CN107408613B - 光电子组件 - Google Patents

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Abstract

一种光电子组件(100)包括具有辐射发射面(210)的光电子半导体芯片(200);被设计成使从光电子半导体芯片(200)发射的电磁辐射在形成并非与辐射发射面(210)成90°的角度(520)的主要发射方向(510)上偏转的偏转元件(500);以及光学透镜(700),其光轴(710)形成并非与辐射发射面(210)呈90°的角度(720)。

Description

光电子组件
技术领域
本专利申请涉及光电子组件。
本专利申请要求对德国专利申请10 2015 100 329.5的优先权,藉此通过引用将其公开内容并入。
背景技术
已知用光学元件来装配光电子组件(例如,发光二极管组件)以用于射束成形和/或偏转。通过示例的方式,已知将光学透镜用于射束成形。通过示例的方式,已知将棱镜结构用于射束偏转。
发明内容
本发明的目的是提供一种光电子组件。该目的借助于光电子组件来实现。该光电子组件包括包含辐射发射面的光电子半导体芯片,其包括被配置用于使由光电子半导体芯片发射的电磁辐射在主要发射方向上偏转的偏转元件,所述主要发射方向关于所述辐射发射面形成偏离90°的角度,其中,偏转元件被配置为棱镜结构,并且包括光学透镜,其光轴形成关于辐射发射面偏离90°的角度,其中,在共同的光学元件上形成光学透镜和棱镜结构。下面详细说明各种发展。
一种光电子组件包括包含辐射发射面的光电子半导体芯片、被配置成使由光电子半导体芯片发射的电磁辐射在形成与辐射发射面偏离90°的角度的主要发射方向上偏转的偏转元件以及其光轴形成与辐射发射面偏离90°的角度的光学透镜。
所发射的电磁辐射在主要发射方向上的偏转(该偏转是由该光电子组件的偏转元件所引起的)使得可以利用该光电子组件来照亮以相对于光电子组件的光电子半导体芯片的辐射发射面偏离90°的角度布置(也就是说,位于光电子组件前方的斜方向上)的空间或面积区域。在这种情况下,光电子组件的光学透镜使得可以将由光电子半导体芯片发射的电磁辐射聚焦在要由光电子组件照亮的空间或面积区域的方向上。在这种情况下,可以利用该光电子组件的光学透镜来生成在成像平面中基本上对称的射束轮廓。
在光电子组件的一个实施例中,光学透镜被配置为会聚透镜。结果,光电子组件的光学透镜可以引起由光电子组件发射的电磁辐射的聚焦。
在光电子组件的一个实施例中,可以以非径向对称的方式来配置光学透镜。结果,实现的是光学透镜包括非径向对称的光学成像性质。
在光电子组件的一个实施例中,光学透镜在平行于辐射发射面的平面中包括椭圆形状。这有利地使得可以以相对于光电子组件的光电子半导体芯片的辐射发射面偏离90°的角度定向的光轴来配置光学透镜。
在光电子组件的一个实施例中,光学透镜的光轴和椭圆的长轴被布置在共同平面中。结果,可以有利地实现的是光学透镜包括相对于所述平面的镜面对称。
在光电子组件的一个实施例中,主要发射方向和光学透镜的光轴被布置在共同平面中。这使得可以确保由偏转元件在主要发射方向上偏转的电磁辐射的(由光学透镜引起的)射束成形仅引起射束轮廓的微小讹误。特别地,结果可以实现的是,通过光电子组件的偏转元件使射线束在主要发射方向上偏转,并且通过光电子组件的光学透镜使所述射线束成形成包括基本上径向对称的射束轮廓。
在光电子组件的一个实施例中,使主要发射方向和光轴以相对于垂直于辐射发射面的方向的相同方向倾斜。在这种情况下,可以使主要发射方向和光轴倾斜达相对于垂直于光电子半导体芯片的辐射发射面定向的方向的类似或相同的角度。有利地,光电子组件从而使得可以生成具有基本上径向对称的射束轮廓的指向主要发射方向上的射线束。
在光电子组件的一个实施例中,偏转元件被配置为棱镜结构。在这种情况下,该棱镜结构可以包括一个或多个单独的棱镜。被配置为棱镜结构的偏转元件有利地使得能够仅以较小的光学损失实现有效的射束偏转。
在光电子组件的一个实施例中,光学透镜和棱镜结构被形成在共同的光学元件上。这有利地导致仅具有少量的独立组件零件的光电子组件的特别简单的构造。这使得能够实现光电子组件的成本有效的生产和安装。
在光电子组件的一个实施例中,棱镜结构和光学透镜叠加在彼此之上。这可以通过将棱镜结构和光学透镜布置在光学元件的共同侧上来实现。有利地通过将光学元件的相对侧形成有基本上平面的表面而使得这样是可能的,其结果是,可以简化光学元件以及还有装配有该光学元件的光电子组件的处置和安装。
在光电子组件的一个实施例中,光学元件被配置为全内反射透镜。这使得可以以特别紧凑的外部尺寸来配置光电子组件。
在光电子组件的一个实施例中,棱镜结构和光学透镜形成在光学元件的相对侧上。这有利地使得可以在不同情况下以特别高的精度来制造棱镜结构和光学透镜。
在光电子组件的一个实施例中,偏转元件被配置为反射器。结果,可以有利地特别简单、成本有效且以高精度来制造偏转元件。
附图说明
本发明的上述性质、特征和优点以及实现它们的方式在与跟附图相关联地更详细地解释的示例性实施例的以下描述相关联的情况下将变得更加清楚且更清楚地理解。这里在不同情况下,在示意性图示中:
图1示出第一光电子组件的部分侧视图;
图2示出第一光电子组件的第一光学元件的透视图;
图3示出第一光学元件的平面图;
图4示出照射强度图;
图5示出第二光电子组件的部分侧视图;
图6示出第三光电子组件的部分侧视图;
图7示出第四光电子组件的部分侧视图;
图8示出第四光电子组件的第四光学元件的透视图。
具体实施方式
图1示出第一光电子组件100的示意性部分侧视图。第一光电子组件100被配置成发射电磁辐射,例如可见光或具有来自红外谱范围中的波长的光。第一光电子组件100可以例如是发光二极管组件零件(LED组件零件)。第一光电子组件100被配置成不在中心上——也就是说以斜方向——发射电磁辐射。
第一光电子组件100包括外壳110。外壳110可以包括例如塑料材料,尤其是例如环氧树脂。外壳110可以例如借助于模制方法(模方法)来生产。
第一光电子组件100的外壳110包括形成被配置为凹面镜的第一反射器300的腔体。第一反射器300可以包括旋转抛物面的形状、球形或某种其它形状。在这种情况下,以相对于对称轴旋转对称的方式(以径向对称的方式)配置第一反射器300。外壳110的形成第一反射器300的该壁是在光学上反射的。为了该目的,第一光电子组件100的外壳110可以包括例如白色材料。外壳110的形成第一反射器300的该壁还可以包括金属化,以便增加外壳110的形成第一反射器300的该壁的反射率。
在第一光电子组件100的外壳110的腔体(所述腔体形成第一反射器300)中布置光电子半导体芯片200。该光电子半导体芯片200包括垂直于第一反射器300的对称轴定向的辐射发射面210。光电子半导体芯片200被配置成在其辐射发射面210处发射电磁辐射,例如可见光或具有来自红外谱范围中的波长的光。光电子半导体芯片200可以是例如发光二极管芯片(LED芯片)。以围绕垂直于辐射发射面210定向的方向为中心的立体角发射在辐射发射面210处发射的电磁辐射。
提供第一光电子组件100的第一反射器300以用于收集由光电子半导体芯片200在辐射发射面210处发射的电磁辐射。为了该目的,光电子半导体芯片200被布置在外壳110的腔体(所述腔体形成第一反射器300)的底部区域处。通过第一反射器300将由光电子半导体芯片200发射的电磁辐射引导至第一反射器300的外部开口。
第一光电子组件100包括第一光学元件400。第一光学元件400被布置在第一反射器300的外部开口处并且覆盖第一反射器300的外部开口。第一光学元件400包括顶侧410和与顶侧410相对的底侧420。第一光学元件400的底侧420面向光电子组件200的辐射发射面210。
图2示出第一光学元件400的示意性且部分透明的透视图。图3示出第一光学元件400的顶侧410的示意性平面图。
第一光学元件400包括光学上透明的材料,例如玻璃或光学上透明的塑料。
在底侧420处,第一光电子组件100的第一光学元件400包括第一棱镜结构600。第一棱镜结构600是通过第一光学元件400在第一光学元件400的底侧420处的表面的锯齿形调制而形成的。在这种情况下,第一棱镜结构600包括多个棱镜,其各自具有锯齿形的横截面,所述棱镜平行于彼此定向。可以按照期望来选择第一棱镜结构600的单独棱镜的数目。第一棱镜结构600甚至可以包括仅单个棱镜。
在第一光学元件400的底侧420处的第一棱镜结构600是通过被提供用于将第一光学元件400固定在外壳110在第一反射器300上方的顶侧上的环形边缘来界定的。在这种情况下,以如下方式将第一光学元件400固定在外壳110上:第一光学元件400的底侧420上的第一棱镜结构600被布置在第一反射器300的开口上方并且面向光电子半导体芯片200的辐射发射面210。
第一光学元件400的底侧420上的第一棱镜结构600形成第一偏转元件500。第一偏转元件500被配置成使由光电子半导体芯片200发射的电磁辐射偏转并通过第一反射器300在主要发射方向510上将其引导至第一偏转元件500。主要发射方向510没有垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210定向,而是形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度520。
在第一光电子组件100的第一光学元件400的顶侧410上形成第一光学透镜700。从而在第一光学元件400的互相相对的侧410、420上连续地、整体地形成第一棱镜结构600和第一光学透镜700。第一光学透镜700被配置为凸会聚透镜,并且用来聚焦由第一偏转元件500偏转在主要发射方向510上的电磁辐射。
第一光学透镜700包括光轴710,所述光轴710没有垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210定向,而是形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度720。第一光学透镜700的光轴710和主要发射方向510被布置在共同平面中,并且以相同的方向相对于垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210的方向倾斜。这点可在图1和3中辨别出来。
以非径向对称的方式来配置第一光电子组件100的第一光学透镜700。在图3中的平面图中明显的是,在垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210的投影中并且还在平行于辐射发射面210的平面中的截面中的第一光学透镜700包括以椭圆730的形式的外轮廓。在这种情况下,所述椭圆730的长轴740与第一光学透镜700的光轴710布置在共同平面中。因此,椭圆730的长轴740也与第一光电子组件100的第一偏转元件500的主要发射方向510布置在共同平面中。
第一光电子组件100的光电子半导体芯片200的辐射发射面210处发射的电磁辐射在第一光电子组件100的第一反射器300的外部开口处撞击在第一光学元件400上并且穿过第一光学元件400。在这种情况下,通过第一光学元件400的第一偏转元件500使电磁辐射在主要发射方向510上偏转(所述第一偏转元件是通过第一棱镜结构600形成的),并且通过第一光学元件400的第一光学透镜710来使所述电磁辐射聚焦。
图4示出示意性照射强度900,其指示一面积中的照射强度,所述面积由第一光电子组件100照亮,并且平行于第一光电子组件100的光电子半导体芯片200的辐射发射面210定向,并且以从第一光电子组件100间隔开的方式布置在第一光电子组件100的第一光学元件400的顶侧410上方。第一空间方向910定向为平行于主要发射方向510到光电子半导体芯片200的辐射发射面210上的投影。第二空间方向902定向为垂直于第一空间方向901并且平行于光电子半导体芯片200的辐射发射面210。在照射强度900中示出的面积的中点910以垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210的方向布置在辐射发射面210的中点上方。
在照射强度900中示出被第一光电子组件100照亮的面积中的照射强度包括强度最大值920的照射强度,其相对于中点910在第一空间方向901上移位。因此,没有以围绕中点910为中心的方式配置在照射强度900中表示的面积通过第一光电子组件100的照亮。针对这点的原因在于,由第一光电子组件100在相对于强度最大值920倾斜的主要发射方向510上发射由光电子半导体芯片200发射的光。
在照射强度900中图示出被第一光电子组件100照亮的面积中的照射强度基本上围绕强度最大值920径向对称的其照射强度。这是凭借以下事实实现的:第一光学透镜700的光轴710形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度720,其中角度720与主要发射方向510关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210形成的角度520配合。光轴710的角度720和主要发射方向510的角度520可以包括类似的值。
下面参考图5到图8描述另外的光电子组件,所述另外的光电子组件在不同情况下包括与图1中的第一光电子组件100的极大对应性。在这种情况下,在图5到图8中,部分地利用与在图1到图3中相同的参考符号来提供对应的组件零件。下面基本上仅解释在图5到图8中图示出的光电子组件与图1中的第一光电子组件100之间的差异。对于其它部分,第一光电子组件100的上述描述也适用于在图5到图8中示出的光电子组件。
图5示出第二光电子组件101的示意性部分侧视图。第二光电子组件101包括外壳110,其与第一光电子组件100的外壳110类似地配置。外壳110的腔体形成第二反射器301,其与第一光电子组件100的第一反射器300类似地配置。在该腔体中布置包括辐射发射面210的光电子半导体芯片200,所述光电子半导体芯片200与第一光电子组件100的光电子半导体芯片200类似地配置。
作为第一光学元件400的替代,第二光电子组件101包括第二光学元件401。第二光学元件401包括背向光电子半导体芯片200的辐射发射面210的顶侧410以及面向光电子半导体芯片200的辐射发射面210的底侧410。
第二光学元件401包括第二棱镜结构601,其形成第二偏转元件501。第二偏转元件501被提供用于使由光电子半导体芯片200发射的电磁辐射在主要发射方向510上偏转,所述主要发射方向510形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度520。在第二组件101的情况下的主要发射方向510如与在第一光电子组件100的情况下那样定向。
此外,第二光学元件401包括包含光轴710的第二光学透镜701,所述光轴710形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度720。在第二光电子组件101的情况下的光轴710如在第一光电子组件100的情况下那样定向。
第二光电子组件101的第二光学元件401不同于第一光电子组件100的第一光学元件400之处在于,形成第二偏转元件501的第二棱镜结构601与第二光学透镜701二者都被布置在第一光学元件400的顶侧410上。在这种情况下,第二棱镜结构601和第二光学透镜701叠加在彼此之上。这意味着通过在第二光学元件401的顶侧410上形成的第二光学透镜701来使布置在第二光学元件401的顶侧410上的第二棱镜结构601变形。
以平面的方式配置面向光电子半导体芯片200的辐射发射面210的第二光学元件401的底侧420。然而,将形成第二偏转元件501的第二棱镜结构601以及第二光学透镜701二者形成在第二光学元件401的底侧420上同样将是可能的。在这种情况下,可以以平面的方式配置第二光学元件401的顶侧410。另一种可能性在于仅将第二光学透镜701布置在第二光学元件401的底侧420上,而将形成第二偏转元件501的第二棱镜结构601布置在第二光学元件401的顶侧410上。
在被第二光电子组件101照亮的面积中的照射强度对应于被第一光电子组件100照亮的面积中的照射强度,如在图4中的照射强度900中图示出的那样。
图6示出第三光电子组件102的示意性部分侧视图。第三光电子组件102包括包含腔体的外壳110,所述腔体形成第三反射器302。包括辐射发射面210的光电子半导体芯片200被布置在该腔体中。
第三光电子组件102的第三反射器302不同于第一光电子组件100的第一反射器300之处在于,第三反射器302没有相对于垂直于光电子半导体芯片200的辐射发射面210定向的对称轴旋转对称。替代地,第三反射器302是相对于垂直于辐射发射面210定向的轴以如下的方式不对称地配置的:第三反射器302引起由光电子半导体芯片200发射的电磁辐射在形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度520的主要发射方向510上的偏转。结果,第三光电子组件102的第三反射器302充当第三偏转元件502。
第三反射器302可以被配置为旋转抛物面或被配置有具有平行于主要发射方向510定向的对称轴的不同的旋转对称的形状。然而,第三反射器302还可以包括某其它形状。
第三光电子组件102包括第三光学元件402来代替第一光学元件400。第三光学元件402包括顶侧410和与顶侧410相对的底侧420。第三光学元件402的底侧420面向光电子半导体芯片200的辐射发射面210。
第三光学元件402不同于第一光学元件400之处在于,没有在第三光学元件402的底侧420上形成棱镜结构。这在第三光电子组件102中是不必要的,因为第三反射器302形成第三光电子组件102中的第三偏转元件502。
第三光学透镜702被布置在第三光学元件402的顶侧410上,所述第三光学透镜702与第一光电子组件100的光学元件400的第一光学透镜700同样地配置。
在被第三光电子组件102照亮的面积中的照射强度对应于被第一光电子组件100照亮的面积中的照射强度,如在图4中的照射强度900中图示出的那样。
图7示出第四光电子组件103的示意性部分侧视图。第四光电子组件103包括外壳110。外壳110包括卡口(cutout),其中布置包括辐射发射面210的光电子半导体芯片200。第四光电子组件103的光电子半导体芯片200与第一光电子组件100的光电子半导体芯片200同样地配置。
被配置为全内反射透镜800的第四光学元件403被布置在第一光电子组件100的外壳110的卡口中的光电子半导体芯片200的辐射发射面210上方。图8示出被配置为全内反射透镜800的第四光学元件403的简化的示意性透视图示。第四光学元件403包括光学上透明的材料,例如玻璃或光学上透明的塑料。第四光学元件403包括顶侧410和与顶侧410相对的底侧420。第四光学元件403的底侧420面向光电子半导体芯片200的辐射发射面210。
在第四光学元件403的顶侧410与底侧420之间延伸的第四光学元件403的侧表面形成第四反射器303。在第四光学元件403内传播的电磁辐射可以在形成第四反射器303的第四光学元件403的侧表面处经受全内反射。结果,第四反射器303在第四光学元件403的底侧420上收集由光电子半导体芯片200辐射到第四光学元件403中的电磁辐射。由第四反射器303收集的电磁辐射可以在第四光学元件403的顶侧410处从第四光学元件403合并。
环绕第四光学元件403的侧表面的介质——所述侧表面引起全内反射——包括比第四光学元件403更低的反射率,以便使得能够在形成第四反射器303的侧表面处实现全内反射。为了该目的,通过示例的方式,可以在第四光学元件403的侧表面与外壳110之间提供足够宽的气隙。
被配置为全内反射透镜800的第四光学元件403的侧表面——所述侧表面形成第四反射器303——可以至少分段地相对于垂直于辐射发射面210的对称轴径向对称。通过示例的方式,形成第四反射器303的第四光学元件403的侧表面可以被至少分段地配置为旋转抛物面。
第四光电子组件103的第四光学元件403的顶侧410与第二光电子组件101的第二光学元件401的顶侧410同样地配置。第四棱镜结构603因此被形成在第四光学元件403的顶侧410上,所述第四棱镜结构形成第四偏转元件503。此外,第四光学透镜703被形成在第四光学元件403的顶侧410上,所述第四光学透镜叠加在第四棱镜结构603之上。在图8中,出于清楚的目的,没有图示出叠加在第四棱镜结构603之上的第四光学透镜703。
形成第四偏转元件503的第四棱镜结构603与第二光电子组件101的第二光学元件401的第二棱镜结构601同样地配置,并且用来使由光电子半导体芯片200发射的电磁辐射在主要发射方向510上偏转,所述主要发射方向510形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度520。第四光学元件403的第四光学透镜703与第二光学元件401的第二光学透镜701同样地配置,并且包括形成关于光电子半导体芯片200的辐射发射面210偏离90°的角度720的光轴710。
第一光电子组件100、第二光电子组件101、第三光电子组件102和第四光电子组件103各自包括被配置成使由相应的光电子半导体芯片200发射的电磁辐射在主要发射方向510上偏转的偏转元件500、501、502、503。在第一光电子组件100、第二光电子组件101和第四光电子组件103的情况下,偏转元件500、501、503在各自的情况下通过棱镜结构600、601、603来形成。在第三光电子组件102的情况下,偏转元件502通过第三反射器302来形成。使光电子组件配置有以不同方试配置的偏转元件是可能的。通过示例的方式,可以通过其中光电子半导体芯片200的辐射发射面210没有平行于光电子组件的安装表面来定向的光电子半导体芯片200的布置来形成偏转元件。无论如何,光电子组件附加地包括光学透镜700、701、702、703,其光轴710形成关于辐射发射面210偏离90°的角度720。
已经基于优选示例性实施例更加详细地图示和描述了本发明。然而,本发明不受限于所公开的示例。相反,本领域技术人员可以从其中导出其它变型而不脱离本发明的保护范围。
参考符号列表
100 第一光电子组件
101 第二光电子组件
102 第三光电子组件
103 第四光电子组件
110 外壳
200 光电子半导体芯片
210 辐射发射面
300 第一反射器
301 第二反射器
302 第三反射器
303 第四反射器
400 第一光学元件
401 第二光学元件
402 第三光学元件
403 第四光学元件
410 顶侧
420 底侧
500 第一偏转元件
501 第二偏转元件
502 第三偏转元件
503 第四偏转元件
510 主要发射方向
520 角度
600 第一棱镜结构
601 第二棱镜结构
603 第四棱镜结构
700 第一光学透镜
701 第二光学透镜
702 第三光学透镜
703 第四光学透镜
710 光轴
720 角度
730 椭圆
740 长轴
800 全内反射透镜
900 照射强度
901 第一空间方向
902 第二空间方向
910 中点
920 强度最大值

Claims (12)

1.一种光电子组件(100,101,102,103),
其包括包含辐射发射面(210)的光电子半导体芯片(200),
其包括被配置用于使由所述光电子半导体芯片(200)发射的电磁辐射向主要发射方向(510)偏转的偏转元件(500,501,502,503),所述主要发射方向(510)关于所述辐射发射面(210)形成不同于90°的角度(520),其中,所述偏转元件(500,501,503)被配置为棱镜结构(600,601,603),
并且包括光学透镜(700,701,702,703),所述光学透镜的光轴(710)关于所述辐射发射面(210)形成不同于90°的角度(720),
其中,在共同的光学元件(400,401,403)上形成所述光学透镜(700,701,703)和所述棱镜结构(600,601,603)。
2.根据权利要求1所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,所述光学透镜(700,701,702,703)被配置为会聚透镜。
3.根据权利要求1所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,以非径向对称的方式配置所述光学透镜(700,701,702,703)。
4.根据权利要求3所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,所述光学透镜(700,701,702,703)在平行于所述辐射发射面(210)的平面中包括椭圆(730)的形状。
5.根据权利要求4所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,所述光学透镜(700,701,702,703)的光轴(710)和所述椭圆(730)的长轴(740)被布置在共同平面中。
6.根据权利要求1所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,所述主要发射方向(510)和所述光学透镜(700,701,702,703)的光轴(710)被布置在共同平面中。
7.根据权利要求6所述的光电子组件(100,101,102,103),
其中,所述主要发射方向(510)和所述光轴(710)相对于垂直于所述辐射发射面(210)的方向以相同的方向倾斜。
8.根据权利要求1所述的光电子组件(101,103),
其中,所述棱镜结构(601,603)和所述光学透镜(701,703)叠加在彼此之上。
9.根据权利要求8所述的光电子组件(103),
其中,所述光学元件(403)被配置为全内反射透镜(800)。
10.根据权利要求1所述的光电子组件(100),
其中,在所述光学元件(400)的相对的侧(410,420)上形成所述棱镜结构(600)和所述光学透镜(700)。
11.根据权利要求1所述的光电子组件(100),
其中,所述棱镜结构(600)被布置在所述光学元件(400)的面向所述辐射发射面(210)的一侧(420)上。
12.根据权利要求1所述的光电子组件(101,103),
其中,所述棱镜结构(601,603)被布置在所述光学元件(401,403)的背向所述辐射发射面(210)的一侧(410)上。
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