权利要求10或11所述的面光源，其中所述光密度也与观察角度相关地进行变化。
15.根据权利要求10或11所述的面光源，其中所述背景区域具有尽可能均匀的光密度。
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