CN101140384A - 光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光源、尤其是针对投影系统的投影光源，该光源具有多个半导体芯片和具有不同的发射光谱的至少两个、优选地三个不同的、发射电磁辐射的芯片类型，其中每个半导体芯片具有通过其耦合输出辐射的芯片输出耦合面。此外，光源还具有多个初级光学元件，其中给每个半导体芯片分配了一个初级光学元件，该初级光学元件分别具有光输入端和光输出端，并且通过该初级光学元件降低了由半导体芯片在其工作时所发射的辐射的至少一部分的发散度。半导体芯片与初级光学元件一起被布置在至少两个在地方上互相分开的组中，以致这些组在半导体芯片工作时发出独立的光锥。借助次级光学系统将该组的独立的光锥重叠成共同的光锥。

Description

光源
本申请是申请日为2004年4月15日、申请号为200480011570.5(国际申请号为PCT/DE2004/000800)以及发明名称为“光源”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的光源。本发明尤其是涉及这样的光源，其中半导体芯片发射可见的电磁辐射。
背景技术
本专利申请要求德国专利申请10319274.3的优先权，对此通过回引来采纳该德国专利申请的公开内容。
大多数公知的光源具有白炽灯、弧光灯或高压灯。在这些灯工作时，相对较大部分的电能被转换成热量，这对于周围的构件或部件可能是成问题的。为了产生在CIE比色图表上的某个色度坐标(Farbort)的光，在这种情况下通常应用光学滤波器，以便最大可能地消除不期望的颜色分量。可是，由此降低了各个光源的效率。
可替换地，存在其中应用发光二极管(LED)的光源，这些发光二极管例如具有长寿命、快速响应以及相对高的电效率的优点。此外，还能够通过组合不同颜色的LED来产生某个色度坐标的混合色的光。在这种情况下，滤色镜不一定是必要的。
例如在US6,540,377中说明了一种用于LCD显示器的背面照明的光源，该光源具有不同发射光谱的LED。在该光源中，将发射红色、绿色以及蓝色的LED相互混合地布置在共同的平面上。在光源工作时，在共同的光锥中辐射这些LED的电磁辐射，并且借助散射体材料(Diffusormaterial)来混合这些LED的电磁辐射。
这样的光源的缺点在于，由LED的最大发射强度限制了由该光源每个立体角所辐射的光强度，由此限制了该光源的可应用性。此外，当期望均匀的光时，必须关心由不同的LED发射的电磁辐射的足够的混合。
发明内容
本发明的任务尤其是在于，研制一种基于发射可见的电磁辐射的半导体芯片的光源，该光源具有高的每个立体角所辐射的光强度，该光强度不由半导体芯片的最大发射强度来限制。本发明的任务也包括，在该光源中可以简单和有效地相互混合具有不同发射光谱的半导体芯片的电磁辐射。
通过具有权利要求1所述特征的光源来解决这些任务。
在从属权利要求2至35中说明了光源的有利的实施形式和优选的扩展方案。
根据本发明，在开头所述类型的光源中，半导体芯片与初级光学元件一起被布置在至少两个在地方上互相分开的组中，以致这些组在半导体芯片工作时发射出独立的光锥。借助次级光学系统，将该组的独立的光锥重叠成单个共同的光锥。
在这种情况下以及在以下，光锥分别指的是由光源的光透视的任意成型的容积，其中排除了以下的区域，在该区域中亮度比在距光源相同距离时的最大亮度小多于一个数量级。
通过重叠半导体芯片的不同组的独立的光锥，实现了不同半导体芯片的辐射的添加的混合。由此可在技术上简单地实现，具有不同发射光谱的半导体芯片的辐射的改善的混合。此外，还可以通过重叠独立的光锥与单个半导体芯片的最大光强度无关地来显著提高每个立体角所辐射的光强度。
在优选的实施形式中，借助次级光学系统将该组的独立的光锥重叠成具有最大可能统一的色度坐标的共同的光锥。在此，该共同的光锥的色度坐标特别有利地位于CIE比色图表的白色区域中。
在其它的有利的实施形式中，该组中的至少一组具有只有一种芯片类型(Chipsorte)的半导体芯片。
附加地或可替换地，一种芯片类型的半导体芯片分别只被包含在该组中的一组中。当期望辐射具有统一色度坐标的、最大可能均匀的光线时，这是特别有利的。
在优选的实施形式中，多个半导体芯片具有第一、第二和第三芯片类型，这样来选出这些芯片类型的发射光谱，使得通过重叠由不同芯片类型的半导体芯片所发射的辐射能够产生白色的光。
第一芯片类型在这种情况下特别优选地发射绿色的辐射，第二芯片类型发射红色的辐射而第三芯片类型发射蓝色的辐射，也就是说，一种芯片类型的半导体芯片的各自的发射光谱具有其波长首先位于绿色、红色或蓝色区域中的辐射。
第一芯片类型的半导体芯片有利地被布置在第一组中，而第二和第三芯片类型的半导体芯片被布置在第二组中，其中均匀混合地来布置第二组的不同芯片类型的半导体芯片。
可替换地，一种芯片类型的半导体芯片有利地分别被布置在自己的组中，而这些组在地方上互相分开地被布置，也就是不重叠地被布置。
借助其重叠独立的光锥的次级光学系统优选地具有至少一个选择性反射的单元。该单元针对至少一个独立的光锥的辐射是透射的，而针对另一个独立的光锥的辐射是反射的。借助该选择性反射的单元来重叠至少两个独立的光锥。
选择性反射的单元特别优选地含有二向色性的层系统。
在有利的实施形式中，次级光学系统具有至少一个基于至少一个选择性反射的单元的共同遮光立方体(Zusammenblendwuerfel)。共同遮光立方体具有光锥分别射入其中的至少两个光输入端。入射到该共同遮光立方体中的光锥借助选择性反射的单元在该共同遮光立方体的内部进行重叠，并且共同从共同遮光立方体的光输出端中发射。射入的光锥可以分别是最初的、直接来源于半导体芯片组的独立的光锥或是其中已经重叠了多个这种独立的光锥的光锥。
独立的光锥的顶角的大小特别有利地在0°到60°之间、优选地在0°到40°之间、特别优选地在0°到20°之间，其中分别将边界包括在内。如上所述，表达“光锥”在这点上不涉及数学意义上的锥的形状，并可以因此具有多于一个的顶角。如果是这种情况，则上面的陈述涉及最大的顶角。
由于独立的光锥的发散度通过初级光学元件被限制到这样的程度上，所以能够达到光源的较高的光密度或每个立体角所幅射的光强度。
尤其是为了实现由初级光学元件所发射的光锥的这样小的顶角，初级光学元件的光输出端特别有利地具有其大小小于或等于两倍芯片输出耦合面的光输入面或光输入孔。该光输入面或光输入孔的大小特别优选地是如芯片输出耦合面的最多1.5倍那样大、尤其是如芯片输出耦合面的最多1.1倍或1.05倍那样大。
该光输入面或光输入孔的大小优选地大于或基本上不小于芯片输出耦合面。
初级光学元件的如此获得的光输入端不仅适用于强烈降低光锥的发散度，而且也实现了初级光学元件的显著的微型化，并且因此实现了制造具有高发射的光密度的紧凑光源。
优选地，至少部分地这样来布置至少一组的初级光学元件，使得紧密地封装该初级光学元件的光输出端。该初级光学元件优选地无空隙地互相连接。由此能够达到独立的光锥的较高的光密度和较好的均匀性，以及因此也达到共同的光锥的较高的光密度和较好的均匀性。
在有利的实施形式中，整个组的半导体芯片基本上被布置在共同的平面中。这可以有利的方式来明显简化半导体芯片的装配。
有利地，将半导体芯片与初级光学元件一起至少部分地或至少在子群中以矩阵方式、也就是有规则地以行和列来布置。
在光源的优选的实施形式中，初级光学元件分别是光学的聚光器，该聚光器这样面向光源来布置，使得从现在起该聚光器的真正的聚光器输出端是光输入端。与聚光器的通用的用途相比较(上面应用的概念“真正的”  聚光器输出端涉及该用途)，半导体芯片的光当前在相反的方向上穿过聚光器行进。该光因此不被集中，而是通过从现在起被用作光输出端的真正的光输入端以降低的发散度来离开该聚光器。“真正的”再度涉及实际用作聚光器。
聚光器特别优选地是CPC-、CEC-、或CHC-型的聚光器，其在这种情况下以及在以下指的是以下聚光器，该聚光器的进行反射的侧壁至少部分地和/或至少最大可能地具有复合抛物形聚光器(compoundparabolic concentrator，CPC)的形状、复合椭圆形聚光器(compoundelliptic concentrator，CEC)的形状和/或复合双曲线形聚光器(compound hyperbolic concentrator，CHC)的形状。这样构成的初级光学元件实现了，有效地降低光的发散度，由此能够放大每个立体角所辐射的光强度。
作为对CPC-、CEC-或CHC-型的聚光器的替代方案，聚光器优选地具有将光输入端与光输出端相连接的侧壁，在光输入端和光输出端之间的直接的连接线沿该侧壁基本上直线地分布。代替抛物形的、椭圆形的或双曲线形的弯曲的侧壁，该侧壁有利地具有基本上直线分布的侧壁，以致该初级光学元件例如具有截锥体或平截头圆锥体的基本形式。
在光输入端侧上的区域中，聚光器优选地具有规则的多角形的横截面，特别优选地具有正方形的横截面。在光输出端侧上的区域中，该聚光器优选地同样具有规则的多角形的横截面，特别优选地具有三角形、四角形、六角形或八角形的横截面。在这些区域之间，横截面从一种形状过渡到另一种形状。聚光器的光输入端因此能够与半导体芯片的通常的形状相匹配，而光输出端能够例如这样来构成，使得多个初级光学元件的光输出端有规则地相互和无空隙地来布置。这样的初级光学元件的应用实现了，以相对大的距离来互相布置半导体芯片，而由该装置辐射的光锥无须显得被有空隙地照明。通过半导体芯片之间的距离能够较好地排出由其产生的热量。
在有利的实施形式中，聚光器具有限定空腔的基体，该基体的内壁针对由所分配的半导体芯片发射出的光是反射的，和/或该基体的内壁基本上装备有层或层序列、优选地装备有金属层，该金属层针对由所分配的半导体芯片发射出的光是反射的。
可替换地，聚光器有利地是介电的聚光器，该介电的聚光器的基体是由具有合适的折射率的介电材料制成的实心体，以致通过光输入端所耦合输入的光在该实心体中通过在实心体的将光输入端与光输出端相连接的侧向界面上的全反射来向周围的介质反射。这具有以下的优点，即由于聚光器中的反射最大可能地不存在光损失。
介电的聚光器特别有利地具有透镜状隆起的界面作为光输出端，该界面例如可以是球形或非球形隆起的。由此可以达到进一步降低光锥的发散度。光输出端优选地以非球形透镜的方式隆起，由此约可以考虑芯片输出耦合面的大小。球形透镜针对点状的光源是最佳的，并且在非点状的光源中在降低光锥的发散度方面可以具有显著更差的特性。
在其它的实施形式中，介电的聚光器有利地至少部分地装备有层或层序列、优选地装备有金属层，该金属层针对由各自的半导体芯片所发射出的光是反射的。当在聚光器的材料中纳入了半导体芯片，以便防止在聚光器的第一部分中未满足全反射条件的辐射侧向地从该聚光器中耦合输出时，这可例如是有利的。
聚光器在半导体芯片的主辐射方向上优选地被布置在半导体芯片的后面，并且在芯片输出耦合面和聚光器的光输入端之间存在缝隙。该缝隙有利地最大可能地不是固体的或粘滞的材料。
由此实现了，尤其是以相对于半导体芯片的主辐射方向的特别大的角度来发射并可能过于强烈地扩开独立的光锥的辐射不射到光输入端上，而是侧向地在该光输入端上经过，以及完全不被耦合输入到聚光器中。在介电的聚光器的情况下，缝隙导致了，辐射的到光输入端上的入射角越大，这些辐射中的越大的分量则在光输入端的界面上被反射。因此分别削弱了到达聚光器中的光的高发散的分量。
尤其是在这点上，当给初级光学元件分配了一个或多个反射器元件时，是特别有利的，这些反射器元件被这样布置和/或有这种形状，使得未直接从半导体芯片到达聚光器中的一部分光束在这些反射器元件上被多次反射，并且以相对半导体芯片的主辐射方向的更小的角度将这些光束转向聚光器的光输入端上。这导致到达聚光器中的光的强度的提高。
聚光器的基体适宜地由透明的玻璃、透明的晶体或透明的塑料制成。在后者的情况下，聚光器优选地以挤压法和/或压铸法来制造。
特别优选地，基体的材料相对于由半导体芯片发射出的辐射、尤其是相对于来自蓝色或UV光谱范围的电磁辐射是稳定的。该材料为此例如具有硅酮或由该硅酮制成。
在有利的实施形式中，半导体芯片是发射电磁辐射的二极管，优选地是具有至少近似朗伯的辐射特性的、发射电磁辐射的二极管，特别优选地是薄膜发光二极管芯片。
薄膜发光二极管芯片尤其是以下列特性化特征出众：
-进行反射的层被安放或被构造在产生辐射的外延层序列的、朝向载体元件的第一主面上，该进行反射的层将在外延层序列中产生的电磁辐射的至少一部分反射回该外延层序列中；
-外延层序列具有在20μm或更少的范围中的厚度，尤其是具有在10μm的范围中的厚度；和
-外延层序列含有至少一个具有至少一个面的半导体层，该半导体层具有混合结构，该混合结构在理想情况下在外延的外延层序列中导致了光的近似各态历经的分布，也就是该混合结构具有尽可能各态历经的随机的散射特性。
例如在I.Schnitzer等的Appl.Phys.Lett.63(16)(1993年10月18日，第2174-2176页)中，说明了薄膜发光二极管芯片的基本原理，就这点而言对此通过回引采纳其公开内容。
薄膜发光二极管芯片以良好的近似是朗伯的表面辐射器，并且因而特别好地适于应用在定向光源中。
在光源的优选的实施形式中，半导体芯片被布置在每一个载体上，在该每一个载体上该半导体芯片分别由框架所包围。初级光学元件被安放在该框架上或在该框架中。该初级光学元件由该框架支承，和/或通过该框架相对于芯片输出耦合面来调准。
有利地将载体的至少多个部分或一个部分和/或分别将载体和框架相互构造成一体。
在光源的其它的实施形式中，框架的内面和/或载体的朝向半导体芯片的辐射方向的表面的外露面针对由各自的半导体芯片发射出的辐射是反射的。附加地或可替换地，这些面至少部分地装备有层或层序列、优选地装备有金属层，该金属层针对由各自的半导体芯片发射出的辐射是反射的。
特别有利地将多个初级光学元件相互构造成一体。这可以明显地既简化初级光学元件的制造，又简化这些初级光学元件在光源中的装配，这例如可导致更低的制造成本。
附图说明
从以下结合图1至7阐述的实施例中，得出了光源的其它的优点、优选的实施形式和扩展方案。其中：
图1示出了根据本发明的光源的通过半导体芯片与初级光学元件的截面的示意图，
图2示出了装置的示意性透视图，该装置具有根据本发明的其它光源的半导体芯片和初级光学元件，
图3a示出了装置的示意性透视图，该装置具有根据本发明的再一个其它光源的半导体芯片和初级光学元件，
图3b示出了通过装置的截面的示意性透视图，该装置具有来自图3a的半导体芯片和初级光学元件，给该装置附加地分配了一个框架，
图4a至4c示出了光源的第一、第二和第三实施例的俯视图的示意图，
图5a和5b示出了光源的第四和第五实施例的俯视图的示意图，
图6示出了初级光学元件的其它实施例的示意性的三维视图，和
图7示出了相互构造成一体的初级光学元件的实施例的示意性三维视图。
在该实施例和附图中，相同的或相同作用的组成部分分别配备了相同的参考符号。
具体实施方式
在图1中示出的具有半导体芯片3和初级光学元件5的装置(以下简称为芯片初级光学元件2)中，半导体芯片3被安放在第一载体12上。初级光学元件5在该半导体芯片3的主辐射方向上被布置在半导体芯片3的后面。第一载体12被再度安放在第二载体15上，该第二载体15用作针对由半导体芯片3在其工作时产生的热量的散热片。
第一载体12例如是印刷电路板(PCB)，该印刷电路板的可能的结构和可能的材料对于本领域技术人员是公知的，并且因此在此处不进行详述。第二载体15例如由铜制成。
半导体芯片3例如是可以如在概述部分中说明的那样获得的薄膜发光二极管芯片。此外，外延层序列可以基于体系InxAlyGa1-x-yN或InxGayAl1-x-yP(其中0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1)的至少一种材料。该半导体芯片3具有直接连接到初级光学元件5的光输入端17上的芯片输出耦合面4。
初级光学元件5是三维的、CPC型的聚光器，该聚光器的光输入端17和光输出端18是圆形的。光通过光输入端17以可见的电磁辐射的形式从半导体芯片3出发射入初级光学元件5中。在将光输入端17与光输出端18相连接的壁上这样来反射该辐射，使得明显降低光的发散度(由线16来表示)。从光输出端18中辐射的光锥例如具有低于20°、例如约9°的顶角，而半导体芯片近似地具有朗伯的辐射特性。
初级光学元件5的基体像空心体那样起作用，该空心体的内壁装备有针对由半导体芯片发射出的光线进行反射的材料。这可以例如是约由Al制成的金属层。基体基本上由其制造的材料可以是诸如聚碳酸酯的塑料，例如基体可以借助压铸由这种塑料制成。
如在图2中示出的那样，半导体芯片3可以附加地由框架13来包围，初级光学元件5通过该框架13来支承和/或可以相对于半导体芯片3来调准。框架例如部分地用灌注材料来填充。
在图2中示出的具有半导体芯片3和初级光学元件5的装置中，区别于根据图1所阐述的实例，CPC型的聚光器垂直于该聚光器的主辐射方向具有正方形的横截面，以致尤其是该聚光器的(未示出的)光输入端和光输出端18也是正方形的。初级光学元件5的形状因此与半导体芯片3的芯片输出耦合面的形状相匹配。此外，这还尤其是具有以下的优点，即多个这样的元件2的光输出端能够无空隙地被布置在任意大的面中。
在根据图3a和3b的装置中，初级光学元件5是介电的CPC型的聚光器，该聚光器的基体例如由透明的塑料、例如聚碳酸脂制成。
光输入端17具有正方形的形状，而光输出端18具有规则的八角形的形状(分别在俯视图中在初级光学元件5旁的右方示出)。其间，初级光学元件5的横截面形状从正方形过渡到八角形的形状。
在半导体芯片3的芯片输出耦合面4和光输入端17之间存在气隙19。由此，根据上面在说明书的概述部分中已经阐述的作用方式，削弱了到达初级光学元件5中的光的高发散的分量。
在图3b中，对图3a补充地示出了芯片初级光学元件2的框架13。该框架13的内壁20以及第一载体12的正面被构造为反射的，以致未直接到达初级光学元件5中的辐射的至少一部分这样在该内壁20以及正面上多次进行反射，使得然后以相对初级光学元件5的轴线的更小的角度将该辐射的至少一部分转向该初级光学元件5的光输入端17上。框架13在这种情况下可以与第一载体12构造成为一体，这当然不排除可能具有由不同材料制成的组成部分的由几部分组成的实施方案。
可替换地，半导体芯片3也可被嵌入初级光学元件5的材料中，或该半导体芯片3的芯片输出耦合面可以与光输入端17有物理接触。
初级光学元件5的基体的、将光输入端17与光输出端18相连接的侧面的至少一部分可以这样装备有进行反射的层(例如Al)，使得耦合输入到光输入端17中的、未满足在侧面上全反射的条件的光束仍然在该侧面上最大可能地被反射。尤其是在该侧面的与光输入端17相邻的并且因此离半导体芯片3最近的部分中，这可能是适宜的。
与图1至3b中示出的初级光学元件不同，图6中示出的初级光学元件5具有以直线来从光输入端17延伸到光输出端18的侧壁。初级光学元件5是具有平截头圆锥体状的基本形式的介电的聚光器，其中，光输出端18不是平的，而是以非球形透镜的方式向外隆起的。与球形的隆起相比较，该隆起例如随着离初级光学元件的光轴的距离的增加而减小，以便考虑到以下的境况，即应通过初级光学元件来降低其发散度的光锥不是点状的光源而是具有某种延伸(Ausdehnung)的光源。
与图1至3b中示出的初级光学元件5相比较，如图6中示出的初级光学元件具有以下的优点，即在同时明显减小初级光学元件5的结构高度时，利用该初级光学元件可以实现可比较地降低光锥的发散度。图6中示出的初级光学元件的其它的优点是，该初级光学元件由于其直的侧面可以更简单地借助诸如压铸或挤压的喷涂法来制造。
光输入端例如具有光输入面，该光输入面大致与要与初级光学元件一起应用的半导体芯片的芯片输出耦合面一样大。由此可以达到特别好地充分利用初级光学元件的降低发散度的特性。光输入面特别优选地是像芯片输出耦合面的最大1.5倍那样大。
也可能例如与半导体芯片一起应用初级光学元件，该半导体芯片的芯片输出耦合面大于光输入面，可是在所发射的光强度和光密度方面这可能导致稍微更低的效率。在实例中，模拟已得出，针对于稍微更大的芯片输出耦合面的情况比在稍微小于光输入面的芯片输出耦合面时可能辐射约10％更少的光强度到15°的立体角中。
尤其是借助喷涂法可能将多个初级光学元件相互构造成一体，如在图7中作为实例示出的那样。在该实施例中，初级光学元件5通过载体板50来互相连接，其中该载体板被布置在光输出端18附近，以致初级光学元件5的截锥体状的部分从载体板50的一侧出发，并且在另一侧上被构造成透镜状的元件，这些元件的外面分别形成了初级光学元件5的光输出端18。
替代于针对初级光学元件5的根据图6和7阐述的实施例，代替截锥体状的基本形式，这些初级光学元件5也可以例如具有平截头圆锥体状的基本形式或具有矩形的横截面的基本形式。同样可以设想，图6和7中的初级光学元件的正方形的横截面朝光输出端18过渡到具有多于4个角的横截面形状中，类似于以上根据图3a和3b已说明的实施例。
此外还可能这样来构成初级光学元件，使得在不同的、平行于初级光学元件的主辐射方向分布的平面上不同强度地降低电磁辐射的发散度。例如在平面中所发射的光锥的顶角的大小大约是7°，而在垂直于该平面的平面(沿主辐射线的截面)上，该顶角的大小大约是10°。
同样可能的是，用于进一步降低光锥的发散度的CPC-、CEC-或CHC型的介电的聚光器同样地具有透镜状隆起的光输出端。作为对介电的聚光器的替代方案，聚光器也可以由具有进行反射的内壁的空心体组成，在该空心体的光输出端的后面在聚光器的辐射方向上布置了透镜。该透镜例如被装配到光输出端上。
在图4a中示出的光源的实施例中，在三个在地方上互相分开的组101、102、103中布置了多个芯片初级光学元件2。
芯片初级光学元件2例如可以根据一个或多个上面结合图1至3b说明的实例来获得。
该芯片初级光学元件2以矩阵方式被布置在每个组101、102、103中，并且初级光学元件5的光输出端最大可能地无空隙地互相连接。以这种方式可以发射最大可能均匀的光锥，尽管在半导体芯片之间可能有相对大的距离，这关于排出由半导体芯片在其工作时产生的热量是有利的。
组101、102、103中的每一组分别具有只有一种芯片类型的半导体芯片。第一组101发射绿色光，第二组102发射红色光而第三组103发射蓝色光，如分别通过字母G、R或B来象征的那样。由组101、102、103中的每一组分别发射独立的光锥，如通过箭头201、202、203分别表示的那样。
借助两个选择性反射单元的31、32将独立的光锥201、202、203重叠成共同的光锥211。在此，首先借助第一选择性反射的单元31将第二独立的光锥202置入第一独立的光锥201的光程中。第一选择性反射的单元31针对第一独立的光锥201的绿色光是透射的，而针对第二独立的光锥202的红色光是反射的，以致两个独立的光锥被重叠成中间光锥210。
类似地，借助第二选择性反射的单元32，将第三独立的光锥203与中间光锥210重叠成共同的光锥211。在此，第二选择性反射的单元32可以要么针对中间光锥210的光是透射的而针对第三独立的光锥103的光是反射的，要么相反地针对中间光锥210的光是反射的而针对第三独立的光锥103的光是透射的，以致，针对光源1，两个不同的光输出是可能的。
在共同的光锥211中辐射最大可能均匀的光，该光具有在CIE比色图表中的最大可能统一的色度坐标。在此，通过由组分别发射的光强度，也就是通过被施加在不同组101、102、103的半导体芯片上的工作电压的大小可控制色度坐标。尤其是能够如此产生白色的光，可是也同样能够产生每一种任意另外的混合色，该混合色由三个独立光锥201、202、203的光的颜色组成。
选择性反射的单元31、32例如是二向色性的层系统，也就是基本上反射一部分光谱而在剩余的光谱范围中最大可能透射的选择性反射的单元。该选择性反射的单元31、32具有多个不同的高折射和低折射的材料的层，这些层例如可以借助溅射被安放到薄膜衬底上。
选择性反射的单元分别被集成在共同遮光立方体61、62中，其中，第一共同遮光立方体61的光输出端被直接连接到第二共同遮光立方体62的光输入端上。除了选择性反射的单元之外，该共同遮光立方体可以由合适的、透光的材料(例如像聚碳酸酯那样的透明的塑料)制成。可替换地，也可以省略共同遮光立方体，以致次级光学系统基本上由选择性反射的单元和必要时所属的载体系统组成。
与根据图4a说明的实施例不同，图4b中示出的光源具有带有三个光输入端和一个光输出端的共同遮光立方体，两个选择性反射的单元31、32被集成到该共同遮光立方体中。按照与上面所阐述的相同的技术原理，借助选择性反射的单元31、32来重叠独立的光锥201、202、203。
在图4c中示出的光源中，与前述实施例不同，所有芯片初级光学元件2被布置在共同的平面中、例如在共同的载体(未示出)上。由此可以明显简化这些芯片初级光学元件2的装配。在这种情况下借助镜面、例如金属镜面将第一独立的光锥201置入所期望的光程中。第一选择性反射的单元31针对组101的绿色光是透射的而反射组102的红色光。第二选择性反射的单元32针对组101或102的绿色的和红色的光是透射的，而针对组102的蓝色光是反射的。
在图5a和5b中示出了光源，其中，芯片初级光学元件2被布置在总共两个在地方上互相分开的组101、102中。在此，第一组101只具有一种芯片类型的半导体芯片，该半导体芯片发射绿色光，通过字母G来象征。与此相反地，第二组102具有第二和第三芯片类型的半导体芯片，其中，第二芯片类型发射红色光而第三芯片类型发射蓝色光，通过字母组合R/B来象征。
互相均匀混合地来布置第二组102的不同芯片类型的半导体芯片，以致至少部分地在这些半导体芯片的独立的光锥102中已经混合了这些半导体芯片的辐射。
当应该由饱和的绿色、红色和蓝色光来产生成白色光时，绿色光必需约65％的整个光强度，红色光必需约28％的整个光强度以及蓝色光必需约7％的整个光强度。如果此外还考虑相应的不同颜色的发光二极管芯片的光强度的典型值，则必需多于50％的发射绿色的半导体芯片。
在图5a和5b中示出的光源中，不同芯片类型的半导体芯片的数量对应于该分布。据此，当半导体芯片例如全部大约以其最大的功率来驱动时，可以利用这些光源产生白色的光。在根据图4a至4c阐述的实施例中，当相应地匹配各个芯片类型的半导体芯片的数量时，这也可以是这种情况。
该光源尤其适用于投影系统，例如用于投影变化的图像，因为利用该光源比利用传统的光源例如可以更好地照明典型的矩形的或正方形横截面的角，在这些传统的光源中此外通常还有必要应用附加的遮光板。
本发明的借助实施例的以上的阐述不应被理解为将本发明限制于这些实施例上。当给初级光学元件分配了多个半导体芯片时，也大致符合本发明的本质。本发明也包括了光源具有至少一个聚光透镜的可能性，借助该聚光透镜降低了共同的光锥的发散度或一个或多个独立的光锥的发散度。本发明同样包括了，除了初级光学元件之外，其它的光学元件在辐射方向上被布置在每个半导体芯片的后面，例如用于降低由半导体芯片发射的辐射的发散度。还应注意，本发明的主要方面基于在相反的方向上应用聚光器，以便降低发光二极管芯片的辐射的发散度。
如上面提及的那样，该光源优选地适合于应用发出可见光的半导体芯片。可是原则上也可以设想应用发射红外光或者发射UV的半导体芯片。在这些情况下，借助荧光材料产生可见的辐射，于是借助选择性反射的单元将该辐射重叠成所期望的光锥。
替代选择性反射的单元，也可以将诸如棱镜的其它的设备用于重叠独立的光锥。
本发明此外还包括了实施例和权利要求的任何新的特征和特征的任何组合，即使在权利要求或实施例中未明确地说明这种组合。

Claims (32)

1.光源，其具有
-多个半导体芯片和具有不同发射光谱的至少两个不同的、发射电磁辐射的芯片类型，其中，每个半导体芯片具有通过其耦合输出辐射的芯片输出耦合面，和
-多个初级光学元件，其中，给每个半导体芯片分配一初级光学元件，该初级光学元件分别具有光输入端和光输出端，并且分别是光学聚光器，其中所述光输入端是真正的聚光器输出端，以致，与用于聚焦的聚光器的通用用途相比较，光在相反的方向上穿过该聚光器行进并且因此不是被集中，而是以降低的发散度穿过光输出端来离开所述聚光器，
其中，
-所述半导体芯片与所述初级光学元件一起被布置在至少两个在地方上互相分开的组中，以致所述组在所述半导体芯片工作时发出独立的光锥，
-借助次级光学系统将所述组的独立的光锥重叠成共同的光锥，
-所述初级光学元件分别是介电的聚光器，该聚光器的基体是由具有合适的折射率的介电材料制成的实心体，以致通过所述光输入端耦合输入的光在该实心体中通过在该实心体的将所述光输入端与所述光输出端相连接的侧向的界面上的全反射来向周围的介质进行反射，以及
-所述初级光学元件的光输出端分别是所述实心体的透镜状隆起的界面。
2.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
借助所述次级光学系统将所述组的独立的光锥重叠成具有共同的色度坐标的共同的光锥。
3.按权利要求2所述的光源，
其特征在于，
所述共同的光锥的色度坐标位于CIE比色图表的白色区域中。
4.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述组中的至少一组具有只有一种芯片类型的半导体芯片。
5.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
一种芯片类型的半导体芯片分别只被包含在一组中。
6.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
多个半导体芯片具有第一、第二和第三芯片类型，这些芯片类型的发射光谱使得通过重叠由不同芯片类型的半导体芯片所发射的辐射能够产生白色的光。
7.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述第一芯片类型发射绿色的辐射，所述第二芯片类型发射红色的辐射和所述第三芯片类型发射蓝色的辐射。
8.按权利要求6或7所述的光源，
其特征在于，
所述第一芯片类型的半导体芯片被布置在第一组中，而所述第二和第三芯片类型的半导体芯片被布置在第二组中，其中互相混合地布置所述第二组的不同芯片类型的半导体芯片。
9.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
分别在自己的组中布置一种芯片类型的半导体芯片。
10.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述次级光学系统具有至少一个选择性反射的单元，该选择性反射的单元针对至少一个独立的光锥的辐射是透射的，而针对一个其它的独立的光锥的辐射是反射的，并且借助该选择性反射的单元来重叠所述至少两个独立的光锥。
11.按权利要求10所述的光源，
其特征在于，
所述选择性反射的单元包含二向色性的层系统。
12.按权利要求10或11所述的光源，
其特征在于，
所述次级光学系统具有至少一个共同遮光立方体，该共同遮光立方体基于至少一个选择性反射的单元。
13.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述独立的光锥的顶角的大小在0°到60°之间，其中所述边界分别被包括在内。
14.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
至少部分地来布置至少一组的初级光学元件，以致该初级光学元件的光输出端被紧密地封装。
15.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
具有所述初级光学元件的半导体芯片被布置在共同的平面中。
16.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述半导体芯片与所述初级光学元件一起至少部分地或在子群中以矩阵方式来布置。
17.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述光输入端具有光输入面或光输入孔，该光输入面或光输入孔的大小小于或等于芯片输出耦合面的两倍。
18.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述光学聚光器是CPC-、CEC-、或CHC型的聚光器。
19.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述聚光器具有将所述光输入端与所述光输出端相连接的侧壁，该侧壁被构造，以致在所述光输入端与所述光输出端之间分布在所述侧壁上的直接的连接线直线地延伸。
20.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
在所述光输入端侧上的区域中，所述聚光器具有规则的多角形形状的横截面，并且在所述光输出端侧上的区域中，该聚光器同样具有规则的多角形形状的横截面。
21.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述光输出端是以非球形透镜的方式隆起的。
22.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述介电的聚光器至少部分地装备有层或层序列，该层或层序列针对由各自的半导体芯片发射出的光是反射的。
23.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述聚光器在所述半导体芯片的主辐射方向上被布置在该半导体芯片之后，并且在所述芯片输出耦合面和所述聚光器的光输入端之间存在缝隙。
24.按权利要求23所述的光源，
其特征在于，
在所述芯片输出耦合面与所述聚光器的光输入端之间存在气隙。
25.按权利要求23所述的光源，
其特征在于，
给每个半导体芯片分配了一个或多个反射器元件，所述反射器元件被布置和/或具有这种形状，以致未直接从所述半导体芯片到达聚光器中的光束的一部分在所述反射器元件上被多次反射，并且以相对该半导体芯片的主辐射方向更小的角度被转向该聚光器的光输入端上。
26.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述聚光器的基体由透明的玻璃、透明的晶体或透明的塑料制成。
27.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述半导体芯片是发射电磁辐射的二极管。
28.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
所述半导体芯片被布置在每一个载体上，在该每一个载体上，该半导体芯片分别由框架所包围，在该框架上或在该框架中安放了所述初级光学元件，并且由该框架支承该初级光学元件，和/或通过该框架相对于所述芯片输出耦合面来调准该初级光学元件。
29.按权利要求28所述的光源，
其特征在于，
将所述载体中的至少若干个和/或分别将所述载体和所述框架构造成为一体。
30.按权利要求28所述的光源，
其特征在于，
所述框架的内壁和/或所述载体的朝向所述半导体芯片的辐射方向的表面的外露面
-针对由所述各自的半导体芯片发射出的光是反射的，和/或
-至少部分地装备有层或层序列，该层或层序列针对由所述各自的半导体芯片发射出的光是反射的。
31.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
多个初级光学元件相互被构造成为一体。
32.按权利要求1所述的光源，
其特征在于，
在所述光输入端侧上的区域中，所述聚光器具有规则的多角形形状的横截面，并且在所述光输出端侧上的区域中，所述聚光器具有三角形的、六角形的或八角形的横截面。
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