CN101258439A - 具有设置成发光组的半导体光源的背光照明装置以及发光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过半导体光源(22a，22b，22c)对于面进行的均匀背光照明。不同的半导体光源组合成类似的发光组(21a，21b)。类似的发光组布置成使得能够实现对于面的均匀背光照明。为了实现均匀的颜色混合，尤其是在边缘(23)处的颜色混合，该布置的任何发光组都拥有至少一个不同取向的相邻发光组。

Description

具有设置成发光组的半导体光源的背光照明装置以及发光设备

本发明涉及一种具有设置成发光组的半导体光源的背光照明装置。此外，本发明还涉及一种发光设备，其具有这种背光照明装置。

本专利申请要求德国专利申请102005042066.4-54的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

目前，主要将冷阴极荧光管用于面(例如LCD(液晶显示器))的背光照明。冷阴极荧光管主要发射白光，然而需要大的位置和电流。

近年来，半导体光源在LCD屏幕或者TFT屏幕的背光照明中的应用越来越重要。对此需要通过半导体光源均匀地对面进行背景照明。

对在要照亮的屏幕上的均匀彩色的再现尤其必需的是，实现不同颜色的半导体光源所发射的光的均匀颜色混合。只有使用不同颜色的半导体光源才要求半导体光源的单个发射的均匀的颜色混合。均匀的颜色混合可以通过单个光源相对于要背光照明的面之间的大的距离来实现。此外，可以在要背光照明的面与光源之间设置漫散射的材料。

然而，增大的距离以大的结构尺寸为前提，而这种大的结构尺寸是不希望的。光源和要背光照明的面之间的漫射器典型地导致了发光功率的极大损耗。由此，这种背光照明的总效率和其可应用性受到影响。背光照明的总效率在此应理解为发光功率与花费的能量的比率。

在WO 2004/031844A1中可找到利用半导体光源来背光照明的例子。在该出版物中，多个不同颜色的半导体光源组合成组件，并且这种发光组以相同的取向设置在直角的光栅中。在使用这种光源布置时，难以产生均匀的混合颜色。由于组件的相同取向而存在这样的趋势：被背光照明的面内的区域(并且尤其是在边缘处)具有强烈的颜色偏差。

由半导体光源构成的组件的颜色混合尤其由于以下原因而受到影响：单个半导体光源在辐射方向上拥有不同的优选方向。如果代替具有不同颜色的半导体光源的组件而使用包含多个不同颜色的半导体芯片的多芯片封装(即LED单元)，则出现类似的特性。

图5示出了背光照明装置1的细节。虚线要表示背光照明装置1的边3。在那里，在所示边侧之一上设置有四个发光组。各个发光组类似地构建。它们尤其是包含三种不同发射光谱的半导体芯片。相应的发光组的半导体芯片以相同的方式设置。在该例子中，涉及多芯片封装，如由Osram公司以名称Multitopled销售的多芯片封装。根据本发明的发光组当然并非仅限于这种多芯片封装，而是包括发射辐射的半导体器件的所有类型的设置。

在这种背光照明装置中，大部分相同或者类似的发光组以相同的取向设置在条状电路板上。于是由条状电路板组合成平面的背光照明。

在直角的格栅布置中，每个类似的发光组以相同的取向设置。在这样的情况下，发光组分别包括发射辐射的半导体器件，该半导体器件具有三种发射辐射的半导体芯片。在该实施例中，这分别是发射蓝光(B)的半导体芯片、发射绿光(G)的半导体芯片和发射红光(R)的半导体芯片32a、32b和32c。由于相邻发光组31a、31b分别具有相同的取向，并且发光组的各个半导体光源具有在辐射方向中的优选方向，所以在此只是有条件地引起半导体光源的单个光谱成分的均匀颜色混合。

根据该图，相邻的发光组31a、31b具有相同的取向。在该实施例中，从边缘侧沿着垂直的虚线只有发射红光的半导体器件2c、2d、2e相邻。由此，在这种背光照明装置的边缘处会引起不均匀的颜色效果。

本发明的任务在于，在背光照明装置或者发光设备中以低成本的方式和方法实现改进的颜色混合。

该任务通过根据权利要求1或者权利要求18所述的背光照明装置或者发光设备来解决。

根据本发明的背光照明装置如背光照明模块包括多个类似的发光组，其中每个发光组具有至少一个具有不同取向的相邻发光组。

根据本发明设计了将不同的半导体光源组合成类似的发光组。例如，其可以是RGB光源。发光组当然也可以包含其它不同的颜色。类似的发光组被设置为使得均匀地对面进行背光照明。优选地，发光组分别类似地构建。也就是说，每个发光组都包含相同布置的相同半导体光源。为了尤其是能够避免不均匀的颜色混合的边缘效应，同样设置的每个发光组拥有至少一个相邻的不同取向的发光组。

如果在两个发光组的中心之间的假想的路径与背光照明装置的任意第三发光组的包络线既不接触也不相交，则背光照明装置的两个发光组是相邻的。

如果在类似的相邻发光组的每个相应相同的半导体光源的中心之间的距离不同于相邻的发光组的中心之间的距离，则例如给出了发光组相对于另一发光组的不同取向。例如，不同的取向可以通过以下方式来实现：相邻的发光组关于其主辐射方向相互扭转。

根据本发明的背光照明装置的每个发光组具有多个相同设置的半导体光源。由此，背光照明装置由类似的发光组的设置而形成。半导体光源例如可以是半导体芯片、有机发光聚合体，单个LED或者OLED。

根据本发明的发光组也可以通过组合的多个LED形成共同的发光组。

根据一种优选的实施形式，半导体光源中的至少两个提供不同颜色或者颜色成分。

根据另一优选的实施形式，每个发光组都具有至少一个发射红光的半导体光源、至少一个发射绿光的半导体光源和至少一个发射蓝光的半导体光源。

在半导体芯片用作半导体光源的情况下，发光组可以是发射单个辐射的半导体器件，其中每个半导体器件都具有多个半导体芯片。尤其是，发光组可以是所谓“多芯片LED封装”。这些多芯片LED封装是LED器件，它们包括多种半导体芯片。这些半导体芯片可以具有不同的发射光谱，例如红(R)、绿(G)、蓝(B)。这种多芯片封装例如由OSRAM公司以商标名6-1ead Multitopleds进行销售。这种封装例如具有三个半导体芯片，这三个半导体芯片分别具有红光、绿光和蓝光发射光谱，并且具有六个电触点。

另一根据本发明的实施形式设计了：发光组设置在通常的格栅布置中。有规律的格栅布置在此使得均匀照亮整个面。

为了均匀的背光照明，本发明的另一有利的实施形式设计了：有规律的格栅布置包含组的平坦的格栅结构类型，该结构类型又包含六边形、菱形、矩形或者平行四边形。单个发光组于是分别位于相应格栅结构类型的角点上。

根据一种特别的变形方案，发光组设置在至少一个支承体上。此外，整个背光照明装置可以设置在共同的支承体上。然而，也可能的是单个或者多个发光组分别设置在单独的支承体上。

根据另一有利的实施形式，支承体条状地构建。因此，单个或者多个发光组可以设置在条状的支承体上。背光照明装置于是可以通过将这些条状支承体中的多个并排设置来形成。在此，例如相似结构的每两个相邻的条可以关于其发光组的主辐射方向相对于彼此扭转180°。相邻的条由此相对于彼此反向平行地取向。

本发明的另一有利的实施形式设计了：每个两个相邻的发光组关于假想的沿着其主辐射方向的轴线相对于彼此扭转预先给定的角度，尤其是90°的角度。如果该实施形式还设置于垂直角度的格栅中，则可以实现背光照明装置的每个发光组在其各自的行和列内分别具有两个不同取向的相邻发光组。由此减低了不均匀的颜色混合的边缘效应。

本发明的另一有利的实施形式设计了：两个相邻发光组分别关于假想的沿其主辐射方向的轴线相对于彼此扭转180°。该实施形式允许在同时改进颜色混合的情况下使背光照明装置的装配简单。

背光照明装置的另一有利的实施形式设计了：发光组列状地以相同的取向安装在条状支承体上，并且在构建背光照明装置时并排地设置发光组条，其中两个类似的相邻发光组条分别相对于彼此处于反向平行。

本发明的另一有利的实施形式设计了：发光组设置在支承体上，该支承体通过电路板形成。在此，所有常用的电路板都适合作为该电路板，但是尤其也可以是金属芯电路板，该电路板拥有良好的导热性。

背光照明装置的另一有利的实施形式设计了：背光照明装置的具有相同的发射光谱的半导体光源可以分别单独地触发。由此，在显示时(尤其是在将背光照明装置与平面显示屏相结合使用时)可以产生色调效果(Farbtoneffekte)。

背光照明装置的另一有利的实施形式设计了：相应发光组的半导体光源可以单独地触发，由此在单个半导体光源故障的情况下可以通过合适的电子再调节来减小或者避免不希望的不均匀的颜色效果。

根据本发明的发光设备具有如上所述的背光照明装置和光学元件。有利地，在根据本发明的发光设备中可以实现最优的颜色均匀性。

合乎目的地，光学元件相对于背光照明装置设置为由背光照明装置发射的光透射光学元件。

根据一种优选的变形方案，发光设备是显示装置。在这样的情况下，光学元件特别优选地具有提供信息的特性。尤其是，光学元件可以是LCD(液晶显示器)。

根据一种可选的变形方案，发光设备是照明设备。在这样的情况下，光学元件可以具有光混合的特性或者光定向的特性。

例如漫射器尤其适合于作为具有光混合的特性的光学元件。在此，漫射器的特征在于，其具有漫散射的光穿透面，该穿透面可以略微被粗糙化；或者具有漫散射的体区域(Volumenbereich)，该体区域例如被掺以散射颗粒。

此外，BE(增亮)膜尤其是棱镜膜可以用作具有光定向的特性的光学元件。BE膜例如可以具有线状设置的棱镜结构。这使得从下侧耦合输入进膜中的光部分地被透射，部分被反射。透射的部分限于比较小的张角。BE膜基本上为滤波器，该滤波器使在与主辐射方向所夹的窄的角中的光被透射而辐射的剩余部分被反射。

下面结合图1至5所阐述的实施例得到本发明的其它优点、优选的实施形式和改进方案。其中：

图1示出了根据本发明的第一背光照明装置的示意图，

图2示出了根据本发明的第二背光照明装置的实施形式，

图3示出了根据本发明的第三背光照明装置的另一实施形式，

图4示出了根据本发明的第四背光照明装置的另一实施形式，

图5示出了已描述的用于对平面进行背光照明的背光照明装置的示意图，

图6示出了根据本发明的发光设备的第一实施例的示意性截面视图，

图7示出了根据本发明的发光设备的第二实施例的示意性截面视图。

在这些实施例和附图中，相同的或者作用相同的元件分别标有相同的参考标记。

在附图中的背光照明装置的图本质上是示意性的。附图中的元件因此并不对应于真实的实际情况，而是被象征性地表示，以便能够更好地理解该装置的功能。

在根据图1的背光照明装置1中，没有出现或者仅仅出现干扰小的色边(Farbrand)。朝着边23的垂直虚线，在那里交替地分别是发射红光的半导体器件22c、发射绿光的半导体器件22b和发射蓝光的半导体器件22a。因此，交替的颜色序列实现每个两个相邻的类似构建的发光组21a、21b关于其主辐射方向相对于彼此转动180°地设置，其中所述发光组分别具有发射红光的半导体器件22c、发射绿光的半导体器件22b和发射蓝光的半导体器件22a。

图2示出了本发明的第二有利的实施形式的示意图。在该特定的实施形式中，发光组分别包含发生辐射的半导体器件，该半导体器件具有三个发射辐射的半导体光源。它们在该实施例中分别为发射蓝光的半导体芯片42a、发射绿光的半导体芯片42b和发射红光的半导体芯片42c。发光组被设置为使得矩形格栅设置的一列的发光组具有分别相同的取向。然而，相邻列的发光组41a、41b分别关于所设想的平行于主辐射方向的轴线相对于相邻列的发光组旋转180°地设置。也就是说，每个第二发光组列与其相邻列反向平行地设置。由此，改进了在整个面上的颜色均匀性。根据本发明的发光组自然并不限于这种多芯片封装，而是包括发射辐射的半导体器件的所有类型的布置。

锯齿状和虚线表示的背光照明装置1的边43指示，该根据本发明的实施形式并不限于十六个发光组的数量，而是视应用情况而能在任意方向上扩展另外的发光组。类似于在图1中所示的那样，在背光照明装置1的水平边上出现了半导体光源的交替的颜色序列。

图3示出了第三背光照明装置1。在该特定实施形式中，发光组分别包含发射辐射的半导体器件，该半导体器件具有三个发射辐射的半导体芯片。这在该实施例中分别是发射蓝光的半导体芯片52a、发射绿光的半导体芯片52b和发射红光的半导体芯片52c。相邻的发光组分别相对于彼此旋转90°。也就是说，一行和/或一列的四个相继的发光组51a、51b、51c、51d并不具有相同的取向。由此，背光照明装置1的边53上的颜色不均匀性和背光照明装置1的整个面上的颜色不均匀性被最小化。但是，根据本发明的实施形式并不只限于已描述的180°的角或者90°的角。该布置的变形方案必要时也可以采用关于发光组的辐射方向的任意旋转角。然而，优选的是，相继的发光组的旋转角度的变化是有规律的。在图3中所示的布置中，每个发光组都具有最多两个具有相同取向的相邻发光组。

锯齿状和虚线表示的背光照明装置1的边53指示，该实施形式并不限于十六个发光组的数量，而是视应用情况而能在任意方向上扩展另外的发光组。在背光照明装置1的水平和垂直边53上，类似于图1产生了半导体光源的交替的颜色序列。如对所有其它根据本发明的实施形式那样，对于该实施形式也适用的是，所使用的发光组并不限于多芯片封装。尤其是，发光组也可以由多个单个半导体光源(如LED)的组合而构造。此外，发光组并不仅限于三个成组的半导体光源的布置，而是其也可以包含任意数量的半导体光源。根据本发明的发光组的发射光谱并非仅限于红、绿和蓝颜色，而是更为确切地说还可以包括所有颜色。

在图4中示出了另一有利的实施形式。在该实施例中，发光组的取向基本上对应于图3中所示的实施例。发射蓝光的半导体芯片62a、发射绿光的半导体芯片62b和发射红光的半导体芯片62c在多芯片封装中组合成发光组61a、61b、61c。图3和4的背光照明装置1不同之处主要在于，背光照明装置1的两个相邻的列分别彼此垂直地偏移。由此，形成了具有以六边形格栅方式设置的发光组的背光照明装置1。这使得相对于类似的背光照明装置，在同时改进颜色均匀性的情况下能够实现更大的光密度。

对于图4的锯齿状和虚线表示的背光照明装置1的边63，在意义上适用例如对于图3的相应说明。

但是，根据本发明的背光照明装置并非仅限于六边形或者矩形的格栅，该背光照明装置也可以包括菱形或者平行四边形的格栅结构。格栅结构状设置的发光组主要理解为以下的设置：其中发光组处于有规律的格栅的格栅点上。

在本发明的另一实施形式中，半导体光源和/或单个发光组装置借助控制而分开地触发。通过这种控制例如可以通过调节亮度来提高在确定的显示区域中的对比度。此外，还可以通过改变具有相同发射光谱的各个半导体光源的亮度来改变背光照明装置发射的色调。在单个光源或者发光组故障情况的下，可以实现对由于故障而引起的发射变化进行校正。

图6中所示的发光设备1例如具有如结合图2所述的背光照明装置1和光学元件10。

背光照明装置1包括多个半导体光源42a和42b，这些半导体光源设置在支承体12上。支承体12例如可以是电路板。蓝色半导体光源42a和绿色半导体光源42b是发光组41b的组成部分。

发光组41b设置在支承体12上，使得发射的光透射光学元件10。

在所示的情况下，发光设备11是显示设备，其中为LCD的光学元件10具有提供信息的特性。

在第一基板13a和第二基板13b之间设置有液晶14，其中为了显示信息而将电场施加到液晶14上。

图7示出了具有背光照明装置1和光学元件10的发光设备11，其中发光设备11用作照明设备。光学元件10可以具有光混合或者光定向的特性。优选地，光学元件10是BE(增亮)膜，该膜具有合适的结构，例如棱镜阵列或者由反转的CPC(复合抛物面聚光器)构成的阵列。

本发明并非通过借助实施例的描述而受到限制。更确切地说，本发明包括任何新的特征以及特征的组合，特别是包含在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身未明确地在权利要求中或者实施例中被说明。

Claims (28)

1.一种背光照明装置(1)，具有多个类似的发光组，在该背光照明装置中每个发光组都具有至少一个具有不同取向的相邻的发光组。

2.根据权利要求1所述的背光照明装置(1)，其特征在于，每个发光组都具有多个相同布置的半导体光源。

3.根据权利要求2所述的背光照明装置(1)，其特征在于，半导体光源是半导体芯片。

4.根据权利要求3所述的背光照明装置，其特征在于，每个发光组都是发射辐射的半导体器件，所述半导体器件具有多个半导体芯片。

5.根据权利要求2所述的背光照明装置，其特征在于，半导体光源为发光二极管。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，所述半导体光源中的至少两个提供不同的颜色或者颜色成分。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，每个发光组都具有至少一个发射红光的半导体光源、至少一个发射绿光的半导体光源和至少一个发射蓝光的半导体光源。

8.根据权利要求6或者7所述的背光照明装置，其特征在于，不同颜色或者颜色成分的半导体光源能够被单独地触发。

9.根据上述权利要求中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，半导体光源能够被单独地触发。

10.根据上述权利要求中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，至少两个相邻的发光组分别关于沿着其主辐射方向的假想的轴线相对于彼此扭转90°。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，至少两个相邻的发光组分别关于沿着其主辐射方向的假想的轴线相对于彼此扭转180°。

12.根据上述权利要求中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，发光组以有规律的格栅布置方式来设置。

13.根据权利要求12所述的背光照明装置，其特征在于，格栅布置包含组的格栅结构，所述格栅结构又包含六边形、菱形、矩形或者平行四边形。

14.根据上述权利要求中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，发光组设置在至少一个支承体上。

15.根据权利要求14所述的背光照明装置，其特征在于，支承体条状地构造。

16.根据权利要求15所述的背光照明装置，其特征在于，以相同的取向，多个发光组安装在第一条状支承体上而其它发光组安装在与第一支承体相邻的第二条状支承体上，其中第一和第二支承体彼此反向平行地设置。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的背光照明装置，其特征在于，支承体为电路板。

18.一种发光设备，其具有根据权利要求1至17中任一项所述的背光照明装置和光学元件。

19.根据权利要求18所述的发光设备，其中由背光照明装置发射的光透射光学元件。

20.根据权利要求18或者19所述的发光设备，其中发光设备是显示装置。

21.根据权利要求20所述的发光设备，其中光学元件具有提供信息的特性。

22.根据权利要求20或者21所述的发光设备，其中光学元件为LCD。

23.根据权利要求18或者19所述的发光设备，其中发光设备为照明设备。

24.根据权利要求23所述的发光设备，其中光学元件具有光混合的特性。

25.根据权利要求24所述的发光设备，其中光学元件为漫射器。

26.根据权利要求23所述的发光设备，其中光学元件具有光定向的特性。

27.根据权利要求26所述的发光设备，其中光学元件为增亮膜。

28.根据权利要求27所述的发光设备，其中增亮膜是棱镜膜。

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