DE102012112511A1

DE102012112511A1 - Fresnel lens and optoelectronic semiconductor device

Info

Publication number: DE102012112511A1
Application number: DE102012112511.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Streppel
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-18
Also published as: WO2014095306A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform ist die Fresnel-Linse (1) für einen optoelektronischen Halbleiterchip (5) eingerichtet. In einem Querschnitt parallel zu einer optischen Achse (A) der Linse (1) gesehen, weist diese mindestens einen Fresnel-Zahn (21, 22) auf. Der zumindest eine Zahn (21, 22) weist eine der optischen Achse (A) zugewandte Vorderseite (25) und eine der optischen Achse (A) abgewandte Rückseite (28) auf. Die Rückseite (28) ist zu einer Totalreflexion von Strahlung (R) eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Einsatz der Linse (1). Es weist die Rückseite (28) zumindest zwei Reflexionsbereiche (31, 32) auf, die in Richtung längs der optischen Achse (A) aufeinander folgen. Die Reflexionsbereiche (31, 32) weisen voneinander verschiedene Hauptabstrahlrichtungen (41, 42) auf.In at least one embodiment, the Fresnel lens (1) is designed for an optoelectronic semiconductor chip (5). In a cross-section parallel to an optical axis (A) of the lens (1) seen, this has at least one Fresnel tooth (21, 22). The at least one tooth (21, 22) has a front side (25) facing the optical axis (A) and a rear side (28) facing away from the optical axis (A). The rear side (28) is set up for a total reflection of radiation (R) in the proper use of the lens (1). It has the rear side (28) at least two reflection regions (31, 32) which follow one another in the direction along the optical axis (A). The reflection regions (31, 32) have mutually different main emission directions (41, 42).

Description

Es wird eine Fresnel-Linse angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer solchen Fresnel-Linse angegeben.It is given a Fresnel lens. In addition, an optoelectronic semiconductor device is specified with such a Fresnel lens.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine effizient herstellbare Fresnel-Linse anzugeben. One problem to be solved is to specify an efficiently producible Fresnel lens.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Fresnel-Linse und durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved, inter alia, by a Fresnel lens and by an optoelectronic semiconductor component having the features of the independent patent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Fresnel-Linse dazu eingerichtet, einem optoelektronischen Halbleiterchip nachgeordnet zu werden. Laterale Abmessungen der Fresnel-Linse, im Folgenden auch kurz als Linse bezeichnet, liegen dann beispielsweise bei mindestens 1 mm oder mindestens 2 mm und/oder bei höchstens 12 mm oder höchstens 7 mm. Bevorzugt ist die Linse aus einem gegenüber ultravioletter Strahlung und/oder gegenüber blauem Licht widerstandsfähigen Material geformt, etwa aus einem Silikon oder einem Silikon-Epoxid-Hybrid-Material. In accordance with at least one embodiment, the Fresnel lens is configured to be arranged downstream of an optoelectronic semiconductor chip. Lateral dimensions of the Fresnel lens, hereinafter also referred to as lens for short, are then for example at least 1 mm or at least 2 mm and / or at most 12 mm or at most 7 mm. Preferably, the lens is molded from a material resistant to ultraviolet radiation and / or blue light, such as a silicone or a silicone-epoxy hybrid material.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Linse einen oder mehrere Fresnel-Zähne auf, im Folgenden auch kurz als Zahn oder Zähne bezeichnet. Die Zähne sind zu einer Strahlformung und zu einer Einstellung der Abstrahlcharakteristik der Linse eingerichtet.In accordance with at least one embodiment, the lens has one or more Fresnel teeth, hereinafter also referred to as tooth or teeth for short. The teeth are adapted for beam shaping and adjustment of the emission characteristic of the lens.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Linse eine optische Achse auf. Bei der optischen Achse kann es sich um eine Mittelachse und/oder um eine Symmetrieachse der Linse handeln. In accordance with at least one embodiment, the lens has an optical axis. The optical axis may be a central axis and / or an axis of symmetry of the lens.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zumindest eine Zahn eine Vorderseite auf, die der optischen Achse zugewandt ist. Es ist möglich, dass die Vorderseite eine einzige, zusammenhängende Fläche ist oder dass die Vorderseite aus mehreren Teilflächen zusammengesetzt ist. Ferner weist der mindestens eine Zahn wenigstens eine Rückseite auf, die der optischen Achse abgewandt ist und die sich weiter von der optischen Achse entfernt befindet als die Vorderseite. According to at least one embodiment, the at least one tooth has a front side, which faces the optical axis. It is possible that the front side is a single contiguous surface or that the front side is composed of several partial surfaces. Furthermore, the at least one tooth has at least one rear side which faces away from the optical axis and which is farther away from the optical axis than the front side.

Eine zahnförmige Geometrie der Fresnel-Zähne ist insbesondere in einem Querschnitt parallel zu der optischen Achse erkennbar. Der Querschnitt verläuft bevorzugt durch die optische Achse hindurch. Eine Breite der Zähne, im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von einer Lichtaustrittsseite der Linse, nimmt bevorzugt monoton oder streng monoton ab. A tooth-shaped geometry of the Fresnel teeth can be seen in particular in a cross-section parallel to the optical axis. The cross section preferably passes through the optical axis. A width of the teeth, seen in cross section and in the direction away from a light exit side of the lens, preferably decreases monotonically or strictly monotonically.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Rückseite des zumindest einen Zahns oder sind die Rückseiten aller Zähne zu einer Totalreflexion von Strahlung eingerichtet. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Linse wird an der mindestens einen Rückseite des Zahns eine von der Linse zu formende Strahlung bevorzugt total reflektiert, teilweise, vollständig oder überwiegend. Dies gilt insbesondere für Strahlung aus einem Durchstoßpunkt einer optischen Achse mit einer Strahlungshauptseite eines der Linse zugeordneten Halbleiterchips, nicht aus dem Durchstoßpunkt emittierte Strahlung kann wenigstens zum Teil an der Rückseite transmittiert werden. Eine Strahlformung durch Refraktion an den Zähnen findet bevorzugt nicht statt oder ist vernachlässigbar. Ferner bevorzugt sind die Rückseiten der Zähne frei von einer reflektierenden Beschichtung wie einer metallischen Spiegelschicht oder einem Bragg-Spiegel. In accordance with at least one embodiment, the rear side of the at least one tooth or the rear sides of all the teeth are set up for a total reflection of radiation. That is, in the proper use of the lens is at the at least one back of the tooth, a radiation to be formed by the lens preferably totally reflected, partially, completely or predominantly. This applies in particular to radiation from a piercing point of an optical axis with a main radiation side of a semiconductor chip assigned to the lens, radiation not emitted from the piercing point can be transmitted at least partially to the rear side. Beam shaping by refraction on the teeth preferably does not take place or is negligible. Further preferably, the backs of the teeth are free of a reflective coating such as a metallic mirror layer or a Bragg mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Rückseite zwei oder mehr als zwei Reflexionsbereiche auf. Die Reflexionsbereiche folgen in Richtung längs der optischen Achse mittelbar oder unmittelbar aufeinander. Das heißt, die Reflexionsbereiche können direkt aneinander grenzen und/oder ineinander übergehen. Bevorzugt weisen die Reflexionsbereiche voneinander verschiedene mittlere Steigungen auf. In accordance with at least one embodiment, the rear side has two or more than two reflection regions. The reflection areas follow one another directly or indirectly in the direction along the optical axis. That is, the reflection areas can directly adjoin one another and / or merge into one another. The reflection regions preferably have mutually different average slopes.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Reflexionsbereiche im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Linse voneinander verschiedene Hauptabstrahlrichtungen auf. Mit anderen Worten wird von einem der Reflexionsbereiche Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung gelenkt und von einem weiteren Reflexionsbereich Strahlung in eine hiervon verschiedene Hauptabstrahlrichtung. Insbesondere sind die Reflexionsbereiche dazu eingerichtet, im optischen Fernfeld verschiedene Bereiche auszuleuchten. In accordance with at least one embodiment, the reflection regions have different main emission directions when the lens is used as intended. In other words, radiation is directed from one of the reflection regions into a main emission direction and from a further reflection region radiation is directed into a different main emission direction. In particular, the reflection areas are set up to illuminate different areas in the far-field optical field.

In mindestens einer Ausführungsform ist die Fresnel-Linse für einen optoelektronischen Halbleiterchip eingerichtet. In einem Querschnitt parallel zu einer optischen Achse der Linse gesehen weist diese mindestens einen Fresnel-Zahn auf. Der zumindest eine Zahn weist eine der optischen Achse zugewandte Vorderseite und eine der optischen Achse abgewandte Rückseite auf. Die Rückseite, die sich weiter von der optischen Achse entfernt befindet als die Vorderseite, ist zu einer Totalreflexion von Strahlung eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Einsatz der Linse. Es weist die Rückseite zumindest zwei Reflexionsbereiche auf, die in Richtung längs der optischen Achse aufeinander folgen. Die Reflexionsbereiche weisen voneinander verschiedene Hauptabstrahlrichtungen auf. In at least one embodiment, the Fresnel lens is configured for an optoelectronic semiconductor chip. As seen in a cross-section parallel to an optical axis of the lens, it has at least one Fresnel tooth. The at least one tooth has a front side facing the optical axis and a rear side facing away from the optical axis. The back, which is farther from the optical axis than the front, is set up for total reflection of radiation in the proper use of the lens. It has the rear side at least two reflection regions, which follow one another in the direction along the optical axis. The reflection areas have different main emission directions from each other.

Durch eine solche Linse ist eine Strahlung eines optoelektronischen Halbleiterchips wie eines Leuchtdiodenchips umformbar, sodass in einem optischen Fernfeld eine plane Fläche mit einer bestimmten Ausleuchtung versehbar ist. Weisen die Zähne nur einen einzigen Reflexionsbereich auf, so führt ein Ausfall von einem der Zähne zu einer gravierenden Änderung der Ausleuchtung und das entsprechende Bauteil ist nicht oder nur eingeschränkt verwendbar. Ein solcher Ausfall eines Fresnel-Zahns ergibt sich beispielsweise durch einen falschen Winkel oder durch eine Fehlstelle bei einem Spritzgießen. A radiation of an optoelectronic semiconductor chip, such as a light-emitting diode chip, can be deformed by such a lens, so that in a far-field optical field a planar surface with a specific illumination can be provided. If the teeth have only a single reflection range, a failure of one of the teeth leads to a serious change in the illumination and the corresponding component is not or only partially usable. Such a failure of a Fresnel tooth results, for example, by a wrong angle or by a defect in an injection molding.

Dadurch, dass die Zähne zumindest zwei Reflexionsbereiche an der Rückseite aufweisen, wird von einem Zahn gleichzeitig ein zentraler Bereich und auch ein Randbereich der zu beleuchtenden Fläche ausgeleuchtet. Bei einem Ausfall eines Zahns oder Zahnteils bleibt so ein relatives Verhältnis einer Beleuchtungsstärke in der Mitte und in Randbereichen der auszuleuchtenden Fläche im Wesentlichen erhalten. Due to the fact that the teeth have at least two reflection areas on the rear side, a central area and also an edge area of the surface to be illuminated is simultaneously illuminated by a tooth. In the event of a tooth or tooth part failure, a relative ratio of illuminance in the center and in the peripheral areas of the surface to be illuminated remains substantially intact.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Linse mindestens zwei oder genau zwei Zähne auf, im Querschnitt gesehen und in einer Halbebene auf einer Seite der optischen Achse. Es weist bevorzugt jeder der Zähne zwei oder mehr als zwei der Reflexionsbereiche an der Rückseite auf. Weiterhin sind die Zähne bevorzugt symmetrisch beiderseits der optischen Achse angeordnet, wobei, im Querschnitt gesehen, die optische Achse dann eine Symmetrielinie darstellt.In accordance with at least one embodiment, the lens has at least two or exactly two teeth, seen in cross section and in a half plane on one side of the optical axis. Preferably, each of the teeth has two or more than two of the reflection areas on the back side. Furthermore, the teeth are preferably arranged symmetrically on both sides of the optical axis, wherein, seen in cross-section, the optical axis then represents a line of symmetry.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Reflexionsbereiche der Zähne voneinander verschiedene Größen auf. Hierdurch ist eine insbesondere von Leuchtdiodenchips in der Regel mit einem Abstrahlwinkel variierende Intensität und auch eine zunehmende Entfernung eines Zahns von dem Leuchtdiodenchip kompensierbar. Es ist möglich, dass von jedem Reflexionsbereich näherungsweise eine gleiche Intensität abgestrahlt wird, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 25 % oder 15 %.In accordance with at least one embodiment, the reflection regions of the teeth have different sizes from one another. As a result, an intensity varying in particular from light-emitting diode chips, as a rule varying with an emission angle, and also an increasing distance of a tooth from the light-emitting diode chip can be compensated. It is possible that approximately one equal intensity is radiated from each reflection region, for example with a tolerance of at most 25% or 15%.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist zumindest einer der Reflexionsbereiche eine Höhe von mindestens 10 % oder 30 % und/oder von höchstens 50 % oder 70 % einer Gesamthöhe des entsprechenden Zahns auf. Es ist möglich, dass für einen Teil der Zähne der entlang der optischen Achse vorangehende Reflexionsbereich, in Richtung hin zu der Lichtaustrittsseite der Linse, eine geringere Höhe aufweist und für andere Zähne entsprechend Umgekehrtes gilt. In accordance with at least one embodiment, at least one of the reflection regions has a height of at least 10% or 30% and / or at most 50% or 70% of an overall height of the corresponding tooth. It is possible that, for a part of the teeth, the reflection area preceding along the optical axis, towards the light exit side of the lens, has a smaller height and the other vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Reflexionsbereiche, im Querschnitt gesehen, eine Krümmung auf. Die Krümmung kann als Teil eines Kreisbogens ausgeführt sein. Die Reflexionsbereiche eines Zahns können gleiche oder voneinander verschiedene mittlere Krümmungsradien aufweisen. Krümmungsmittelpunkte der Reflexionsbereiche weichen, im Querschnitt gesehen, bevorzugt voneinander ab, können aber auch gleich sein. In accordance with at least one embodiment, the reflection regions, seen in cross-section, have a curvature. The curvature can be designed as part of a circular arc. The areas of reflection of a tooth may have the same or different average radii of curvature. Curvature centers of the reflection regions, as seen in cross section, preferably deviate from one another, but may also be the same.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Reflexionsbereiche durch einen Knick in der Rückseite voneinander abgegrenzt, im Querschnitt gesehen. Der Begriff Knick kann bedeuten, dass eine scharfe Kante vorhanden ist. Knick kann ebenso bedeuten, dass ein Übergangsbereich zwischen den Reflexionsbereichen kantenähnlich geformt ist und einen Krümmungsradius aufweist, der mindestens um einen Faktor 5 oder Faktor 10 oder Faktor 20 unterhalb des kleinsten Krümmungsradius der Reflexionsbereiche dieses Zahns liegt. In accordance with at least one embodiment, the reflection regions are delimited from one another by a bend in the rear side, viewed in cross section. The term kink can mean that there is a sharp edge. Kink may also mean that a transitional region between the reflection regions is edge-like shaped and has a radius of curvature that is at least a factor of 5 or a factor of 10 or a factor of 20 below the smallest radius of curvature of the reflection regions of that tooth.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umlaufen die Zähne oder umläuft zumindest einer der Zähne, in Draufsicht gesehen, die optische Achse vollständig ringsum. Es bildet die optische Achse bevorzugt eine Rotationsachse aus, sodass die Zähne rotationssymmetrisch um die optische Achse herum gestaltet sind. Es ist möglich, dass herstellungsbedingte Fehler oder Fehlstellungen in den Zähnen dabei unberücksichtigt bleiben.In accordance with at least one embodiment, the teeth or at least one of the teeth, seen in plan view, orbits the optical axis completely around it. The optical axis preferably forms an axis of rotation, so that the teeth are designed to be rotationally symmetrical about the optical axis. It is possible that production-related errors or misalignments in the teeth remain unconsidered.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Linse einen Zentralbereich auf. Der Zentralbereich wird bevorzugt von der optischen Achse durchstoßen. Es ist der Zentralbereich insbesondere um eine geometrische Mitte der Linse herum angeordnet, in Draufsicht gesehen.In accordance with at least one embodiment, the lens has a central region. The central region is preferably pierced by the optical axis. It is the central region in particular arranged around a geometric center of the lens, seen in plan view.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Zentralbereich eine Lichteintrittsseite auf. An der Lichteintrittsseite erfolgt bevorzugt eine refraktive Strahlformung. Es ist die Lichteintrittsseite stellenweise oder vollständig konkav oder konvex gekrümmt. Es ist möglich, dass ein konvex gekrümmter Bereich einen konkav gekrümmten Bereich der Lichteintrittsseite ringförmig umgibt, wobei die optische Achse den konkav gekrümmten Teilbereich durchstoßen kann. Bevorzugt ist die Lichteintrittsseite nicht zu einer Reflexion von Strahlung eingerichtet.In accordance with at least one embodiment, the central area has a light entry side. At the light entrance side is preferably a refractive beam shaping. It is the light entrance side in places or completely concave or convex curved. It is possible that a convex curved portion annularly surrounds a concavely curved portion of the light entrance side, whereby the optical axis can pierce the concavely curved portion. Preferably, the light entry side is not set up to reflect radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Lichteintrittsseite des Zentralbereichs ringsum von dem der optischen Achse nächstgelegenen Zahn umgeben. Die Lichteintrittsseite des Zentralbereichs kann direkt an die Vorderseite dieses Zahns angrenzen und in diese stetig und glatt übergehen. Es sind der Zentralbereich und dieser Zahn, und somit die Lichteintrittsseite und die Vorderseite, insbesondere durch ein lokales Minimum in der Dicke der Linse voneinander abgegrenzt.In accordance with at least one embodiment, the light entry side of the central area is surrounded on all sides by the tooth closest to the optical axis. The light entry side of the central area can be directly adjacent to the front of this tooth and smoothly transition into this. It is the central area and this tooth, and thus the light entrance side and the front, in particular by a local minimum in the thickness of the lens delimited from each other.

Die Vorderseite des der optischen Achse nächstgelegenen Zahns stellt eine Begrenzungsfläche der Linse dar, die dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Gebrauch von der Strahlung durchlaufen zu werden. Es ist möglich, dass diese Vorderseite näherungsweise senkrecht zu einem Teilbereich der Lichteintrittsseite orientiert ist, der sich nahe dieser Vorderseite befindet und der insbesondere konvex gekrümmt sein kann. Näherungsweise senkrecht kann eine Toleranz von höchstens 20° oder 10° oder 5° bedeuten. Es ist möglich, dass diese Vorderseite planar oder im Wesentlichen planar geformt ist, im Querschnitt gesehen. The front side of the tooth closest to the optical axis represents a boundary surface of the lens, which is adapted to be traversed by the radiation in its intended use. It is possible for this front side to be oriented approximately perpendicularly to a partial region of the light entry side which is located near this front side and which in particular can be curved in a convex manner. Approximately vertical can mean a maximum tolerance of 20 ° or 10 ° or 5 °. It is possible that this front side is planar or substantially planar shaped, seen in cross-section.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gelangt die durch die Vorderseite des der optischen Achse nächstgelegenen, ersten Zahns tretende Strahlung direkt zu der Rückseite dieses Zahns. Es wird diese Strahlung teilweise oder vollständig zu den Reflexionsbereichen dieses ersten Zahns geführt, durch diesen Zahn hindurch. Nachfolgend wird diese Strahlung teilweise oder vollständig an den Reflexionsbereichen total reflektiert, in Richtung hin zu der Lichtaustrittsseite gelenkt und anschließend durch die Lichtaustrittsseite hindurch aus der Linse ausgekoppelt. In accordance with at least one embodiment, the radiation passing through the front side of the first tooth closest to the optical axis passes directly to the rear side of this tooth. This radiation is partially or completely guided to the reflection areas of this first tooth, through this tooth. Subsequently, this radiation is totally or partially completely reflected at the reflection regions, directed towards the light exit side, and then coupled out through the light exit side out of the lens.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Rückseite des ersten, der optischen Achse nächstgelegenen Zahns der Vorderseite des benachbarten, weiter von der optischen Achse entfernten, zweiten Zahns zugewandt. Die Rückseite des ersten Zahns kann in die Vorderseite des zweiten Zahns übergehen. Es sind diese Rückseite und diese Vorderseite bevorzugt durch ein lokales Minimum der Dicke der Linse voneinander abgegrenzt.In accordance with at least one embodiment, the rear side of the first tooth closest to the optical axis faces the front side of the adjacent second tooth, which is farther from the optical axis. The back of the first tooth may transition to the front of the second tooth. It is this back side and this front side preferably delimited from one another by a local minimum of the thickness of the lens.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchläuft die zu dem zweiten, sich weiter von der optischen Achse entfernt befindlichen zweiten Zahn gelangende Strahlung den ersten Zahn nicht. Dieser Strahlungsanteil gelangt also unmittelbar von dem Halbleiterchip zu der Vorderseite des zweiten Zahns. Dies gilt insbesondere für solche Strahlung, die von einem Durchstoßpunkt der optischen Achse durch eine Strahlungshauptseite des Halbleiterchips ausgehend zu der Linse gelangt.In accordance with at least one embodiment, the radiation reaching the second, further away from the optical axis located second tooth does not pass through the first tooth. This radiation component thus passes directly from the semiconductor chip to the front side of the second tooth. This applies in particular to radiation which arrives at the lens from a piercing point of the optical axis through a main radiation side of the semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform trifft ein Strahlungsanteil, der von dem Durchstoßpunkt ausgeht, näherungsweise senkrecht auf die Vorderseite des ersten Zahns, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 20° oder 10° oder 5°. Entsprechendes gilt bevorzugt auch für die Strahlung, die zu der Vorderseite des zweiten Zahns gelangt. Sind mehr als zwei Zähne vorhanden, so gilt dies insbesondere auch hinsichtlich der Vorderseiten aller weiteren Zähne.According to at least one embodiment, a radiation component emanating from the puncture point, approximately perpendicular to the front of the first tooth, for example, with a tolerance of at most 20 ° or 10 ° or 5 °. The same applies preferably also to the radiation which reaches the front side of the second tooth. If more than two teeth are present, this also applies in particular with regard to the front sides of all other teeth.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich, im Querschnitt gesehen, mittlere Steigungen der Reflexionsbereiche um einen Winkel von mindestens 7,5° oder 10° oder 12,5°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Unterschied bei höchstens 25° oder 22,5° oder 20° oder 17,5°.According to at least one embodiment, seen in cross-section, mean slopes of the reflection regions differ by an angle of at least 7.5 ° or 10 ° or 12.5 °. Alternatively or additionally, this difference is at most 25 ° or 22.5 ° or 20 ° or 17.5 °.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Winkel zur optischen Achse von zumindest einer der Rückseiten der Zähne oder von allen Rückseiten bei mindestens 5° oder 10° oder 15° oder 20°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser mittlere Winkel bei höchstens 45° oder 40° oder 35°. Die entsprechenden Angaben gelten insbesondere im Querschnitt gesehen. Ein Abstand der entsprechenden Rückseite zur optischen Achse wird also in Richtung hin zur Lichtaustrittsseite der Linse größer, insbesondere streng monoton größer.In accordance with at least one embodiment, a mean angle to the optical axis of at least one of the back sides of the teeth or of all back sides is at least 5 ° or 10 ° or 15 ° or 20 °. Alternatively or additionally, this average angle is at most 45 ° or 40 ° or 35 °. The corresponding information applies in particular in cross section. A distance of the corresponding rear side to the optical axis is thus greater in the direction toward the light exit side of the lens, in particular strictly monotonically larger.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der mittlere Winkel zwischen der Vorderseite von zumindest dem Zahn, der der optischen Achse am nächstgelegenen ist, bei mindestens –35° oder –30°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser mittlere Winkel bei höchstens –10° oder –15°. Ein negativer Winkel bedeutet hierbei, dass ein Abstand der Vorderseite zur optischen Achse in Richtung hin zu der Lichtaustrittsseite der Linse abnimmt, bevorzugt streng monoton abnimmt.In accordance with at least one embodiment, the mean angle between the front of at least the tooth closest to the optical axis is at least -35 ° or -30 °. Alternatively or additionally, this mean angle is at most -10 ° or -15 °. A negative angle here means that a distance of the front side to the optical axis decreases in the direction towards the light exit side of the lens, preferably decreases strictly monotonically.

Anstelle des mittleren Winkels der Rückseite können auch die mittleren Steigungen der Reflexionsbereiche der Rückseite herangezogen werden, für die bevorzugt jeweils Entsprechendes gilt.Instead of the mean angle of the rear side, it is also possible to use the average slopes of the reflection areas of the rear side, for which the corresponding applies in each case.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Linse hinterschneidungsfrei gestaltet, im Querschnitt gesehen und bezogen auf eine Richtung hin zur Lichtaustrittsseite der Linse. Hierdurch ist es möglich, dass die Linse über ein Spritzgießen oder ein Spritzpressen erzeugbar ist. According to at least one embodiment, the lens is designed without undercuts, seen in cross section and with respect to a direction towards the light exit side of the lens. This makes it possible for the lens to be produced via injection molding or transfer molding.

Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil umfasst eine Fresnel-Linse, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale der Linse sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt. In addition, an optoelectronic semiconductor device is specified. The semiconductor device comprises a Fresnel lens as described in connection with one or more of the above embodiments. Features of the lens are therefore also disclosed for the optoelectronic semiconductor device and vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Bei dem zumindest einen Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip. Der Halbleiterchip ist zur Emission von ultravioletter Strahlung, von blauem Licht, von grünem Licht, von rotem Licht und/oder von nahinfraroter Strahlung vorgesehen. Es ist möglich, dass der Halbleiterchip weißes Licht emittiert und hierzu beispielsweise eines oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe oder Leuchtstoffe umfasst.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises one or more optoelectronic semiconductor chips. The at least one semiconductor chip is preferably a light-emitting diode chip. The semiconductor chip is intended for emission of ultraviolet radiation, blue light, green light, red light and / or near-infrared radiation. It is possible that the semiconductor chip emits white light and For example, this includes one or more wavelength conversion substances or phosphors.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine mittlere Kantenlänge L auf. Die mittlere Kantenlänge L ist die Summe der Kantenlängen geteilt durch die Anzahl der Kanten. Anstelle der mittleren Kantenlänge kann alternativ auch ein mittlerer Durchmesser des Halbleiterchips treten.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor chip has a mean edge length L. The mean edge length L is the sum of the edge lengths divided by the number of edges. Instead of the average edge length may alternatively occur a mean diameter of the semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Linse dem Halbleiterchip oder den mehreren Halbleiterchips optisch nachgeordnet. Das heißt, dass mindestens 50 % oder 70 % oder 90 % oder 95 % der von dem Halbleiterchip im Betrieb erzeugten Strahlung zu der Linse gelangen und bevorzugt von der Linse in der Abstrahlcharakteristik beeinflusst und geformt werden. Es ist die Linse von dem Halbleiterchip beabstandet angeordnet, sodass sich ein Spalt zwischen der Linse und dem Halbleiterchip befindet.In accordance with at least one embodiment, the lens is optically arranged downstream of the semiconductor chip or the plurality of semiconductor chips. That is, at least 50%, or 70%, or 90%, or 95% of the radiation generated by the semiconductor chip in use, reaches the lens, and is preferably influenced and shaped by the lens in the radiation pattern. The lens is spaced from the semiconductor chip so that there is a gap between the lens and the semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Halbleiterchip in einem Zentrum der Linse, in Draufsicht gesehen. Insbesondere durchstößt die optische Achse der Linse den Halbleiterchip. Die optische Achse der Linse kann einen Mittelpunkt der Strahlungshauptseite des Halbleiterchips durchlaufen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der Halbleiterchip ausmittig unter der Linse angebracht ist, zum Beispiel um eine Länge von höchstens 15 % einer mittleren Kantenlänge des Halbleiterchips.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor chip is located in a center of the lens, seen in plan view. In particular, the optical axis of the lens pierces the semiconductor chip. The optical axis of the lens may pass through a center of the main radiation side of the semiconductor chip. Alternatively, it is also possible for the semiconductor chip to be mounted under the lens, for example by a length of at most 15% of a mean edge length of the semiconductor chip.

Weist das Halbleiterbauteil mehrere Halbleiterchips auf, so sind diese bevorzugt nahe der optischen Achse und symmetrisch zur optischen Achse angeordnet und können von derselben Linse überdeckt sein. Beispielsweise überdeckt dann der Zentralbereich den Halbleiterchip oder alle Halbleiterchips vollständig. Bevorzugt jedoch ist jedem der Halbleiterchips eine eigene Linse insbesondere eineindeutig zugeordnet.If the semiconductor component has a plurality of semiconductor chips, these are preferably arranged close to the optical axis and symmetrically with respect to the optical axis and can be covered by the same lens. For example, then the central area completely covers the semiconductor chip or all semiconductor chips. Preferably, however, each of the semiconductor chips is assigned its own lens, in particular one-to-one.

In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer mittleren Kantenlänge L zur Erzeugung einer Strahlung auf. Die Fresnel-Linse ist dem Halbleiterchip optisch nachgeordnet und es befindet sich der Halbleiterchip, in Draufsicht gesehen, in einem Zentrum der Linse. In at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor component has at least one optoelectronic semiconductor chip with a mean edge length L for generating radiation. The Fresnel lens is optically downstream of the semiconductor chip and the semiconductor chip, seen in plan view, is located in a center of the lens.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die Krümmungsradien K der Reflexionsbereiche des sich näher oder am nächsten an der optischen Achse befindlichen Zahns: 10 L ≤ K und/oder K ≤ 16 L.According to at least one embodiment, the radii of curvature K of the reflection regions of the tooth located closer to or closest to the optical axis are: 10 L ≦ K and / or K ≦ 16 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die Krümmungsradien K der Reflexionsbereiche des sich entfernter oder am weitesten entfernt von der optischen Achse befindlichen Zahns: 6 L ≤ K und/oder K ≤ 10 L.According to at least one embodiment, the radii of curvature K of the regions of reflection of the tooth located farthest or farthest from the optical axis are: 6 L ≦ K and / or K ≦ 10 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für eine Höhe H1 des sich näher an dem Halbleiterchip befindlichen Reflexionsbereichs des sich näher oder am nächsten an dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, in Richtung parallel zur optischen Achse und bezogen auf eine Gesamthöhe H der Reflexionsbereiche des entsprechenden Zahns: 0,1 H ≤ H1 und/oder H1 ≤ 0,5 H. Die Gesamthöhe H ist also gleich einer Summe der Höhen der beiden Reflexionsbereiche in Richtung parallel zur optischen Achse.In accordance with at least one embodiment, for a height H1 of the reflection region of the tooth closer to or closest to the semiconductor chip, in the direction parallel to the optical axis and relative to a total height H of the reflection regions of the corresponding tooth: 0.1 H ≦ H1 and / or H1 ≦ 0.5 H. The total height H is thus equal to a sum of the heights of the two reflection regions in the direction parallel to the optical axis.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die Gesamthöhe H der Reflexionsbereiche des sich näher oder am nächsten an dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, in Richtung parallel zur optischen Achse: 1,2 L ≤ H und/oder H ≤ 2,0 L.In accordance with at least one embodiment, the total height H of the reflection regions of the tooth located closer to or closest to the semiconductor chip, in the direction parallel to the optical axis, is 1.2 L ≦ H and / or H ≦ 2.0 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für eine Höhe H1 des sich entfernter von dem Halbleiterchip befindlichen Reflexionsbereichs des sich näher oder am nächsten an dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, in Richtung parallel zur optischen Achse: 0,3 H ≤ H1 und/oder H1 ≤ 0,7 H.According to at least one embodiment, for a height H1 of the reflection region of the chip located closer to or closer to the semiconductor chip, in the direction parallel to the optical axis, 0.3 H ≦ H1 and / or H1 ≦ 0.7 applies H.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die Gesamthöhe H des sich entfernter oder am weitesten entfernt von dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, in Richtung parallel zur optischen Achse: 0,6 L ≤ H und/oder H ≤ 1,2 L.According to at least one embodiment, for the total height H of the tooth located farthest or furthest away from the semiconductor chip, in the direction parallel to the optical axis: 0.6 L ≦ H and / or H ≦ 1.2 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für einen Abstand D1 des sich näher oder am nächsten an dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, parallel zur optischen Achse und bezogen auf eine durch die Strahlungshauptseite des Halbleiterchips definierte Ebene: 0,1 L ≤ D1 und/oder D1 ≤ 0,4 L.In accordance with at least one embodiment, for a distance D1 of the tooth located closer to or closest to the semiconductor chip, parallel to the optical axis and relative to a plane defined by the main radiation side of the semiconductor chip: 0.1 L ≦ D1 and / or D1 ≦ 0 4 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für einen Abstand D2 des sich entfernter oder am weitesten entfernt von dem Halbleiterchip befindlichen Zahns in Richtung parallel zur optischen Achse und bezogen auf die Ebene: 0,4 L ≤ D2 und/oder D2 ≤ 1,2 L.In accordance with at least one embodiment, for a distance D2 of the tooth located farther away or farthest from the semiconductor chip in the direction parallel to the optical axis and with respect to the plane: 0.4 L ≦ D2 and / or D2 ≦ 1.2 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für einen Abstand B1 des sich näher oder am nächsten an dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, senkrecht zur optischen Achse und bezogen auf den Halbleiterchip: 0,8 L ≤ B1 und/oder B1 ≤ 6 L.In accordance with at least one embodiment, for a distance B1 of the tooth located closer to or closest to the semiconductor chip, perpendicular to the optical axis and with respect to the semiconductor chip, 0.8 L ≦ B1 and / or B1 ≦ 6 L applies.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für einen Abstand B2 des sich entfernter oder am entferntesten von dem Halbleiterchip befindlichen Zahns, senkrecht zur optischen Achse und bezogen auf den Halbleiterchip: 2 L ≤ B2 und/oder B2 ≤ 21 L.In accordance with at least one embodiment, for a distance B2 of the tooth located farthest or farthest from the semiconductor chip, perpendicular to the optical axis and with respect to the semiconductor chip, 2 L ≦ B2 and / or B2 ≦ 21 L.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist zumindest ein Zahn der Linse, in Richtung parallel zur optischen Achse wenigstens stellenweise eine reduzierte Höhe auf. Die Höhe ist insbesondere reduziert im Vergleich zu verbleibenden Teilen dieses Zahns und/oder im Vergleich zu einem weiteren Zahn. Eine solche reduzierte Höhe kann durch Ungenauigkeiten oder Mängel bei der Herstellung der Linse entstehen. Durch die Verwendung der mehreren Reflexionsbereiche pro Zahn sind solche Ungenauigkeiten durch die Herstellung tolerierbar und die Linse ist dennoch verwendbar. In accordance with at least one embodiment, at least one tooth of the lens, at least in places in the direction parallel to the optical axis, has a reduced height. The height is in particular reduced compared to remaining parts of this tooth and / or compared to another tooth. Such a reduced height may result from inaccuracies or defects in the manufacture of the lens. By using the multiple areas of reflection per tooth, such manufacturing inaccuracies are tolerable and the lens is still usable.

Nachfolgend werden eine hier beschriebene Fresnel-Linse und ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Hereinafter, a Fresnel lens described herein and an optoelectronic semiconductor device described herein will be explained in detail with reference to the drawings based on embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.

Es zeigen:Show it:

1 bis 4 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Fresnel-Linsen und von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und 1 to 4 schematic representations of embodiments of Fresnel lenses described herein and of optoelectronic semiconductor devices described herein, and

5 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung einer Fresnel-Linse. 5 a schematic sectional view of a modification of a Fresnel lens.

In 1A ist eine schematische Schnittdarstellung und in 1B eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 10 gezeigt.In 1A is a schematic sectional view and in 1B a schematic plan view of an embodiment of an optoelectronic semiconductor device 10 shown.

Das Halbleiterbauteil 10 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 5, beispielsweise einen Leuchtdiodenchip. Der Halbleiterchip 5 weist eine Strahlungshauptseite 50 auf, die einer Fresnel-Linse 1 zugewandt ist. Eine optische Achse A der Linse 1 läuft durch den Halbleiterchip 5 hindurch. Der Halbleiterchip 5 weist eine mittlere Kantenlänge L auf. Die Linse 1 ist durch einen Spalt von dem Halbleiterchip 5 beabstandet. Der Spalt ist zum Beispiel gasgefüllt, etwa mit Luft, oder evakuiert. Es ist der Halbleiterchip 5 auf einem nicht gezeichneten Träger, zum Beispiel einer Leiterplatte, angebracht.The semiconductor device 10 comprises an optoelectronic semiconductor chip 5 , For example, a LED chip. The semiconductor chip 5 has a main radiation side 50 on top of a Fresnel lens 1 is facing. An optical axis A of the lens 1 runs through the semiconductor chip 5 therethrough. The semiconductor chip 5 has a mean edge length L. The Lens 1 is through a gap of the semiconductor chip 5 spaced. For example, the gap is gas filled, such as with air, or evacuated. It is the semiconductor chip 5 on a non-subscribed carrier, for example, a printed circuit board attached.

In einem Zentralbereich 20, der von der optischen Achse A durchstoßen ist, weist die Linse 1 eine Lichteintrittsseite 23 auf. In einem Zentrum um die optische Achse A herum ist die Lichtaustrittsseite 23 konkav gekrümmt und in einem Randbereich, weiter von der optischen Achse A entfernt, konvex gekrümmt. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Lichteintrittsseite 23 insgesamt nur konvex gekrümmt ist. Der Halbleiterchip 5 befindet sich vollständig, in Draufsicht gesehen, in dem Zentralbereich 20 und unterhalb der Lichteintrittsseite 23.In a central area 20 , which is pierced by the optical axis A, has the lens 1 a light entrance side 23 on. In a center around the optical axis A, the light exit side is around 23 concavely curved and in a peripheral region, farther away from the optical axis A, convexly curved. Notwithstanding this, it is also possible that the light entrance side 23 overall only convex is curved. The semiconductor chip 5 is completely, seen in plan view, in the central area 20 and below the light entrance side 23 ,

An einem Rand des Zentralbereichs 20 nimmt eine Dicke der Linse 1 ab. In Richtung weg von der optischen Achse A folgt dem Zentralbereich 20 ein erster Fresnel-Zahn 21 direkt nach. Die Lichteintrittsseite 23 sowie der Zahn 21 sind durch ein lokales Minimum der Dicke der Linse 1 voneinander separiert. Der Zahn 21 weist eine Vorderseite 25 und eine dieser gegenüberliegenden Rückseite 28 auf. Die Vorderseite 25 ist der optischen Achse A zugewandt. Entsprechendes gilt für einen zweiten Zahn 22, der dem ersten Zahn 21 in Richtung weg von der optischen Achse A benachbart nachfolgt.At one edge of the central area 20 takes a thickness of the lens 1 from. In the direction away from the optical axis A follows the central area 20 a first Fresnel tooth 21 right after. The light entrance side 23 as well as the tooth 21 are due to a local minimum of the thickness of the lens 1 separated from each other. The tooth 21 has a front 25 and one of these opposing backs 28 on. The front 25 is the optical axis A facing. The same applies to a second tooth 22 , the first tooth 21 in the direction away from the optical axis A follows.

Die Rückseiten 28 der Zähne 21, 22 weisen je zwei Reflexionsbereiche 31, 32 auf, die zu einer Totalreflexion von vom Halbleiterchip 5 emittierter Strahlung vorgesehen sind. Die Rückseiten 28 sind hierbei frei von einer reflektierenden Beschichtung. The backsides 28 the teeth 21 . 22 each have two reflection areas 31 . 32 resulting in a total reflection from the semiconductor chip 5 emitted radiation are provided. The backsides 28 are free from a reflective coating.

Die Zähne 21, 22 umlaufen, in Draufsicht gesehen, die optische Achse A vollständig ringsum und sind rotationssymmetrisch geformt, siehe 1B. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Zähne 21, 22 in Draufsicht gesehen eine quadratische oder rechteckige Grundform und nicht einen Kreis als Grundform aufweisen.The teeth 21 . 22 circumscribe, seen in plan view, the optical axis A completely around and are rotationally symmetrical shaped, see 1B , Notwithstanding this, it is also possible that the teeth 21 . 22 seen in plan view have a square or rectangular basic shape and not a circle as a basic shape.

Der erste Zahn 21 weist zu dem Halbleiterchip 5 einen ersten Abstand B1 auf, der beispielsweise ungefähr ein Einfaches der mittleren Kantenlänge L beträgt. Ein Abstand B2 des zweiten Zahns 22 zu dem Halbleiterchip 5 liegt beispielsweise bei ungefähr dem Zweifachen der mittleren Kantenlänge L. Die Abstände B1, B2 beziehen sich hierbei auf ein lokales Maximum der Dicke des jeweiligen Zahns 21, 22, wobei in dem Maximum die Vorderseiten 25 jeweils in die Rückseiten 28 übergehen. Ein Beginn der Zähne 21, 22 ist jeweils ein lokales Minimum der Dicke der Linse, das die Zähne 21, 22 voneinander sowie den Zentralbereich 20 von dem ersten Zahn 21 trennt. The first tooth 21 points to the semiconductor chip 5 a first distance B1 that is, for example, about one simple of the mean edge length L. A distance B2 of the second tooth 22 to the semiconductor chip 5 for example, is approximately twice the mean edge length L. The distances B1, B2 refer here to a local maximum of the thickness of the respective tooth 21 . 22 , wherein in the maximum the front sides 25 each in the backs 28 pass. A beginning of the teeth 21 . 22 Each is a local minimum of the thickness of the lens, which is the teeth 21 . 22 from each other as well as the central area 20 from the first tooth 21 separates.

Ein Abstand B3 in Richtung senkrecht zur optischen Achse A von dem Halbleiterchip 5 zu einem äußeren Rand des zweiten Zahns 22 liegt zum Beispiel bei mindestens dem Vierfachen oder dem Zwölffachen oder dem Fünfzehnfachen der mittleren Kantenlänge L und/oder bei höchstens dem 25-Fachen oder dem 20-Fachen der mittleren Kantenlänge L. Die Bereiche minimaler Dicke der Zähne 21, 22 liegen jeweils bevorzugt oberhalb der Lichteintrittsseite 23, in Richtung parallel zur optischen Achse und in Richtung hin zu einer Lichtaustrittsseite 24 der Linse 1. In Richtung weg von der optischen Achse A nimmt eine Amplitude der Zähne 21, 22, also eine Differenz aus einer maximalen und einer minimalen Linsendicke innerhalb eines Zahns 21, 22, zu.A distance B3 in the direction perpendicular to the optical axis A of the semiconductor chip 5 to an outer edge of the second tooth 22 is, for example, at least four times or twelve times or fifteen times the mean edge length L and / or at most 25 times or 20 times the mean edge length L. The areas of minimum thickness of the teeth 21 . 22 are each preferably above the light entrance side 23 , in the direction parallel to the optical axis and toward a light exit side 24 the lens 1 , In the direction away from the optical axis A takes an amplitude of the teeth 21 . 22 So a difference from a maximum and a minimum lens thickness within a tooth 21 . 22 , too.

Ein Abstand D1 des ersten Zahns 21 zu einer durch die Strahlungshauptseite 50 des Halbleiterchips 5 definierten Ebene P liegt beispielsweise bei ungefähr 20 % der mittleren Kantenlänge L, insbesondere gilt 0,1 L ≤ D1 und/oder D1 ≤ 0,4 L. Für einen Abstand D2 hinsichtlich der Vorderseite 25 des zweiten Zahns 22 zu dieser Ebene P liegt dieser Wert bei ungefähr dem 0,8-Fachen der mittleren Kantenlänge L. Der Abstand D2 ist kleiner als der Abstand D1, beispielsweise um mindestens einen Faktor 1,2 oder 1,5 oder 2 oder 4. Eine minimale Dicke in dem Zentralbereich 20, wobei diese minimale Dicke insbesondere an der optischen Achse A vorliegt, ist bevorzugt größer als der Abstand D1. A distance D1 of the first tooth 21 to one through the main radiation side 50 of the semiconductor chip 5 defined plane P is, for example, about 20% of the average edge length L, in particular 0.1 L ≦ D1 and / or D1 ≦ 0.4 L. For a distance D2 with respect to the front 25 of the second tooth 22 to this plane P, this value is approximately 0.8 times the mean edge length L. The distance D2 is less than the distance D1, for example by at least a factor of 1.2 or 1.5 or 2 or 4. A minimum thickness in the central area 20 , wherein this minimum thickness is present in particular on the optical axis A, is preferably greater than the distance D1.

Eine dem Halbleiterchip 5 abgewandte Oberseite der Linse 1, die die Lichtaustrittsseite 24 bildet, ist bevorzugt als glatte, stetige und differenzierbare Fläche ohne scharfe Kanten und Knicke gestaltet. Dies gilt bevorzugt auch für eine dem Halbleiterchip 5 zugewandte Unterseite der Linse 1, die durch die Lichteintrittsseite 23 sowie die Vorderseiten 25 und die Rückseiten 28 gebildet ist.A the semiconductor chip 5 opposite top of the lens 1 that the light exit side 24 is preferably designed as a smooth, continuous and differentiable surface without sharp edges and kinks. This preferably also applies to a semiconductor chip 5 facing bottom of the lens 1 passing through the light entry side 23 as well as the front sides 25 and the backs 28 is formed.

Die Lichtaustrittsseite 24 kann, wie in 1A gezeigt, planar geformt sein. Alternativ hierzu kann die Lichtaustrittsseite 24 auch eine Krümmung aufweisen, zum Beispiel eine konvexe Formgebung ähnlich einer Sammellinse oder eine konkave Formgebung ähnlich einer Zerstreulinse. The light exit side 24 can, as in 1A shown to be planar. Alternatively, the light exit side 24 also have a curvature, for example a convex shape similar to a converging lens or a concave shape similar to a Zerstullulinsse.

Die Reflexionsbereiche 31, 32 innerhalb einer der Rückseiten 28 sind durch einen knickähnlichen Bereich 6 voneinander separiert. Bei dem knickähnlichen Bereich 6 handelt es sich bevorzugt nicht um eine scharfe Kante, sondern um eine Rundung mit einem vergleichsweise kleinen Krümmungsradius. The reflection areas 31 . 32 inside one of the backs 28 are through a crease-like area 6 separated from each other. In the crease-like area 6 it is preferably not a sharp edge, but a rounding with a comparatively small radius of curvature.

In den schematischen Schnittdarstellungen der 2 und 3 sind die optischen Eigenschaften anhand von Strahlbündeln R einer von dem Halbleiterchip 5 im Betrieb erzeugten Strahlung illustriert. Der Halbleiterchip 5 wird hierbei vereinfacht als Punktlichtquelle betrachtet. Punktlichtquelle bedeutet, dass die Strahlbündel R von einem Durchstoßpunkt der optischen Achse A durch die Strahlungshauptseite 50 ausgehen. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Lichtaustrittsseite 24 nicht gezeichnet.In the schematic sectional views of 2 and 3 the optical properties are based on beams R one of the semiconductor chip 5 illustrated during operation generated radiation. The semiconductor chip 5 is hereby considered simplified as a point light source. Point light source means that the beams R from a piercing point of the optical axis A through the main radiation side 50 out. To simplify the illustration, the light exit side 24 not drawn.

Die Reflexionsbereiche 31, 32 innerhalb eines Zahns 21, 22 weisen voneinander verschiedene Hauptemissionsrichtungen 41, 42 auf. Die Hauptemissionsrichtungen 41, die sich näher an dem in den 2 und 3 nicht gezeichneten Halbleiterchip 5 befinden, sind ungefähr parallel zueinander ausgerichtet, ebenso wie die Hauptabstrahlrichtungen 42 der sich weiter von dem Halbleiterchip 5 entfernt befindlichen Reflexionsbereiche 32 der Zähne 21, 22. Durch die Reflexionsbereiche 31 wird beispielsweise jeweils ein Zentralbereich einer zu beleuchtenden Fläche ausgeleuchtet. Über die sich weiter von dem Halbleiterchip 5 entfernt befindlichen Reflexionsbereiche 32 erfolgt beispielsweise eine Ausleuchtung eines Randbereichs oder eines Eckbereichs. The reflection areas 31 . 32 within a tooth 21 . 22 have different main emission directions from each other 41 . 42 on. The main emission directions 41 that are closer to the one in the 2 and 3 not shown semiconductor chip 5 are aligned approximately parallel to each other, as well as the main emission directions 42 further away from the semiconductor chip 5 remote reflection areas 32 the teeth 21 . 22 , Through the reflection areas 31 For example, in each case a central area of a surface to be illuminated is illuminated. About the further from the semiconductor chip 5 remote reflection areas 32 For example, an illumination of a border area or a corner area takes place.

Die Vorderseiten 25 der Zähne 21, 22 sind jeweils näherungsweise senkrecht zu der Strahlung R orientiert, bezogen auf die Strahlbündel R aus dem Durchstoßpunkt, und dienen im Wesentlichen nicht zu einer Strahlformung. Die Strahlung R gelangt vom Halbleiterchip 5 ausgehend direkt zu der Vorderseite 25 des ersten Zahns 21 und durch den ersten Zahn 21 hindurch an die Rückseite 28 des ersten Zahns 21. Die zu dem zweiten Zahn 22 gelangende Strahlung R verläuft an dem ersten Zahn 21 vorbei, gelangt direkt von dem Halbleiterchip 5 zu der Vorderseite 25 des zweiten Zahns 22 und durch den zweiten Zahn 22 hindurch zu dessen Rückseite 28. The fronts 25 the teeth 21 . 22 are each oriented approximately perpendicular to the radiation R, with respect to the beam R from the puncture point, and are essentially not used for beam shaping. The radiation R passes from the semiconductor chip 5 starting directly to the front 25 of the first tooth 21 and through the first tooth 21 through to the back 28 of the first tooth 21 , The second tooth 22 reaching radiation R runs on the first tooth 21 over, passes directly from the semiconductor chip 5 to the front 25 of the second tooth 22 and through the second tooth 22 through to its back 28 ,

In 3 sind mittlere Steigungen M1, M2 der Reflexionsbereiche 31, 32 gezeigt. Ein Winkel α zwischen diesen Steigungen M1, M2 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 10° und 20°.In 3 are mean slopes M1, M2 of the reflection areas 31 . 32 shown. An angle α between these gradients M1, M2 is, for example, between 10 ° and 20 ° inclusive.

Die Rückseite 28 in den Reflexionsbereichen 31, 32 ist bevorzugt gekrümmt, siehe 4. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Reflexionsbereiche 31, 32 durch eine ebene Fläche, im Querschnitt gesehen, gebildet sind. 4 bezieht sich auf den ersten Zahn 21, der sich näher an der optischen Achse befindet. Entsprechendes kann aber auch für den zweiten Zahn 22 und für eventuelle weitere, zusätzliche Zähne gelten.The backside 28 in the reflection areas 31 . 32 is preferably curved, see 4 , Deviating from this, it is also possible that the reflection areas 31 . 32 are formed by a flat surface, seen in cross-section. 4 refers to the first tooth 21 which is closer to the optical axis. The same can also be said for the second tooth 22 and apply to any additional teeth.

Die Krümmungsradien K1, K2 der Reflexionsbereiche 31, 32 können sich voneinander unterscheiden. Es weisen die Reflexionsbereiche 31, 32 bevorzugt keinen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt auf, im Querschnitt gesehen. Die Vorderseite 25 kann eben oder im Wesentlichen eben geformt sein, im Querschnitt gesehen. The radii of curvature K1, K2 of the reflection areas 31 . 32 can differ from each other. It has the reflection areas 31 . 32 does not prefer a common center of curvature, seen in cross-section. The front 25 can be flat or substantially flat, seen in cross section.

Durch die Reflexionsbereiche 31, 32 kann eine Divergenz der von dem Halbleiterchip 5 erzeugten Strahlung reduziert werden. Zum Beispiel werden durch die Reflexionsbereiche 31, 32 jeweils parallele Strahlbündel erzeugt, etwa mit einer Toleranz von höchstens 15° oder 10° oder 5°, zumindest hinsichtlich einer von dem Durchstoßpunkt aus propagierenden Strahlung.Through the reflection areas 31 . 32 may be a divergence of the of the semiconductor chip 5 generated radiation can be reduced. For example, through the reflection areas 31 . 32 generates parallel beam bundles, for example with a tolerance of at most 15 ° or 10 ° or 5 °, at least with respect to a propagating from the puncture of radiation.

Die Krümmungsradien in den Dickenmaxima der Zähne 21, 22 sind bevorzugt vergleichsweise klein und betragen beispielsweise höchstens 5 % oder höchstens 10 % des kleinsten Krümmungsradius der Reflexionsbereiche 31, 32. Entsprechendes kann für Krümmungen in den Dickenminima zwischen den Zähnen 21, 22 und dem Zentralbereich 20 gelten. The radii of curvature in the thickness maxima of the teeth 21 . 22 are preferably comparatively small and are, for example, at most 5% or at most 10% of the smallest radius of curvature of the reflection regions 31 . 32 , The same can be said for bends in the thickness minima between the teeth 21 . 22 and the central area 20 be valid.

Wie ebenfalls in 4 zu sehen, weist der erste Reflexionsbereich 31 eine Höhe H1 auf und die beiden Reflexionsbereiche 31, 32 zusammengenommen eine Gesamthöhe H, in Richtung parallel zu der in 4 nur schematisch dargestellten optischen Achse A. Für den ersten Zahn 21, der der optischen Achse A näher liegt, ist die Höhe H1, die sich näher an der in 4 nicht gezeichneten Ebene P befindet, kleiner als eine Differenz aus der Gesamthöhe H und der Höhe H1. Anders als dargestellt, kann die Höhe H1 größer sein als die Differenz H minus H1. Entsprechendes kann auch für den zweiten Zahn 22 sowie für eventuelle weitere Zähne, nicht dargestellt, gelten.Like also in 4 to see, points the first reflection area 31 a height H1 and the two reflection areas 31 . 32 taken together, a total height H, in the direction parallel to the in 4 only schematically illustrated optical axis A. For the first tooth 21 , which is closer to the optical axis A, is the height H1, which is closer to the in 4 not drawn plane P is smaller than a difference of the total height H and the height H1. Other than illustrated, the height H1 may be greater than the difference H minus H1. The same can also be said for the second tooth 22 and for any other teeth, not shown, apply.

In 5 ist eine Abwandlung einer Linse 1' dargestellt. Die Zähne 21, 22 weisen eine durchgehende Rückseite mit nur genau einem Reflexionsbereich auf. Jeder der Zähne 21, 22 weist nur genau eine Hauptabstrahlrichtung 41, 42 auf. Wird einer der Zähne 21, 22 bei einem Herstellen der Linse 1' beschädigt, ist eine Abstrahlcharakteristik der Linse 1' hierdurch stark beeinträchtigt. Dies lässt sich durch die Zähne 21, 22 der Linse 1 gemäß den 1 bis 4 und mit den zumindest zwei Reflexionsbereichen 31, 32 vermeiden. In 5 is a modification of a lens 1' shown. The teeth 21 . 22 have a continuous back with only exactly one reflection area. Each of the teeth 21 . 22 has only one main direction of radiation 41 . 42 on. Will one of the teeth 21 . 22 when making the lens 1' damaged, is a radiation characteristic of the lens 1' severely impaired. This can be done through the teeth 21 . 22 the lens 1 according to the 1 to 4 and with the at least two reflection areas 31 . 32 avoid.

Die hier beschriebene 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

Claims

Fresnel lens ( 1 ) for an optoelectronic semiconductor chip ( 5 ), which, seen in a cross-section parallel to an optical axis (A), at least one Fresnel tooth ( 21 . 22 ) with one of the optical axis (A) facing front ( 25 ) and one of the optical axis (A) facing away back ( 28 ), wherein - the rear side ( 28 ) is arranged for a total reflection of radiation (R), - the back ( 28 ) at least two reflection areas ( 31 . 32 ) which follow one another in the direction along the optical axis (A), and - the reflection regions ( 31 . 32 ) different main radiation directions ( 41 . 42 ) exhibit.

Fresnel lens ( 1 ) according to the preceding claim, in which the reflection areas ( 31 . 32 ) have different average radii of curvature (K1, K2) from each other and by a kink ( 6 ) in the back ( 28 ) are delimited from each other.

Fresnel lens ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the at least two Fresnel teeth ( 21 . 22 ), seen in plan view, the optical axis (A) rotate completely around and rotationally symmetrical.

Fresnel lens ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising at least two of the Fresnel teeth ( 21 . 22 ) and a central area ( 20 ) pierced by the optical axis (A), wherein - the central region ( 20 ) an at least partially convexly curved light entrance side ( 23 ), - the front side ( 25 ) of the optical axis (A) nearest first Fresnel tooth ( 21 ) the light entry side ( 23 ) and continuously and kink-free in a local minimum thickness of the lens ( 1 ) in the light entry side ( 25 ), passing through the light entrance side ( 23 ) radiation (R) not to the Fresnel teeth ( 21 . 22 ), - through the front ( 25 ) of the first Fresnel tooth ( 21 ) first radiation (R) partially or completely to the two reflection areas ( 31 . 32 ) on the back ( 28 ) of this first Fresnel tooth ( 21 ).

Fresnel lens ( 1 ) according to the preceding claim, in which the rear side ( 28 ) of the first Fresnel tooth ( 21 ) of the front ( 25 ) of the second Fresnel tooth ( 22 ), wherein - to the second, further from the optical axis (A) remote Fresnel tooth ( 22 ) second radiation (R) spaced from the first Fresnel tooth ( 21 ), and - the second radiation (R) perpendicular to the front ( 25 ) of the second Fresnel tooth ( 22 ) and the first radiation (R) perpendicular to the front ( 25 ) of the first Fresnel tooth ( 21 ), each with a tolerance of at most 20 ° and with respect to a radiation from a point on the optical axis (A).

Fresnel lens ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which, seen in cross-section and with respect to the optical axis (A), mean slopes (M1, M2) of the reflection areas ( 31 . 32 ) differ by an angle (α) of at least 10 ° and at most 20 ° from each other.

Fresnel lens ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which an average angle to the optical axis (A) of the back sides ( 28 ) between 15 ° and 45 ° inclusive and at least the front side ( 25 ) of the optical axis (A) nearest Fresnel tooth ( 21 ) is between -10 ° and -35 ° inclusive, the Fresnel lens ( 1 ) is undercut.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) with - at least one optoelectronic semiconductor chip ( 5 ) with a mean edge length L for generating the radiation (R), and - a Fresnel lens ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the Fresnel lens ( 1 ) the semiconductor chip ( 5 ) is optically subordinate and the half chip ( 5 ), seen in plan view, in a center of the Fresnel lens ( 1 ), wherein the Fresnel lens ( 1 ) from the semiconductor chip ( 5 ) is arranged at a distance.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to the preceding claim, wherein - for the radii of curvature K _{21 of} the reflection areas ( 31 . 32 ) of the fresnel tooth closer to the optical axis (A) ( 21 ) applies:

10 L ≤ K ₂₁ ≤ 16 L,

and - (for the radii of curvature K of the reflecting areas ₂₂ 31 . 32 ) of the at least one remote from the optical axis (A) Fresnel tooth ( 22 ): 6 L ≤ K ₂₂ ≤ 10 L.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to one of claims 8 or 9, wherein - for a height H1 _{21 of} the closer to the semiconductor chip ( 5 ) reflection area ( 31 ) closer to the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 21 ) along the optical axis (A) with respect to a total height H _{21 of} all the reflection regions ( 31 . 32 ) of this Fresnel tooth ( 21 ) applies:

0.1 H ₂₁ ≦ H 1 ₂₁ ≦ 0.5 H ₂₁ ,

For the total height H of the closer to the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 21 ) along the optical axis (A):

1.2 L ≤ H ₂₁ ≤ 2.0 L,

- of the approaching (for a height H1 ₂₂ on the semiconductor chip 5 ) reflection area ( 31 ) the farther from the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 22 ) along the optical axis (A) relative to a total height H _{22 of} all reflection regions ( 31 . 32 ) of this Fresnel tooth ( 22 ): 0.3 H ₂₂ ≦ H1 ₂₂ ≦ 0.7 H ₂₂ , and - for the total height H _{22 of} the more distant from the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 22 ) along the optical axis (A):

0.6L ≤H ₂₂ ≤ 1.2L.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to one of claims 8 to 10, wherein - for a distance D1 of the closer to the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 21 ) along the optical axis (A) to one through a main radiation side ( 50 ) of the semiconductor chip ( 5 ) (0.1) ≤ D1 ≤ 0.4 L, and - for a distance D2 of the farther from the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 22 ) along the optical axis (A) to this plane (P):

0.4 L ≤ D2 ≤ 1.2 L

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to one of claims 8 to 10, wherein - for a distance B1 of the closer to the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 21 ) perpendicular to the optical axis (A) to the semiconductor chip ( 5 ): 0.8 L ≤ B1 ≤ 6 L, and - for a distance B2 of the farther from the semiconductor chip ( 5 ) Fresnel tooth ( 22 ) perpendicular to the optical axis (A) to the semiconductor chip ( 5 ): 2 L ≤ B2 ≤ 21 L.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to one of claims 8 to 12, in which the Fresnel lens ( 1 ) through an air gap from the semiconductor chip ( 5 ) is disconnected.

Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to any one of claims 8 to 13, wherein the Fresnel tooth ( 21 . 22 ) or at least one of the Fresnel teeth ( 21 . 22 ) in places along the optical axis (A) and in the direction away from the semiconductor chip ( 5 ) has a reduced height compared to remaining parts of this Fresnel tooth ( 21 . 22 ).