CN104169633B - 面光源 - Google Patents

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Abstract

在至少一个实施方式中，面光源(1)包括一个或多个具有辐射主侧(20)的用于产生初级辐射(P)的光电子半导体芯片(2)。散射体(3)沿着半导体芯片(3)的主放射方向(x)设置在辐射主侧(20)的下游。散射体(3)构建为用于散射初级辐射(P)。散射体(3)的主发射方向(y)倾斜于半导体芯片(2)的主放射方向(x)取向。

Description

面光源
技术领域
提出一种面光源。
发明内容
待实现的目的在于：提出一种面光源，所述面光源在几何尺寸相对小的情况下具有高的效率。
此外，该目的通过具有本发明的特征的面光源来实现。面光源的优选的改进方案是下面描述的主题。
根据至少一个实施方式，面光源包括一个或多个光电子半导体芯片。半导体芯片能够是发光二极管，简称为LED。半导体芯片构建为用于产生初级辐射。半导体芯片具有辐射主侧。辐射主侧优选垂直于半导体芯片的外延地产生的半导体层序列的生长方向取向。如果面光源包括多个半导体芯片，那么所有的半导体芯片能够是结构相同的并且构建为用于产生相同波长的辐射。同样可能的是，存在彼此不同地构造的半导体芯片，例如用于产生不同波长的辐射。
在此，面光源是具有延展的发光面的光源。与此相反，点光源仅具有非常小的发光面。面光源通常应用在一般照明中，例如应用在嵌入式天花板灯具中，并且应用在液晶显示器的背光照明中。
根据至少一个实施方式，面光源包括一个或多个散射体。至少一个散射体构建为用于散射初级辐射。散射体沿着至少一个半导体芯片的主放射方向设置在辐射主侧的下游。换句话说，散射体位于半导体芯片的辐射主侧之上。可能的是，在辐射主侧和散射体之间不存在任何其它的有光学作用的部件，如透镜、滤光器和/或用于波长转换的转换剂。优选地，在俯视图中来看，散射体完全地覆盖半导体芯片。在俯视图中来看，散射体能够与半导体芯片齐平或者在侧向高出半导体芯片。
根据至少一个实施方式，散射体具有一个或多个主发射方向。主发射方向是下述方向，沿所述方向，散射体在每空间角度发射最大的辐射功率。特别地，主发射方向与散射体的每个主侧相关联。优选地，散射体具有恰好两个主发射方向和恰好两个主发射侧。如果存在多个主发射方向，那么这些主发射方向能够通过与角度相关的辐射强度的局部最大值形成。
根据至少一个实施方式，散射体的主发射方向或者所述主发射方向中的至少一个或者所有的主发射方向倾斜于半导体芯片的主放射方向取向。主发射方向和主放射方向之间的角度例如为至少45°或者至少60°或者至少70°或者至少75°。替选地或者附加地，该角度为至多92°或者至多90°或者至多85°或者至多80°。
在至少一个实施方式中，面光源包括一个或多个具有辐射主侧的用于产生初级辐射的光电子半导体芯片。面光源的散射体沿着半导体芯片的主放射方向设置在辐射主侧的下游。散射体构建为用于散射初级辐射。散射体的主发射方向倾斜于半导体芯片的主放射方向取向。
在这样的面光源中，半导体芯片的尤其垂直于辐射主侧的主放射方向通过散射体转向到与此不同的主发射方向中。也就是说，散射体具有与半导体芯片不同的放射特性。通过这样的具有高的光学效率的散射体，特别是在使用多个具有不同的发射波长的半导体芯片的情况下，能够实现紧凑的并且均匀地发射辐射的面光源。
通过这样的面光源，也能够实现相对小的结构高度和高的效率以及充分的颜色混合，以便均匀地照射工作平面。同样能够实现高效的面光源，所述面光源的光具有优选偏振。借助这样的面光源，在用作为液晶显示器的背光照明装置的情况下能够提高系统效率。在此，术语结构高度表示沿着垂直于延展的发光面的方向的尺寸。
根据至少一个实施方式，在俯视图中来看，面光源具有为至少50mm或者至少100mm或者至少150mm的平均横向尺寸。也就是说，术语面光源能够表示：面光源的放射侧具有至少0.01qm的面积。优选地，面光源在光出射侧上均匀地发射。均匀地能够表示：局部的辐射功率以至多40％偏离辐射功率的关于整个放射侧进行平均的平均值。局部发射的辐射的色度坐标优选以CIE标准色彩表中的至多0.02个单位或者至多0.01个单位偏离关于放射侧进行平均的色度坐标。
根据面光源的至少一个实施方式，散射体具有旋转体的形状。因此，散射体例如成形为圆柱体或者圆锥体或者截锥体。
根据面光源的至少一个实施方式，散射体具有多面体的形状。散射体因此例如成形为棱柱体或者棱锥体或者截棱锥体。
根据至少一个实施方式，散射体具有带有三角形的基本形状的横截面。基本形状在此表示：散射体的外部的轮廓在横截面中来看具有三角形的形状。可能的是，在确定基本形状的情况下，不考虑在散射体的侧部上的、特别是在散射体的朝向半导体芯片的下侧上的相对小的凹部或者凹痕。横截面尤其在平行于半导体芯片的主放射方向的剖面中并且优选也垂直于散射体的主延伸方向、例如纵轴线来确定。替选于三角形的基本形状，也可能的是，散射体具有梯形的基本形状。
根据至少一个实施方式，散射体具有带有圆形形状的横截面。例如，散射体在横截面中是三角形、矩形或者具有圆角的梯形。替选地，在横截面中来看，散射体能够椭圆形地成形或者具有半圆的形状或者具有半椭圆。
根据至少一个实施方式，散射体的宽度沿着主放射方向减小。换句话说，散射体因此沿着垂直于辐射主侧并且远离辐射主侧的方向变窄。散射体的宽度沿着主放射方向减小优选单调地或者严格单调地进行。
根据至少一个实施方式，散射体沿着主放射方向和/或沿着垂直于辐射主侧的方向具有如下高度，所述高度大于具有三角形的基本形状的散射体的横截面的最大宽度。也就是说，因此，散射体在尤其垂直于散射体的主延伸方向并且垂直于半导体芯片的辐射主侧的横截面中来看高度大于宽度。
根据至少一个实施方式，散射体具有辐射可穿透的基质材料。基质材料能够是PMMA、玻璃、硅树脂、环氧化物和/或硅树脂-环氧化物混合材料。热塑性的塑料、如聚碳酸酯能够用作为用于散射体的基质材料。在基质材料中嵌入有散射颗粒。散射颗粒优选具有与基质材料不同的折射率。散射颗粒能够是二氧化钛颗粒或者是氧化铝颗粒。对于散射颗粒替选地或者附加地，转换剂的颗粒能够嵌入基质材料中。可能的是，散射颗粒均匀地或者有针对性地非均匀地、例如以靠近半导体芯片具有更高浓度的方式分布在散射体中。
根据面光源的至少一个实施方式，散射体连续地并且一件式地在多个半导体芯片之上延伸。也就是说，能够构建成结构相同或者构建成用于发射不同波长的辐射的多个半导体芯片位于散射体下方并且共同由散射体覆盖。
根据至少一个实施方式，位于散射体下方的半导体芯片组成多色发射的组、特别是RGB组。换句话说，因此，至少一个发射红光的半导体芯片、至少一个发射绿光的半导体芯片和/或至少一个发射蓝光的半导体芯片位于散射体下方。半导体芯片优选紧密相邻地设置。这能够表示：相邻的半导体芯片之间的平均间隔为散射体的高度的至多50％或者25％或者10％。
根据至少一个实施方式，散射体旋转对称地成形。因此，散射体的侧面例如具有圆锥体、截锥体或者截回转椭球的形状。
根据至少一个实施方式，设置在共同的散射体下方的半导体芯片的至少一部分远距离地彼此间隔开。这能够表示：这些半导体芯片之间的间隔为散射体的高度的至少100％或者200％或者300％。
根据至少一个实施方式，散射体关于超出半导体芯片的高度走向不具有局部最小值。因此，散射体特别是不具有与半导体芯片相关联的高度改变。特别地，散射体以恒定的高度延伸超出所有的半导体芯片。替选地或者附加地，术语恒定的高度表示：散射体的高度在公差为半导体芯片的厚度的至多200％或者100％的情况下保持相同。
根据至少一个实施方式，散射体关于超出半导体芯片的高度走向具有一个或多个局部最小值。因此，散射体特别是能够具有与半导体芯片相关联的高度改变。
根据至少一个实施方式，半导体芯片沿着至少一条或者恰好一条直线布置，散射体在所述半导体芯片之上延伸。散射体的主延伸方向优选平行于半导体芯片的所述布置直线取向，并且在俯视图中来看能够位于半导体芯片的所述布置线之上。
根据至少一个实施方式，在面光源的俯视图中来看，散射体的一个主发射方向或者多个主发射方向垂直于半导体芯片的布置线取向，优选具有至多15°或者至多10°或者至多5°的公差。
根据至少一个实施方式，面光源包括多个散射体。散射体优选彼此间隔开地设置在共同的载体上。半导体芯片的主放射方向优选垂直于载体的主侧取向。
根据至少一个实施方式，散射体或者散射体的至少一部分彼此平行地设置。特别地，所有的散射体能够彼此平行地定向。散射体的主发射方向或者散射体的至少一部分的主发射方向也能够彼此平行地定向。
根据至少一个实施方式，散射体的至少一部分或者所有的散射体横向于彼此或者交叉形地设置。横向于彼此设置特别是表示：散射体之间的以及散射体的主延伸方向之间的角度在30°和90°之间，其中包括边界值，特别是大约90°。交叉形地能够表示：散射体类似于肋架拱顶相互穿过并且部分地重叠。可能的是，这样的散射体特别是横向于彼此设置，所述散射体位于面光源的和/或散射体的布置网格的边缘上或者角上。
根据至少一个实施方式，在俯视图中来看，散射体是网状的。因此，半导体芯片优选规则网格状地布置并且散射体能够覆盖所有的半导体芯片或者至少一部分半导体芯片。
根据至少一个实施方式，散射体直接地安置在辐射主侧上。直接地能够表示：在散射体和辐射主侧之间仅存在连接剂、如粘接剂。同样可能的是，散射体碰触辐射主侧。
根据至少一个实施方式，半导体芯片的侧面不具有散射体。因此，半导体芯片在垂直于半导体芯片的侧面的方向上进而尤其在平行于辐射主侧的方面上没有由散射体覆盖。半导体芯片的侧面例如由反射性的浇注件或者用于固定散射体的粘接剂包围和/或遮盖。因此，在到侧面上的垂直的投影中在侧面之上优选不存在散射颗粒。
根据至少一个实施方式，半导体芯片的侧面部分地或者完全地由散射体覆盖。侧面能够碰触散射体。
根据至少一个实施方式，面光源的光放射面积和半导体芯片的辐射主侧的面积的商为至少100或者至少250或者至少1000或者至少2500。
根据至少一个实施方式，面光源包括一个或多个反射体。反射体构建为，使由散射体散射的初级辐射沿着朝向面光源的放射侧的方向转向。
根据至少一个实施方式，在横截面中来看，反射体具有对称的或者不对称的四边形的形状。可能的是，在俯视图中来看，反射体圆地、圆形地、椭圆地、矩形地或者以具有圆角的矩形的形式构造。
根据至少一个实施方式，在特别是垂直于半导体芯片的辐射主侧的横截面中来看，反射体具有梯形的基本形状。同样可能的是，反射体在横截面中具有三角形的基本形状。反射体因此例如如棱锥体的、截棱锥体的、椎体的或者截锥体的侧面那样成形。基本形状能够具有镜像对称。不同于此，也可能的是，反射体不具有沿着直线伸展的侧面、而是具有例如以抛物面的方式弯曲的侧面。
根据至少一个实施方式，反射体具有平均横向延展，所述平均横向延展是半导体芯片的辐射主侧的平均棱长的至少10倍或者至少50倍或者至少100倍。换句话说，在俯视图中来看，反射体因此明显大于半导体芯片。
根据至少一个实施方式，面光源包括一个或多个冷却体。所述冷却体或者所述冷却体中的至少一个包括冷却体上侧。至少一个半导体芯片安置在冷却体上侧上。可能的是，冷却体在冷却体上侧上和/或在背离冷却体上侧的冷却体下侧上具有结构化部。通过这样的结构化部能够形成冷却肋。
根据至少一个实施方式，冷却体构建为用于反射初级辐射。可能的是，冷却体上侧平行于半导体芯片的辐射主侧取向或者冷却体上侧倾斜于所述辐射主侧伸展。冷却体上侧能够是平坦的或者在横截面中来看以三角形形状或者以梯形形状伸展。
根据至少一个实施方式，冷却体上侧具有平均横向延展，所述平均横向延展是半导体芯片的辐射主侧的平均棱长的至少10倍或者至少50倍或者至少100倍。
根据至少一个实施方式，光源包括一个或多个辐射可穿透的光分配器。至少一个光分配器成形为固体。光分配器能够是光导体。
根据至少一个实施方式，光分配器和/或反射体旋转对称地成形。对称轴线在此优选平行于至少一个半导体芯片的主放射方向取向。反射体和/或光分配器因此例如截锥状地构成。
根据至少一个实施方式，散射体完全地或者主要地或者至少部分地安置在光分配器的凹部中。可能的是，光分配器中的凹部特别是在横截面中来看具有与散射体相同的基本形状。凹部和散射体例如都具有三角形的基本形状。
根据至少一个实施方式，在横截面中来看，光分配器具有梯形的基本形状或者三角形的基本形状。这就是说，在特别是垂直于辐射主侧的横截面中来看，光分配器的外部形状或者光分配器的轮廓线显示出三角形的或者梯形的形状。
同样可能的是，在横截面中来看，光分配器具有弯曲的侧面，例如如抛物线的、椭圆的或者双曲线的一部分那样成形。可能的是，侧面在四周上不具有相同的形状。由此，沿着不同的空间方向能够实现不同的光导特性和/或放射特性。
根据至少一个实施方式，在俯视图中来看，光分配器具有平均横向延展，所述平均横向延展是半导体芯片的辐射主侧的平均棱长的至少10倍或者至少50倍或者至少100倍。
根据至少一个实施方式，在光分配器和散射体之间存在分隔间隙。分隔间隙优选被抽真空或者用气体填充。分隔间隙的平均宽度例如为至少1μm或者至少0.1mm或者至少0.25mm。特别地，分隔间隙的平均宽度为至多1.0mm或者至多0.5mm。
根据至少一个实施方式，光分配器和散射体不碰触。同样可能的是，光分配器和散射体在光学上不直接彼此连接。在光学上直接彼此连接能够表示：在散射体和光分配器之间沿着主发射方向对初级辐射的波长存在光学折射率的突变，所述突变不超出0.1或者0.2。优选地，光分配器的折射率不小于散射体的折射率。
根据至少一个实施方式，散射体的发射主侧和光分配器的朝向散射体的光入射侧局部地或者整面地彼此平行地取向。换句话说，因此，分隔间隙具有恒定的、均匀的宽度。
根据至少一个实施方式，发射主侧和光入射侧之间的角度至少局部地为至少15°或者至少20°或者至少25°。替选地或者附加地，该角度为至多60°或者至多55°。通过散射体的发射主侧和光分配器的光入射侧之间的这样的角度，能够在光入射侧上实现偏振选择的反射，这就是说，优选地，垂直偏振的辐射的反射系数和平行偏振的辐射的反射系数彼此不同。
根据至少一个实施方式，光分配器的光入射侧设有与偏振相关的反射性的覆层或者设有与偏振相关的反射性的结构化部，所述结构化部例如是棱柱形的或者是棱锥形的。由此，能够实现：主要是具有优选偏振方向的辐射射入到光分配器中。在光入射侧上反射的辐射返回至散射体并且在散射体上散射。由于所述散射，偏振方向能够发生改变，并且随后所述辐射在接着射到光入射侧上时能够射入到光分配器中。
根据至少一个实施方式，面光源的背侧设有反射体和/或设有四分之一波长板。四分之一波长板构建为，改变射到所述板和反射体上的辐射的偏振方向、特别是以大约90°转动。对于多色辐射和/或宽的入射角范围而言，偏振方向仅大约并且以角度分布的一定宽度以90°转动。
根据至少一个实施方式，在面光源的前侧上存在偏振选择的镜，其中前侧与背侧相对置并且前侧能够是面光源的放射侧。经由偏振选择的镜能够实现：仅特定的偏振方向的辐射离开面光源。在与背侧上的四分之一波长板组合的情况下，能够实现所谓的光子循环和具有特定的优选偏振的辐射的有效放射。
根据至少一个实施方式，散射体构建为用于与偏振无关地散射初级辐射。换句话说，因此，散射体的散射横截面与射中的辐射的偏振方向不相关或者基本上不相关。通过散射，辐射的偏振方向通常发生改变。由此，能够通过散射改变射中的辐射的偏振方向。
根据至少一个实施方式，散射体的发射主侧和面光源的光出射侧之间的中间空间不具有设为用于借助于透射来横向传导光的光导本体。特别地，因此，面光源不具有光分配器。也就是说，可能的是，从散射体中射出的辐射不沿着平行于辐射主侧的方向穿过固体。特别地，从散射体中射出的辐射垂直于或者基本上垂直于半导体芯片的辐射主侧和/或面光源的主延伸方向穿过其它的光学部件。
根据至少一个实施方式，特别是散射体的发射主侧相对于半导体芯片的辐射主侧的夹角为至少45°或者至少60°或者至少70°或者至少75°。替选地或者附加地，该夹角为至多88°或者至多85°或者至多82°。换句话说，因此，散射体的发射主侧近似垂直于半导体芯片的辐射主侧和/或面光源的主延伸方向取向。
根据至少一个实施方式，光分配器和/或反射体、特别是光分配器的背离散射体的侧面和半导体芯片的辐射主侧的夹角大于0°或者为至少2°或者至少5°或者至少10°或者至少12°。替选地或者附加地，该夹角为至多45°或者至多25°或者至多20°或者至多15°。也就是说，光分配器的侧面能够近似平行于半导体芯片的辐射主侧和/或面光源的主延伸方向定向。
根据至少一个实施方式，面光源的厚度为至少0.4mm或者至少3mm或者至少5mm或者至少8mm。替选地或者附加地，厚度为至多50mm或者至多35mm或者至多25mm或者至多15mm。
根据至少一个实施方式，对于反射体的和/或光分配器的平均横向延展L以及面光源的厚度D的商L/D适用的是下述关系中的一个或多个：2≤L/D或者5≤L/D或者L/D≤25或者L/D≤100。
模块能够具有多个面光源，所述面光源能够横向相邻并排地瓷砖状地设置。面光源能够彼此平行地或者彼此横向地取向。面光源能够安置在共同的载体上。
根据至少一个实施方式，面光源不具有光分配器，所述光分配器构建为用于横向光导并且所述光分配器由固体、如塑料或者玻璃形成。因此，横向光分布仅经由或者基本上仅经由至少一个散射体来进行，所述散射体能够设置在反射性的灯箱中。这并不排除：例如用于形成光分布的盖板设置在一个或者多个散射体共同的下游，然而所述盖板不是光导体并且基本上仅垂直于主延伸方向被透射。
根据至少一个实施方式，散射体机械柔性地构造。这能够意味着：散射体能够以10cm或者更小的弯曲半径或者以20cm或者更小的弯曲半径无损坏地弯曲。由此，简化了散射体的安装。
附图说明
在下文中，根据实施例参考附图来详细阐述在此所描述的面光源。在此，相同的附图标记表示各个附图中的相同的元件。然而，在此，没有按比例关系示出，更确切地说，为了更好的理解，能够夸张大地示出个别元件。
附图示出：
图1至9和12至14示出在此所描述的面光源的实施例的示意图，以及
图10和11示出面光源的变型形式的示意图。
具体实施方式
在图1中在剖视图中示意性地示出面光源1的一个实施例。在冷却体9的冷却体上侧90上安置有至少一个光电子半导体芯片2、优选为发光二极管。半导体芯片2具有辐射主侧20，所述辐射主侧背离冷却体9。在制造公差的范围中，辐射主侧20能够平行于冷却体上侧90取向。半导体芯片2基本上在辐射主侧20上发射初级辐射P。初级辐射P的走向在附图中通过箭头线来说明。可能的是，冷却体上侧90构造成用于初级辐射P的反射体。半导体芯片2的主放射方向x垂直于辐射主侧20定向。
散射体3沿着主放射方向x跟随半导体芯片2。散射体3具有基质材料和嵌在所述基质材料中的散射颗粒。在横截面中来看，散射体3关于外部的轮廓形状以三角形的形式构造。散射体3不仅能够在辐射主侧20上、而且也能够在侧面25上包围半导体芯片2。散射体3能够碰触半导体芯片2，或者与所示出的不同，散射体3能够与半导体芯片2间隔开。
散射体3的宽度B例如为至少1mm或者至多4mm、特别是大约2mm。散射体3的高度H例如为至少3mm和/或至多10mm、特别是大约6mm。散射体3的发射主侧35和冷却体上侧90和/或辐射主侧20之间的夹角(Flankenwinkel)α为大约80°。
散射体3散射初级辐射P。散射体3的通过散射得到的主发射方向y基本上垂直于发射主侧35取向从而近似平行于辐射主侧20伸展。散射体3的发射主侧35由于散射体3对初级辐射P的散射特性能够表现成朗伯辐射器，在所有其它的实施例中也如此。
可选地，面光源1包括光分配器4。光分配器4的材料例如是PMMA、聚甲基丙烯酸甲酯。在横截面中来看，光分配器4具有三角形的凹部43。散射体3完全位于凹部43中。光分配器4的在凹部43上的光入射侧40能够平行于散射体3的发射主侧35定向。优选地，在光分配器4和散射体3之间存在分隔间隙6，所述分隔间隙例如由空气填充。
在横截面中来看，光分配器4具有梯形的基本形状。在横截面中来看，光分配器4的侧面48能够构造成直线，或者不同于附图弯曲地伸展。光分配器4的侧面48和冷却体上侧90之间的夹角β例如为大约12.5°。侧面48优选借助于内部的全反射来进行反射。面光源1的厚度D例如为大约10mm。光分配器4的和/或反射体的以及沿着面光源1的主延伸方向的平均横向延展L例如在2cm和20cm之间，其中包括边界值，或者在10cm和15cm之间，其中包括边界值。
面光源的前侧14通过光分配器4的光出射侧45形成，所述前侧也是面光源1的放射侧。光出射侧45基本上平坦地并且平面地伸展。可选地，光出射侧和/或光入射侧和/或发射主侧35以及辐射主侧20设有粗糙部或者结构化部以改进辐射耦合输入和/或改进辐射耦合输出。此外，可选地，能够为散射体3添加用于将初级辐射P转化为另一种辐射的未示出的转换剂。这样的转换剂也能够位于散射体3上或位于散射体3中或者位于光分配器4上或位于光分配器4中。
如也在所有其它的实施例中那样，不同于图1中的视图，也可能的是，半导体芯片2位于冷却体9的凹部中。散射体3因此优选借助透明的粘接剂、例如基于硅树脂的粘接剂固定在冷却体9和半导体芯片2上。由此，散射体3能够有效地安装，而粘接剂不会明显地流开。
在其它的实施例中，如在图2中在剖视图中所示出的那样，光分配器4的侧面48设有反射体8。
在根据图3的示意立体图中，棱柱形的散射体3设置在三个不同的半导体芯片2的下游。所述半导体芯片2中的一个例如发射绿光，第二半导体芯片发射红光并且第三半导体芯片发射蓝光。通过散射体3在散射体3之内将由三个半导体芯片2发射的辐射的颜色混合。这样的面光源1的光学效率例如在92％和96％之间，其中包括边界值。
可选地，如也在所有其它的实施例中那样，可能的是，分隔间隙6由介质填充，以便避免或者降低在散射体3和光分配器4之间的光学折射率的突变。然而，优选地，分隔间隙6被抽真空或者用气体填充。分隔间隙6优选能够实现将出自散射体3的光辐射有效地过耦合为尤其呈所谓的光纤模式的光分配器4中的被引导的辐射。
在根据图4的面光源1的实施例的剖视图中，凹部43以及散射体3具有三角形的基本形状。然而，光入射侧40和发射主侧35并非彼此平行地伸展，而是相互间具有角度γ。角度γ例如为大约30°。经由凹部43的这样的造型能够实现：在光入射侧40上将由散射体3发射的辐射的一定份额以偏振选择的方式耦合输出到光分配器4中。
根据图5的面光源1具有多个散射体3，所述散射体构造成具有三角形的横截面的纵向延伸的棱柱。各个散射体3彼此平行地设置在载体5上，所述载体也能够构造成反射体8和/或冷却体9。每个散射体3都安置在多个在图5中未示出的半导体芯片之上。
在图6中示出面光源1的其它实施例的俯视图。在图6A中，散射体3a基本上垂直于散射体3b取向。散射体3a、3b部分地重叠并且根据肋架拱顶的类型相互穿过。
根据图6B，边缘上的散射体3b垂直于中央区域中的散射体3a取向。可选地，可能的是，特别是在角区域中，散射体3a、3b彼此倾斜地安置、例如以大约45°的角度彼此倾斜地安置，在图6B中未示出。不同于所示出的，散射体3a、3b也能够具有彼此不同的长度。根据图6B，散射体3a、3b在短边处的限界面倾斜于载体5的上侧取向。
在根据该实施例的面光源1的剖视图中，如在图7中所示出的那样，散射体3和覆盖件7之间的中间空间13不具有光分配器。换句话说，中间空间13被抽真空或者优选用气体、如空气填充。覆盖件7能够可选地具有结构化部以用于定向的放射。
即覆盖件7能够是光成形板，在所有其它的实施例中也如此。由半导体芯片2产生的辐射基本上被沿着主放射方向x引导穿过覆盖件7，并且因此在覆盖件7中优选仅微不足道的一部分被沿着主发射方向y引导，使得覆盖件7优选不是沿着主发射方向y的光导体。前侧14尤其通过覆盖件7形成，所述前侧是面光源1的放射侧。
这样的面光源1是所谓的具有LED直接背光照明的灯箱，英语是Lightbox。覆盖件7是光学功能板、优选是光成形板，并且例如能够用于消除眩光。散射体3例如是棱柱形的、圆柱体形的、锥形的或者长方体形的。面光源1不具有用于横向光导的光导体。通过散射体3和反射体8的组合确保均匀地照亮、特别是均匀地照亮前侧14。
因为弃用通常由PMMA制成的光导体，所以根据图7的面光源1也能够用在火焰严控的应用中、例如用在飞机中。
面光源1根据图7相应于灯箱的构造，也就是说包括具有反射性的内壁的壳体和安装在其中的光源。光源通过与散射体3组合的半导体芯片2形成并且具有突出的侧向放射特性。由此，灯箱的结构高度与具有荧光灯管或者具有发光二极管的系统相比能够减小，所述系统具有垂直于前侧14具有最大值的朗伯放射特性。相对于在下游设置有透明的具有侧向的放射特性的光学器件的发光二极管，通过散射体在散射体中就已经能够进行颜色混合。通过侧壁的造型、即特别是反射体8的造型并且通过散射体3的侧向放射，灯在灯箱中在横向上宽地分布。
为了遵循关于眩光的标准并且为了形成光强分布曲线，能够将覆盖件7作为光学功能板在前侧放置到灯箱上。这样的灯箱通常也用于显示器或者用于进行照明的广告牌。在该情况下，覆盖件7能够通过磨砂玻璃盘来实现。在照亮位于远处的面积、即与面光源1间隔开的面积时，也能够使用具有扩展的光学功能的、例如具有透镜系统如微透镜或者具有棱柱微结构的覆盖件。
可能的是，半导体芯片2与散射体3固定地与灯箱、即特别是与反射体8连接或者模块化地插到反射体中。通过模块化的构造，反射体8的生产能够与发光二极管2和散射体3的生产分开并且能够避免或者减少反射体8的污染或者反射体8的损坏。
反射体8优选具有高的反射率并且能够镜面反射或者漫反射，在所有其它的实施例中也如此。反射体能够具有弯曲的镜面，在所有其它的实施例中也如此。反射体8的造型能够辅助面光源1的光强分布。
如果通过反射体8来确保半导体芯片2的冷却，那么能够取消冷却体9。同样可能的是，将单独的冷却体安置在电路板的背侧上，在图7中未示出。
覆盖件7例如由塑料、如PMMA或者PC、聚碳酸酯形成。覆盖件7优选设有折射结构以消除眩光和/或形成光强分布。与所示出的不同的是，覆盖件7也能够实施成弯曲的。在覆盖件7的至少一个主侧上能够施加光学功能层、如滤光层或者反射层。例如通过结构化部，能够实现沿着不同的空间方向的不同的放射特性。覆盖件7的菲涅尔透镜状的结构化部也是可能的。
根据图8的面光源1在背侧15上具有平坦的反射体8。在反射体8上安置覆层85以改变射在其上的辐射的偏振。优选地，通过覆层85进行的偏振改变在入射角和/或波长的宽的范围中相应于、至少近似相应于四分之一波长板。也能够使用漫散射的反射体8来替代四分之一波长板85和定向反射镜的组合。覆盖件7构造成偏振选择的镜。在覆盖件7上能够施加覆层75，经由所述覆层能够设定光学特性或者经由所述覆层能够实现电极、例如用于液晶显示器的电极。光学的耦合输出结构或者结构化的透明导电氧化物例如能够用作为功能层75。
初级辐射P的走向通过箭头线来图解说明，偏振方向通过箭头以及初级辐射P的图解说明的走向上的点来象征性地表示。散射体3例如以朗伯放射特性在未偏振的情况下发射辐射，通过发射主侧35上的圆形的星来象征性地表示。通过光分配器4的光入射侧40的覆层和/或结构化部，可选地，可能的是，实现入射到光分配器4中的辐射的优选偏振。
以特定的偏振射到以偏振选择的方式进行反射和进行透射的覆盖件7上的光从面光源1中耦合输出。不同偏振的光被反射至四分之一波长板85，在那里在偏振方面转向并且接着被发射。
如也在所有其它的实施例中那样，可能的是，多个散射体3连同相关的半导体芯片2彼此平行地设置，以便实现面状的并且均匀的照亮，特别是参见图5。散射体3和/或凹部43的楔形形状能够关于光分配器4中的光的优选偏振最优化，参见图4。优选地，因此在光入射侧40上反射的光在散射体3上在偏振方面发生改变并且接着耦合输入到光分配器4中。所使用的进行偏振和/或进行反射的部件优选具有尽可能光谱宽带的特性。
通过具有这类以偏振选择的方式进行反射的覆盖件7以及例如四分之一波长板85的这样的面光源，所谓的偏振光循环是可能的。
在类似于如在图8中所示出的那样构造、然而不具有以偏振选择的方式进行反射的覆盖件并且不具有四分之一波长板、然而对此具有如结合图7所示出的覆盖件的面光源1中，能够实现大约0.25的偏振比。偏振比是一种偏振的光的强度和与此垂直的偏振的光的强度的商。
在图9中在示意剖视图中示出面光源1的其它的实施例。根据图9A在载体5上安置半导体芯片2。半导体芯片2能够设有转换元件，在所有其它的实施例中也如此。沿着主放射方向x，在半导体芯片2的下游设置有透镜形式的光学元件77。单独的散射体3以与光学元件77间隔开的方式安置。散射体9的在载体5上的固定装置在图9A中未示出。
如也在所有其它的实施例中那样，在图9A中，可选地并且不同于所示出的，可能的是，散射体3在朝向半导体芯片2的下侧上具有用于光学体的凹部。也能够将转换剂添加给散射体3或者安置在散射体3上，可选地在所有其它的实施例中也如此。
在图9B中示出的实施例中，面光源1具有在横向上在半导体芯片2旁边的下部浇注件和沿着主辐射方向x在半导体芯片2之上的平坦浇注体。单独的散射体3安置在该平坦浇注体上，所述平坦浇注体沿着远离载体5的方向高出半导体芯片2。如也在所有其它的实施例中那样，半导体芯片2能够安置在载体5的腔中。载体5的电导线在附图中分别仅简述。
根据图9C，散射体3是半导体芯片2的初级光学器件，所述初级光学器件在光学方面直接跟随半导体芯片2。也就是说，根据图9C，在半导体芯片2和散射体3之间不存在其他的在光学方面有作用的部件。可选地，半导体芯片2在四周由进行反射的下部浇注件包围，参见图9B。
在图10中示出面光源的变型形式。根据图10A，散射体3透镜形地构成并且由光学体77跟随，所述光学体同样透镜形地构成并且用于射束成形。
在该变型形式中，如在图10B中所示出的那样，光学体77直接设置在半导体芯片2的下游。构件不具有散射体。光学体77具有中央的最小值和在周围环绕的壁。这样的光学体77具有基本上侧向的放射，并且仅相对小的辐射份额平行于半导体芯片2的放射方向x发射。如在图10B中所示出的那样，在这样的光学体77中，当然，相对于半导体芯片2的调整是重要的并且是相对耗费的。辐射的不同的波长的混合在光学体77之内也是不能实现的，因为光学体77不具有或者基本上不具有散射光的特性。
在根据图11A的变型形式中，示出背光照明装置，其中光源局部地安置在光导体的棱边上。由此能够产生耦合输入损耗。也能够出现在光导体中吸收辐射，并且由于光源2的局部的安置，用于降温的预防措施是重要的，在图11A中未示出。特别是下侧上的结构化部95用于光耦合输出。
在根据图11B的变型形式中，光源2安置在灯箱的底部上。为了均匀地照亮覆盖件7，灯箱必须具有相对大的高度，所述高度大约相应于相邻的半导体芯片的间隔。因此，根据图11B的构件具有相对大的、在数厘米的范围中的结构高度。
在图12中示出面光源1的另一个实施例，参见图12A中的俯视图和图12B和12C中的示意剖视图。多个散射体3矩阵状地设置。彼此间隔开的散射体3分别完全地覆盖三个紧密相邻设置的半导体芯片2。半导体芯片2中的每个都发射另外的光谱范围中的光。特别地，半导体芯片2中的各一个发射红光、绿光和蓝光。
根据图12B，散射体3锥形地构成。根据图12C，旋转对称的散射体3在横截面中来看具有弯曲的限界面和圆角的尖部。如在所有其它的实施例中那样，可能的是，散射体3的宽度B为半导体芯片2的平均棱边长的至少两倍、三倍或者四倍和/或至多二十倍、十倍或者五倍。
不同于所示出的，在散射体3的下游能够设置光分配器，例如类似于图1。在光分配器和散射体3之间优选存在空气间隙，并且光分配器中的凹部此外特别是具有与散射体3一样的基本形状。
在根据图13的实施例中，散射体3在横截面中来看梯形地构造。散射体3能够旋转对称地成形，参见图12，或者具有纵向延伸的形状，参见图3和6。散射体3放置在进行反射的灯箱中，所述灯箱形成载体5。
不同于所示出的，面光源1也能够仅包括恰好一个散射体3，这结合图12同样是可能的。平均横向延展因此例如小于12cm。
根据图14的实施例的光分配器4在横截面中来看具有弯曲的侧面48。这样的光分配器4也能够在所有其它的实施例中使用。
在此描述的本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在实施例中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在实施例中说明时也如此。
本申请要求德国专利申请10 2012 102 119.8的优先权，其公开内容在此通过参引并入本文。

Claims (14)

1.一种面光源(1)，具有：
-至少一个光电子半导体芯片(2)，所述半导体芯片用于产生初级辐射并且具有辐射主侧(20)，
-至少一个散射体(3)，所述散射体沿着所述半导体芯片(2)的主放射方向(x)设置在所述辐射主侧(20)的下游，并且所述散射体构建为用于散射所述初级辐射，
其中
-所述散射体(3)具有至少一个主发射方向(y)，所述主发射方向倾斜于所述半导体芯片(2)的所述主放射方向(x)取向，
-所述散射体(3)的宽度沿着所述主放射方向(x)减小，
-所述散射体(3)沿着所述主放射方向(x)的高度(H)大于所述散射体(3)的横截面的最大宽度(B)，
-所述散射体(3)包括辐射能穿透的基质材料和嵌在所述基质材料中的散射颗粒和/或转换剂的颗粒，
-在俯视图中来看，所述面光源(1)的光放射面积和所述半导体芯片(2)的所述辐射主侧(20)的面积的商为至少250，
-在俯视图中来看，所述散射体(3)完全地覆盖所述半导体芯片(2)，并且
-在横截面中来看，所述散射体(3)的所述主发射方向(y)和所述半导体芯片(2)的所述主放射方向(x)以在70°和90°之间的角度相对于彼此取向，其中包括边界值，
-所述散射体(3)是多面体并且具有带有三角形的基本形状的横截面，并且该基本形状是所述散射体(3)的外部的轮廓在横截面中的形状。
2.根据权利要求1所述的面光源(1)，
其中所述散射体(3)连续地并且一件式地在多个所述半导体芯片(2)之上延伸，
其中在公差为所述半导体芯片(2)的厚度的至多200％的情况下，所述散射体(3)具有恒定的高度。
3.根据权利要求2所述的面光源(1)，
其中所述半导体芯片(2)沿着直线布置，所述散射体(3)在所述 半导体芯片之上延伸，并且所述散射体(3)的所述主发射方向(y)在公差为至多15°的情况下并且在俯视图中来看垂直于所述线的取向。
4.根据权利要求2所述的面光源(1)，
其中多个所述散射体(3)彼此间隔开地设置在载体(5)上，
其中所述散射体(3)至少部分地彼此平行地设置和/或至少部分地横向于彼此地设置或者交叉形地设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的面光源(1)，
其中所述散射体(3)直接施加在所述辐射主侧(20)上，
其中所述半导体芯片(2)的侧面(25)不具有所述散射体(3)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的面光源(1)，
所述面光源包括至少一个反射体(8)，
其中所述反射体(8)在横截面中来看具有梯形的基本形状，并且所述反射体(8)的平均横向延展(L)是所述半导体芯片(2)的所述辐射主侧(20)的平均棱长的至少100倍，其中所述反射体(8)的基本形状是所述反射体(8)的外部的轮廓在横截面中的形状。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的面光源(1)，
所述面光源包括至少一个具有冷却体上侧(90)的冷却体(9)，
其中所述半导体芯片(2)安置在所述冷却体上侧(90)上并且所述冷却体上侧(90)构建为用于反射所述初级辐射，
其中所述冷却体上侧(90)的平均横向延展(L)是所述半导体芯片(2)的所述辐射主侧(20)的平均棱长的至少100倍。
8.根据权利要求6所述的面光源(1)，
所述面光源包括至少一个辐射能穿透的并且成形为固体的光分配器(4)，
其中所述散射体(3)位于所述光分配器(4)的凹部(43)中并且所述凹部(43)具有与所述散射体(3)相同的基本形状，
其中所述光分配器(4)在横截面中来看具有梯形基本形状，并且所述光分配器(4)的平均横向延展(L)是所述半导体芯片(2)的所述辐射主侧(20)的平均棱长的至少20倍，并且所述光分配器(4)的 基本形状是所述光分配器(4)的外部的轮廓在横截面中的形状，所述凹部的基本形状是所述凹部的外部的轮廓在横截面中的形状。
9.根据权利要求8所述的面光源(1)，
其中在所述光分配器(4)和所述散射体(3)之间存在抽真空的或者用气体填充的分隔间隙(6)，并且所述光分配器(4)不碰触所述散射体(3)，
其中所述分隔间隙(6)的平均宽度为至少0.1mm。
10.根据权利要求8所述的面光源(1)，
其中所述散射体(3)的发射主侧(35)和所述光分配器(4)的朝向所述发射主侧的光入射侧(40)之间的角度(γ)至少部分地位于15°和60°之间，其中包括边界值，和
其中所述光入射侧(40)设有与偏振相关的反射性的覆层或者结构化部。
11.根据权利要求6所述的面光源(1)，
其中所述面光源(1)的背侧(15)设有所述反射体(8)和四分之一波长板(85)，并且在与所述背侧(15)相对置并且为所述面光源(1)的光出射侧的前侧(14)上安置有偏振选择的镜(7)，
其中所述散射体(3)构建为用于与偏振无关地散射所述初级辐射。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的面光源(1)，
其中所述散射体(3)的发射主侧(35)和所述面光源(1)的光出射侧之间的中间空间(13)不具有设为用于借助于透射来横向传导光的光导本体。
13.根据权利要求8所述的面光源(1)，其中
-所述散射体(3)的夹角(α)位于70°和85°之间，其中包括边界值，
-所述光分配器(4)的夹角(β)位于5°和20°之间，其中包括边界值，
-所述夹角(α，β)与所述半导体芯片(2)的辐射主侧(20)相关，
-所述面光源(1)的厚度(D)位于5mm和50mm之间，并且
-对于所述反射体(8)的和/或所述光分配器(4)的平均横向延展L和所述厚度D的商L/D适用的是：5≤L/D≤25。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的面光源(1)，其中
-多个所述散射体(3)旋转对称地成形，
-所述散射体(3)中的每个都覆盖至少两个发射不同颜色的半导体芯片(2)，
-所述半导体芯片(2)之间的平均间隔为所述散射体(3)的高度(H)的至多25％，并且
-所述散射体(3)彼此间隔开地设置。
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