EP2561387A1 - Surface light guide and planar emitter - Google Patents
Surface light guide and planar emitterInfo
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- EP2561387A1 EP2561387A1 EP11710188A EP11710188A EP2561387A1 EP 2561387 A1 EP2561387 A1 EP 2561387A1 EP 11710188 A EP11710188 A EP 11710188A EP 11710188 A EP11710188 A EP 11710188A EP 2561387 A1 EP2561387 A1 EP 2561387A1
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- EP
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- radiation
- layer
- light guide
- surface light
- guide according
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- G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
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- G02B6/0073—Light emitting diode [LED]
Definitions
- the present patent application relates to a
- a surface light guide has a radiation exit surface extending along a main extension plane of the surface light guide, wherein the
- the surface light guide has a first interface and a second interface on which a light pipe of the coupled radiation in the vertical direction, ie in a direction perpendicular to the main plane of extension
- first interface and the second interface a first layer and a second layer are formed on each other in the vertical direction.
- the surface light guide is preferably provided for coupling radiation with a first radiation component and with a second radiation component.
- These radiation components can be different from one another, for example with regard to the spatial coupling into the surface light guide or with regard to a peak wavelength.
- various light-guiding regions for the first radiation component and the second radiation component can be formed with regard to the scattering.
- first layer and the second layer are formed such that the first radiation component and the second radiation component homogeneous from the
- the scattering effect in the surface light guide can be set by means of the first layer and the second layer for the different radiation components.
- Coupled radiation can escape over a large area and at the same time with a high degree of homogeneity from the radiation exit surface.
- the homogeneity relates in particular to the spatial homogeneity of the radiation exit surface emerging radiation and the homogeneity of the color locus of the radiated radiation as a function of the location on the
- Radiation exit surface and / or the angle of radiation are Radiation exit surface and / or the angle of radiation.
- Color locus for a given angle in the color diagram (CIE diagram) are plotted.
- these points are within a 5-step McAdam ellipse, more preferably within a 3-step McAdam ellipse.
- At least one of the radiation components is preferably in the visible spectral range.
- the radiation components is preferably in the visible spectral range.
- Spectral components for generating mixed radiation such as for the human eye white radiation appearing to be provided.
- the surface light guide can be designed so that the scattering effect in the light guide can be adapted to the respective radiation components.
- the first layer and the second layer may be formed such that a wavelength-dependent
- the wavelength-dependent scattering effect of the scattering sites causes the wavelength components for which the scattering effect is highest to emerge from the planar light guide with an increased probability. Under a lateral coupling is in doubt a
- the surface light guide is such
- High transparency is understood in this context to mean that in the
- the transparency is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%.
- the patches have an average extension which is at most 1.0 times, preferably at most 0.5 times, more preferably at most 0.3 times the peak wavelength of
- the spots are therefore preferably small compared to the wavelength of the radiation to be scattered.
- Wavelength of the radiation also occur in the Rayleigh scattering on large scattering angles, which leads to a total of high homogeneity of the angular distribution of the radiated radiation. For large sites, however, the scatter causes only a relatively small change in angle, causing the out of the
- Radiation exit surface escaping radiation especially at high angles, such as at angles of 50 ° or more to
- the first layer and the second layer are preferably designed to have a wavelength dependence of
- Compensate scattering effect In Rayleigh scattering, for example, the scattering effect is proportional to the fourth power of the frequency of the radiation to be scattered, so that, for example, blue radiation is scattered considerably more strongly than red radiation.
- the spots may be in the form of particles, such as air-filled particles, cavities or defects in the surface light guide
- the first boundary surface and the second boundary surface define in the vertical direction the region of the surface light guide in which total reflection causes at least partial light transmission.
- a “position” of the surface light guide is understood in particular to mean a region between the first boundary surface and the second boundary surface whose vertical extent is so great that it makes a significant contribution to the light transmission for at least one radiation fraction
- Layers such as layers, whose vertical extent is smaller or equal to the wavelength of the radiation coupled into the surface light guide, however, do not constitute a position in the sense of the present application.
- the first layer and the second layer are preferably identical.
- the layers may differ, for example, in one another from a concentration and / or a size and / or a size distribution and / or a material of the work sites.
- the first layer and the second layer can also be used with respect to the one used in each case
- Base material to be different from each other.
- the first layer and the second layer are decoupled from each other with respect to the light pipe.
- the first layer and the second layer are with respect to the light pipe
- the first layer and the second layer are each with respect to the scattering effect
- Radiation component adapted so that they have a
- the radiation coupled out of a layer can pass through at least one of the other layers before it leaves the radiation exit surface.
- the first layer and the second layer are preferably designed such that a ratio of the first radiation component to the second radiation component via the
- Radiation exit surface is homogeneous.
- Spectral range are provided.
- a mixed radiation can be coupled into at least one layer.
- An efficient decoupling of the first layer from the second layer can be achieved, for example, by
- the separating layer preferably has one
- Refractive index which is smaller than the refractive index of the first layer and the second layer.
- Decoupled layers in which in both directions, ie both of the First layer in the direction of the second layer as well as from the second layer in the direction of the first layer on a surface total reflection occurs, can be realized so simplified.
- the separating layer may alternatively or additionally be formed as a coating which is at least for one
- Radiation component is reflective. An optical separation between the first layer and the second layer is thus further simplified.
- Spacer may be provided between the first layer and the second layer, for example in the form of elevations.
- the first layer and the second layer form subareas of a light-guiding region, in which the first radiation component and the second component
- the light pipe is thus for the first
- At least one radiation component propagates in one of the layers to a greater extent than the other
- the first layer and the second layer suitably have refractive indices different from each other in this case on.
- the first layer has a higher refractive index than the second and as the further layer.
- the first layer can thus be embedded between two layers which have a smaller refractive index, so that total reflection occurs on both sides of the first layer.
- a material of the first layer has a dispersion in the visible spectral range. Due to the dispersion, the
- the material of the first layer has an anomalous dispersion.
- anomalous dispersion causes the refractive index in the red
- the first layer acts as a light guide for a larger proportion of the radiation in the red spectral range than for the
- the first layer preferably has a higher concentration of spots than the second and the further layer.
- the second and / or the further position can be further developed also free of roadworks.
- the material of the first layer has a normal dispersion. In this case propagates in the first layer predominantly the radiation with the shorter
- Wavelength for example blue radiation.
- the patches are preferably arranged exclusively or at least with a higher concentration in the second and / or the third layer.
- the exposure sites are thus predominantly formed in that position in which predominantly propagates the radiation with the larger wavelength. So can the
- Radiation components with different spectral components homogeneously emerge from the radiation exit surface.
- the surface light guide can be provided for the one-sided or for the two-sided coupling.
- the surface light guide has a side facing away from the radiation exit surface
- the structuring can be provided in particular for a double-sided radiation decoupling
- the structuring may have, for example, structural elements in the form of pyramids or hemispheres.
- a structure size of the structuring is preferably smaller than the resolution capacity of the human eye.
- At least one layer of the surface light guide has an inhomogeneous distribution of the spots, such as a distribution with a plurality of maxima.
- spot-like radiation can occur on the radiation exit surface
- the surface radiator has at least one surface light guide and at least one radiation source, wherein the coupled during operation of the surface radiator in the surface light guide radiation is generated by means of the radiation source.
- the radiation source has at least one semiconductor body with an active region provided for generating radiation. In a further preferred embodiment, the radiation source
- the ⁇ at least one white light source. Furthermore, the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- Radiation source having a light source in the green spectral range.
- the light source in the green spectral range can be provided, in particular, for compensating for, for example, aging, too low a green component of the white light source.
- FIG. 1 shows a surface radiator with a surface light guide according to a first embodiment in a schematic sectional view
- Figure 2 shows a surface radiator with a surface light guide according to a second embodiment in
- FIG. 3 shows a surface radiator with a surface light guide according to a third embodiment in FIG.
- FIG. 4 shows a surface radiator with a surface light guide according to a fourth exemplary embodiment in FIG.
- FIG. 5 a surface radiator with a surface light guide according to a fifth exemplary embodiment in FIG.
- FIG. 6 shows a surface radiator with a surface light guide according to a sixth exemplary embodiment in a schematic sectional view
- FIG. 7 shows a surface radiator with a surface light guide according to a seventh embodiment in FIG.
- FIG. 8 shows a surface radiator with a surface light guide according to an eighth embodiment in a schematic sectional view.
- the same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.
- FIG. 1 shows a surface radiator 100 which has a surface light guide 1.
- the surface light guide has a first layer 11, a second layer 12 and a further layer 13.
- the layers 11, 12, 13 are between a first
- Interface 15 and a second interface 16 is formed. In the vertical direction, that is perpendicular to one
- Main extension plane of the surface light guide 1 the boundary surfaces limit the area of the surface light guide in which the coupled radiation, in particular due to
- the radiation component which consists of a
- Radiation exit surface 10 exits, increases.
- the layers 11, 12, 13 are with respect to the light pipe
- Decoupling takes place in each case by means of total reflection at the transitions between the first layer 11 and the second layer 12 or between the second layer and the further layer 13.
- Spacers 51 are arranged between the first layer 11 and the second layer 12, so that a gap 5 is formed in regions, which optically decouples the layers from one another.
- a separating layer 60 is formed between the second layer 12 and the further layer 13.
- the separating layer has a smaller one
- the separation layer 60 can furthermore be designed to be reflective for at least one radiation component, in order to provide the
- the separating layer preferably contains a dielectric material, which is furthermore preferably transparent to radiation in the visible spectral range.
- a dielectric material which is furthermore preferably transparent to radiation in the visible spectral range.
- an oxide such as silicon oxide, or a nitride, for example, silicon nitride is suitable.
- the separating layer can also be designed as a multilayer.
- the layers 11, 12, 13 each form for by a
- the first blue radiation layer 11, the second green radiation layer 12 and the further red radiation layer 13 may be provided.
- the layers 11, 12, 13 are formed with respect to the scattering effect such that the individual radiation components homogeneous the radiation exit surface 10 exit.
- the adaptation of the layers to the respective radiation fraction by means of a variation in the concentration of the Streustellen 4.
- the adaptation of the layers 11, 12, 13 also by means of an adaptation of the material of the Streustellen 4 and / or the layers 11, 12, 13, carried out by means of the size of the Streustellen and / or the size distribution of the Streustellen.
- the extent of the spots 4 is preferably small compared to the wavelength of the coupled radiation in the surface light guide first
- the associated color loci are in the color diagram (CIE diagram) for a given emission angle
- McAdam ellipse preferably within a 5-step McAdam ellipse, more preferably within a 3-step McAdam ellipse.
- Radiation can therefore be characterized by a high degree of homogeneity with respect to the color locus.
- the luminance for a given angle of radiation differs for any two points on the Radiation exit surface preferably at most by a factor of two.
- a higher concentration of work sites 4 in the third layer 13 provided for the propagation of red radiation compensates for the lower one in this exemplary embodiment
- a glass or a plastic for example, a glass or a plastic, for example polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or
- the transparency of the surface light guide 1 according to the definition mentioned above is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%.
- particles which are embedded in the layers 11, 12, 13 are suitable as the workpieces 4.
- the particles may be solid or hollow,
- cavities or defects in the surface light guide can serve as a job site.
- Such cavities or defects are, for example, by targeted local evaporation of
- Material of the surface light guide 1 produced can for example, thermally and / or optically, for example by means of
- Laser radiation can be achieved.
- the described area radiator 100 can by means of the three radiation components in the red, green and blue
- Spectral range for the human eye large-scale and homogeneous white appearing mixed radiation can be generated. However, this can be achieved deviating from the described embodiment, but with one of three different number of layers. For example, in only two layers, the first layer 11 for the coupling of red radiation and the second coupling 12 for mint-white appearing
- the ratio of the radiation components to one another is therefore particularly homogeneous.
- the area radiator 100 furthermore has a radiation source 2 on both sides of the surface light guide 1.
- the radiation source 2 comprises a first semiconductor body 20a for the generation of blue radiation, a second semiconductor body 20b for the generation of green radiation and a third semiconductor body 20c for the generation of red radiation, wherein in the semiconductor bodies each provided for generating radiation active region 21a, 21b, 21c is provided.
- the radiation source 2 has only one semiconductor body for each for the sake of simplicity
- a multiplicity of semiconductor bodies which can be arranged, for example, in a line-like or matrix-like manner, can also be provided.
- the radiation source can also be designed as a gas discharge lamp.
- FIG. 1 A second exemplary embodiment of a surface radiator 100 with a surface light guide 1 is shown in FIG.
- the surface radiator 100 in turn has a
- the surface light guide 1 has, between a first interface 15 and a second interface 16, a first layer 11 which is arranged between a second layer 12 and a further layer 13.
- the layers 11, 12, 13 form
- Radiation source 2 propagate generated radiation.
- the first layer 11 has a higher refractive index than the second layer 12 and the further layer 13, so that total reflection can occur at the transitions between these layers.
- Refractive index of the second layer represents.
- a corresponding relationship also applies to the further layer 13 with a refractive index 113.
- Refractive index between 1.4 inclusive and 1.48 inclusive apply.
- the refractive index is adjustable between 1.4 and 1.9 by a suitable choice of composition. Furthermore, glass is distinguished from plastic by a higher optical stability and is easier to clean, so that glass is particularly suitable for the outer layers of the surface light guide.
- the material of the first layer 11 exhibits anomalous dispersion in the visible spectral range, so that the refractive index is greater, for example, for long-wave red radiation than for shorter-wave blue radiation.
- the first layer may comprise a fluorophosphate glass with anomalous dispersion. According to the above relationship, this causes the
- Limit angle for total reflection for red radiation is smaller than for blue radiation.
- the blue radiation is therefore distributed more strongly in the light-guiding region 17 formed by the layers 11, 12, 13, while the red radiation remains to a greater extent in the first layer 11.
- the throwing sites 4 are formed in the first layer 11.
- the second layer 12 and the further layer 13 can be free of spots or at least have a lower concentration of spots than the first layer 11.
- blue radiation is thus produced for blue radiation in comparison with red radiation middle light path between the impact on the
- Site 4 extended. This leads to a compensation of the more efficient scattering for blue radiation, so that the radiation emerging from the radiation exit surface 10 has a high homogeneity of the color locus.
- the third exemplary embodiment shown in FIG. 3 essentially corresponds to the second exemplary embodiment described in connection with FIG.
- the material for the first layer 11 has a normal dispersion.
- the blue radiation remains to a greater extent within the first layer 11 than the red radiation. In this case, to compensate for the
- the scattering sites 4 may be formed in the second layer 12 and / or the further layer 13 as a function of the wavelength-dependent scattering effect.
- the first layer 11 may be free of spots or at least a lower one
- the reflector layer is preferably designed to be broadband reflective.
- the reflector layer may, for example, contain a metal or a metallic alloy or consist of a metal or a metallic alloy.
- aluminum, silver and rhodium are characterized by a high reflectivity in the visible spectral range.
- the reflector layer 7 can from the
- Radiation power from the radiation exit surface can thus be increased.
- the illustrated in Figure 5 fifth embodiment corresponds substantially to the fourth embodiment. Deviating from this, instead of the reflector layer on the second boundary surface 16, a coating 6 is applied.
- the coating preferably contains a dielectric
- Such, preferably multilayer, coating can be at least for one
- Radiation share have a high reflectivity.
- Structuring 8 is formed.
- the structuring is formed in this embodiment by means of elevations 80 which are pyramid-shaped.
- Other shapes can be used for the surveys, for example, with a polygonal or at least partially curved cross section, such as hemispherical.
- Disconnecting sites is decoupled.
- the structuring 8 in this case promotes a deflection of the propagating radiation into small angles to the normal of the radiation exit surface.
- the first layer 11, in particular on the side facing away from the radiation exit surface 10, may already be structured.
- a structure size of the structuring 8 is preferably below the resolution of the human eye. For example, structures with a size of
- a seventh exemplary embodiment which essentially corresponds to the first described in connection with FIG.
- Embodiment corresponds, is shown schematically in Figure 7.
- the representation is rotated in this figure by 90 °, so that the radiation of the radiation sources 2 is perpendicular to the plane of the drawing.
- the spots have a uniform distribution in the context of statistical fluctuations
- the distribution of the Streustellen 4 forms local maxima 41, which leads to a locally excessive scattering.
- the local maxima are strip-shaped. In the regions of the local maxima, this leads to increased radiation extraction from the radiation exit surface 10.
- Such local maxima can be produced, for example, by using particles with a dipole moment, during which an electric field is applied.
- One Area radiator 100 with such a surface light guide 1 is particularly suitable for effect lighting.
- the inhomogeneity of the radiation component of the second layer 12 is determined by means of the position of the strips relative to
- Radiation source adjustable In the shown
- the local maxima 41 are each offset to a main radiation direction of
- Semiconductor body 20B of the radiation source 2 is arranged.
- the semiconductor bodies 20a and 20b assigned to the respective layers 11, 12 can in this case be compared with respect to FIG.
- the surface light guide has a coating 6 on the radiation exit surface 10 which, as described in connection with FIG. 5, increases the radiation exit surface 10
- coating can also be dispensed with, so that the surface light guide can be designed to emit light on both sides.
- the Radiation source 2 has a white light source 23 and a light source 24 in the green spectral range.
- the light source 24 is provided to the green portion of the total of the radiation exit surface 10
- Such a surface radiator 100 can thus be characterized by a higher constancy of the color location over its lifetime out.
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Abstract
The invention relates to a surface light guide (1) which has a radiation exit area (10) extending along a main extension plane of the surface light guide (1) and is provided for laterally coupling radiation, wherein - the surface light guide (1) comprises scattering locations (4) for scattering the coupled radiation; - the surface light guide (1) comprises a first boundary surface (15) and a second boundary surface (16) which delimit the light conductance of the coupled-in radiation in the vertical direction; - and a first layer (11) and a second layer (12) are formed on each other in the vertical direction between the first boundary surface (31) and the second boundary surface (32). Further disclosed are a planar emitter (100) comprising at least one surface light guide (1).
Description
Beschreibung description
Flächenlichtleiter und Flächenstrahler Surface light guide and surface radiator
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft einen The present patent application relates to a
Flächenlichtleiter sowie einen Flächenstrahler mit zumindest einem solchen Flächenlichtleiter. Surface light guide and a surface radiator with at least one such surface light guide.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 018 033.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2010 018 033.5, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Bei herkömmlichen Strahlungsquellen tritt die erzeugte In conventional radiation sources, the generated
Strahlung typischerweise aus einer vergleichsweise kleinen Fläche aus. Eine Vergrößerung dieser Fläche kann Radiation typically from a comparatively small area. An enlargement of this area can
beispielsweise durch das Nachordnen einer Streuscheibe erfolgen. Dies kann jedoch zu einer über die for example, done by the Nachordnen a lens. However, this can be one over the
Strahlungsaustrittsfläche vergleichsweise inhomogenen Radiation exit surface comparatively inhomogeneous
Leuchtdichteverteilung führen. Lead luminance distribution.
Eine Aufgabe ist es, eine großflächige Abstrahlung mit gleichzeitig hoher Homogenität zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch einen Flächenlichtleiter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. One task is to achieve a large-area radiation with simultaneously high homogeneity. This object is achieved by a surface light guide having the features of patent claim 1. Embodiments and developments are the subject of the dependent claims.
In einer Ausführungsform weist ein Flächenlichtleiter eine entlang einer Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters verlaufende Strahlungsaustrittsfläche auf, wobei der In one embodiment, a surface light guide has a radiation exit surface extending along a main extension plane of the surface light guide, wherein the
Flächenlichtleiter für eine seitliche Einkopplung von Surface light guide for a lateral coupling of
Strahlung vorgesehen ist. Der Flächenlichtleiter weist Radiation is provided. The surface light guide points
Streustellen zur Streuung der eingekoppelten Strahlung auf. Der Flächenlichtleiter weist eine erste Grenzfläche und eine
zweite Grenzfläche auf, die eine Lichtleitung der eingekoppelten Strahlung in vertikaler Richtung, also in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Streets to scatter the coupled radiation. The surface light guide has a first interface and a second interface on which a light pipe of the coupled radiation in the vertical direction, ie in a direction perpendicular to the main plane of extension
Richtung, begrenzen. Zwischen der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche sind in vertikaler Richtung eine erste Lage und eine zweite Lage aufeinander ausgebildet. Direction, limit. Between the first interface and the second interface, a first layer and a second layer are formed on each other in the vertical direction.
Der Flächenlichtleiter ist vorzugsweise zur Einkopplung von Strahlung mit einem ersten Strahlungsanteil und mit einem zweiten Strahlungsanteil vorgesehen. Diese Strahlungsanteile können beispielsweise hinsichtlich der räumlichen Einkopplung in den Flächenlichtleiter oder hinsichtlich einer Peak- Wellenlänge voneinander verschieden sein. The surface light guide is preferably provided for coupling radiation with a first radiation component and with a second radiation component. These radiation components can be different from one another, for example with regard to the spatial coupling into the surface light guide or with regard to a peak wavelength.
Mittels der ersten Lage und der zweiten Lage können bezüglich der Streuung verschiedenartige Lichtleitbereiche für den ersten Strahlungsanteil und den zweiten Strahlungsanteil gebildet sein. By means of the first layer and the second layer, various light-guiding regions for the first radiation component and the second radiation component can be formed with regard to the scattering.
Weiterhin bevorzugt sind die erste Lage und die zweite Lage derart ausgebildet, dass der erste Strahlungsanteil und der zweite Strahlungsanteil homogen aus der Further preferably, the first layer and the second layer are formed such that the first radiation component and the second radiation component homogeneous from the
Strahlungsaustrittsfläche austreten . Exiting radiation exit surface.
Mit anderen Worten ist mittels der ersten Lage und der zweiten Lage für die verschiedenen Strahlungsanteile die Streuwirkung im Flächenlichtleiter einstellbar. Die In other words, the scattering effect in the surface light guide can be set by means of the first layer and the second layer for the different radiation components. The
eingekoppelte Strahlung kann großflächig und gleichzeitig mit einer hohen Homogenität aus der Strahlungsaustrittsfläche austreten . Coupled radiation can escape over a large area and at the same time with a high degree of homogeneity from the radiation exit surface.
Die Homogenität bezieht sich hierbei insbesondere auf die räumliche Homogenität der aus der Strahlungsaustrittsfläche
austretenden Strahlung sowie die Homogenität des Farborts der abgestrahlten Strahlung in Abhängigkeit vom Ort auf der The homogeneity relates in particular to the spatial homogeneity of the radiation exit surface emerging radiation and the homogeneity of the color locus of the radiated radiation as a function of the location on the
Strahlungsaustrittsfläche und/oder vom Abstrahlungswinkel . Radiation exit surface and / or the angle of radiation.
Als ein Maß für die Homogenität des Farborts kann für zwei beliebige Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche der As a measure of the homogeneity of the color locus, for any two points on the radiation exit surface, the
Farbort für einen vorgegebenen Winkel im Farbdiagramm (CIE- Diagramm) aufgetragen werden. Color locus for a given angle in the color diagram (CIE diagram) are plotted.
Vorzugsweise liegen diese Punkte innerhalb einer 5-step- McAdam-Ellipse, besonders bevorzugt innerhalb einer 3-step- McAdam-Ellipse . Preferably, these points are within a 5-step McAdam ellipse, more preferably within a 3-step McAdam ellipse.
Zumindest einer der Strahlungsanteile liegt vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich. Insbesondere können die At least one of the radiation components is preferably in the visible spectral range. In particular, the
Spektralanteile zur Erzeugung von Mischstrahlung, etwa für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung, vorgesehen sein . Spectral components for generating mixed radiation, such as for the human eye white radiation appearing to be provided.
Mittels der verschiedenartigen Lichtleitbereiche kann der Flächenlichtleiter so ausgebildet sein, dass die Streuwirkung im Lichtleiter für die jeweiligen Strahlungsanteile anpassbar ist. Insbesondere können die erste Lage und die zweite Lage so ausgebildet sein, dass eine wellenlängenabhängige By means of the various light-guiding regions, the surface light guide can be designed so that the scattering effect in the light guide can be adapted to the respective radiation components. In particular, the first layer and the second layer may be formed such that a wavelength-dependent
Streuwirkung an den einzelnen Streustellen kompensiert wird. Im Unterschied hierzu weist ein herkömmlicher Scattering is compensated at the individual Streustellen. In contrast, a conventional
Flächenlichtleiter einen einzelnen Lichtleitbereich auf, in dem alle Strahlungsanteile propagieren, so dass eine Surface light guide on a single Lichtleitbereich in which propagate all radiation components, so that a
wellenlängenabhängige Streuwirkung der Streustellen bewirkt, dass die Wellenlängenanteile, für die die Streuwirkung am höchsten ist, mit eine erhöhten Wahrscheinlichkeit aus dem Flächenlichtleiter austreten.
Unter einer seitlichen Einkopplung wird im Zweifel eine The wavelength-dependent scattering effect of the scattering sites causes the wavelength components for which the scattering effect is highest to emerge from the planar light guide with an increased probability. Under a lateral coupling is in doubt a
Einkopplung in den Flächenlichtleiter verstanden, bei der eine Hauptrichtung der Einkopplung entlang der Coupling understood in the surface light guide, in which a main direction of the coupling along the
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters erfolgt. Main extension plane of the surface light guide takes place.
Weiterhin bevorzugt ist der Flächenlichtleiter derart Further preferably, the surface light guide is such
ausgebildet, dass er in ausgeschaltetem Zustand, also in Abwesenheit einer seitlich einkoppelnden Strahlungsquelle, eine hohe Transparenz aufweist. Unter einer hohen Transparenz wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass im designed so that it has a high transparency in the off state, so in the absence of a side-coupling radiation source. High transparency is understood in this context to mean that in the
Flächenlichtleiter die Absorption und die Streuung von Surface light guide the absorption and scattering of
Strahlung so gering ist, dass die Summe aus spekularer Radiation is so low that the sum of specular
Reflektivität und spekularer Transmission möglichst nahe an den theoretischen Grenzwert von 1 gelangt. Vorzugsweise beträgt die Transparenz mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %. Reflectivity and specular transmission comes as close to the theoretical limit of 1. The transparency is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Streustellen eine mittlere Ausdehnung auf, die höchstens das 1,0-fache, bevorzugt höchstens das 0,5-fache, besonders bevorzugt höchstens das 0,3-fache der Peak-Wellenlänge der In a preferred embodiment, the patches have an average extension which is at most 1.0 times, preferably at most 0.5 times, more preferably at most 0.3 times the peak wavelength of
eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter, also der Vakuum-Wellenlänge dividiert durch den Brechungsindex des Materials des Flächenlichtleiters, beträgt. coupled radiation in the surface light guide, so the vacuum wavelength divided by the refractive index of the material of the surface light guide is.
Die Streustellen sind also vorzugsweise klein gegenüber der Wellenlänge der zu streuenden Strahlung. An solchen The spots are therefore preferably small compared to the wavelength of the radiation to be scattered. At such
Streustellen erfolgt überwiegend Rayleigh-Streuung . Im Streeting is predominantly Rayleigh scattering. in the
Unterschied zu Streustellen, die groß gegenüber der Difference to riddling, which is big compared to the
Wellenlänge der Strahlung sind, treten bei der Rayleigh- Streuung auch große Streuwinkel auf, was insgesamt zu einer hohen Homogenität der Winkelverteilung der abgestrahlten Strahlung führt.
Bei großen Streustellen bewirkt die Streuung dagegen nur eine relativ kleine Winkeländerung, wodurch die aus der Wavelength of the radiation, also occur in the Rayleigh scattering on large scattering angles, which leads to a total of high homogeneity of the angular distribution of the radiated radiation. For large sites, however, the scatter causes only a relatively small change in angle, causing the out of the
Strahlungsaustrittsfläche austretende Strahlung besonders bei großen Winkeln, etwa bei Winkeln von 50° oder mehr zur Radiation exit surface escaping radiation, especially at high angles, such as at angles of 50 ° or more to
Normalen der Strahlungsaustrittsfläche hohe Leuchtdioden aufweist . Normal the radiation exit surface has high LEDs.
Die erste Lage und die zweite Lage sind vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie eine Wellenlängenabhängigkeit der The first layer and the second layer are preferably designed to have a wavelength dependence of
Streuwirkung kompensieren. Bei der Rayleigh-Streuung ist beispielsweise die Streuwirkung proportional zur vierten Potenz der Frequenz der zu streuenden Strahlung, so dass beispielsweise blaue Strahlung erheblich stärker gestreut wird als rote Strahlung. Compensate scattering effect. In Rayleigh scattering, for example, the scattering effect is proportional to the fourth power of the frequency of the radiation to be scattered, so that, for example, blue radiation is scattered considerably more strongly than red radiation.
Für die Streustellen eignet sich grundsätzlich jede Form von Brechungsinhomogenitäten, die zur Streuung von Strahlung im gewünschten Spektralbereich führt. Beispielsweise können die Streustellen als Partikel, etwa als luftgefüllte Partikel, als Hohlräume oder als Defekte im Flächenlichtleiter In principle, any form of refractive inhomogeneity that leads to the scattering of radiation in the desired spectral range is suitable for the work sites. For example, the spots may be in the form of particles, such as air-filled particles, cavities or defects in the surface light guide
ausgeführt sein. be executed.
Die erste Grenzfläche und die zweite Grenzfläche begrenzen in vertikaler Richtung den Bereich des Flächenlichtleiters, in dem Totalreflexion eine zumindest teilweise Lichtleitung bewirkt . The first boundary surface and the second boundary surface define in the vertical direction the region of the surface light guide in which total reflection causes at least partial light transmission.
Unter einer „Lage" des Flächenlichtleiters wird insbesondere ein Bereich zwischen der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche verstanden, dessen vertikale Ausdehnung so groß ist, dass er für zumindest einen Strahlungsanteil einen signifikanten Beitrag zur Lichtleitung leistet. Dünne A "position" of the surface light guide is understood in particular to mean a region between the first boundary surface and the second boundary surface whose vertical extent is so great that it makes a significant contribution to the light transmission for at least one radiation fraction
Schichten, etwa Schichten, deren vertikale Ausdehnung kleiner
oder gleich der Wellenlänge der in den Flächenlichtleiter eingekoppelten Strahlung ist, stellen dagegen keine Lage in Sinne der vorliegenden Anmeldung dar. Layers, such as layers, whose vertical extent is smaller or equal to the wavelength of the radiation coupled into the surface light guide, however, do not constitute a position in the sense of the present application.
Vorzugsweise sind die erste Lage und die zweite Lage Preferably, the first layer and the second layer
bezüglich der Streuwirkung an jeweils einen Strahlungsanteil angepasst . with respect to the scattering effect adapted to each one radiation fraction.
Zur Anpassung der Lagen an die jeweiligen Strahlungsanteile können sich die Lagen beispielsweise in einer Konzentration und/oder einer Größe und/oder einer Größenverteilung und/oder einem Material der Streustellen voneinander unterscheiden. Alternativ oder ergänzend können die erste Lage und die zweite Lage auch hinsichtlich des jeweils verwendeten In order to adapt the layers to the respective radiation components, the layers may differ, for example, in one another from a concentration and / or a size and / or a size distribution and / or a material of the work sites. Alternatively or additionally, the first layer and the second layer can also be used with respect to the one used in each case
Grundmaterials voneinander verschieden sein. Base material to be different from each other.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante sind die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der Lichtleitung voneinander entkoppelt . In a first embodiment variant, the first layer and the second layer are decoupled from each other with respect to the light pipe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der According to at least one embodiment, the
Flächenlichtleiter zur Einkopplung von Strahlung mit einem ersten Strahlungsanteil und einem zweiten Strahlungsanteil vorgesehen, wobei die Strahlungsanteile hinsichtlich einer Peak-Wellenlänge voneinander verschieden sind. Die erste Lage und die zweite Lage sind bezüglich der Lichtleitung Surface light guide for coupling radiation provided with a first radiation component and a second radiation component, wherein the radiation components with respect to a peak wavelength are different from each other. The first layer and the second layer are with respect to the light pipe
voneinander entkoppelt. Die erste Lage und die zweite Lage sind bezüglich der Streuwirkung an jeweils einen decoupled from each other. The first layer and the second layer are each with respect to the scattering effect
Strahlungsanteil angepasst, so dass sie eine Radiation component adapted so that they have a
Wellenlängenabhängigkeit der Streuwirkung kompensieren. Compensate the wavelength dependence of the scattering effect.
„Bezüglich der Lichtleitung voneinander entkoppelt" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass die Lagen vollständig
voneinander optisch getrennt sind. Vielmehr sind die "In terms of light conduction decoupled from each other" in this context does not mean that the layers are complete are optically separated from each other. Rather, they are
Lichtleitbereiche vorzugsweise so ausgebildet, dass die Lichtleitbereiche preferably designed so that the
Lichtleitung für die einzelnen Strahlungsanteile jeweils in einem eigenen Lichtleitbereich erfolgt. Insbesondere kann die aus einer Lage ausgekoppelte Strahlung vor dem Austritt durch die Strahlungsaustrittsfläche zumindest eine der anderen Lagen durchlaufen. Light conduction for the individual radiation shares each carried out in a separate Lichtleitbereich. In particular, the radiation coupled out of a layer can pass through at least one of the other layers before it leaves the radiation exit surface.
Die erste Lage und die zweite Lage sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Verhältnis des ersten Strahlungsanteils zum zweiten Strahlungsanteil über die The first layer and the second layer are preferably designed such that a ratio of the first radiation component to the second radiation component via the
Strahlungsaustrittsfläche homogen ist. Radiation exit surface is homogeneous.
Für eine großflächig weiß abstrahlende For a large white radiating
Strahlungsaustrittsfläche kann der Flächenlichtleiter Radiation exit surface, the surface light guide
beispielsweise drei Lagen aufweisen, die für die Lichtleitung von Strahlungsanteilen im roten, grünen und blauen For example, have three layers that are responsible for the light transmission of radiation components in the red, green and blue
Spektralbereich vorgesehen sind. Alternativ oder ergänzend kann in zumindest eine Lage eine Mischstrahlung eingekoppelt werden . Spectral range are provided. Alternatively or additionally, a mixed radiation can be coupled into at least one layer.
Eine effiziente Entkopplung der ersten Lage von der zweiten Lage kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass An efficient decoupling of the first layer from the second layer can be achieved, for example, by
zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage zumindest teilweise Totalreflexion auftritt, von der ersten Lage in Richtung der zweiten Lage und umgekehrt. between the first layer and the second layer at least partially total reflection occurs, from the first layer in the direction of the second layer and vice versa.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage zumindest bereichsweise eine In a preferred embodiment, at least in regions between the first layer and the second layer
Trennschicht und/oder zumindest bereichsweise ein Spalt angeordnet. Die Trennschicht weist vorzugsweise einen Separating layer and / or arranged at least partially a gap. The separating layer preferably has one
Brechungsindex auf, der kleiner ist als der Brechungsindex der ersten Lage und der zweiten Lage. Voneinander entkoppelte Lagen, bei denen in beide Richtungen, also sowohl von der
ersten Lage in Richtung der zweiten Lage als auch von der zweiten Lage in Richtung der ersten Lage an einer Fläche Totalreflexion auftritt, können so vereinfacht realisiert werden . Refractive index which is smaller than the refractive index of the first layer and the second layer. Decoupled layers in which in both directions, ie both of the First layer in the direction of the second layer as well as from the second layer in the direction of the first layer on a surface total reflection occurs, can be realized so simplified.
Die Trennschicht kann alternativ oder ergänzend als eine Beschichtung ausgebildet sein, die zumindest für einen The separating layer may alternatively or additionally be formed as a coating which is at least for one
Strahlungsanteil reflektierend ausgebildet ist. Eine optische Trennung zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage wird so weitergehend vereinfacht. Radiation component is reflective. An optical separation between the first layer and the second layer is thus further simplified.
Zur bereichsweisen Ausbildung eines Spalts, der mit einem Gas, etwa Luft gefüllt ist, können beispielsweise For the area-wise formation of a gap which is filled with a gas, such as air, for example
Abstandshalter zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage vorgesehen sein, etwa in Form von Erhebungen. Spacer may be provided between the first layer and the second layer, for example in the form of elevations.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante bilden die erste Lage und die zweite Lage Teilbereiche eines Lichtleitbereichs, in dem der erste Strahlungsanteil und der zweite In a second embodiment variant, the first layer and the second layer form subareas of a light-guiding region, in which the first radiation component and the second component
Strahlungsanteil propagieren. Propagate radiation fraction.
Die Lichtleitung erfolgt somit für den ersten The light pipe is thus for the first
Strahlungsanteil und den zweiten Strahlungsanteil in einem gemeinsamen Lichtleitbereich, wobei die erste Lage und die zweite Lage derart ausgebildet sind, dass die einzelnen Radiation component and the second radiation component in a common Lichtleitbereich, wherein the first layer and the second layer are formed such that the individual
Strahlungsanteile von den einzelnen Teilbereichen Radiation shares of the individual sections
unterschiedlich stark beeinflusst werden. Mit anderen Worten propagiert vorzugsweise zumindest ein Strahlungsanteil in einer der Lagen zu einem größeren Anteil als der andere be influenced to different degrees. In other words, preferably at least one radiation component propagates in one of the layers to a greater extent than the other
Strahlungsanteil . Radiation component.
Die erste Lage und die zweite Lage weisen in diesem Fall zweckmäßigerweise voneinander verschiedene Brechungsindizes
auf. Je größer der Unterschied zwischen den Brechungsindizes ist, desto kleiner ist der Grenzwinkel für Totalreflexion. Je größer diese Differenz ist, desto größer ist also der Anteil derjenigen Strahlung, der bei einem Auftreffen der Strahlung an der Grenzfläche zum optisch dünneren Material vollständig zurückreflektiert wird. The first layer and the second layer suitably have refractive indices different from each other in this case on. The larger the difference between the refractive indices, the smaller the critical angle for total reflection. The larger this difference is, the greater is the proportion of that radiation which is completely reflected back when the radiation impinges at the interface with the optically thinner material.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der In a preferred embodiment, the
Flächenlichtleiter eine weitere Lage auf, die auf der der zweiten Lage abgewandten Seite der ersten Lage angeordnet ist. Weiterhin bevorzugt weist die erste Lage einen größeren Brechungsindex auf als die zweite und als die weitere Lage. Surface light guide on a further layer, which is arranged on the side facing away from the second layer of the first layer. Further preferably, the first layer has a higher refractive index than the second and as the further layer.
Die erste Lage kann also zwischen zwei Lagen eingebettet sein, die einen kleineren Brechungsindex aufweisen, so dass auf beiden Seiten der ersten Lage Totalreflexion auftritt. The first layer can thus be embedded between two layers which have a smaller refractive index, so that total reflection occurs on both sides of the first layer.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist ein Material der ersten Lage im sichtbaren Spektralbereich eine Dispersion auf. Bedingt durch die Dispersion weisen die In a preferred development, a material of the first layer has a dispersion in the visible spectral range. Due to the dispersion, the
Strahlungsanteile an den Grenzflächen der ersten Lage jeweils unterschiedliche Totalreflexions-Grenzwinkel auf. Radiation shares at the interfaces of the first layer each have different total reflection critical angle.
In einer ersten Variante weist das Material der ersten Lage eine anomale Dispersion auf. Anomale Dispersion bewirkt beispielsweise, dass der Brechungsindex im roten In a first variant, the material of the first layer has an anomalous dispersion. For example, anomalous dispersion causes the refractive index in the red
Spektralbereich größer ist als im blauen Spektralbereich. Aufgrund des unterschiedlichen Winkels für Totalreflexion wirkt die erste Lage für einen größeren Anteil der Strahlung im roten Spektralbereich als Lichtleiter als für die Spectral range is greater than in the blue spectral range. Due to the different angle for total reflection, the first layer acts as a light guide for a larger proportion of the radiation in the red spectral range than for the
Strahlung im blauen Spektralbereich. Die erste Lage weist vorzugsweise eine höhere Konzentration an Streustellen auf als die zweite und die weitere Lage. Die zweite und/oder die
weitere Lage können weitergehend auch frei von Streustellen ausgebildet sein. Radiation in the blue spectral range. The first layer preferably has a higher concentration of spots than the second and the further layer. The second and / or the further position can be further developed also free of roadworks.
In einer zweiten Variante weist das Material der ersten Lage eine normale Dispersion auf. In diesem Fall propagiert in der ersten Lage überwiegend die Strahlung mit der kürzeren In a second variant, the material of the first layer has a normal dispersion. In this case propagates in the first layer predominantly the radiation with the shorter
Wellenlänge, beispielsweise blaue Strahlung. Für eine Wavelength, for example blue radiation. For one
effiziente Auskopplung der Strahlung mit der längeren efficient decoupling of the radiation with the longer one
Wellenlänge sind die Streustellen vorzugsweise ausschließlich oder zumindest mit einer höheren Konzentration in der zweiten und/oder der dritten Lage angeordnet. Wavelength, the patches are preferably arranged exclusively or at least with a higher concentration in the second and / or the third layer.
In beiden Varianten sind die Streustellen also überwiegend in derjenigen Lage ausgebildet, in der überwiegend die Strahlung mit der größeren Wellenlänge propagiert. So können die In both variants, the exposure sites are thus predominantly formed in that position in which predominantly propagates the radiation with the larger wavelength. So can the
Strahlungsanteile mit unterschiedlichen Spektralanteilen homogen aus der Strahlungsaustrittsfläche austreten. Radiation components with different spectral components homogeneously emerge from the radiation exit surface.
Der Flächenlichtleiter kann für die einseitige oder für die zweiseitige Auskopplung vorgesehen sein. The surface light guide can be provided for the one-sided or for the two-sided coupling.
In einer Ausgestaltung weist der Flächenlichtleiter auf der der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite eine In one embodiment, the surface light guide has a side facing away from the radiation exit surface
Strukturierung auf. Structuring on.
Die Strukturierung kann insbesondere dafür vorgesehen sein, gegenüber einer beidseitigen Strahlungsauskopplung eine The structuring can be provided in particular for a double-sided radiation decoupling
Verschiebung der Emission zur Seite der Shift the issue to the side of the
Strahlungsaustrittsfläche hin zu bewirken. Die Strukturierung kann beispielsweise Strukturelemente in Form von Pyramiden oder Halbkugeln aufweisen. Radiation exit surface to effect. The structuring may have, for example, structural elements in the form of pyramids or hemispheres.
Weiterhin bevorzugt ist eine Strukturgröße der Strukturierung kleiner als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges. So wird erzielt, dass der Flächenlichtleiter trotz der
Strukturierung für das Auge als eine homogene, Furthermore, a structure size of the structuring is preferably smaller than the resolution capacity of the human eye. Thus it is achieved that the surface light guide despite the Structuring for the eye as a homogeneous,
unstrukturierte Fläche erscheint. unstructured surface appears.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eine Lage des Flächenlichtleiters eine inhomogene Verteilung der Streustellen auf, etwa eine Verteilung mit einer Vielzahl von Maxima. Mittels dieser lokalen Maxima können auf der Strahlungsaustrittsfläche beispielsweise punktförmige In a further preferred embodiment, at least one layer of the surface light guide has an inhomogeneous distribution of the spots, such as a distribution with a plurality of maxima. By means of these local maxima, for example, spot-like radiation can occur on the radiation exit surface
Bereiche ausgebildet werden, in denen die Leuchtdichte gegenüber den übrigen Bereichen erhöht ist. Be formed areas in which the luminance is increased compared to the other areas.
Der vorstehend beschriebene Flächenlichtleiter ist The surface light guide described above is
insbesondere zur Ausbildung eines Flächenstrahlers geeignet, wobei der Flächenstrahler zumindest einen Flächenlichtleiter und zumindest eine Strahlungsquelle aufweist, wobei die im Betrieb des Flächenstrahlers in den Flächenlichtleiter eingekoppelte Strahlung mittels der Strahlungsquelle erzeugt wird . in particular suitable for the formation of a surface radiator, wherein the surface radiator has at least one surface light guide and at least one radiation source, wherein the coupled during operation of the surface radiator in the surface light guide radiation is generated by means of the radiation source.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Strahlungsquelle zumindest einen Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Strahlungsquelle In a preferred embodiment, the radiation source has at least one semiconductor body with an active region provided for generating radiation. In a further preferred embodiment, the radiation source
zumindest eine Weißlichtquelle auf. Weiterhin kann die at least one white light source. Furthermore, the
Strahlungsquelle eine Lichtquelle im grünen Spektralbereich aufweisen. Die Lichtquelle im grünen Spektralbereich kann insbesondere dafür vorgesehen sein, einen, beispielsweise alterungsbedingt, zu niedrigen Grünanteil der Weißlichtquelle zu kompensieren. Radiation source having a light source in the green spectral range. The light source in the green spectral range can be provided, in particular, for compensating for, for example, aging, too low a green component of the white light source.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Further features, embodiments and expediencies will become apparent from the following description of
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen: Embodiments in conjunction with the figures. Show it:
Figur 1 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in schematischer Schnittansicht, 1 shows a surface radiator with a surface light guide according to a first embodiment in a schematic sectional view,
Figur 2 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Figure 2 shows a surface radiator with a surface light guide according to a second embodiment in
schematischer Schnittansicht, schematic sectional view,
Figur 3 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in 3 shows a surface radiator with a surface light guide according to a third embodiment in FIG
schematischer Schnittansicht, schematic sectional view,
Figur 4 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in FIG. 4 shows a surface radiator with a surface light guide according to a fourth exemplary embodiment in FIG
schematischer Schnittansicht, schematic sectional view,
Figur 5 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in FIG. 5 a surface radiator with a surface light guide according to a fifth exemplary embodiment in FIG
schematischer Schnittansicht, schematic sectional view,
Figur 6 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in schematischer Schnittansicht, FIG. 6 shows a surface radiator with a surface light guide according to a sixth exemplary embodiment in a schematic sectional view,
Figur 7 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel in 7 shows a surface radiator with a surface light guide according to a seventh embodiment in FIG
schematischer Schnittansicht, schematic sectional view,
Figur 8 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem achten Ausführungsbeispiel in schematischer Schnittansicht.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. 8 shows a surface radiator with a surface light guide according to an eighth embodiment in a schematic sectional view. The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als The figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not as
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren to scale. Rather, individual elements for better presentation and / or better
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Understanding to be exaggeratedly tall.
In Figur 1 ist ein Flächenstrahler 100 gezeigt, der einen Flächenlichtleiter 1 aufweist. Der Flächenlichtleiter weist eine erste Lage 11, eine zweite Lage 12 und eine weitere Lage 13 auf. Die Lagen 11, 12, 13 sind zwischen einer ersten FIG. 1 shows a surface radiator 100 which has a surface light guide 1. The surface light guide has a first layer 11, a second layer 12 and a further layer 13. The layers 11, 12, 13 are between a first
Grenzfläche 15 und einer zweiten Grenzfläche 16 ausgebildet. In vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Interface 15 and a second interface 16 is formed. In the vertical direction, that is perpendicular to one
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters 1, begrenzen die Grenzflächen den Bereich des Flächenlichtleiters, in dem die eingekoppelte Strahlung, insbesondere aufgrund von Main extension plane of the surface light guide 1, the boundary surfaces limit the area of the surface light guide in which the coupled radiation, in particular due to
Totalreflexion, propagiert. In den Lagen 11, 12, 13 sind Streustellen 4 ausgebildet, die zur Streuung von Strahlung, die seitlich, also entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Flächenlichtleiters in den Flächenlichtleiter Total reflection, propagated. In the layers 11, 12, 13 are scattered sites 4 are formed, which are for the dispersion of radiation, the side, ie along a main extension direction of the surface light guide in the surface light guide
eingekoppelt wird, vorgesehen sind. Mittels der Streustellen 4 ist der Strahlungsanteil, der aus einer is coupled, are provided. By means of the Streustellen 4 is the radiation component, which consists of a
Strahlungsaustrittsfläche 10 austritt, erhöht. Radiation exit surface 10 exits, increases.
Die Lagen 11, 12, 13 sind bezüglich der Lichtleitung The layers 11, 12, 13 are with respect to the light pipe
zumindest bereichsweise voneinander entkoppelt. Die at least partially decoupled from each other. The
Entkopplung erfolgt jeweils mittels Totalreflexion an den Übergängen zwischen der ersten Lage 11 und der zweiten Lage 12 beziehungsweise zwischen der zweiten Lage und der weiteren Lage 13.
Zwischen der ersten Lage 11 und der zweiten Lage 12 sind Abstandshalter 51 angeordnet, sodass sich bereichsweise ein Spalt 5 bildet, der die Lagen optisch voneinander entkoppelt. Decoupling takes place in each case by means of total reflection at the transitions between the first layer 11 and the second layer 12 or between the second layer and the further layer 13. Spacers 51 are arranged between the first layer 11 and the second layer 12, so that a gap 5 is formed in regions, which optically decouples the layers from one another.
Als weiteres Beispiel für eine optische Entkopplung ist zwischen der zweiten Lage 12 und der weiteren Lage 13 eine Trennschicht 60, beispielsweise in Form einer Beschichtung, ausgebildet. Die Trennschicht weist einen kleineren As a further example of an optical decoupling, a separating layer 60, for example in the form of a coating, is formed between the second layer 12 and the further layer 13. The separating layer has a smaller one
Brechungsindex auf als die zweite Lage 12 und die weitere Lage 13. Refractive index on than the second layer 12 and the further layer 13th
Die Trennschicht 60 kann weiterhin auch für zumindest einen Strahlungsanteil reflektierend ausgebildet sein, um die The separation layer 60 can furthermore be designed to be reflective for at least one radiation component, in order to provide the
Auskopplung der Strahlung seitens der Decoupling of the radiation by the
Strahlungsaustrittsfläche 10 zu steigern. Radiation exit surface 10 to increase.
Die Trennschicht enthält vorzugsweise ein dielektrisches Material, das weiterhin bevorzugt für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich transparent ist. Beispielsweise eignet sich ein Oxid, etwa Siliziumoxid, oder ein Nitrid, beispielsweise Siliziumnitrid. Die Trennschicht kann auch mehrschichtig ausgeführt sein. The separating layer preferably contains a dielectric material, which is furthermore preferably transparent to radiation in the visible spectral range. For example, an oxide, such as silicon oxide, or a nitride, for example, silicon nitride is suitable. The separating layer can also be designed as a multilayer.
Die Lagen 11, 12, 13 bilden jeweils für die durch eine The layers 11, 12, 13 each form for by a
Seitenfläche 19 eingekoppelte Strahlung einen separaten Side surface 19 coupled radiation a separate
Lichtleitbereich, wobei die Lichtleitbereiche jeweils für unterschiedliche Strahlungsanteile vorgesehen sind. Lichtleitbereich, wherein the Lichtleitbereiche are each provided for different radiation components.
Beispielsweise kann die erste Lage 11 für blaue Strahlung, die zweite Lage 12 für grüne Strahlung und die weitere Lage 13 für rote Strahlung vorgesehen sein. For example, the first blue radiation layer 11, the second green radiation layer 12 and the further red radiation layer 13 may be provided.
Die Lagen 11, 12, 13 sind bezüglich der Streuwirkung derart ausgebildet, dass die einzelnen Strahlungsanteile homogen aus
der Strahlungsaustrittsfläche 10 austreten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung der Lagen an den jeweiligen Strahlungsanteil mittels einer Variation in der Konzentration der Streustellen 4. Alternativ oder ergänzend kann die Anpassung der Lagen 11, 12, 13 auch mittels einer Anpassung des Materials der Streustellen 4 und/oder der Lagen 11, 12, 13, mittels der Größe der Streustellen und/oder der Größenverteilung der Streustellen erfolgen. The layers 11, 12, 13 are formed with respect to the scattering effect such that the individual radiation components homogeneous the radiation exit surface 10 exit. In the embodiment shown, the adaptation of the layers to the respective radiation fraction by means of a variation in the concentration of the Streustellen 4. Alternatively or additionally, the adaptation of the layers 11, 12, 13 also by means of an adaptation of the material of the Streustellen 4 and / or the layers 11, 12, 13, carried out by means of the size of the Streustellen and / or the size distribution of the Streustellen.
Die Ausdehnung der Streustellen 4 ist vorzugsweise klein gegenüber der Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter 1. The extent of the spots 4 is preferably small compared to the wavelength of the coupled radiation in the surface light guide first
Vorzugsweise beträgt eine mittlere Ausdehnung der Preferably, an average extent of the
Streustellen höchstens das 1,0-fache, besonders bevorzugt höchstens das 0,5-fache, am meisten bevorzugt höchstens das 0,3-fache der Peak-Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung. Für solche Wellenlängen tritt vorwiegend Rayleigh-Streuung auf, was zu einer homogenen Winkelverteilung der Leuchtdichte der aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 austretenden At most 1.0 times, more preferably at most 0.5 times, most preferably at most 0.3 times the peak wavelength of the injected radiation. Rayleigh scattering occurs predominantly for such wavelengths, resulting in a homogeneous angular distribution of the luminance of the light emerging from the radiation exit surface 10
Strahlung führt. Radiation leads.
Für zwei beliebige Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche liegen die zugehörigen Farborte im Farbdiagramm (CIE- Diagramm) für einen vorgegebenen Abstrahlungswinkel For any two points on the radiation exit surface, the associated color loci are in the color diagram (CIE diagram) for a given emission angle
vorzugsweise innerhalb einer 5-step-McAdam-Ellipse, besonders bevorzugt innerhalb einer 3-step-McAdam-Ellipse . Die preferably within a 5-step McAdam ellipse, more preferably within a 3-step McAdam ellipse. The
Abstrahlung kann sich also durch eine hohe Homogenität bezüglich des Farborts auszeichnen. Radiation can therefore be characterized by a high degree of homogeneity with respect to the color locus.
Die Leuchtdichte für einen vorgegebenen Abstrahlungswinkel unterscheidet sich für zwei beliebige Punkte auf der
Strahlungsaustrittsfläche vorzugsweise höchstens um einen Faktor zwei. The luminance for a given angle of radiation differs for any two points on the Radiation exit surface preferably at most by a factor of two.
Eine höhere Konzentration an Streustellen 4 in dem für die Propagation von roter Strahlung vorgesehenen dritten Lage 13 kompensiert in diesem Ausführungsbeispiel die geringere A higher concentration of work sites 4 in the third layer 13 provided for the propagation of red radiation compensates for the lower one in this exemplary embodiment
Streuwirkung der Streustellen gegenüber der im Vergleich kürzerwelligen blauen und grünen Strahlung. Trotz der Scattering effect of the spots compared to the shorter wavelength blue and green radiation. Despite the
reduzierten Streuwirkung für die längerwellige Strahlung im Fall von Rayleigh-Streuung ist die Auskoppelwirkung aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 für die einzelnen Reduced scattering effect for the longer-wave radiation in the case of Rayleigh scattering is the coupling-out effect from the radiation exit surface 10 for the individual
Strahlungsanteile aus der jeweils zugeordneten Lage 11, 12, 13 etwa gleich. Radiation shares from the respectively associated layer 11, 12, 13 approximately equal.
Als Material für den Flächenlichtleiter eignet sich As a material for the surface light guide is suitable
beispielsweise ein Glas oder ein Kunststoff, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polycarbonat (PC) oder for example, a glass or a plastic, for example polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or
Polyurethan (PU) , wobei sich Glas und PMMA durch eine Polyurethane (PU), whereby glass and PMMA are replaced by a
besonders hohe Transparenz auszeichnen. particularly high transparency.
Vorzugsweise beträgt die Transparenz des Flächenlichtleiters 1 gemäß der weiter oben genannten Definition mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %. The transparency of the surface light guide 1 according to the definition mentioned above is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%.
Als Streustellen 4 eignen sich beispielsweise Partikel, die in die Lagen 11, 12, 13 eingebettet sind. Die Partikel können massiv oder auch als Hohlkörper ausgeführt sein, For example, particles which are embedded in the layers 11, 12, 13 are suitable as the workpieces 4. The particles may be solid or hollow,
beispielsweise als luftgefüllte Partikel. for example as air-filled particles.
Auch Hohlräume oder Defekte im Flächenlichtleiter können als Streustellen dienen. Solche Hohlräume oder Defekte sind beispielsweise durch gezieltes lokales Verdampfen von Even cavities or defects in the surface light guide can serve as a job site. Such cavities or defects are, for example, by targeted local evaporation of
Material des Flächenlichtleiters 1 herstellbar. Dies kann
beispielsweise thermisch und/oder optisch, etwa mittels Material of the surface light guide 1 produced. This can for example, thermally and / or optically, for example by means of
Laserstrahlung, erzielt werden. Laser radiation can be achieved.
Mit dem beschriebenen Flächenstrahler 100 kann mittels der drei Strahlungsanteile im roten, grünen und blauen With the described area radiator 100 can by means of the three radiation components in the red, green and blue
Spektralbereich für das menschliche Auge großflächig und homogen weiß erscheinende Mischstrahlung erzeugt werden. Dies kann von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend jedoch auch mit einer von drei abweichenden Zahl von Lagen erzielt werden. Beispielsweise kann bei nur zwei Lagen die erste Lage 11 für die Einkopplung von roter Strahlung und die zweite Einkopplung 12 für mint-weiß erscheinende Spectral range for the human eye large-scale and homogeneous white appearing mixed radiation can be generated. However, this can be achieved deviating from the described embodiment, but with one of three different number of layers. For example, in only two layers, the first layer 11 for the coupling of red radiation and the second coupling 12 for mint-white appearing
Mischstrahlung vorgesehen sein. Mixed radiation be provided.
Gegenüber einem Flächenlichtleiter, bei dem alle Opposite a surface light guide, in which all
Strahlungsanteile in einem gemeinsamen Lichtleitbereich propagieren, zeichnet sich die von dem beschriebenen Propagate radiation components in a common Lichtleitbereich, is characterized by the described
Flächenlichtleiter 1 abgestrahlten Strahlung insbesondere durch eine besonders hohe Homogenität im Farbraum bei Surface light guide 1 radiated radiation in particular by a particularly high homogeneity in the color space
gleichzeitig hoher Transparenz in ausgeschaltetem Zustand aus. Über die Strahlungsaustrittsfläche 10 hinweg ist das Verhältnis der Strahlungsanteile zueinander also besonders homogen . at the same time high transparency when switched off. Over the radiation exit surface 10, the ratio of the radiation components to one another is therefore particularly homogeneous.
Der Flächenstrahler 100 weist weiterhin auf beiden Seiten des Flächenlichtleiters 1 jeweils eine Strahlungsquelle 2 auf. Die Strahlungsquelle 2 umfasst einen ersten Halbleiterkörper 20a für die Erzeugung von blauer Strahlung, einen zweiten Halbleiterkörper 20b für die Erzeugung von grüner Strahlung und einen dritten Halbleiterkörper 20c für die Erzeugung von roter Strahlung, wobei in den Halbleiterkörpern jeweils ein zur Erzeugung von Strahlung vorgesehener aktiver Bereich 21a, 21b, 21c vorgesehen ist.
Die Strahlungsquelle 2 weist lediglich zur vereinfachten Darstellung nur einen Halbleiterkörper für jeden The area radiator 100 furthermore has a radiation source 2 on both sides of the surface light guide 1. The radiation source 2 comprises a first semiconductor body 20a for the generation of blue radiation, a second semiconductor body 20b for the generation of green radiation and a third semiconductor body 20c for the generation of red radiation, wherein in the semiconductor bodies each provided for generating radiation active region 21a, 21b, 21c is provided. The radiation source 2 has only one semiconductor body for each for the sake of simplicity
Spektralanteil auf. Davon abweichend kann auch eine Vielzahl von Halbleiterkörpern, die beispielsweise zeilenartig oder matrixartig angeordnet sein können, vorgesehen sein. Spectral component on. Deviating from this, a multiplicity of semiconductor bodies, which can be arranged, for example, in a line-like or matrix-like manner, can also be provided.
Die Strahlungsquelle kann davon abweichend beispielsweise auch als eine Gasentladungslampe ausgeführt sein. Deviating from the radiation source, for example, the radiation source can also be designed as a gas discharge lamp.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Flächenstrahler 100 mit einem Flächenlichtleiter 1 ist in Figur 2 dargestellt. Der Flächenstrahler 100 weist wiederum einen A second exemplary embodiment of a surface radiator 100 with a surface light guide 1 is shown in FIG. The surface radiator 100 in turn has a
Flächenlichtleiter 1 und Strahlungsquellen 2 auf, wobei die Strahlungseinkopplung durch eine Seitenfläche 19 erfolgt, die den Flächenlichtleiter 1 in der Haupterstreckungsebene begrenzt. Der Flächenlichtleiter 1 weist zwischen einer ersten Grenzfläche 15 und einer zweiten Grenzfläche 16 eine erste Lage 11 auf, welche zwischen einer zweiten Lage 12 und einer weiteren Lage 13 angeordnet ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel bilden die Lagen 11, 12, 13 Surface light guide 1 and radiation sources 2, wherein the radiation coupling is effected by a side surface 19 which limits the surface light guide 1 in the main plane of extension. The surface light guide 1 has, between a first interface 15 and a second interface 16, a first layer 11 which is arranged between a second layer 12 and a further layer 13. In contrast to the first embodiment, the layers 11, 12, 13 form
Teilbereiche eines gemeinsamen Lichtleitbereichs 17, in dem die unterschiedlichen Strahlungsanteile der von der Subregions of a common Lichtleitbereichs 17, in which the different radiation components of the
Strahlungsquelle 2 erzeugten Strahlung propagieren. Die erste Lage 11 weist einen höheren Brechungsindex auf als die zweite Lage 12 und die weitere Lage 13, sodass an den Übergängen zwischen diesen Lagen jeweils Totalreflexion auftreten kann. Radiation source 2 propagate generated radiation. The first layer 11 has a higher refractive index than the second layer 12 and the further layer 13, so that total reflection can occur at the transitions between these layers.
Für den Grenzwinkel O ^ I R für Totalreflexion gilt hierbei die Beziehung eTIR = aresin (n2 / n]_),
wobei Π]_ den Brechungsindex der ersten Lage und r\2 den For the critical angle O ^ IR for total reflection, the relation eTIR = aresin (n2 / n] _) applies here, where Π] _ the refractive index of the first layer and r \ 2 den
Brechungsindex der zweiten Lage darstellt. Eine entsprechende Beziehung gilt ebenfalls für die weitere Lage 13 mit einem Brechungsindex 113. Refractive index of the second layer represents. A corresponding relationship also applies to the further layer 13 with a refractive index 113.
Hieraus ergibt sich, dass der Anteil der Strahlung, für den Totalreflexion eintritt, umso größer ist, je größer der From this it follows that the larger the fraction of the radiation for which total reflection occurs
Brechungsindex n]_ gegenüber dem Brechungsindex ri2 ist. Refractive index n ] _ relative to the refractive index ri2.
Mittels der Wahl der Brechungsindizes kann also eingestellt werden, wie groß der Anteil der in der ersten Lage aufgrund von Totalreflexion propagierenden Strahlung ist. By means of the choice of the refractive indices, it is thus possible to set how large the proportion of the radiation propagating in the first layer due to total reflection is.
Beispielsweise kann für die erste Lage PMMA mit einem For example, for the first layer PMMA with a
Brechungsindex von etwa 1,5 und ein Glas mit einem Refractive index of about 1.5 and a glass with a
Brechungsindex zwischen einschließlich 1,4 und einschließlich 1,48 Anwendung finden. Refractive index between 1.4 inclusive and 1.48 inclusive apply.
Bei Glas ist der Brechungsindex durch eine geeignete Wahl der Zusammensetzung zwischen 1,4 und 1,9 einstellbar. Weiterhin zeichnet sich Glas gegenüber Kunststoff durch eine höhere optische Stabilität aus und ist leichter zu reinigen, so dass sich Glas für die äußeren Lagen des Flächenlichtleiters besonders eignet. For glass, the refractive index is adjustable between 1.4 and 1.9 by a suitable choice of composition. Furthermore, glass is distinguished from plastic by a higher optical stability and is easier to clean, so that glass is particularly suitable for the outer layers of the surface light guide.
In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Material der ersten Lage 11 im sichtbaren Spektralbereich eine anomale Dispersion auf, sodass der Brechungsindex beispielsweise für langwellige rote Strahlung größer ist als für kürzerwellige blaue Strahlung. Beispielsweise kann die erste Lage ein Fluorphosphatglas mit anomaler Dispersion aufweisen .
Gemäß der obigen Beziehung führt dies dazu, dass der In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the material of the first layer 11 exhibits anomalous dispersion in the visible spectral range, so that the refractive index is greater, for example, for long-wave red radiation than for shorter-wave blue radiation. For example, the first layer may comprise a fluorophosphate glass with anomalous dispersion. According to the above relationship, this causes the
Grenzwinkel für Totalreflexion für rote Strahlung kleiner ist als für blaue Strahlung. Die blaue Strahlung verteilt sich somit stärker in dem durch die Lagen 11, 12, 13 gebildeten Lichtleitbereich 17, während die rote Strahlung zu einem größeren Anteil in der ersten Lage 11 verbleibt. Zur Limit angle for total reflection for red radiation is smaller than for blue radiation. The blue radiation is therefore distributed more strongly in the light-guiding region 17 formed by the layers 11, 12, 13, while the red radiation remains to a greater extent in the first layer 11. to
Kompensation der wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wellenlängenabhängigen Streuwirkung für Rayleigh-Streuung sind die Streustellen 4 in der ersten Lage 11 ausgebildet. Compensation of the wavelength-dependent scattering effect for Rayleigh scattering as described in connection with FIG. 1, the throwing sites 4 are formed in the first layer 11.
Die zweite Lage 12 und die weitere Lage 13 können dagegen frei von Streustellen sein oder zumindest eine geringere Konzentration an Streustellen aufweisen als die erste Lage 11. Mittels der zweiten Lage 12 und der weiteren Lage 13 wird also für blaue Strahlung im Vergleich zur roten Strahlung der mittlere Lichtweg zwischen dem Auftreffen auf die By contrast, the second layer 12 and the further layer 13 can be free of spots or at least have a lower concentration of spots than the first layer 11. By means of the second layer 12 and the further layer 13, blue radiation is thus produced for blue radiation in comparison with red radiation middle light path between the impact on the
Streustellen 4 verlängert. Dies führt zu einer Kompensation der effizienteren Streuung für blaue Strahlung, sodass die aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 austretende Strahlung eine hohe Homogenität des Farborts aufweist. Site 4 extended. This leads to a compensation of the more efficient scattering for blue radiation, so that the radiation emerging from the radiation exit surface 10 has a high homogeneity of the color locus.
Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Material für die erste Lage 11 eine normale Dispersion auf. Somit verbleibt die blaue Strahlung zu einem größeren Anteil innerhalb der ersten Lage 11 als die rote Strahlung. In diesem Fall können zur Kompensation der The third exemplary embodiment shown in FIG. 3 essentially corresponds to the second exemplary embodiment described in connection with FIG. In contrast, the material for the first layer 11 has a normal dispersion. Thus, the blue radiation remains to a greater extent within the first layer 11 than the red radiation. In this case, to compensate for the
wellenlängenabhängigen Streuwirkung bei Rayleigh-Streuung die Streustellen 4 in der zweiten Lage 12 und/oder der weiteren Lage 13 ausgebildet sein. Die erste Lage 11 kann dagegen frei von Streustellen sein oder zumindest eine niedrigere In the case of Rayleigh scattering, the scattering sites 4 may be formed in the second layer 12 and / or the further layer 13 as a function of the wavelength-dependent scattering effect. On the other hand, the first layer 11 may be free of spots or at least a lower one
Konzentration an Streustellen aufweisen.
Das in Figur 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel für einen Flächenstrahler 100 mit einem Flächenlichtleiter 1 entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 Concentration at Streustellen exhibit. The illustrated in Figure 4 fourth embodiment of a surface radiator 100 with a surface light guide 1 substantially corresponds to the described in connection with Figure 2 second embodiment. In contrast, on the radiation exit surface 10th
abgewandten Seite eine Reflektorschicht 7 ausgebildet. Die Reflektorschicht ist vorzugsweise breitbandig reflektierend ausgestaltet. Die Reflektorschicht kann beispielsweise ein Metall oder eine metallische Legierung enthalten oder aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehen. side facing away from a reflector layer 7 is formed. The reflector layer is preferably designed to be broadband reflective. The reflector layer may, for example, contain a metal or a metallic alloy or consist of a metal or a metallic alloy.
Beispielsweise zeichnen sich Aluminium, Silber und Rhodium durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus . For example, aluminum, silver and rhodium are characterized by a high reflectivity in the visible spectral range.
Mittels der Reflektorschicht 7 können die aus der der By means of the reflector layer 7 can from the
Strahlungsaustrittsfläche 10 abgewandten Seite des Radiation exit surface 10 facing away from the
Flächenlichtleiters 1 austretenden Strahlungsanteile in Surface light guide 1 leaking radiation components in
Richtung der Strahlungsaustrittsfläche umgelenkt werden und durch diese austreten. Die insgesamt austretende Direction of the radiation exit surface are deflected and exit through this. The total exiting
Strahlungsleistung seitens der Strahlungsaustrittsfläche kann somit erhöht werden. Radiation power from the radiation exit surface can thus be increased.
Selbstverständlich kann die beschriebene Reflektorschicht auch für die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3 Of course, the reflector layer described also for the in connection with the figures 1 and 3
beschriebenen Ausführungsbeispielen Anwendung finden. described embodiments find application.
Das in Figur 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel. Davon abweichend ist anstelle der Reflektorschicht auf der zweiten Grenzfläche 16 eine Beschichtung 6 aufgebracht. Die Beschichtung enthält vorzugsweise ein dielektrisches The illustrated in Figure 5 fifth embodiment corresponds substantially to the fourth embodiment. Deviating from this, instead of the reflector layer on the second boundary surface 16, a coating 6 is applied. The coating preferably contains a dielectric
Material, beispielsweise eines der im Zusammenhang mit der Trennschicht genannten Materialien. Eine solche, vorzugsweise
mehrschichtige, Beschichtung kann zumindest für einen Material, for example, one of the materials mentioned in connection with the release layer. Such, preferably multilayer, coating can be at least for one
Strahlungsanteil eine hohe Reflektivität aufweisen. Radiation share have a high reflectivity.
Das in Figur 6 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel für einen Flächenstrahler 100 mit einem Flächenlichtleiter 1 entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 The illustrated in Figure 6 sixth embodiment of a surface radiator 100 with a surface light guide 1 substantially corresponds to the described in connection with Figure 2 second embodiment. In contrast, on the radiation exit surface 10th
abgewandten Seite des Flächenlichtleiters 1 eine opposite side of the surface light guide 1 a
Strukturierung 8 ausgebildet. Die Strukturierung ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels Erhebungen 80 gebildet, die pyramidenförmig ausgebildet sind. Auch andere Formen können für die Erhebungen Anwendung finden, beispielsweise mit einem mehreckigen oder zumindest teilweise gekrümmten Querschnitt, etwa halbkugelförmig. Structuring 8 is formed. The structuring is formed in this embodiment by means of elevations 80 which are pyramid-shaped. Other shapes can be used for the surveys, for example, with a polygonal or at least partially curved cross section, such as hemispherical.
Alternativ oder zu ergänzend zu Erhebungen können auch Alternatively or in addition to surveys may also
Vertiefungen Anwendung finden. In der Figur sind zur Find pits application. In the figure are to
Veranschaulichung zwei mögliche Strahlenverläufe dargestellt, bei denen die Strahlung auch ohne ein Auftreffen auf Illustrating two possible ray trajectories, where the radiation is also visible without impinging on
Streustellen ausgekoppelt wird. Die Strukturierung 8 fördert hierbei eine Umlenkung der propagierenden Strahlung in kleine Winkel zur Normalen der Strahlungsaustrittsfläche. Disconnecting sites is decoupled. The structuring 8 in this case promotes a deflection of the propagating radiation into small angles to the normal of the radiation exit surface.
Alternativ oder ergänzend kann auch bereits die erste Lage 11, insbesondere auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 abgewandten Seite strukturiert sein. Alternatively or additionally, the first layer 11, in particular on the side facing away from the radiation exit surface 10, may already be structured.
Eine Strukturgröße der Strukturierung 8 liegt vorzugsweise unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges. Beispielsweise können Strukturen mit einer Größe von A structure size of the structuring 8 is preferably below the resolution of the human eye. For example, structures with a size of
unterhalb von 30 ym aus einem Abstand von 10 cm vom below 30 ym from a distance of 10 cm from
menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden. Eine solche
Strukturierung wird also vom menschlichen Auge als eine homogene Fläche wahrgenommen. human eye can not be resolved. Such Structuring is therefore perceived by the human eye as a homogeneous surface.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen ersten A seventh exemplary embodiment, which essentially corresponds to the first described in connection with FIG
Ausführungsbeispiel entspricht, ist in Figur 7 schematisch dargestellt. Die Darstellung ist in dieser Figur um 90° gedreht, so dass die Abstrahlung der Strahlungsquellen 2 senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. Embodiment corresponds, is shown schematically in Figure 7. The representation is rotated in this figure by 90 °, so that the radiation of the radiation sources 2 is perpendicular to the plane of the drawing.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der In contrast to the first embodiment, the
Flächenlichtleiter 1 eine erste Lage 11 und eine zweite Lage 12 auf, wobei sich die erste Lage und die zweite Lage Surface light guide 1, a first layer 11 and a second layer 12, wherein the first layer and the second layer
insbesondere hinsichtlich der Verteilung der Streustellen 4 unterscheiden. In der ersten Lage 11 weisen die Streustellen eine im Rahmen statistischer Schwankungen gleichmäßige differ in particular with regard to the distribution of the Streustellen 4. In the first layer 11, the spots have a uniform distribution in the context of statistical fluctuations
Verteilung in lateraler Richtung auf. Im Unterschied hierzu sind die Streustellen in der zweiten Lage 12 gezielt Distribution in the lateral direction. In contrast, the patches in the second layer 12 are targeted
ungleichmäßig in lateraler Richtung verteilt. Die Verteilung der Streustellen 4 bildet lokale Maxima 41, an denen es zu einer lokal überhöhten Streuung kommt. Die lokalen Maxima sind streifenförmig ausgebildet. Dies führt in den Bereichen der lokalen Maxima zu einer erhöhten Strahlungsauskopplung aus der Strahlungsaustrittsfläche 10. unevenly distributed in a lateral direction. The distribution of the Streustellen 4 forms local maxima 41, which leads to a locally excessive scattering. The local maxima are strip-shaped. In the regions of the local maxima, this leads to increased radiation extraction from the radiation exit surface 10.
Solche lokale Maxima können beispielsweise durch Verwendung von Partikeln mit einem Dipolmoment hergestellt werden, wobei während der Herstellung ein elektrisches Feld angelegt wird. Such local maxima can be produced, for example, by using particles with a dipole moment, during which an electric field is applied.
Aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 tritt somit zum einen ein aus der ersten Lage 11 resultierender homogener From the radiation exit surface 10 thus occurs, on the one hand, a homogeneous resulting from the first layer 11
Strahlungsanteil und ein aus der zweiten Lage 12 Radiation component and one of the second layer 12th
resultierender inhomogener Strahlungsanteil aus. Ein
Flächenstrahler 100 mit einem solchen Flächenlichtleiter 1 eignet sich insbesondere für die Effektbeleuchtung. resulting inhomogeneous radiation component. One Area radiator 100 with such a surface light guide 1 is particularly suitable for effect lighting.
Die Inhomogenität des Strahlungsanteils der zweiten Lage 12 ist mittels der Position der Streifen relativ zur The inhomogeneity of the radiation component of the second layer 12 is determined by means of the position of the strips relative to
Strahlungsquelle einstellbar. In dem gezeigten Radiation source adjustable. In the shown
Ausführungsbeispiel sind die lokalen Maxima 41 jeweils versetzt zu einer Hauptabstrahlungsrichtung der Embodiment, the local maxima 41 are each offset to a main radiation direction of
Halbleiterkörper 20B der Strahlungsquelle 2 angeordnet. Semiconductor body 20B of the radiation source 2 is arranged.
Dadurch erhöht sich die Homogenität der Abstrahlung. Von einem solchen Versatz kann aber auch abgesehen werden, um die Inhomogenität der Abstrahlung weitergehend zu erhöhen. This increases the homogeneity of the radiation. However, such an offset can also be dispensed with in order to further increase the inhomogeneity of the radiation.
Die den jeweiligen Lagen 11, 12 zugeordneten Halbleiterkörper 20a beziehungsweise 20b können hierbei bezüglich des The semiconductor bodies 20a and 20b assigned to the respective layers 11, 12 can in this case be compared with respect to FIG
Emissionsspektrums gleichartig, beispielsweise als Emission spectrum similar, for example as
Weißlichtquellen oder voneinander verschieden ausgeführt sein . White light sources or different from each other.
Im Unterschied zum im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist der Flächenlichtleiter auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 eine Beschichtung 6 auf, die wie im Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben zu einer Erhöhung des aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 In contrast to the first exemplary embodiment described in connection with FIG. 1, the surface light guide has a coating 6 on the radiation exit surface 10 which, as described in connection with FIG. 5, increases the radiation exit surface 10
austretenden Strahlungsanteils führt. Auf eine solche resulting radiation component leads. On such a
Beschichtung kann jedoch auch verzichtet werden, sodass der Flächenlichtleiter beidseitig emittierend ausgestaltet sein kann . However, coating can also be dispensed with, so that the surface light guide can be designed to emit light on both sides.
Das in Figur 8 dargestellte achte Ausführungsbeispiel The eighth embodiment shown in Figure 8
entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 7 beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind in der ersten Lage 11 und in der zweiten Lage 12 die Streustellen 4 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die
Strahlungsquelle 2 weist eine Weißlichtquelle 23 und eine Lichtquelle 24 im grünen Spektralbereich auf. corresponds essentially to the seventh embodiment described in connection with FIG. In contrast, in the first layer 11 and in the second layer 12, the work sites 4 are arranged evenly distributed. The Radiation source 2 has a white light source 23 and a light source 24 in the green spectral range.
Die Lichtquelle 24 ist dafür vorgesehen, den grünen Anteil der aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 insgesamt The light source 24 is provided to the green portion of the total of the radiation exit surface 10
austretenden Strahlung zu beeinflussen. Insbesondere kann mittels der Lichtquelle 24 eine altersbedingte Degradation der Weißlichtquelle 23, welche zu einem Absinken des to influence exiting radiation. In particular, by means of the light source 24, an age-related degradation of the white light source 23, which leads to a decrease in the
Grünanteils im Spektrum führt, kompensiert werden. Green component in the spectrum leads to be compensated.
Ein solcher Flächenstrahler 100 kann sich somit durch eine höhere Konstanz des Farborts über seine Lebensdauer hin aus zeichnen . Such a surface radiator 100 can thus be characterized by a higher constancy of the color location over its lifetime out.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Invention every new feature as well as every combination of
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Claims or the embodiments is given.
Claims
1. Flächenlichtleiter (1), der eine entlang einer 1. Area light guide (1), one along a
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters (1) Main extension plane of the surface light guide (1)
verlaufende Strahlungsaustrittsfläche (10) aufweist und für eine seitliche Einkopplung von Strahlung vorgesehen ist, wobei extending radiation exit surface (10) and is provided for a lateral coupling of radiation, wherein
- der Flächenlichtleiter (1) Streustellen (4) zur Streuung der eingekoppelten Strahlung aufweist; - The surface light guide (1) has spots (4) for scattering the coupled radiation;
- der Flächenlichtleiter (1) eine erste Grenzfläche (15) und eine zweite Grenzfläche (16) aufweist, die eine Lichtleitung der eingekoppelten Strahlung in vertikaler Richtung - The surface light guide (1) has a first interface (15) and a second interface (16), the light pipe of the coupled radiation in the vertical direction
begrenzen; und limit; and
- zwischen der ersten Grenzfläche (15) und der zweiten between the first interface (15) and the second
Grenzfläche (16) in vertikaler Richtung eine erste Lage (11) und eine zweite Lage (12) aufeinander ausgebildet sind. Boundary surface (16) in the vertical direction, a first layer (11) and a second layer (12) are formed on each other.
2. Flächenlichtleiter nach Anspruch 1, 2. Surface light guide according to claim 1,
wobei die Streustellen eine mittlere Ausdehnung aufweisen, die höchstens das 1,0-fache einer Peak-Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter beträgt. wherein the patches have an average extension which is at most 1.0 times a peak wavelength of the injected radiation in the surface light guide.
3. Flächenlichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, 3. A surface light guide according to claim 1 or 2,
der zur Einkopplung von Strahlung mit einem ersten the for coupling of radiation with a first
Strahlungsanteil und einem zweiten Strahlungsanteil Radiation component and a second radiation component
vorgesehen ist. is provided.
4. Flächenlichtleiter nach Anspruch 3, 4. surface light guide according to claim 3,
bei dem die erste Lage und die zweite Lage derart ausgebildet sind, dass ein Verhältnis des ersten Strahlungsanteils zum zweiten Strahlungsanteil über die Strahlungsaustrittsfläche homogen ist. in which the first layer and the second layer are formed such that a ratio of the first radiation component to the second radiation component is homogeneous across the radiation exit surface.
5. Flächenlichtleiter nach Anspruch 3 oder 4, 5. A surface light guide according to claim 3 or 4,
wobei die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der wherein the first layer and the second layer with respect to
Lichtleitung voneinander entkoppelt sind. Lichtleitung are decoupled from each other.
6. Flächenlichtleiter nach Anspruch 5, 6. surface light guide according to claim 5,
wobei die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der wherein the first layer and the second layer with respect to
Streuwirkung an jeweils einen Strahlungsanteil angepasst sind . Scattering effect are adapted to each radiation fraction.
7. Flächenlichtleiter nach Anspruch 5 oder 6, 7. surface light guide according to claim 5 or 6,
wobei zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage eine Trennschicht (60) und/oder ein Spalt (5) angeordnet ist. wherein between the first layer and the second layer, a release layer (60) and / or a gap (5) is arranged.
8. Flächenlichtleiter nach Anspruch 3 oder 4, 8. surface light guide according to claim 3 or 4,
wobei die erste Lage und die zweite Lage Teilbereiche eines Lichtleitbereichs (17) bilden, in dem der erste wherein the first layer and the second layer form subregions of a light guide region (17), in which the first one
Strahlungsanteil und der zweite Strahlungsanteil propagieren. Propagate radiation component and the second radiation component.
9. Flächenlichtleiter nach Anspruch 8, 9. A surface light guide according to claim 8,
wobei der Flächenlichtleiter eine weitere Lage (13) aufweist, die auf der der zweiten Lage abgewandten Seite der ersten Lage angeordnet ist, und wobei die erste Lage einen größeren Brechungsindex aufweist als die zweite und die weitere Lage. wherein the surface light guide has a further layer (13) which is arranged on the side facing away from the second layer of the first layer, and wherein the first layer has a greater refractive index than the second and the further layer.
10. Flächenlichtleiter nach Anspruch 9, 10. A surface light guide according to claim 9,
wobei ein Material der ersten Lage im sichtbaren being a material of the first layer in the visible
Spektralbereich eine anomale Dispersion aufweist und die erste Lage eine höhere Konzentration an Streustellen aufweist als die zweite und die weitere Lage. Spectral region has an anomalous dispersion and the first layer has a higher concentration of work sites than the second and the further layer.
11. Flächenlichtleiter nach Anspruch 9, 11. A surface light guide according to claim 9,
wobei ein Material der ersten Lage im sichtbaren being a material of the first layer in the visible
Spektralbereich eine normale Dispersion aufweist und die erste Lage eine niedrigere Konzentration an Streustellen aufweist als die zweite und die weitere Lage. Spectral region has a normal dispersion and the first layer has a lower concentration of sites than the second and the further layer.
12. Flächenlichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Flächenlichtleiter auf der der 12. A surface light guide according to any one of claims 1 to 11, wherein the surface light guide on the
Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite eine Radiation exit surface facing away from a
Strukturierung (8) aufweist. Structuring (8).
13. Flächenstrahler (100) mit zumindest einem 13. surface radiator (100) with at least one
Flächenlichtleiter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und zumindest einer Strahlungsquelle (2), wobei die im Betrieb des Flächenstrahlers in den Flächenlichtleiter eingekoppelte Strahlung mittels der Strahlungsquelle erzeugt wird. Surface light guide (1) according to one of claims 1 to 12 and at least one radiation source (2), wherein the radiation coupled into the surface light guide during operation of the surface radiator is generated by means of the radiation source.
14. Flächenstrahler nach Anspruch 13, bei dem die 14. Surface radiator according to claim 13, wherein the
Strahlungsquelle zumindest einen Halbleiterkörper (20, 20A, 20B, 20C) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (21, 21A, 21B, 21C) aufweist. Radiation source has at least one semiconductor body (20, 20A, 20B, 20C) with an intended for the generation of radiation active region (21, 21A, 21B, 21C).
15. Flächenstrahler nach Anspruch 13 oder 14, 15. Surface radiator according to claim 13 or 14,
bei dem die Strahlungsquelle eine Weißlichtquelle (23) und eine Lichtquelle (24) im grünen Spektralbereich aufweist. in which the radiation source has a white light source (23) and a light source (24) in the green spectral range.
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