半导体光源 |
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| 申请号 | CN201080035887.8 | 申请日 | 2010-06-30 | 公开(公告)号 | CN102472435B | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 欧司朗光电半导体有限公司; | 发明人 | 本杰明·克劳斯·克鲁马赫尔; | ||||
| 摘要 | 在 半导体 光源 (1)的至少一个实施形式中，所述半导体光源包括至少两个平面元件(2)。平面元件(2)分别包括用于在所述半导体光源(1)工作时产生紫外或可见 辐射 (R)的半导体材料。在此，辐射(R)在平面元件(2)的各正好一个主平面(3)上发射。在半导体光源(1)不工作时，平面元件(2)的反射率对于可见的辐射为至少80％。此外，平面元件(2)具有至少10mm的平均直径(L)。此外，平面元件(2)的主平面(3)相互成 角 (α)地设置，并且彼此朝向。在此，主平面(3)之间的角(α)在30°与120°之间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.半导体光源(1)，具有至少两个平面元件(2)，其中， |
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| 说明书全文 | 半导体光源技术领域[0001] 本发明说明了一种半导体光源。 背景技术[0002] 在文献DE202008010884U1中说明了一种照明装置。 发明内容[0004] 根据半导体光源的至少一个实施形式，所述半导体光源包括至少两个平面元件。在此，平面元件特别是分开的、单独的、可彼此独立地设置的和/或制成的元件，所述元件优选构造为平面的或平坦的。平面元件特别是意味着，所述平面元件的平均直径大于其平均厚度。平均直径特别是平均厚度的至少十倍，优选是所述平均厚度的至少一百倍。 [0005] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件各包括用于在半导体光源工作时产生紫外或可见辐射的一种有机的或无机的半导体材料。换句话说，平面元件设置用于在工作时主动地产生可见或紫外辐射。因此，平面元件在半导体光源工作时是有源的、发射辐射的元件。 [0006] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件将在工作中产生的辐射分别在刚好一个主平面上发射。也就是说，平面元件能够是在主平面上平面地，特别是完全平面地或者基本上完全平面地放射的元件。 [0007] 根据半导体光源的至少一个实施形式，至少在光源不工作时，平面元件的反射率对于可见辐射为至少80%，特别是至少85%，优选至少92%。在这种情况下，反射率在平面元件的在半导体光源工作时发射辐射的整个主平面上取平均值。反射率优选在450nm至780nm的整个可见的光谱范围内大于上述值，但是至少大于超出上述光谱范围所取的平均值。在此，反射率是反射的辐射功率与入射的辐射功率的商。 [0008] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件的平均直径相应地为至少10mm，优选为至少30mm。在例如具有正方形的平面形状的平面元件中，以俯视图观察，平均直径相应于平面元件的边长。如果平面元件例如构成矩形，那么平面元件的长边的和短边的边长的比优选最高为5，平均直径由边长的平均值得出。 [0009] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件的主平面相互成角度地设置，并且彼此朝向。在这种情况下，主平面之间的角优选在30°和120°之间，特别是在45°和75°之间，特别优选在55°和65°之间。 [0010] 在半导体光源的至少一个实施形式中，所述半导体光源包括至少两个平面元件。平面元件分别包括用于在半导体光源工作时产生紫外或者可见辐射的半导体材料。在此，在平面元件的各正好一个主平面上发射辐射。在半导体光源不工作时，平面元件的反射率对于可见辐射为至少80%。此外，平面元件具有至少10mm的平均直径。此外，平面元件的主平面相互成角度地设置，并且彼此朝向。在此，在主平面之间的角在30°和120°之间。 [0011] 根据半导体光源的至少一个实施形式，由平面元件中的第一个的主平面发射的辐射的一部分射到平面元件中的第二个的主平面上，所述平面元件中的第二个的主平面朝向第一平面元件的主平面。在第二平面元件的主平面上优选进行刚好一次反射，并且紧接着辐射的相关部分从半导体光源耦合输出。换句话说，第二平面元件形成用于由第一平面元件发射的辐射的一部分的反射镜，并且反之亦然。 [0012] 由于平面元件特别是相互至少部分地反射已发射的辐射，并且由于这种互相弯折的结构，半导体光源的辐射特性是可调节的。例如平面元件的主平面之间的相对于至少一个空间方向的角越小，那么相对于该至少一个空间方向的空间角范围越小，在所述空间角范围中发射辐射。 [0013] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件中的至少一个的或所有平面元件的辐射特性遵从下述相互关系： [0014] I（β）=I max cos（β）。 [0015] 在这种情况下，Imax是最大辐射强度，所述最大辐射强度由平面元件沿确定的方向发射，特别是沿平行于平面元件的主平面的垂线的方向发射。β是相对于主平面的垂线的角，并且I是平面元件的沿着通过角β限定的方向的辐射强度。辐射特性遵从已说明的相互关系，优选具有最高0.1Imax的容许误差或者最高0.1Imax，特别是具有最高0.05Imax的容许误差，优选最高0.02Imax的容许误差。换句话说，适用I（β）=Ima（x cos（β）±T），其中T=0.2或0.1或0.05或0.02。 [0016] 根据半导体光源的至少一个实施形式，在两个相邻的平面元件之间的距离在垂直于有关平面元件的彼此朝向的主平面之间的角α的角平分线的方向上为平面元件的平均直径的0.15倍和0.35倍之间或者1.75倍和2.25倍之间。换句话说，平面元件在横向方向上相互间隔。在这种情况下，所述距离相对小，或者相应地相对于平面元件的平均直径来说相对大。 [0017] 根据半导体光源的至少一个实施形式，辐射特性具有至少一个在25°和70°之间的，特别是在50°和65°之间的角度范围中的强度最大值。在这种情况下，所述角与平面元件的彼此朝向的主平面之间的角平分线有关。换句话说，与辐射角有关，最大强度不沿着垂直于半导体光源的和/或平面元件的主延伸方向的方向发射，而是沿着与此不同的方向发射。 [0018] 根据半导体光源的至少一个实施形式，在工作时由半导体光源产生的辐射的在背离主平面的半空间中发射的辐射部分在20%和40%之间，特别是在30%和40%之间。在这种情况下，半空间特别是通过在90°和180°之间的空间角范围，例如与平面元件的彼此朝向的主平面之间的角平分线有关地形成。 [0019] 根据半导体光源的至少一个实施形式，其辐射特性不是旋转对称的。在半导体光源的俯视图中观察，辐射特性特别是具有刚好一个或者刚好两个对称轴线。例如，在半导体光源的俯视图中观察，由半导体光源产生的辐射在两个互相垂直的方向上不同程度地扩张。也就是说，辐射特性的沿着特别是两个对称轴线或者沿着一个对称轴线和垂直于所述对称轴线的方向的半值角彼此不同。 [0020] 在这种情况下，半值角特别是相应地为辐射强度相对于最大辐射强度或者相对于在确定的方向上的最大的光通量下降到一半时的角。 [0021] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件分别包括有机发光二极管。相应的平面元件的主平面通过有机发光二极管分别优选至少被覆盖50%，特别是至少80%或者至少90%。换句话说，平面元件的整个或者基本上整个主平面优选由有机发光二极管覆盖。 [0022] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件中的一个或者所有平面元件是有机发光二极管。 [0023] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件中的一个或者所有平面元件包括至少四个无机光电半导体芯片，特别是至少六个光电半导体芯片，优选至少十个光电半导体芯片。相应的平面元件的主平面的由半导体芯片覆盖的部分特别是各为最高5%，优选分别为最高3%。换句话说，主平面能够基本上不由半导体芯片覆盖。 [0024] 根据半导体光源的至少一个实施形式，平面元件至少部分地反射可见辐射，使得辐射的入射角等于辐射的出射角。换句话说，平面元件不以散射的方式反射。 [0025] 根据半导体光源的至少一个实施形式，在半导体光源的俯视图中观察，平面元件具有彼此不同的面积。换句话说，在平面的投影中，特别是通过主延伸平面和/或通过垂直于半导体光源的主辐射方向的平面限定的平面的投影中，平面元件具有不同的面积。在这种情况下，在相应的主平面的俯视图中观察，平面元件的主平面能够具有相同的面积。换句话说，平面元件能够具有相对于主延伸平面和/或主辐射方向的不同的、彼此相异的定向。 [0027] 下面参考附图借助于实施例详细阐述在这里说明的半导体光源。在此，相同的附图标记表示在各个图中相同的元件。但是在此未按比例地示出相互关系，相反，为了更好的理解，能够夸大地示出各个元件。 [0028] 附图中示出： [0029] 图1，4和6至11示出在这里说明的半导体光源的实施例的示意图；并且 [0030] 图2，3和5示出在这里说明的半导体光源的辐射特性的示意图。 具体实施方式[0031] 在图1中示出半导体光源1的实施例。半导体光源1包括两个平面元件2。平面元件2的每个都具有主平面3，通过所述主平面在半导体光源1工作时发射在可见的和/或紫外的光谱范围中的电磁辐射R。 [0032] 此外，平面元件2的主平面3具有用于可见辐射的反射率，所述反射率在整个主平面3上取平均值，所述反射率优选为至少95%。平面元件2对于可见辐射是不可穿透的。因此，半导体光源1的主平面3至少在半导体光源1不工作时起到反射表面的作用。平面元件2例如分别具有由玻璃组成的载体，所述载体在主平面上用金属镀层。 [0033] 此外，平面元件2优选是平面辐射器和/或朗伯特（Lambert’sche）辐射器。也可以说，与方向有关的辐射强度I（β）近似地遵照相互关系I（β）=Imax cos（β）。角β相应地与相对于主平面3的垂线有关。 [0034] 平面元件2的两个主平面3分别平坦地构成，在半导体光源1工作时在所述两个主平面上发射辐射，所述两个主平面相对彼此成角度α设置，并且在横向方向x上相互具有距离D，参见图1A中的侧视图和图1B中的俯视图。同样大小的平面元件2具有带有边长L的近似正方形的平面形状，其中，边长L相应于平面元件2的平均直径。但是在俯视图中，见图1B，在平面形状中正方形的平面元件2显示为矩形。 [0035] 由于平面元件2的主平面3起反射作用，并且彼此成角度地设置，由平面元件2发射的辐射的一部分R1，R2射到相应另一个、相对置的平面元件2上。通过在相应其它平面元件2上的一次反射和来自半导体光源1的后续的辐射耦合输出，形成了由半导体光源1发射的辐射R的辐射特性。强度最大值沿在主平面3之间的角α的角平分线H的方向z发射。 [0036] 角α在30°和120°之间，优选在55°和65°之间。与此不同，在根据图1和2的实施例中，角α约为90°。平面元件2之间的距离D约为边长L的0.15倍。通过平面元件2的间距，在半导体光源1工作时由平面元件2产生的辐射R的一部分能够到达背离主平面3的半空间中。如果半导体光源1例如用做顶灯，以至于辐射R的大部分远离天花板发射，那么仍然有小部分辐射朝向天花板。由此，通过半导体光源1的照明可以令观察者感到更舒适。 [0037] 在图2中图解说明了半导体光源1的辐射特性。绘出的是，依据相对于角平分线H的角ρ的与方向相关的强度I，见实线。与平面元件2的朗伯特辐射特性相比，参见虚线，该辐射明显更强地在前进方向上或者在z方向上转向。换句话说，与朗伯特辐射器相比，半导体光源1的辐射的开度角或半值角明显变小。 [0038] 在图3中示出依据用于不同的半导体光源1的角ρ的与角度相关的辐射强度I，所述半导体光源1具有在平面元件2的主平面3之间的不同的角α。作为对比，附加地记录朗伯特辐射器的辐射特性，见由SL标明的曲线。因为平面元件2在横向方向上具有不等于零的距离D，D≤0.15×L，所以小部分辐射也发射到背离主平面3的半空间中。所述半空间相对于角平分线H具有在90°到180°之间的角度范围。 [0039] 对于在彼此朝向的主平面3之间的大的开度角，例如α=120°，辐射特性近似朗伯特辐射器的辐射特性。对于小的开度角，例如α=40°或者α=60°，放射集中在小的角ρ上。与朗伯特辐射器相比，对于α=90°的开度角，明显更多部分的辐射R已经发射到具有60°<ρ<80°的角度范围内。 [0040] 那么，对于角α=40°、α=60°、α=90°和α=120°，半值角θ50为35°、38°、42°或者45°。半值角θ50相应于下述角，在所述角内光通量的50%被发射。 [0041] 在根据图4的半导体光源1中，见根据图4A的侧视图和根据图4B的三维视图，在平面元件2之间的距离D变大。因此，相对于沿z方向发射的辐射R，主要辐射部分R3被发射到背离主平面3的半空间中。辐射R、R3的强度比通过象征性地表示辐射R、R3的箭头的宽度来表明。 [0042] 在图5中，对于不同的半导体光源1示出辐射R的沿着用于在平面元件2之间的不同的距离D的辐射角ρ的与角度相关的强度I。在这种情况下，平面元件2之间的角α相应约为60°。对于D≤0.15×L、D=0.5×L、D=1.0×L和D=2.0×L的情况，示出与角度相关的辐射强度I。对于D≤0.15×L的情况，曲线相应于近似图3中α=60°时的曲线。作为对比，最后提到的曲线记录平面元件2之间的距离D相对小的情况。辐射R3的在由半导体光源1在工作时产生的辐射和在z方向上发射的辐射R上测量到的、发射到背离主平面3的半空间中的部分当D=0.5×L时约为19%，当D=1.0×L时约为27%并且当D=2.0×L时约为36%。 [0043] 对于平面元件2之间的更大的相对距离D，即特别是对于D=1.0×L和D=2.0×L时，与角度相关的辐射强度I在角ρ约在35°和65°之间时具有最大值。随着距离D的增长，更大的辐射部分也发射到具有角90°<ρ≤180°的、背离主平面2的半空间中。 [0044] 根据图6A，平面元件2分别包括有机发光二极管4。有机发光二极管4基本上分别覆盖所属的平面元件2的整个主平面3。平面元件2的在半导体光源1不工作时的高的反射率特别是来源于有机发光二极管4的以反射的方式构造的平面电极。同样可能的是，平面元件2的每个通过有机发光二极管形成。 [0045] 根据图6B，平面元件分别具有至少四个光电的无机半导体芯片5，所述无机半导体芯片仅仅覆盖主平面3的小部分面积。即使当近似地使用具有半导体芯片5的形式的点光源时，总体来看，平面元件2的每个都能够具有朗伯特辐射轮廓。 [0046] 平面元件2的平均直径L例如在1cm和100cm之间，特别是在3cm和30cm之间，也如在所有其它实施例中一样。主平面3不是漫反射的，而是在反射时辐射的至少绝大部分应用反射定律，以至于反射的辐射的出射角等于它的入射角。 [0047] 图6C以半导体光源1的俯视图示出借助半值角θ50的辐射特性。辐射特性具有彼此正交地定向的两个对称轴线S1、S2。沿着对称轴线S1，即沿着y方向，半值角θ50比在y方向上沿着对称轴线S2的半值角小。因此，发生沿着x方向的光束聚焦，反之，沿着y方向几乎不发生光束聚焦。 [0048] 也如在所有其它实施例中一样，光束成型或光束聚焦特别是在不使用透镜或弯曲反射器的情况下进行。因此，光束成型只能够通过在优选平坦的、相对大面积的主平面3上的反射获得。也就是说，半导体光源1可以不具有附加的、起光学衍射或者折射作用的、光束成型元件。 [0049] 在图7中示出半导体光源1的实施例，其中，半导体光源1具有多个平面元件2。平面元件2的主平面3的每两个成对地彼此朝向。在侧视图中，参见图7A，半导体光源1具有锯齿形的形状。换句话说，平面元件2设置成屋顶状。所有平面元件2沿着y方向与装配面M齐平地封闭。 [0050] 辐射R基本上远离装配面M地发射，各个平面元件2能够安装在所述装配面上。在装配面M上，平面元件2相互具有距离D，与在图7中示出的不同，平面元件2可以分别接触在平面元件2的背离装配面M的边缘区域上。与图7中的视图不同，如也在所有其它实施例中一样，可能的是，距离D等于零，即平面元件2例如成对地接触。 [0051] 在根据图8的实施例中，在俯视图中或者在装配面M的投影中观察，见图8B和8D，平面元件2具有成对的不同的面积。但是相比在图8A和图8C中的侧视图，平面元件2同样大小地构造。平面元件2对的角平分线H分别具有相对于装配面M的不等于90°的角。根据图8A，角平分线H指向不同的方向，根据图8C，所有角平分线H指向相同的方向，也如在根据图7的实施例中一样。 [0052] 在图9中绘出半导体光源1的另一实施例的剖视图。平面元件2a，2b对在空间上通过其它平面元件2彼此分开。装配面M具有半球形的、球形的形状。在所述实施例中，基本上只有平面元件2a，2b相互成角度地设置。平面元件2，2a，2b分别平坦地或者平面地成形。 [0053] 在根据图10的实施例中，平面元件2构造为等边三角形，所述等边三角形设置为类似不具有底面的四棱锥体。平面元件2分别彼此间隔。可能的是，根据图10的半导体光源1中的多个横向相邻地设置，并且形成更大的、组装的光源。 [0054] 在根据图10的实施例中，相比图11A中的俯视图，平面元件2分别具有正方形的平面形状，并且类似于后向反射器设置成立方体形。在图11B中，根据图11A的半导体光源1’中的多个组合成半导体光源1。此外，在这种情况下可能的是，与图10中示出的不同，半导体光源1’中的各个以彼此不同的角度发射最大辐射强度。 [0055] 在这里说明的发明不局限于借助于所述实施例的说明。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这特别是包括在本文中所述的特征的每个组合，即使所述特征或者所述组合本身在本文中或实施例中没有明确地说明。 |
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