DE102012105445A1

DE102012105445A1 - Flächenlichtquelle

Info

Publication number: DE102012105445A1
Application number: DE201210105445
Authority: DE
Inventors: Uli Hiller; Peter Brick; Regina Dürr
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-12-24
Also published as: WO2013189662A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform ist die Flächenlichtquelle (1) zur Abstrahlung von weißem Licht eingerichtet. Die Flächenlichtquelle (1) umfasst mindestens einen Lichtleitkörper (2) mit mindestens einer Hauptlichtleitrichtung (M) und mit mindestens einer Stirnseite (23) quer zur Hauptlichtleitrichtung (M). Mehrere Lichtquellen (3) auf Halbleiterbasis sind an der mindestens einen Stirnseite (23) angebracht. Außerdem beinhaltet die Flächenlichtquelle (1) mindestens ein Farbhomogenisierungsmittel (4). Ein Material des Lichtleitkörpers (2) weist bei einer Wellenlänge von 435 nm einen ersten Absorptionskoeffizienten (A1) und bei einer Wellenlänge von 620 nm einen kleineren, zweiten Absorptionskoeffizienten (A2) auf. Für eine Differenz &Dgr;A zwischen den Absorptionskoeffizienten (A1, A2) und einer Länge L des Lichtleitkörpers gilt: &Dgr;A L ≥ 0,05.

Description

Es wird eine Flächenlichtquelle angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Flächenlichtquelle anzugeben, für die vielfältige Materialien einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Flächenlichtquelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Flächenlichtquelle zur Abstrahlung von Licht mit mehreren Spektralkomponenten, insbesondere von weißem Licht, eingerichtet. Das heißt, in der Flächenlichtquelle wird weißes Licht geführt oder es wird farbiges Licht in einzelnen Teilbereichen der Flächenlichtquelle geführt, wobei eine Mischung dieses farbigen Lichts dann zu weißem Licht führt. Ebenso ist es möglich, dass in der Flächenlichtquelle eine kurzwellige Strahlung geführt wird, beispielsweise blaues Licht, die dann teilweise oder vollständig in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt wird und somit weißes Licht erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle einen oder mehrere Lichtleitkörper. Der mindestens eine Lichtleitkörper weist zumindest eine Hauptlichtleitrichtung auf. Bei der Hauptlichtleitrichtung handelt es sich beispielsweise um diejenige Richtung, entlang der der Lichtleitkörper die größte geometrische Längenausdehnung aufweist. Bei dem Lichtleitkörper kann es sich um einen Vollkörper handeln, sodass der Lichtleitkörper dann kein Hohlleiter ist. Ebenso kann der Lichtleitkörper aus einem einzigen Material gebildet sein, sodass innerhalb des Lichtleitkörpers keine Grenzflächen zwischen Materialien unterschiedlicher Brechungsindices bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleitkörper mindestens eine Stirnseite auf. Die Stirnseite ist quer, insbesondere senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung orientiert. Bei der Stirnseite oder bei den Stirnseiten kann es sich um kleinste Begrenzungsflächen des Lichtleitkörpers handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle mehrere Lichtquellen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Lichtquellen um Halbleiterlichtquellen, insbesondere um Leuchtdioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil der Lichtquellen oder sind alle Lichtquellen an der einen oder an den mehreren Stirnseiten des Lichtleitkörpers angebracht. Bevorzugt ist eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Hauptlichtleitung des Lichtleitkörpers orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Flächenlichtquelle mindestens ein Farbhomogenisierungsmittel. Bei dem Farbhomogenisierungsmittel handelt es sich um eine Vorrichtung, mit der erreicht wird, dass entlang der Hauptlichtleitrichtung weißes Licht einer gleichen oder im Wesentlichen gleichen Farbtemperatur und/oder spektralen Zusammensetzung emittiert wird. Das heißt, durch das Farbhomogenisierungsmittel wird eine entlang der Hauptlichtleitrichtung hinsichtlich Lichtstrom und/oder spektraler Zusammensetzung gleichmäßige Abstrahlung erzielt. Der Lichtstrom wird in Lumen, kurz lm, angegeben.
Gleichmäßiger Lichtstrom kann bedeuten, dass ein lokal emittierter Lichtstrom von einem über die gesamte Flächenlichtquelle gemittelten Lichtstrom um höchstens 40 % oder um höchstens 20 % oder um höchstens 10 % abweicht. Gleichmäßige spektrale Zusammensetzung kann bedeuten, dass sich die korrelierte Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts lokal von einer über die Flächenlichtquelle gemittelte korrelierte Farbtemperatur um höchstens 5 % oder um höchstens 3 % oder um höchstens 1,5 % und/oder um höchstens 300 K oder um höchstens 150 K unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich kann gleichmäßige spektrale Zusammensetzung bedeuten, dass sich ein Farbort, englisch colour locus oder chromaticity coordinate, bezogen auf das CIE-u’v’-Diagramm, der lokal emittierten Strahlung von einem mittleren Farbort um höchstens 0,02 Einheiten oder um höchstens 0,01 Einheiten oder um höchstens 0,005 Einheiten unterscheidet. Die Gleichmäßigkeit ist hierbei insbesondere in einem Mindestabstand von beispielsweise 0,01 m oder 0,03 m von einer Lichtaustrittsfläche der Flächenlichtquelle zu ermitteln, und/oder über einen Bereich hinweg gemittelt zu ermitteln, wobei dieser Bereich klein ist gegenüber einer Gesamtabmessung der Flächenlichtquelle und groß ist im Vergleich zu einer eventuellen Mikrostrukturierung der Flächenlichtquelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleitkörper aus einem Material gebildet, das bei einer Wellenlänge von 435 nm einen ersten Absorptionskoeffizienten und bei einer Wellenlänge von 620 nm einen zweiten Absorptionskoeffizienten aufweist. Der zweite Absorptionskoeffizient ist hierbei bevorzugt kleiner als der erste Absorptionskoeffizient. Beispielsweise unterscheiden sich die beiden Absorptionskoeffizienten um mindestens 0,3 m^–1 oder um mindestens 0,5 m^–1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Flächenlichtquelle gilt für eine Differenz ΔA zwischen den beiden Absorptionskoeffizienten und einer Länge L des Lichtleitkörpers entlang der Hauptlichtleitrichtung einer der folgenden Zusammenhänge: ΔA L ≥ 0,03 oder ΔA L ≥ 0,05 oder ΔA L ≥ 0,07.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Flächenlichtquelle zur Abstrahlung von weißem Licht eingerichtet. Die Flächenlichtquelle umfasst mindestens einen Lichtleitkörper mit mindestens einer Hauptlichtleitrichtung und mit mindestens einer Stirnseite quer zur Hauptlichtleitrichtung. Mehrere Lichtquellen auf Halbleiterbasis sind an der mindestens einen Stirnseite angebracht. Außerdem beinhaltet die Flächenlichtquelle mindestens ein Farbhomogenisierungsmittel. Ein Material des Lichtleitkörpers weist bei einer Wellenlänge von 435 nm einen ersten Absorptionskoeffizienten und bei einer Wellenlänge von 620 nm einen kleineren, zweiten Absorptionskoeffizienten auf. Für eine Differenz ΔA zwischen den Absorptionskoeffizienten und einer Länge L des Lichtleitkörpers gilt: ΔA L ≥ 0,05.
Mit anderen Worten ist der Lichtleitkörper der Flächenlichtquelle mit einem Material geformt, das im blauen Spektralbereich stärker absorbiert als im roten Spektralbereich. In dem Lichtleitkörper werden also unterschiedliche spektrale Komponenten des abzustrahlenden weißen Lichts unterschiedlich geleitet. Entlang der Hauptlichtleitrichtung kann sich daher bei einem solchen Lichtleitkörper ohne Verwendung des Farbhomogenisierungsmittels eine spektrale Zusammensetzung des abgestrahlten Lichts ändern. Insbesondere könnte entlang der Hauptlichtleitrichtung eine Farbtemperatur abnehmen, da ein Blauanteil des abgestrahlten Lichts reduziert werden könnte.
Durch die Verwendung des Farbhomogenisierungsmittels ist es möglich, derartige Materialien für Flächenlichtquellen mit großen lateralen Abmessungen zu verwenden. Bei solchen Materialien handelt es sich insbesondere um ein Polycarbonat. Aufgrund von Brandschutzbestimmungen können Polycarbonate, kurz PC, als Lichtleitermaterial in der Luftfahrt Verwendung finden. Herkömmliche Materialien wie Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, die für Lichtleiter mit großen geometrischen Abmessungen eingesetzt werden, dürfen in der Luftfahrt nicht verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleitkörper oder weisen die Lichtleitkörper entlang der Hauptlichtleitrichtung eine geometrische Länge von mindestens 0,16 m oder von mindestens 0,25 m oder von mindestens 0,36 m oder von mindestens 0,49 m oder von mindestens 0,64 m auf. Mit anderen Worten ist die Flächenlichtquelle über die genannten Distanzen hinweg entlang der Hauptlichtleitrichtung dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Gebrauch weißes Licht zu emittieren. Weißes Licht ist insbesondere solches Licht, dessen Farbort einen Abstand zur Planck-Kurve im CIE-u’v’-Diagramm von höchstens 0,02 Einheiten oder von höchstens 0,01 Einheiten aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Farbhomogenisierungsmittel Auskoppelstrukturen oder besteht hieraus. Die Auskoppelstrukturen sind bevorzugt unmittelbar an oder in dem Lichtleitkörper geformt. Insbesondere handelt es sich bei den Auskoppelstrukturen um ein zusätzliches, von dem Lichtleitkörper verschiedenes Material, das an einer Hauptseite des Lichtleitkörpers aufgebracht ist. Die Hauptseite ist dabei bevorzugt parallel zu der Hauptlichtleitrichtung und quer, insbesondere senkrecht, zu der Stirnseite orientiert. Alternativ oder zusätzlich kann das Farbhomogenisierungsmittel aber auch durch in den Lichtleitkörper eingeprägte Auskoppelstrukturen gebildet sein, beispielsweise durch prismenförmige oder pyramidenförmige Einkerbungen oder Einschnitte. Auch können die Auskoppelstrukturen durch Auswölbungen des Materials des Lichtleitkörpers selbst geformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Auskoppelstrukturen auf genau einer der Hauptseiten des Lichtleitkörpers oder auf beiden Seiten des Lichtleitkörpers aufgebracht. Es sind die Auskoppelstrukturen zum Beispiel nur an derjenigen Seite des Lichtleitkörpers angebracht, die einer Lichtaustrittsfläche der Flächenlichtquelle zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle mindestens einen oder genau einen Reflektor. Der Reflektor befindet sich bevorzugt an einer der Lichtaustrittsfläche abgewandten Seite der Flächenlichtquelle. Es ist möglich, dass sich die Auskoppelstrukturen in diesem Fall nur an der mindestens einen Seite des mindestens einen Lichtleitkörpers befinden, die dem Reflektor zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Auskoppelstrukturen entlang der Hauptlichtleitrichtung nicht gleichmäßig an der Hauptseite verteilt. Bevorzugt nimmt eine Flächendichte der Auskoppelstrukturen in Richtung weg von der Stirnseite oder in Richtung weg von den Stirnseiten, also in Richtung weg von den Lichtquellen, zu. Nahe der Lichtquellen befinden sich dann weniger Auskoppelstrukturen als weiter von den Lichtquellen entfernt oder ein Flächenanteil der Hauptseite, der mit den Auskoppelstrukturen bedeckt ist, ist nahe der Lichtquellen kleiner als weiter von den Lichtquellen entfernt. Es ist möglich, dass nahe an der Stirnseite in Bereichen zwischen zwei benachbarten Lichtquellen die Auskoppelstrukturen in erhöhter Dichte angebracht sind. Nahe an der Stirnseite kann in einem Abstand von höchstens dem 0,5-Fachen oder höchstens dem 2,0-Fachen eines mittleren Abstands zwischen benachbarten Lichtquellen bedeuten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittieren die an den Stirnseiten angebrachten Lichtquellen im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Flächenlichtquelle blaues Licht. Beispielsweise sind die Lichtquellen dann blaues Licht emittierende Leuchtdioden. Dies kann bedeuten, dass eine Scheitelwellenlänge, englisch peak wavelength, der von den Lichtquellen emittierten Strahlung im Spektralbereich zwischen einschließlich 420 nm und 480 nm, insbesondere zwischen einschließlich 430 nm und 465 nm, liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Auskoppelstrukturen oder umfasst mindestens ein Teil der Auskoppelstrukturen mindestens ein Konversionsmittel. Das Konversionsmittel ist zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion insbesondere von blauem Licht eingerichtet. Bei dem Konversionsmittel handelt es sich beispielsweise um Partikel aus einem seltenerdendotierten Granat, einem seltenerdendotierten Oxid, Nitrid oder Oxinitrid oder aus einem seltenerdendotierten Orthosilikat. Den Auskoppelstrukturen kann ein einziges Konversionsmittel oder können Mischungen aus mehreren Konversionsmitteln beigegeben sein. Verschiedene Auskoppelstrukturen können auch unterschiedlich mit einem Konversionsmittel versehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleitkörper selbst klarsichtig und frei von einem Konversionsmittel und bevorzugt auch frei von einem Streumittel. Mit anderen Worten ist es möglich, dass der Lichtleitkörper dann auf die spektrale Zusammensetzung der geführten Strahlung, mit Ausnahme der materialbedingten unterschiedlichen Absorption bei verschiedenen Wellenlängen, keinen Einfluss auf die spektrale Zusammensetzung des geführten Lichts ausübt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem Lichtleitkörper ein Streumittel beigegeben, insbesondere in Form von Streuzentren wie Streupartikeln. Es ist möglich, dass die Streupartikel nur vergleichsweise schwach streuen und nur zu einer gleichmäßigeren Strahlungsverteilung in dem Lichtleitkörper dienen und nicht zu einer signifikanten Lichtauskopplung beitragen. Zum Beispiel beträgt ein mittlerer Ablenkungswinkel für auf die Streuzentren auftreffende Strahlung höchstens 5° oder höchstens 3°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Auskoppelstrukturen mit dem Konversionsmittel versehen und dazu eingerichtet, in die Auskoppelstrukturen gelangendes blaues Licht vollständig in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Die Auskoppelstrukturen sind dann zu einer sogenannten Vollkonversion des blauen Lichts eingerichtet. Das heißt, aus den Auskoppelstrukturen tritt kein oder kein signifikanter Anteil von blauem Licht aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil der Auskoppelstrukturen frei von einem Konversionsmittel. Diese Auskoppelstrukturen sind zur Streuung von Licht, insbesondere von blauem Licht, eingerichtet. Die Auskoppelstrukturen beinhalten dann ein Streumittel. Das Streumittel ist beispielsweise aus Partikeln gebildet, die einen von einem Matrixmaterial abweichenden Brechungsindex aufweisen. Beispielsweise sind die Partikel durch Titandioxidpartikel gebildet und das Matrixmaterial ist ein Acryl, ein Silikon oder ein Epoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Flächenlichtquelle eine erste Anzahl von Auskoppelstrukturen zu einer Vollkonversion und eine zweite Anzahl von Auskoppelstrukturen zu einer Streuung auf. Über die Auskoppelstrukturen zur Vollkonversion wird gelbes, rotes und/oder grünes Licht erzeugt und durch die Auskoppelstrukturen mit dem Streumittel wird blaues Licht aus dem Lichtleitkörper ausgekoppelt. Hierdurch emittiert die Flächenlichtquelle eine Mischstrahlung aus dem blauen Licht und der durch Konversion erzeugten Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle mindestens zwei oder genau zwei Lichtleitkörper. Die Lichtleitkörper sind bevorzugt, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, parallel zueinander ausgerichtet. Hauptseiten der Lichtleitkörper sind einander zugewandt. Parallel ausgerichtet kann dann bedeuten, dass ein Abstand zwischen einander zugewandten Hauptseiten nicht oder nicht signifikant variiert. Das Farbhomogenisierungsmittel ist bevorzugt jeweils an denjenigen Hauptseiten der Lichtleitkörper angebracht, die der Lichtaustrittsfläche der Flächenlichtquelle zugewandt sind. Die weiteren Hauptseiten der Lichtleitkörper sind bevorzugt frei von den Auskoppelstrukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchläuft die aus einem der Lichtleiter ausgekoppelte Strahlung vor Verlassen der Flächenlichtquelle mindestens einen anderen oder alle anderen Lichtleitkörper. Die Strahlung durchläuft die anderen Lichtleitkörper hierbei quer, insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung und zur Hauptseite. Mit anderen Worten ist dann nur die Hauptseite von genau einem der Lichtleitkörper eine Lichtaustrittsfläche der Flächenlichtquelle oder ist als einzige der Lichtaustrittsfläche unmittelbar zugewandt. In Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche gesehen können alle Lichtleitkörper deckungsgleich angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform, bei der die Flächenlichtquelle mehrere Lichtleitkörper umfasst, befinden sich an zumindest zwei der Lichtleitkörper oder an allen der Lichtleitkörper unterschiedliche Zusammenstellungen von Lichtquellen. Dies bedeutet insbesondere, dass in die Lichtleitkörper Strahlung unterschiedlicher spektraler Zusammensetzungen eingekoppelt wird. Beispielsweise wird in einen der Lichtleitkörper blaues Licht durch die Lichtquellen eingekoppelt und in einen weiteren der Lichtleitkörper weißes Licht, gelbes Licht und/oder grünes Licht und/oder rotes Licht. Es ist also möglich, dass im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Flächenlichtquelle in jedem der Lichtleiter eine Strahlung einer anderen spektralen Zusammensetzung geführt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens einer oder genau einer der Lichtleitkörper dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Flächenlichtquelle nur blaues Licht zu führen. Weiterhin ist es möglich, dass einer der Lichtleitkörper dazu eingerichtet ist, nur grünes Licht zu führen und ein weiterer der Lichtleitkörper dazu eingerichtet ist, nur rotes Licht zu führen. Es ist möglich, dass dann je genau ein Lichtleitkörper für blaues Licht, für grünes Licht und für rotes Licht vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle mehrere Lichtleitkörper, die jeweils dazu eingerichtet sind, blaues Licht zu führen. Es ist möglich, dass in diesen Lichtleitkörpern ausschließlich blaues Licht geführt wird, entlang der Hauptlichtleitrichtung. Die Auskoppelstrukturen an genau einem, an genau zwei oder an mindestens zwei der Lichtleitkörper enthalten dann ein Konversionsmittel. Die Auskoppelstrukturen an einem weiteren der Lichtleitkörper sind ferner bevorzugt frei von einem Konversionsmittel und mit einem Streumittel versehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Auskoppelstrukturen auf die Hauptseite des Lichtleitkörpers aufgedruckt. Die Hauptseite des Lichtleitkörpers ist hierbei bevorzugt eben, planar und glatt geformt. Materialien des Lichtleitkörpers und der Auskoppelstrukturen, insbesondere ein Matrixmaterial der Auskoppelstrukturen, weisen bevorzugt ähnliche optische Brechungsindices auf. Ähnlich kann bedeuten, dass die Brechungsindices um höchstens 0,2 oder um höchstens 0,1 voneinander abweichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bestehen die Auskoppelstrukturen aus dem Matrixmaterial. Es sind dann die Auskoppelstrukturen frei von Partikeln zur Streuung oder Wellenlängenkonversion. Eine Auskopplung von Strahlung erfolgt dann insbesondere aufgrund einer äußeren Form der Auskoppelstrukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Auskoppelstrukturen einen mittleren Durchmesser auf, der mindestens einen Faktor 2 oder mindestens einen Faktor 3 oder mindestens einen Faktor 5 größer ist als eine mittlere Höhe der Auskoppelstrukturen. Mit anderen Worten sind die Auskoppelstrukturen dann flach. Der mittlere Durchmesser der Auskoppelstrukturen beträgt beispielsweise mindestens 0,08 mm oder mindestens 0,12 mm. Ein mittlerer Durchmesser von kleinsten Auskoppelstrukturen, die an dem Lichtleitkörper angebracht sind, beträgt beispielsweise höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,3 mm. Die größte laterale Ausdehnung von Auskoppelstrukturen an dem Lichtleitkörper kann einer Breite des Lichtleitkörpers, senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung, entsprechen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Teilmenge der Auskoppelstrukturen oder sind alle Auskoppelstrukturen inselartig geformt. Das bedeutet, dass sich benachbarte Auskoppelstrukturen dieser Teilmenge nicht berühren und dass sich zwischen Auskoppelstrukturen dieser Teilmenge ein freiliegender Bereich der Hauptseite des entsprechenden Lichtleitkörpers befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform, bei der die Flächenlichtquelle mindestens zwei der Lichtleitkörper umfasst, weisen die Auskoppelstrukturen an diesen Lichtleitkörpern entlang der Hauptlichtleitrichtung voneinander verschiedene Dichteverläufe auf. Eine Flächendichte der Auskoppelstrukturen an den Hauptseiten ist also entlang der Hauptlichtleitrichtung abweichend voneinander eingestellt. Hierdurch ist es möglich, eine Streuwirkung des der Lichtaustrittsfläche der Flächenlichtquelle nächstgelegenen Lichtleitkörpers auf die von dem mindestens einen anderen Lichtleitkörper emittierte Strahlung zu berücksichtigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Flächenlichtquelle zwei verschiedene Arten von Lichtquellen zur Erzeugung von blauem Licht. Scheitelwellenlängen dieser Lichtquellen liegen jeweils im blauen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die Scheitelwellenlängen von im selben Spektralbereich emittierenden Lichtquellen um mindestens 10 nm oder um mindestens 15 nm und alternativ oder zusätzlich um höchstens 40 nm oder um höchstens 30 nm. Im selben Spektralbereich bedeutet insbesondere Licht derselben Grundfarbe, also beispielsweise blaues Licht, grünes Licht oder rotes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen, die im selben Spektralbereich emittieren, unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Hierdurch ist insbesondere eine Farbtemperatur des von der Flächenlichtquelle abgestrahlten weißen Lichts abstimmbar, beispielsweise über einen Bereich von mindestens 500 K oder über einen Bereich von mindestens 1000 K hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Farbhomogenisierungsmittel weitere Lichtquellen oder besteht hieraus. Bei den weiteren Lichtquellen handelt es sich beispielsweise um Leuchtdioden, die an mindestens einer oder die an zwei Längsseiten des Lichtleitkörpers angebracht sind. Die Längsseiten sind insbesondere parallel zur Hauptabstrahlrichtung und quer, insbesondere senkrecht, zur Hauptseite und/oder zur Stirnseite orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein mittlerer Abstand zwischen zwei benachbarten weiteren Lichtquellen des Farbhomogenisierungsmittels mindestens 5 cm oder mindestens 10 cm. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand höchstens 25 cm oder höchstens 20 cm. Insbesondere gilt hinsichtlich der Differenz ΔA zwischen den Absorptionskoeffizienten und des Abstands k zwischen diesen weiteren Lichtquellen: ΔA k ≤ 0,05 oder ΔA k ≤ 0,03. Bei den weiteren Lichtquellen handelt es sich bevorzugt um blau emittierende Leuchtdioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Farbhomogenisierungsmittel einen oder mehrere Absorber zur Absorption von grünem und/oder rotem Licht auf oder besteht hieraus. Durch den mindestens einen Absorber ist eine Absorption des Lichtleitkörpers für rotes und/oder grünes Licht an die Absorption von blauem Licht angleichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der mindestens eine Absorber entlang der Hauptlichtleitrichtung gleichmäßig und homogen in dem mindestens einen Lichtleitkörper verteilt. Abweichend hiervon ist es möglich, dass der mindestens eine Absorber inhomogen verteilt ist. Weist die Flächenlichtquelle mehrere der Lichtleitkörper auf, so ist es möglich, dass nur in einem oder nur in einem Teil der Lichtleitkörper ein Absorber eingebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Absorber durch einen organischen oder anorganischen Farbstoff gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Absorber durch organische oder anorganische Pigmente oder Partikel realisiert ist. Der Absorber wirkt bevorzugt nicht oder nicht signifikant als Streumittel.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Flächenlichtquelle unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 10, 14, 16 und 17 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Flächenlichtquellen,
11, 12, 15 und 18 schematische Darstellungen von spektralen Eigenschaften von hier beschriebenen Flächenlichtquellen, und
13 eine schematische Darstellung einer Abwandlung einer Flächenlichtquelle.
In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Flächenlichtquelle 1 gezeigt. Die Flächenlichtquelle 1 umfasst einen Lichtleitkörper 2 und eine Mehrzahl von Lichtquellen 3. Die Lichtquellen 3 sind halbleiterbasiert und bevorzugt durch Leuchtdioden gebildet. An einer Hauptseite 24 des Lichtleitkörpers 2 befindet sich ein Farbhomogenisierungsmittel 4 in Form von Auskoppelstrukturen 42.
Die Lichtquellen 3 sind jeweils in einer Reihe entlang von Stirnseiten 23 des Lichtleitkörpers 2 angebracht. Die Stirnseiten 23 sind senkrecht zu der Hauptseite 24 sowie zu Hauptlichtleitrichtungen M orientiert. Dadurch, dass die Lichtquellen 3 an zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten 23 angebracht sind, weist der Lichtleitkörper 2 zwei gegensätzlich zueinander orientierte Hauptlichtleitrichtungen M auf. Senkrecht zu der Hauptseite 24 ist eine Hauptemissionsrichtung E der Flächenlichtquelle 1 orientiert. Entlang der Hauptemissionsrichtung E wird ein maximaler, winkelabhängiger Lichtstrom im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Flächenlichtquelle 1 emittiert. Die Hauptseite 24 kann ein Lambertscher Strahler sein.
Der Lichtleitkörper 2 ist beispielsweise aus einer quaderförmigen Platte aus Polycarbonat, kurz PC, gebildet. Eine Länge L des Lichtleitkörpers 2 entlang der Hauptabstrahlrichtungen M beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 m und 1,0 m. Eine Dicke des Lichtleitkörpers 2, in Richtung senkrecht zur Hauptseite 24, liegt insbesondere zwischen einschließlich 1 mm und 5 mm. Eine Breite, senkrecht zur Hauptemissionsrichtung E und zu den Hauptlichtleitrichtungen M, liegt beispielsweise bei mindestens 10 cm oder bei mindestens 20 cm oder bei mindestens 40 cm. Ein Abstand benachbarter Lichtquellen 3 zueinander beträgt zum Beispiel mindestens 5 mm oder mindestens 10 mm und/oder höchstens 50 mm oder höchstens 25 mm. Die vorgenannten Werte können auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten.
Die Auskoppelstrukturen 42 des Farbhomogenisierungsmittels 4 befinden sich nur an der entlang der Hauptemissionsrichtung E letzten Hauptseite 24. In Richtung weg von den Lichtquellen 3 nimmt eine Flächendichte der Auskoppelstrukturen 42, bezogen auf die Hauptseite 24, zu. Nahe an den Lichtquellen 3 sind die Auskoppelstrukturen 42 inselförmig geformt.
Wie in 1 gezeigt, bilden die Auskoppelstrukturen 42 in der Mitte des Lichtleitkörpers 2, bezogen auf die Hauptabstrahlrichtungen M, einen durchgehenden, streifenförmigen Bereich aus. Anders als dargestellt ist es auch möglich, dass die Auskoppelstrukturen 42 auch in diesem Bereich inselartig geformt sind. Weiterhin ist es möglich, dass nicht eine Anzahldichte der Auskoppelstrukturen 42 entlang der Hauptabstrahlrichtungen M zunimmt, wie in 1 gezeigt, sondern lediglich eine mittlere Größe der Auskoppelstrukturen 42.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es, abweichend von der Darstellung gemäß 1, möglich, dass der Lichtleitkörper 2 keine ebene Hauptseite 24 aufweist, sondern dass der Lichtleitkörper 2 gekrümmt ist. Eine Krümmung kann hierbei entlang der Hauptlichtleitrichtungen M oder auch senkrecht hierzu vorhanden sein. Der Lichtleitkörper 2 ist dann beispielsweise als biegsame Folie oder als biegsame, dünne Platte gestaltet. Bevorzugt ist eine mittlere Dicke des Lichtleitkörpers 2 über die gesamte Hauptseite 34 hinweg konstant.
Ebenso wie in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es ferner möglich, dass sich die Lichtquellen 3 nur an einer der Stirnseiten 23 befinden. Eine solche Flächenlichtquelle entspricht dann, entlang der Hauptlichtleitrichtung M, einer Hälfte der dargestellten Flächenlichtquelle 1. In diesem Fall ist die den Lichtquellen 3 gegenüberliegende Stirnseite bevorzugt vollständig verspiegelt.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flächenlichtquelle 1 gezeigt. An der Hauptseite 24 sind zwei verschiedene Arten von Auskoppelstrukturen 42a, 42b angebracht. Zur Unterscheidung der Auskoppelstrukturen 42a, 42b sind diese in 2 mit unterschiedlichen Grundflächen gezeichnet. Abweichend von der Darstellung gemäß 2 können die Auskoppelstrukturen 42a, 42b auch gleich geformt sein.
Die Auskoppelstrukturen 42a, 42b treten gemischt an der Hauptseite 24 auf. In der Mitte der Hauptseite 24, bezogen auf die Hauptabstrahlrichtungen M, umgeben die Auskoppelstrukturen 42b die Auskoppelstrukturen 42a durchgehend, so dass in diesem Bereich die Hauptseite 24 von den Auskoppelstrukturen 42a, 42b vollständig bedeckt ist. Ein Flächenanteil der Auskoppelstrukturen 42a, 42b an der Hauptseite 24 nimmt entlang der Hauptabstrahlrichtung M monoton oder streng monoton zu, bis hin zur Mitte der Hauptseite 24.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung M und senkrecht zur Hauptemissionsrichtung E bevorzugt kein Gradient der Flächendichte der Auskoppelstrukturen 42a, 42b vorhanden, entweder über den ganzen Lichtleitkörper 1 hinweg oder zumindest in einem Innenbereich. Der Innenbereich reicht zum Beispiel bis zu einem 0,5-Fachen oder einem 2,0-Fachen eines mittleren Abstandes benachbarter Lichtquellen 3 an die Stirnseiten 23 mit den Lichtquellen 3 heran.
Bei den Lichtquellen 3 gemäß der 2 handelt es sich ebenfalls um im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdioden, beispielsweise bei Wellenlängen zwischen einschließlich 450 nm und 470 nm. Es ist möglich, dass alle Lichtquellen 3 gleichartig aufgebaut sind, also bei derselben Wellenlänge im bestimmungsgemäßen Gebrauch emittieren.
Abweichend hiervon ist es, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, möglich, dass die Lichtquellen 3 einerseits bei einer vergleichsweise kurzen Wellenlänge, etwa bei zirka 435 nm, sowie bei einer vergleichsweise großen Wellenlänge im blauen Spektralbereich, etwa bei ungefähr 460 nm, emittieren. Die bei einer Wellenlänge emittierenden Lichtquellen 3 sind bevorzugt unabhängig von den Lichtquellen 3 der anderen Wellenlänge ansteuerbar. Hierdurch ist erreichbar, dass eine Farbtemperatur des von der Flächenlichtquelle 1 emittierten weißen Lichts gezielt abstimmbar ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der Flächenlichtquelle 1 ist es jeweils möglich, dass die Stirnseiten 23 in Bereichen, in denen die Lichtquellen 3 nicht angebracht sind, mit einer reflektierenden Beschichtung, beispielsweise mit Silber oder Aluminium, versehen sind.
In 3A ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausschnitt aus der Flächenlichtquelle 1, insbesondere wie in Verbindung mit 1 illustriert, gezeigt.
Die Auskoppelstrukturen 42 sind aus einem anderen Material gebildet als der Lichtleitkörper 2 selbst. Die Auskoppelstrukturen 42 enthalten ein Matrixmaterial und darin eingebettete Partikel eines Konversionsmittels. Über das Konversionsmittel wird eine unmittelbar von den Lichtquellen 3 erzeugte Primärstrahlung P, symbolisiert durch durchgezogene Pfeil-Linien, zum Teil in eine Sekundärstrahlung S mit einer größeren Wellenlänge, symbolisiert durch Strich-Pfeil-Linien, umgewandelt. Die Auskoppelstrukturen 42 sind somit zu einer teilweisen Wellenlängenkonversion der Primärstrahlung P eingerichtet und emittieren sowohl die Primärstrahlung P als auch die Sekundärstrahlung S.
Da ein Matrixmaterial der Auskoppelstrukturen 42 bevorzugt ungefähr denselben Brechungsindex aufweist wie ein Material des Lichtleitkörpers 2, findet an einer Grenzfläche zwischen den Auskoppelstrukturen 42 und dem Lichtleitkörper 2 bevorzugt keine oder nur in vernachlässigbarem Ausmaß eine Reflexion von Strahlung zurück in den Lichtleitkörper 2 statt. Der Lichtleitkörper 2 selbst führt die Strahlung P insbesondere durch Totalreflexion. Es ist der Lichtleitkörper 2 bevorzugt optisch transparent und klarsichtig. Dem Lichtleitkörper 2 selbst sind dann keine Streumittel oder Konversionsmittel beigegeben.
Entlang der Hauptlichtleitrichtung M weisen die Auskoppelstrukturen 42 eine größere Abmessung auf als entlang der Hauptemissionsrichtung E. Hierdurch ist es möglich, dass ein Streuquerschnitt oder ein Wellenlängenkonversionsquerschnitt für Strahlung, die im Wesentlichen entlang der Hauptlichtleitrichtung M propagiert, deutlich größer ist als für Strahlung, die im Wesentlichen entlang der Hauptemissionsrichtung E verläuft. Somit ist es auch möglich, dass der Lichtleitkörper 2 samt den Auskoppelstrukturen 42, in Draufsicht aus der Hauptemissionsrichtung E gesehen, klarsichtig oder weitgehend klarsichtig sein kann.
Neben einem Konversionsmittel kann den Auskoppelstrukturen 42 optional auch ein Streumittel zur Streuung der Primärstrahlung P und/oder der Sekundärstrahlung S beigegeben sein.
In 3B ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausschnitt aus der Flächenlichtquelle 1, wie in 2 illustriert, zu sehen. Es sind die Auskoppelstrukturen 42a, 42b beispielsweise jeweils auf die Hauptseiten 24 aufgedruckt, etwa mittels Siebdruck. Die Auskoppelstrukturen 42a sind zu einer vollständigen Wellenlängenkonversion der Primärstrahlung P in die Sekundärstrahlung S eingerichtet. Die Auskoppelstrukturen 42b sind frei von einem Konversionsmittel und verfügen über ein Streumittel zur Streuung der Primärstrahlung P.
In Draufsicht auf die Hauptseite 24 gesehen ist es möglich, dass die Auskoppelstrukturen 42b als weiß erscheinende Punkte erkennbar sind. Die Auskoppelstrukturen 42a können einen Betrachter als gelbliche Punkte erscheinen. Alternativ ist es möglich, dass die Auskoppelstrukturen 42a, 42b in Richtung parallel zur Hauptemissionsrichtung E weitestgehend klarsichtig und farblich neutral sind.
In den nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispielen der Flächenlichtquelle 1 sind zur Vereinfachung die Auskoppelstrukturen 42, 42a, 42b jeweils nicht gezeichnet. Die in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Merkmale für die Auskoppelstrukturen 42, 42a, 42b können jeweils entsprechend bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen vorliegen.
Die Flächenlichtquelle 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie in 4 gezeigt, umfasst zwei Lichtleitkörper 2b, 2y. Die Lichtquellen 3y an dem Lichtleitkörper 2y erzeugen gelbes Licht oder weiß-gelbes Licht. Die Lichtquellen 3b an dem Lichtleitkörper 2b sind zur Erzeugung von blauem Licht einer einzigen Wellenlänge oder von blauem Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen eingerichtet.
Die nicht dargestellten Auskoppelstrukturen sind jeweils an der entlang der Hauptemissionsrichtung E letzten Hauptseite 24 angebracht. Abweichend hiervon können die nicht dargestellten Auskoppelstrukturen sind auch jeweils an der entlang der Hauptemissionsrichtung E ersten Hauptseite 24 befinden, insbesondere falls die Flächenlichtquelle 1 einen nicht gezeichneten Reflektor umfasst. Alle Auskoppelstrukturen weisen bevorzugt jeweils nur ein Streumittel auf, vergleiche die Auskoppelstrukturen 42b, wie in Verbindung mit 3B gezeigt.
Bezüglich der Hauptemissionsrichtung E können die Lichtleitkörper 2y, 2b in der angegebenen Reihenfolge oder in der umgekehrten Reihenfolge, also anders als in 2 gezeigt, angeordnet sein. Entsprechendes gilt auch für alle anderen Ausführungsbeispiele mit mehreren Lichtleitkörpern 2.
Die Flächenlichtquelle 1 gemäß 5 umfasst ebenso zwei Lichtleitkörper 2y, 2b. An dem Lichtleitkörper 2y sind gelb emittierende Lichtquellen 3y angebracht. Ferner sind rot emittierende Lichtquellen 3r vorhanden. Optional können weitere, im grünen Spektralbereich emittierende Lichtquellen 3g an den Stirnseiten 23 angebracht sein. Der Lichtleitkörper 2b ist mit blau emittierenden Lichtquellen 3b ausgerüstet.
Die Flächenlichtquellen 1 gemäß der 4 und 5 emittieren, insbesondere aufgrund der Verwendung von gelb emittierenden Lichtquellen 3y, spektral breitbandig Strahlung mit einem vergleichsweise kontinuierlichen Spektrum. Durch solche Flächenlichtquellen 1 ist eine Beleuchtung mit einem hohen Farbwiedergabeindex erzielbar. Derartige Flächenlichtquellen 1 sind insbesondere zu Beleuchtungszwecken einsetzbar.
Beim Ausführungsbeispiel der Flächenlichtquelle 1 gemäß 6 sind an dem Lichtleitkörper 2y im roten Spektralbereich emittierende Lichtquellen 3r und grün emittierende Lichtquellen 3g angebracht. Der Lichtleitkörper 2b ist mit blau emittierenden Lichtquellen 3b versehen. Bei den Lichtquellen 3b, 3g, 3r handelt es sich jeweils um spektral vergleichsweise schmalbandig emittierende Leuchtdioden.
Durch eine solche Flächenlichtquelle 1 mit in den Grundfarben emittierenden Lichtquellen 3b, 3r, 3g ist eine Hinterleuchtung insbesondere von großflächigen Displays möglich. Mit einer solchen Flächenlichtquelle 1 ist ein großer Bereich in der CIE-Normfarbtafel für Displayzwecke aufspannbar. Die Flächenlichtquelle 1 weist also einen großen Gamut auf.
Die Auskoppelstrukturen sind in 6 jeweils nicht gezeichnet. An der Hauptseite 24 des Lichtleitkörpers 2y für rotes und grünes Licht liegen die Auskoppelstrukturen in einem anderen Gradienten entlang der Hauptlichtleitrichtungen M vor als an der Hauptseite 24 des Lichtleitkörpers 2b für blaues Licht. Die Auskoppelstrukturen an dem Lichtleitkörper 2y kompensieren einerseits die Abnahme der Strahlungsintensität in dem Lichtleitkörper 2y in Richtung weg von den Lichtquellen 3r, 3g aufgrund der bereits erfolgten Strahlungsauskopplung. Andererseits ist durch diese Auskoppelstrukturen an dem Lichtleitkörper 2y auch eine Streuung der emittierten Strahlung an den Auskoppelstrukturen des Lichtleitkörpers 2b kompensierbar. Ein Flächenanteil der Auskoppelstrukturen an der Hauptseite 24 des Lichtleitkörpers 2b kann daher stärker zunehmen als im Falle des Lichtleitkörpers 2y.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind an dem Lichtleitkörper 2w jeweils schmalbandig im roten, grünen und blauen Spektralbereich emittierende Lichtquellen 3r, 3b, 3g angebracht. In dem Lichtleitkörper 2w wird also weißes Licht geführt.
Zu einer Kompensation der vergleichsweise starken Abschwächung von blauem Licht in dem Lichtleitkörper 2w sind an dem Lichtleitkörper 2b ebenfalls blau emittierende Lichtquellen 3b angebracht. Hinsichtlich ihrer Dichteverteilung unterscheiden sich die nicht gezeichneten Auskoppelstrukturen an den Lichtleitkörpern 2b, 2w voneinander.
Die Lichtquellen 3b an dem Lichtleitkörper 2b können in derselben oder in einer unterschiedlichen Wellenlänge im blauen Spektralbereich emittieren als die Lichtquellen 3b an dem Lichtleitkörper 2w.
Die Flächenlichtquelle 1, wie in 8 dargestellt, weist drei Lichtleitkörper 2r, 2g, 2b auf. Jeder der Lichtleitkörper 2r, 2g, 2b ist mit Lichtquellen 3r, 3g, 3b versehen. In jedem der Lichtleitkörper 2r, 2g, 2b wird im bestimmungsgemäßen Gebrauch nur Strahlung einer bestimmten, bevorzugt spektral schmalbandigen Farbe geführt.
Gemäß 9 weist die Flächenlichtquelle 1 drei im Wesentlichen gleich aufgebaute Lichtleitkörper 2 mit jeweils gleichen, im blauen Spektralbereich emittierenden Lichtquellen 3b auf. Wie auch in den anderen Ausführungsbeispielen sind an der entlang der Hauptemissionsrichtung E jeweils obersten Hauptseite 24 der drei Lichtleitkörper 2 Auskoppelstrukturen 42r, 42g, 42b angebracht.
Bei den Auskoppelstrukturen 42r handelt es sich um Auskoppelstrukturen mit einem Konversionsmittel, wobei die von den Lichtquellen 3b emittierte blaue Strahlung vollständig in rotes Licht umgewandelt wird. Entsprechendes gilt für die Auskoppelstrukturen 42g, die zur vollständigen Umwandlung von blauem Licht in grünes Licht dienen. Die Auskoppelstrukturen 42b sind frei von einem Konversionsmittel und dienen lediglich zur Auskopplung von blauem Licht. Die Auskoppelstrukturen 42b sind bevorzugt mit einem Streumittel versehen.
Bei einer solchen Flächenlichtquelle 1, wie in 9 gezeigt, ist aufgrund der Verwendung von Konversionsmitteln in den Auskoppelstrukturen 42r, 42g ein Gesamtspektrum der von der Flächenlichtquelle 1 emittierten Strahlung vergleichsweise glatt und es ist ein hoher Farbwiedergabeindex erzielbar, abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 8.
Anders als in 9 dargestellt ist es aber auch möglich, dass die beiden Lichtleitkörper 2 mit den Auskoppelstrukturen 42r, 42g zu einem einzigen Lichtleitkörper vereint sind. In einem ersten Lichtleitkörper wird dann blaues Licht geführt und ausgekoppelt. In einem zweiten Lichtleitkörper wird ebenso blaues Licht geführt und durch die Auskoppelstrukturen jedoch sowohl in rotes Licht als auch in grünes Licht umgewandelt. Die Anzahl der Lichtquellen an den jeweiligen Lichtleitkörpern kann entsprechend an den benötigten Lichtstrom angepasst werden, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
Die Flächenlichtquelle 1, wie in 10 gezeigt, umfasst vier Lichtleitkörper 2, 2y. Zusätzlich, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß 8, ist ein weiterer Lichtleitkörper 2y mit blau emittierenden Lichtquellen 3b angebracht. Zur Verbesserung einer Farbwiedergabe kann dieser Lichtleitkörper 2y mit Auskoppelstrukturen 42y versehen sein, die blaues Licht in gelbes Licht umwandeln. Hierdurch ist ein erhöhter Farbwiedergabeindex und ein breiteres, kontinuierlicheres Spektrum der von der Lichtquelle 1 erzeugten Strahlung generierbar. Da der Lichtleitkörper 2y mit den zugehörigen Lichtquellen 3b bevorzugt separat von den anderen Lichtleitkörpern betreibbar ist, ist wahlweise ein hoher Farbwiedergabeindex oder ein hoher Gamut erreichbar.
In 11A ist das Absorptionsspektrum von Polymethylmethacrylat und in 11B sind die Absorptionsspektren von Polycarbonaten verschiedener Qualität gezeigt. Im Falle von 11A verläuft das Absorptionsspektrum bis zu einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm vergleichsweise flach, so dass im Wesentlichen keine signifikanten Absorptionsgradienten zwischen verschiedenen Farben im sichtbaren Spektralbereich auftreten.
Demgegenüber nimmt bei Polycarbonat, siehe 11B, unterhalb von ungefähr von 500 nm die Absorption vergleichsweise stark zu. Eine Differenz ΔA zwischen einem Absorptionskoeffizienten A1 bei 635 nm und einem Absorptionskoeffizienten A2 bei 620 nm beträgt, je nach verwendeter Qualität des eingesetzten Materials, ungefähr 0,5 m^–1. Der Absorptionskoeffizient A bezeichnet hierbei insbesondere den Koeffizienten in dem Zusammenhang I (L) = I₀ × e^{–A L}, wobei I eine von der Länge L abhängige Intensität der geführten Strahlung ist, bezogen auf eine Ausgangsintensität I₀.
Um eine Farbortverschiebung längs des Lichtleitkörpers zu vermeiden, ist bei Verwendung solcher Materialien das Farbhomogenisierungsmittel erforderlich.
In 12 ist die Augenempfindlichkeitskurve C1 sowie ein Emissionsspektrum C2 der Flächenlichtquelle 1 gezeigt, die etwa wie in 1 aufgebaut ist, und bei der mit einem Konversionsmittel gelbes Licht erzeugt wird, das mit blauem Licht aus der Primärstrahlung gemischt wird.
In 13 sind bei einer Flächenlichtquelle ohne Farbhomogenisierungsmittel die unterschiedlichen Intensitätsabnahmen von rotem und grünem Licht, siehe die Strich-Linie, im Vergleich zu blauem Licht, siehe die durchgezogene Linie, schematisch aufgetragen.
In 14A ist in einer schematischen Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flächenlichtquelle 1 gezeigt. Das Farbhomogenisierungsmittel 4 ist in diesem Fall durch weitere Lichtquellen 5 gebildet, die sich an Längsseiten 25 des Lichtleitkörpers 2 befinden. Über diese weiteren Lichtquellen 5 ist die verstärkte Absorption von blauem Licht kompensierbar, so dass ein Intensitätsverlauf entlang der Hauptlichtleitrichtung M glättbar ist, vergleiche 14B.
In 15 ist für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flächenlichtquelle die Beigabe von Absorbern 47r, 47g illustriert, die als Farbhomogenisierungsmittel 4 dienen. Die erhöhte Absorption von blauem Licht hin zu kurzen Wellenlängen, siehe die Kurve b, ist durch die im grünen Spektralbereich sowie im roten Spektralbereich absorbierenden Absorber 47g, 47r ausgeglichen. Die Gesamtabsorption, siehe die Kurve w, ist hierdurch über den gesamten sichtbaren Spektralbereich hinweg nahezu konstant.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 16 sind die Lichtquellen 3 nur an einer Stirnseite 23a angebracht. In Bereichen nahe dieser Stirnseite 23a und zwischen benachbarten Lichtquellen 3 weisen die Auskoppelstrukturen 42 eine höchste Flächendichte auf. In diesen Bereichen kann dann verstärkt Licht ausgekoppelt werden, dass von der gegenüberliegenden Stirnseite 23b zurückreflektiert wird. Eine derartige Verteilung der Auskoppelstrukturen 42 nahe der Stirnseite 23a mit den Lichtquellen 3 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Gemäß 17 befinden sich die Auskoppelstrukturen 42 je an der einem Reflektor 5 zugewandten Hauptseite 24 der Lichtleitkörper 2. Der Reflektor 5 kann spekular oder, bevorzugt, diffus reflektieren. Ein solcher Reflektor 5 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die Flächenlichtquelle 1 nur an einer Hauptseite Strahlung emittiert, vorhanden sein.
In 18A ist eine Flächenbelegungsdichte F der Lichtauskoppelstrukturen 42y für gelbes Licht und der Lichtauskoppelstrukturen 42b für blaues Licht entlang der Hauptlichtleitrichtung M gezeigt, zum Beispiel für ein Ausführungsbeispiel gemäß 4. Die Dichte der Auskoppelstrukturen 42b für blaues Licht liegt im Durchschnitt um zirka 0,01 unter der Dichte der Auskoppelstrukturen 42y für gelbes Licht. Hin zu großen Flächenbelegungsdichten nähern sich die Dichten aneinander an.
Die mittlere Differenz der Flächenbelegungsdichten der Auskoppelstrukturen 42b, 42y kann zum Beispiel auch zwischen einschließlich 0,005 und 0,02 liegen. Anders als in 4 gezeigt kann die Dichte der Auskoppelstrukturen für blaues Licht auch über der Dichte der Auskoppelstrukturen für gelbes Licht liegen.
Der Lichtleitkörper weist hierbei eine Länge von 2000 mm, eine Breite von 1000 mm und eine Dicke von 4 mm auf und ist aus Polycarbonat gebildet. Eine Differenz der Absorptionskoeffizienten A1, A2 liegt bei 0,6/m. Die Auskoppelstrukturen 42 sind jeweils durch gedruckte Punkte gebildet, wobei Titandioxidpartikel in eine Silikonmatrix eingebettet sind und die Auskoppelstrukturen 42 eine Dicke von zirka 100 µm und einen Durchmesser von zirka 1000 µm aufweisen. Eine relative Häufigkeit H der Durchmesser D der Titandioxidpartikel ist in 18B illustriert.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Flächenlichtquelle (1) zur Abstrahlung von Licht, das verschiedene Spektralkomponenten aufweist, mit – mindestens einem Lichtleitkörper (2) mit einer Hauptlichtleitrichtung (M) und einer Länge L entlang der Hauptlichtleitrichtung (M) sowie mit mindestens einer Stirnseite (23) quer zur Hauptlichtleitrichtung (M), – mehreren Lichtquellen (3) auf Halbleiterbasis an der mindestens einen Stirnseite (23), und – mindestens einem Farbhomogenisierungsmittel (4), wobei – ein Material des Lichtleitkörpers (2) bei einer Wellenlänge von 435 nm einen ersten Absorptionskoeffizienten (A1) und bei einer Wellenlänge von 620 nm einen zweiten Absorptionskoeffizienten (A2) aufweist, und – für eine Differenz ΔA zwischen den Absorptionskoeffizienten (A1, A2) und der Länge L gilt: ΔA L ≥ 0,05.
Flächenlichtquelle (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der das Farbhomogenisierungsmittel (4) Auskoppelstrukturen (42) umfasst oder hieraus besteht, wobei – der zweite Absorptionskoeffizient (A2) kleiner ist als der erste Absorptionskoeffizient (A1), – die Auskoppelstrukturen (42) auf mindestens einer Hauptseite (24) des Lichtleitkörpers (2) aufgebracht sind, – eine Flächendichte der Auskoppelstrukturen (42) an der Hauptseite (24) in Richtung weg von der Stirnseite (23), an der sich die Lichtquellen (3) befinden, mindestens in einem Innenbereich zunimmt, – die Lichtquellen (3) im Betrieb blaues Licht emittierende Leuchtdioden sind, – die Auskoppelstrukturen (42) mindestens ein Konversionsmittel zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion des blauen Lichts umfassen, – die Flächenlichtquelle (1) zur Abstrahlung von weißem Licht eingerichtet ist, und – der Lichtleitkörper (2) selbst klarsichtig und frei von einem Konversionsmittel ist.
Flächenlichtquelle (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, die genau einen Lichtleitkörper (2) beinhaltet, wobei – eine erste Anzahl der Auskoppelstrukturen (42a) zur vollständigen Wellenlängenkonversion des blauen Lichts eingerichtet ist, und – eine hiervon verschiedene zweite Anzahl der Auskoppelstrukturen (42b) frei von einem Konversionsmittel ist und ein Streumittel zur Streuung des blauen Lichts umfasst.
Flächenlichtquelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, die mindestens zwei oder genau zwei der Lichtleitkörper (2) umfasst, wobei – die Lichtleitkörper parallel zueinander ausgerichtet sind, – Hauptseiten (24) der Lichtleitkörper (2) einander zugewandt sind, und – Strahlung von einem der Lichtleiter (2) vor Verlassen der Flächenlichtquelle (1) mindestens einen anderen der Lichtleiter (2) quer zur Hauptlichtleitrichtung (M) durchläuft.
Flächenlichtquelle (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der – die Lichtleitkörper (2) je an nur einer der Hauptseiten (24) mit den Auskoppelstrukturen (42) versehen sind, und – jedem der Lichtleitkörper (2) eine andere Zusammenstellung der Lichtquellen (3) zugeordnet ist, sodass in jedem der Lichtleitkörper (2) eine Strahlung einer anderen spektralen Zusammensetzung geführt wird.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens einer oder genau einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, nur blaues Licht zu führen.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens drei oder genau drei der Lichtleitkörper (2) umfasst, wobei – einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, blaues Licht zu führen, – einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, grünes Licht zu führen, und – einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, rotes Licht zu führen.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der – einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, blaues Licht zu führen, und – einer der Lichtleitkörper (2) dazu eingerichtet ist, mischfarbiges, gelbes oder weißes Licht zu führen.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens drei oder genau drei der Lichtleitkörper (2) umfasst, die dazu eingerichtet sind, blaues Licht zu führen, wobei an zumindest zwei der Lichtleitkörper (2) die Auskoppelstrukturen (42) ein Konversionsmittel enthalten und die Auskoppelstrukturen (42) an einem weiteren der Lichtleitkörper (2) frei von einem Konversionsmittel sind.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Auskoppelstrukturen (42) auf je genau eine Hauptseite (24) der mindestens zwei Lichtleitkörper (2) aufgedruckt sind, wobei – ein mittlerer Durchmesser der Auskoppelstrukturen (42) eine mittlere Höhe der Auskoppelstrukturen (42) um mindestens einen Faktor 3 übersteigt, – mindestens eine Teilmenge der Auskoppelstrukturen (42) inselartig geformt ist, und – die Auskoppelstrukturen (42) ein Matrixmaterial und darin eingebettete Konversionsmittelpartikel und/oder Streupartikel aufweisen.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei der Lichtleitkörper (2) umfasst, wobei die Auskoppelstrukturen (42) entlang der Hauptlichtleitrichtung (M) der Lichtleitkörper (2) einen voneinander verschiedenen Dichteverlauf aufzeigen.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei voneinander verschiedene Lichtquellen (3) zur Erzeugung von blauem Licht umfasst, wobei – sich die Scheitelwellenlängen des von diesen Lichtquellen (3) erzeugten Lichts um mindestens 10 nm unterscheiden, – diese Lichtquellen (3) unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind, und – eine Farbtemperatur des von der Flächenlichtquelle (1) abgestrahlten Lichts abstimmbar ist.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Dichte der Auskoppelstrukturen (42) in einem Bereich nahe an den Stirnseiten (23), der eine Breite von höchstens dem 0,5-Fachen eines mittleren Abstandes zwischen den Lichtquellen (3) aufweist, in Richtung hin zu den Stirnseiten (23) mindestens stellenweise zunimmt, wobei in Richtung senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung (M) und senkrecht zur Hauptemissionsrichtung (E) die Dichte der Auskoppelstrukturen (42) an der mindestens einen Stirnseite (23), an der die Lichtquellen (3) angebracht sind, variiert.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Farbhomogenisierungsmittel (4) weitere Lichtquellen (45) umfasst, die sich an mindestens einer Längsseite (25) des Lichtleitkörpers (2) befinden, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten weiteren Lichtquellen (45) mindestens 5 cm und höchstens 25 nm beträgt.
Flächenlichtquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Farbhomogenisierungsmittel (4) mindestens einen Absorber (47) zur Absorption von grünem und/oder rotem Licht aufweist, wobei der Absorber (47) entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) in dem mindestens einen oder genau einen Lichtleitkörper (2) verteilt ist.