WO2011131446A1 - Flächenlichtleiter und flächenstrahler - Google Patents

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WO2011131446A1
WO2011131446A1 PCT/EP2011/054454 EP2011054454W WO2011131446A1 WO 2011131446 A1 WO2011131446 A1 WO 2011131446A1 EP 2011054454 W EP2011054454 W EP 2011054454W WO 2011131446 A1 WO2011131446 A1 WO 2011131446A1
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surface light
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Peter Brick
Stephan Kaiser
Gerhard Kuhn
Ales Markytan
Julius Muschaweck
Christian Neugirg
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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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

Es wird ein Flächenlichtleiter (1) angegeben, der eine entlang einer Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters (1) verlaufende Strahlungsaustrittsfläche (10) aufweist und für eine seitliche Einkopplung von Strahlung vorgesehen ist, wobei - der Flächenlichtleiter (1) Streustellen (4) zur Streuung der eingekoppelten Strahlung aufweist; - der Flächenlichtleiter (1) eine erste Grenzfläche (15) und eine zweite Grenzfläche (16) aufweist, die eine Lichtleitung der eingekoppelten Strahlung in vertikaler Richtung begrenzen; und - zwischen der ersten Grenzfläche (31) und der zweiten Grenzfläche (32) in vertikaler Richtung eine erste Lage (11) und eine zweite Lage (12) aufeinander ausgebildet sind. Weiterhin wird ein Flächenstrahler (100) mit zumindest einem Flächenlichtleiter (1) angegeben.

Description

Beschreibung
Flächenlichtleiter und Flächenstrahler
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft einen
Flächenlichtleiter sowie einen Flächenstrahler mit zumindest einem solchen Flächenlichtleiter.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 018 033.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei herkömmlichen Strahlungsquellen tritt die erzeugte
Strahlung typischerweise aus einer vergleichsweise kleinen Fläche aus. Eine Vergrößerung dieser Fläche kann
beispielsweise durch das Nachordnen einer Streuscheibe erfolgen. Dies kann jedoch zu einer über die
Strahlungsaustrittsfläche vergleichsweise inhomogenen
Leuchtdichteverteilung führen.
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.
In einer Ausführungsform weist ein Flächenlichtleiter eine entlang einer Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters verlaufende Strahlungsaustrittsfläche auf, wobei der
Flächenlichtleiter für eine seitliche Einkopplung von
Strahlung vorgesehen ist. Der Flächenlichtleiter weist
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
Richtung, begrenzen. Zwischen der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche sind in vertikaler Richtung eine erste Lage und eine zweite Lage aufeinander ausgebildet.
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.
Mittels der ersten Lage und der zweiten Lage können bezüglich der Streuung verschiedenartige Lichtleitbereiche für den ersten Strahlungsanteil und den zweiten Strahlungsanteil gebildet sein.
Weiterhin bevorzugt sind die erste Lage und die zweite Lage derart ausgebildet, dass der erste Strahlungsanteil und der zweite Strahlungsanteil homogen aus der
Strahlungsaustrittsfläche austreten .
Mit anderen Worten ist mittels der ersten Lage und der zweiten Lage für die verschiedenen Strahlungsanteile die Streuwirkung im Flächenlichtleiter einstellbar. Die
eingekoppelte Strahlung kann großflächig und gleichzeitig mit einer hohen Homogenität aus der Strahlungsaustrittsfläche austreten .
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
Strahlungsaustrittsfläche und/oder vom Abstrahlungswinkel .
Als ein Maß für die Homogenität des Farborts kann für zwei beliebige Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche der
Farbort für einen vorgegebenen Winkel im Farbdiagramm (CIE- Diagramm) aufgetragen werden.
Vorzugsweise liegen diese Punkte innerhalb einer 5-step- McAdam-Ellipse, besonders bevorzugt innerhalb einer 3-step- McAdam-Ellipse .
Zumindest einer der Strahlungsanteile liegt vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich. Insbesondere können die
Spektralanteile zur Erzeugung von Mischstrahlung, etwa für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung, vorgesehen sein .
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
Streuwirkung an den einzelnen Streustellen kompensiert wird. Im Unterschied hierzu weist ein herkömmlicher
Flächenlichtleiter einen einzelnen Lichtleitbereich auf, in dem alle Strahlungsanteile propagieren, so dass eine
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
Einkopplung in den Flächenlichtleiter verstanden, bei der eine Hauptrichtung der Einkopplung entlang der
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters erfolgt.
Weiterhin bevorzugt ist der Flächenlichtleiter derart
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
Flächenlichtleiter die Absorption und die Streuung von
Strahlung so gering ist, dass die Summe aus spekularer
Reflektivität und spekularer Transmission möglichst nahe an den theoretischen Grenzwert von 1 gelangt. Vorzugsweise beträgt die Transparenz mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 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
eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter, also der Vakuum-Wellenlänge dividiert durch den Brechungsindex des Materials des Flächenlichtleiters, beträgt.
Die Streustellen sind also vorzugsweise klein gegenüber der Wellenlänge der zu streuenden Strahlung. An solchen
Streustellen erfolgt überwiegend Rayleigh-Streuung . Im
Unterschied zu Streustellen, die groß gegenüber der
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
Strahlungsaustrittsfläche austretende Strahlung besonders bei großen Winkeln, etwa bei Winkeln von 50° oder mehr zur
Normalen der Strahlungsaustrittsfläche hohe Leuchtdioden aufweist .
Die erste Lage und die zweite Lage sind vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie eine Wellenlängenabhängigkeit der
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.
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
ausgeführt sein.
Die erste Grenzfläche und die zweite Grenzfläche begrenzen in vertikaler Richtung den Bereich des Flächenlichtleiters, in dem Totalreflexion eine zumindest teilweise Lichtleitung bewirkt .
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
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.
Vorzugsweise sind die erste Lage und die zweite Lage
bezüglich der Streuwirkung an jeweils einen Strahlungsanteil angepasst .
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
Grundmaterials voneinander verschieden sein.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante sind die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der Lichtleitung voneinander entkoppelt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
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
voneinander entkoppelt. Die erste Lage und die zweite Lage sind bezüglich der Streuwirkung an jeweils einen
Strahlungsanteil angepasst, so dass sie eine
Wellenlängenabhängigkeit der Streuwirkung kompensieren.
„Bezüglich der Lichtleitung voneinander entkoppelt" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass die Lagen vollständig voneinander optisch getrennt sind. Vielmehr sind die
Lichtleitbereiche vorzugsweise so ausgebildet, dass die
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.
Die erste Lage und die zweite Lage sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Verhältnis des ersten Strahlungsanteils zum zweiten Strahlungsanteil über die
Strahlungsaustrittsfläche homogen ist.
Für eine großflächig weiß abstrahlende
Strahlungsaustrittsfläche kann der Flächenlichtleiter
beispielsweise drei Lagen aufweisen, die für die Lichtleitung von Strahlungsanteilen im roten, grünen und blauen
Spektralbereich vorgesehen sind. Alternativ oder ergänzend kann in zumindest eine Lage eine Mischstrahlung eingekoppelt werden .
Eine effiziente Entkopplung der ersten Lage von der zweiten Lage kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass
zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage zumindest teilweise Totalreflexion auftritt, von der ersten Lage in Richtung der zweiten Lage und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage zumindest bereichsweise eine
Trennschicht und/oder zumindest bereichsweise ein Spalt angeordnet. Die Trennschicht weist vorzugsweise einen
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 .
Die Trennschicht kann alternativ oder ergänzend als eine Beschichtung ausgebildet sein, die zumindest für einen
Strahlungsanteil reflektierend ausgebildet ist. Eine optische Trennung zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage wird so weitergehend vereinfacht.
Zur bereichsweisen Ausbildung eines Spalts, der mit einem Gas, etwa Luft gefüllt ist, können beispielsweise
Abstandshalter zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage vorgesehen sein, etwa in Form von Erhebungen.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante bilden die erste Lage und die zweite Lage Teilbereiche eines Lichtleitbereichs, in dem der erste Strahlungsanteil und der zweite
Strahlungsanteil propagieren.
Die Lichtleitung erfolgt somit für den ersten
Strahlungsanteil und den zweiten Strahlungsanteil in einem gemeinsamen Lichtleitbereich, wobei die erste Lage und die zweite Lage derart ausgebildet sind, dass die einzelnen
Strahlungsanteile von den einzelnen Teilbereichen
unterschiedlich stark beeinflusst werden. Mit anderen Worten propagiert vorzugsweise zumindest ein Strahlungsanteil in einer der Lagen zu einem größeren Anteil als der andere
Strahlungsanteil .
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.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der
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.
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.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist ein Material der ersten Lage im sichtbaren Spektralbereich eine Dispersion auf. Bedingt durch die Dispersion weisen die
Strahlungsanteile an den Grenzflächen der ersten Lage jeweils unterschiedliche Totalreflexions-Grenzwinkel auf.
In einer ersten Variante weist das Material der ersten Lage eine anomale Dispersion auf. Anomale Dispersion bewirkt beispielsweise, dass der Brechungsindex im roten
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
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.
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
Wellenlänge, beispielsweise blaue Strahlung. Für eine
effiziente Auskopplung der Strahlung mit der längeren
Wellenlänge sind die Streustellen vorzugsweise ausschließlich oder zumindest mit einer höheren Konzentration in der zweiten und/oder der dritten Lage angeordnet.
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
Strahlungsanteile mit unterschiedlichen Spektralanteilen homogen aus der Strahlungsaustrittsfläche austreten.
Der Flächenlichtleiter kann für die einseitige oder für die zweiseitige Auskopplung vorgesehen sein.
In einer Ausgestaltung weist der Flächenlichtleiter auf der der Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite eine
Strukturierung auf.
Die Strukturierung kann insbesondere dafür vorgesehen sein, gegenüber einer beidseitigen Strahlungsauskopplung eine
Verschiebung der Emission zur Seite der
Strahlungsaustrittsfläche hin zu bewirken. Die Strukturierung kann beispielsweise Strukturelemente in Form von Pyramiden oder Halbkugeln aufweisen.
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,
unstrukturierte Fläche erscheint.
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
Bereiche ausgebildet werden, in denen die Leuchtdichte gegenüber den übrigen Bereichen erhöht ist.
Der vorstehend beschriebene Flächenlichtleiter ist
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 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
zumindest eine Weißlichtquelle auf. Weiterhin kann die
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.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in schematischer Schnittansicht,
Figur 2 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in
schematischer Schnittansicht,
Figur 3 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in
schematischer Schnittansicht,
Figur 4 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in
schematischer Schnittansicht,
Figur 5 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in
schematischer Schnittansicht,
Figur 6 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in schematischer Schnittansicht,
Figur 7 einen Flächenstrahler mit einem Flächenlichtleiter gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel in
schematischer Schnittansicht,
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.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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
Grenzfläche 15 und einer zweiten Grenzfläche 16 ausgebildet. In vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters 1, begrenzen die Grenzflächen den Bereich des Flächenlichtleiters, in dem die eingekoppelte Strahlung, insbesondere aufgrund von
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
eingekoppelt wird, vorgesehen sind. Mittels der Streustellen 4 ist der Strahlungsanteil, der aus einer
Strahlungsaustrittsfläche 10 austritt, erhöht.
Die Lagen 11, 12, 13 sind bezüglich der Lichtleitung
zumindest bereichsweise voneinander entkoppelt. Die
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.
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
Brechungsindex auf als die zweite Lage 12 und die weitere Lage 13.
Die Trennschicht 60 kann weiterhin auch für zumindest einen Strahlungsanteil reflektierend ausgebildet sein, um die
Auskopplung der Strahlung seitens der
Strahlungsaustrittsfläche 10 zu steigern.
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.
Die Lagen 11, 12, 13 bilden jeweils für die durch eine
Seitenfläche 19 eingekoppelte Strahlung einen separaten
Lichtleitbereich, wobei die Lichtleitbereiche jeweils für unterschiedliche Strahlungsanteile vorgesehen sind.
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.
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.
Die Ausdehnung der Streustellen 4 ist vorzugsweise klein gegenüber der Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter 1.
Vorzugsweise beträgt eine mittlere Ausdehnung der
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
Strahlung führt.
Für zwei beliebige Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche liegen die zugehörigen Farborte im Farbdiagramm (CIE- Diagramm) für einen vorgegebenen Abstrahlungswinkel
vorzugsweise innerhalb einer 5-step-McAdam-Ellipse, besonders bevorzugt innerhalb einer 3-step-McAdam-Ellipse . Die
Abstrahlung kann sich also durch eine hohe Homogenität bezüglich des Farborts auszeichnen.
Die Leuchtdichte für einen vorgegebenen Abstrahlungswinkel unterscheidet sich für zwei beliebige Punkte auf der Strahlungsaustrittsfläche vorzugsweise höchstens um einen Faktor zwei.
Eine höhere Konzentration an Streustellen 4 in dem für die Propagation von roter Strahlung vorgesehenen dritten Lage 13 kompensiert in diesem Ausführungsbeispiel die geringere
Streuwirkung der Streustellen gegenüber der im Vergleich kürzerwelligen blauen und grünen Strahlung. Trotz der
reduzierten Streuwirkung für die längerwellige Strahlung im Fall von Rayleigh-Streuung ist die Auskoppelwirkung aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 für die einzelnen
Strahlungsanteile aus der jeweils zugeordneten Lage 11, 12, 13 etwa gleich.
Als Material für den Flächenlichtleiter eignet sich
beispielsweise ein Glas oder ein Kunststoff, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polycarbonat (PC) oder
Polyurethan (PU) , wobei sich Glas und PMMA durch eine
besonders hohe Transparenz auszeichnen.
Vorzugsweise beträgt die Transparenz des Flächenlichtleiters 1 gemäß der weiter oben genannten Definition mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 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,
beispielsweise als luftgefüllte Partikel.
Auch Hohlräume oder Defekte im Flächenlichtleiter können als Streustellen dienen. Solche Hohlräume oder Defekte sind beispielsweise durch gezieltes lokales Verdampfen von
Material des Flächenlichtleiters 1 herstellbar. Dies kann beispielsweise thermisch und/oder optisch, etwa mittels
Laserstrahlung, erzielt werden.
Mit dem beschriebenen Flächenstrahler 100 kann mittels der drei Strahlungsanteile im roten, grünen und blauen
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
Mischstrahlung vorgesehen sein.
Gegenüber einem Flächenlichtleiter, bei dem alle
Strahlungsanteile in einem gemeinsamen Lichtleitbereich propagieren, zeichnet sich die von dem beschriebenen
Flächenlichtleiter 1 abgestrahlten Strahlung insbesondere durch eine besonders hohe Homogenität im Farbraum bei
gleichzeitig hoher Transparenz in ausgeschaltetem Zustand aus. Über die Strahlungsaustrittsfläche 10 hinweg ist das Verhältnis der Strahlungsanteile zueinander also besonders homogen .
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
Spektralanteil auf. Davon abweichend kann auch eine Vielzahl von Halbleiterkörpern, die beispielsweise zeilenartig oder matrixartig angeordnet sein können, vorgesehen sein.
Die Strahlungsquelle kann davon abweichend beispielsweise auch als eine Gasentladungslampe ausgeführt sein.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Flächenstrahler 100 mit einem Flächenlichtleiter 1 ist in Figur 2 dargestellt. Der Flächenstrahler 100 weist wiederum einen
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
Teilbereiche eines gemeinsamen Lichtleitbereichs 17, in dem die unterschiedlichen Strahlungsanteile der von der
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.
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
Brechungsindex der zweiten Lage darstellt. Eine entsprechende Beziehung gilt ebenfalls für die weitere Lage 13 mit einem Brechungsindex 113.
Hieraus ergibt sich, dass der Anteil der Strahlung, für den Totalreflexion eintritt, umso größer ist, je größer der
Brechungsindex n]_ gegenüber dem Brechungsindex ri2 ist.
Mittels der Wahl der Brechungsindizes kann also eingestellt werden, wie groß der Anteil der in der ersten Lage aufgrund von Totalreflexion propagierenden Strahlung ist.
Beispielsweise kann für die erste Lage PMMA mit einem
Brechungsindex von etwa 1,5 und ein Glas mit einem
Brechungsindex zwischen einschließlich 1,4 und einschließlich 1,48 Anwendung finden.
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.
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
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
Kompensation der wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wellenlängenabhängigen Streuwirkung für Rayleigh-Streuung sind die Streustellen 4 in der ersten Lage 11 ausgebildet.
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
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.
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
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
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
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.
Beispielsweise zeichnen sich Aluminium, Silber und Rhodium durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus .
Mittels der Reflektorschicht 7 können die aus der der
Strahlungsaustrittsfläche 10 abgewandten Seite des
Flächenlichtleiters 1 austretenden Strahlungsanteile in
Richtung der Strahlungsaustrittsfläche umgelenkt werden und durch diese austreten. Die insgesamt austretende
Strahlungsleistung seitens der Strahlungsaustrittsfläche kann somit erhöht werden.
Selbstverständlich kann die beschriebene Reflektorschicht auch für die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3
beschriebenen Ausführungsbeispielen Anwendung finden.
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
Material, beispielsweise eines der im Zusammenhang mit der Trennschicht genannten Materialien. Eine solche, vorzugsweise mehrschichtige, Beschichtung kann zumindest für einen
Strahlungsanteil eine hohe Reflektivität aufweisen.
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
abgewandten Seite des Flächenlichtleiters 1 eine
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.
Alternativ oder zu ergänzend zu Erhebungen können auch
Vertiefungen Anwendung finden. In der Figur sind zur
Veranschaulichung zwei mögliche Strahlenverläufe dargestellt, bei denen die Strahlung auch ohne ein Auftreffen auf
Streustellen ausgekoppelt wird. Die Strukturierung 8 fördert hierbei eine Umlenkung der propagierenden Strahlung in kleine Winkel zur Normalen der Strahlungsaustrittsfläche.
Alternativ oder ergänzend kann auch bereits die erste Lage 11, insbesondere auf der der Strahlungsaustrittsfläche 10 abgewandten Seite strukturiert sein.
Eine Strukturgröße der Strukturierung 8 liegt vorzugsweise unterhalb des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges. Beispielsweise können Strukturen mit einer Größe von
unterhalb von 30 ym aus einem Abstand von 10 cm vom
menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden. Eine solche Strukturierung wird also vom menschlichen Auge als eine homogene Fläche wahrgenommen.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen ersten
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.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der
Flächenlichtleiter 1 eine erste Lage 11 und eine zweite Lage 12 auf, wobei sich die erste Lage und die zweite Lage
insbesondere hinsichtlich der Verteilung der Streustellen 4 unterscheiden. In der ersten Lage 11 weisen die Streustellen eine im Rahmen statistischer Schwankungen gleichmäßige
Verteilung in lateraler Richtung auf. Im Unterschied hierzu sind die Streustellen in der zweiten Lage 12 gezielt
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.
Solche lokale Maxima können beispielsweise durch Verwendung von Partikeln mit einem Dipolmoment hergestellt werden, wobei während der Herstellung ein elektrisches Feld angelegt wird.
Aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 tritt somit zum einen ein aus der ersten Lage 11 resultierender homogener
Strahlungsanteil und ein aus der zweiten Lage 12
resultierender inhomogener Strahlungsanteil aus. Ein Flächenstrahler 100 mit einem solchen Flächenlichtleiter 1 eignet sich insbesondere für die Effektbeleuchtung.
Die Inhomogenität des Strahlungsanteils der zweiten Lage 12 ist mittels der Position der Streifen relativ zur
Strahlungsquelle einstellbar. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die lokalen Maxima 41 jeweils versetzt zu einer Hauptabstrahlungsrichtung der
Halbleiterkörper 20B der Strahlungsquelle 2 angeordnet.
Dadurch erhöht sich die Homogenität der Abstrahlung. Von einem solchen Versatz kann aber auch abgesehen werden, um die Inhomogenität der Abstrahlung weitergehend zu erhöhen.
Die den jeweiligen Lagen 11, 12 zugeordneten Halbleiterkörper 20a beziehungsweise 20b können hierbei bezüglich des
Emissionsspektrums gleichartig, beispielsweise als
Weißlichtquellen oder voneinander verschieden ausgeführt sein .
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
austretenden Strahlungsanteils führt. Auf eine solche
Beschichtung kann jedoch auch verzichtet werden, sodass der Flächenlichtleiter beidseitig emittierend ausgestaltet sein kann .
Das in Figur 8 dargestellte achte Ausführungsbeispiel
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.
Die Lichtquelle 24 ist dafür vorgesehen, den grünen Anteil der aus der Strahlungsaustrittsfläche 10 insgesamt
austretenden Strahlung zu beeinflussen. Insbesondere kann mittels der Lichtquelle 24 eine altersbedingte Degradation der Weißlichtquelle 23, welche zu einem Absinken des
Grünanteils im Spektrum führt, kompensiert werden.
Ein solcher Flächenstrahler 100 kann sich somit durch eine höhere Konstanz des Farborts über seine Lebensdauer hin aus zeichnen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Flächenlichtleiter (1), der eine entlang einer
Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters (1)
verlaufende Strahlungsaustrittsfläche (10) aufweist und für eine seitliche Einkopplung von Strahlung vorgesehen ist, wobei
- der Flächenlichtleiter (1) Streustellen (4) zur Streuung der eingekoppelten Strahlung aufweist;
- der Flächenlichtleiter (1) eine erste Grenzfläche (15) und eine zweite Grenzfläche (16) aufweist, die eine Lichtleitung der eingekoppelten Strahlung in vertikaler Richtung
begrenzen; und
- zwischen der ersten Grenzfläche (15) und der zweiten
Grenzfläche (16) in vertikaler Richtung eine erste Lage (11) und eine zweite Lage (12) aufeinander ausgebildet sind.
2. Flächenlichtleiter nach Anspruch 1,
wobei die Streustellen eine mittlere Ausdehnung aufweisen, die höchstens das 1,0-fache einer Peak-Wellenlänge der eingekoppelten Strahlung im Flächenlichtleiter beträgt.
3. Flächenlichtleiter nach Anspruch 1 oder 2,
der zur Einkopplung von Strahlung mit einem ersten
Strahlungsanteil und einem zweiten Strahlungsanteil
vorgesehen ist.
4. Flächenlichtleiter nach Anspruch 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.
5. Flächenlichtleiter nach Anspruch 3 oder 4,
wobei die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der
Lichtleitung voneinander entkoppelt sind.
6. Flächenlichtleiter nach Anspruch 5,
wobei die erste Lage und die zweite Lage bezüglich der
Streuwirkung an jeweils einen Strahlungsanteil angepasst sind .
7. Flächenlichtleiter nach Anspruch 5 oder 6,
wobei zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage eine Trennschicht (60) und/oder ein Spalt (5) angeordnet ist.
8. Flächenlichtleiter nach Anspruch 3 oder 4,
wobei die erste Lage und die zweite Lage Teilbereiche eines Lichtleitbereichs (17) bilden, in dem der erste
Strahlungsanteil und der zweite Strahlungsanteil propagieren.
9. Flächenlichtleiter nach Anspruch 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.
10. Flächenlichtleiter nach Anspruch 9,
wobei ein Material der ersten Lage im sichtbaren
Spektralbereich eine anomale Dispersion aufweist und die erste Lage eine höhere Konzentration an Streustellen aufweist als die zweite und die weitere Lage.
11. Flächenlichtleiter nach Anspruch 9,
wobei ein Material der ersten Lage im sichtbaren
Spektralbereich eine normale Dispersion aufweist und die erste Lage eine niedrigere Konzentration an Streustellen aufweist als die zweite und die weitere Lage.
12. Flächenlichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Flächenlichtleiter auf der der
Strahlungsaustrittsfläche abgewandten Seite eine
Strukturierung (8) aufweist.
13. Flächenstrahler (100) mit zumindest einem
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.
14. Flächenstrahler nach Anspruch 13, bei dem die
Strahlungsquelle zumindest einen Halbleiterkörper (20, 20A, 20B, 20C) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (21, 21A, 21B, 21C) aufweist.
15. Flächenstrahler nach Anspruch 13 oder 14,
bei dem die Strahlungsquelle eine Weißlichtquelle (23) und eine Lichtquelle (24) im grünen Spektralbereich aufweist.
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