DE102013204476A1 - Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element - Google Patents

Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element Download PDF

Info

Publication number
DE102013204476A1
DE102013204476A1 DE102013204476.3A DE102013204476A DE102013204476A1 DE 102013204476 A1 DE102013204476 A1 DE 102013204476A1 DE 102013204476 A DE102013204476 A DE 102013204476A DE 102013204476 A1 DE102013204476 A1 DE 102013204476A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical element
tooth
edge length
tooth structure
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102013204476.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102013204476B4 (de
Inventor
Ulrich Streppel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102013204476.3A priority Critical patent/DE102013204476B4/de
Priority to PCT/EP2014/053712 priority patent/WO2014139797A1/de
Priority to CN201480015021.9A priority patent/CN105074532B/zh
Priority to US14/775,327 priority patent/US9874663B2/en
Priority to KR1020157028163A priority patent/KR20150131128A/ko
Publication of DE102013204476A1 publication Critical patent/DE102013204476A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102013204476B4 publication Critical patent/DE102013204476B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/06—Simple or compound lenses with non-spherical faces with cylindrical or toric faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G02B5/0231—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having microprismatic or micropyramidal shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/508—Wavelength conversion elements having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer, wavelength conversion layer with a concentration gradient of the wavelength conversion material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191—Disposition
    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Ein optisches Element weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf. An der ersten Oberfläche ist eine Zahnstruktur mit einer Mehrzahl in eine zweite Richtung orientierter Zähne angeordnet. An der zweiten Oberfläche ist eine Stufenlinsenstruktur mit einer Mehrzahl in eine erste Richtung orientierter Stufen angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element gemäß Patentanspruch 1 sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem optischen Element gemäß Patentanspruch 18.
  • Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, mit optischen Elementen zur Strahlformung auszustatten. Dabei ist es wünschenswert, ein optisches Element derart auszubilden, dass von außerhalb eines optoelektronischen Bauelements außer einem leuchtaktiven Bereich des optoelektronischen Bauelements keine anderen Komponenten des optoelektronischen Bauelements sichtbar sind. Im Stand der Technik wird dies durch optische Elemente aus diffusem Linsenmaterial oder durch Vorsehen zusätzlicher diffuser Elemente wie Streuplatten erreicht. Dies geht allerdings mit hohen Effizienzverlusten einher. Es ist auch bekannt, optische Elemente mit rotationssymmetrischen oder elliptischen Fresnelstrukturen mit kleiner Strukturgröße zu versehen. Bei derartigen Anordnungen sind in Mittenbereichen allerdings nicht realisierbar feine Strukturgrößen erforderlich, wodurch eine Abbildungsqualität in diesem Bereich sinkt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Element bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einem optischen Element bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Mögliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein optisches Element weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf. An der ersten Oberfläche ist eine Zahnstruktur mit einer Mehrzahl in eine zweite Richtung orientierter Zähne angeordnet. An der zweiten Oberfläche ist eine Stufenlinsenstruktur mit einer Mehrzahl in eine erste Richtung orientierter Stufen angeordnet. Vorteilhaferweise kann die Zahnstruktur an der ersten Oberfläche dieses optischen Elements eine Strahlformung in einer zur zweiten Richtung senkrechten Ebene bewirken. Die Stufenlinsenstruktur an der zweiten Oberfläche dieses optischen Elements kann eine Strahlformung in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene bewirken. Durch die im Wesentlichen lineare Ausbildung der Zähne der Zahnstruktur und der Stufen der Stufenlinsenstruktur sind diese vorteilhaferweise einfacher herstellbar als elliptische oder rotationssymmetrische Strukturen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Zahnstruktur an der ersten Oberfläche in einem Mittenbereich der ersten Oberfläche Strukturgrößen aufweist, die den Strukturgrößen der Zahnstruktur in anderen Bereichen der ersten Oberfläche im Wesentlichen entsprechen. Somit weist die erste Oberfläche auch in ihrem Mittenbereich eine deutliche Strukturierung auf, wodurch auch durch den Mittenbereich des optischen Elements verlaufende Strahlen einer Strahlformung unterliegen. Hierdurch erscheint das optische Element in seinem Mittenbereich undurchsichtig. Der Effekt wird vorteilhafterweise mit rein refraktiven und reflektiven Mitteln erreicht und bringt dadurch keinen großen Effizienzverlust mit sich.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements schließen die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel zwischen 85° und 95° ein. Bevorzugt sind die erste Richtung und die zweite Richtung senkrecht zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise können die Zahnstruktur und die Stufenlinsenstruktur des optischen Elements dann eine Lichtbrechung in zwei etwa senkrecht zueinander orientierten Ebenen bewirken, wodurch eine vollständige Strahlformung ermöglicht wird.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements bildet die Zahnstruktur eine Totalreflexionslinse. Vorteilhafterweise ermöglicht die Zahnstruktur dadurch eine verlustfreie Stahlablenkung um große Winkel.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements ist ein Mittelpunkt der ersten Oberfläche durch die Zahnstruktur bedeckt. Vorteilhafterweise werden Lichtstrahlen dann auch im Mittenbereich des optischen Elements einer Stahlablenkung unterworfen.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weist dieses einen optisch transparenten Kunststoff auf. Vorteilhaferweise ist das optische Element dadurch einfach und kostengünstig herstellbar. Beispielsweise kann das optische Element mittels eines Spritzgussverfahrens in großen Stückzahlen hergestellt werden.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements sind die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Vorteilhaferweise eignet sich das optische Element dann besonders für eine Ausleuchtung rechteckiger Flächen, wie sie in vielen technischen Bereichen erforderlich ist.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weist dieses einen Rahmen auf, der die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche umschließt. Vorteilhaferweise gestattet der Rahmen eine Verbindung des optischen Elements mit einem Träger eines optoelektronischen Bauelements, wodurch das optoelektronische Bauelement einfach und aus wenigen Einzelkomponenten herstellbar ist.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements ist dieses vorgesehen, einen Strahlungsverlauf einer von einer Strahlungsfläche mit einer festgelegten Kantenlänge ausgehenden elektromagnetischen Strahlung zu formen. Vorteilhafterweise kann das optische Element eine Bündelung der von der Strahlungsfläche ausgehenden elektromagnetischen Strahlung bewirken.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen die Zähne der Zahnstruktur eine mittlere Zahnhöhe auf, die zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge beträgt. Vorteilhafterweise ist die Zahnhöhe der Zähne der Zahnstruktur dadurch auf die Kantenlänge der Strahlungsfläche abgestimmt.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen zwei Zähne der Zahnstruktur unterschiedliche Zahnhöhen auf. Vorteilhafterweise kann dadurch über die gesamte Größe der ersten Oberfläche des optischen Elements eine hochwertige Abbildungsqualität gewährleistet werden.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen zwei benachbarte Zähne der Zahnstruktur einen Zahnabstand auf, der zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge beträgt. Vorteilhafterweise ist der Abstand der Zähne der Zahnstruktur dadurch auf die Kantenlänge der Strahlungsfläche abgestimmt.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements sind die Zähne der Zahnstruktur in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene gekrümmt. Dabei weist die Krümmung einen Krümmungsradius von mindestens dem Doppelten der Kantenlänge auf. Vorteilhaferweise bewirkt die Zahnstruktur dadurch bereits eine gewisse Kollimation einer elektromagnetischen Strahlung in der zur ersten Richtung senkrechten Ebene.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen die Stufen der Stufenlinsenstruktur eine maximale Stufenhöhe auf, die zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge beträgt. Vorteilhafterweise ist die Stufenhöhe der Stufenlinsenstruktur dadurch auf die Kantenlänge der Strahlungsfläche abgestimmt.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen zwei Stufen der Stufenlinsenstruktur unterschiedliche Stufenhöhen auf. Vorteilhafterweise kann dadurch eine hochwertige Abbildungsqualität der Stufenlinsenstruktur über die gesamte Größe der Stufenlistenstruktur erreicht werden. In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen zwei benachbarte Stufen der Stufenlinsenstruktur einen Stufenabstand auf, der zwischen 5 % und 30 % der Kantenlänge beträgt. Vorteilhaferweise ist der Stufenabstand der Stufen der Stufenlinsenstruktur dadurch auf die Kantenlänge der Strahlungsfläche abgestimmt.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements weisen die Zahnstruktur und die Stufenlinsenstruktur einen Abstand voneinander auf, der zwischen 30 % und 120 % der Kantenlänge beträgt. Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen der Zahnstruktur und der Stufenlinsenstruktur dadurch auf die Kantenlänge der Strahlungsfläche abgestimmt.
  • In einer Ausführungsform des optischen Elements ist ein mittlerer Abschnitt der Zahnstruktur um eine Länge weiter von der Stufenlinsenstruktur entfernt als ein seitlicher Abschnitt der Zahnstruktur. Dabei beträgt die Länge zwischen 20 % und 50 % der Kantenlänge. Vorteilhafterweise unterstützt dies eine hochwertige Abbildungsqualität des optischen Elements über die gesamte Fläche der Zahnstruktur.
  • Ein optoelektronisches Bauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optisches Element der vorgenannten Art auf. Vorteilhafterweise kann das optische Element dieses optoelektronischen Bauelements eine Strahlformung einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung bewirken, so dass von dem optoelektronischen Halbleiterchip emmitierte Strahlung effizient in eine gewünschte Richtung gelenkt wird. Das optische Element verhindert gleichzeitig vorteilhafterweise eine Sichtbarkeit von weiteren Komponenten des optoelektronischen Bauelements von außen.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die erste Oberfläche des optischen Elements dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandt. Vorteilhafterweise kann von dem optoelektronischen Halbleiterchip ausgesandte elektromagnetische Strahlung dadurch zunächst in einer zur zweiten Richtung senkrechten Ebene durch die an der ersten Oberfläche angeordnete Zahnstruktur und anschließend in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene durch die an der zweiten Oberfläche angeordnete Stufenlinsenstruktur des optischen Elements abgelenkt werde.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist eine dem optischen Element zugewandte Oberseite des optoelektronischen Halbleiterchips von der ersten Oberfläche des optischen Elements einen Abstand auf, der zwischen 20 % und 70 % einer Kantenlänge einer Strahlungsaustrittfläche des optoelektronischen Halbleiterchips beträgt. Vorteilhaferweise ist der Abstand zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und dem optischen Element dann auf die Größe der Strahlungsaustrittfläche abgestimmt.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in schematisierter Darstellung
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Oberfläche eines optischen Elements;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Oberfläche eines optischen Elements;
  • 3 einen zu einer zweiten Richtung senkrechten Schnitt durch das optische Element;
  • 4 einen zu einer ersten Richtung senkrechten Schnitt durch das optische Element; und
  • 5 eine geschnittene Ansicht eines optoelektronischen Bauelements.
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines optischen Elements 100. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des optischen Elements 100 aus einer anderen Blickrichtung.
  • Das optische Element 100 kann zur Abdeckung und zur Strahlformung für ein optoelektronisches Bauelement, beispielsweise für ein Leuchtdioden-Bauelement, dienen. Das optische Element 100 ist bevorzugt einstückig ausgebildet und kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt sein. Das optische Element 100 weist ein optisch transparentes Material auf. Insbesondere kann das optische Element 100 aus einem optisch transparenten Kunststoff hergestellt sein.
  • Das optische Element 100 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen 130 auf. Der Rahmen 130 weist zwei Rahmenteile auf, die parallel zu einer x-Richtung 10 orientiert sind, und zwei Rahmenteile, die parallel zu einer y-Richtung 20 orientiert sind. Der Rahmen 130 ist damit senkrecht zu einer z-Richtung 30 orientiert, die senkrecht zur x-Richtung 10 und zur y-Richtung 20 angeordnet ist.
  • Der Rahmen 130 des optischen Elements 100 umschließt einen im Wesentlichen rechteckigen mittleren Bereich des optischen Elements 100, der eine erste Oberfläche 110 aufweist, die in eine der z-Richtung 30 entgegen gesetzte Raumrichtung weist. Auf seiner der ersten Oberfläche 110 gegenüberliegenden Seite weist der mittlere Bereich des optischen Elements 100 eine zweite Oberfläche 120 auf, die in z-Richtung 30 orientiert ist. Die erste Oberfläche 110 ist gegenüber dem Rahmen 130 des optischen Elements 100 zurückversetzt, so dass über der ersten Oberfläche 110 eine Kavität 131 ausgebildet ist, die vom Rahmen 130 umschlossen ist. 1 zeigt die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100. 2 zeigt die zweite Oberfläche 120.
  • Die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 weist eine Zahnstruktur 200 mit einer Mehrzahl in y-Richtung 20 orientierter Zähne 210 auf. Die Zähne 210 können geradlinig und parallel zur y-Richtung 20 ausgebildet sein. Die Zähne 210 der Zahnstruktur 200 können in Längsrichtung jedoch auch eine leichte Krümmung um eine in x-Richtung 10 orientierte Achse aufweisen. In diesem Fall ist lediglich eine Haupterstreckungsrichtung der Zähne 210 der Zahnstruktur 200 in y-Richtung orientiert.
  • An der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 ist eine Stufenlinsenstruktur 300 mit einer Mehrzahl in x-Richtung 10 orientierter Stufen 310 ausgebildet. Die Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 können geradlinig ausgebildet und parallel zur x-Richtung 10 orientiert sein. Die Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 können in ihre Längsrichtung jedoch auch leicht um eine in y-Richtung 20 orientierte Achse gekrümmt sein. In diesem Fall ist lediglich eine Haupterstreckungsrichtung der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 in x-Richtung 10 orientiert.
  • Zwischen der Längserstreckungsrichtung der Zähne 210 der Zahnstruktur 200 und der Längserstreckungsrichtung der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 ist ein Winkel 40 eingeschlossen. Der Winkel 40 beträgt bevorzugt 90°. Der Winkel 40 kann jedoch auch einen von 90° abweichenden Wert aufweisen. Dabei liegt der Winkel 40 bevorzugt zwischen 85° und 95°.
  • 3 zeigt eine geschnittene Darstellung des optischen Elements 100. Der Schnitt verläuft senkrecht zur y-Richtung 20. Erkennbar sind der Rahmen 130 des optischen Elements 100, die erste Oberfläche 110 mit der Zahnstruktur 200, die zweite Oberfläche 120 mit der Stufenlinsenstruktur 300 und die über der ersten Oberfläche 110 angeordnete Kavität 131.
  • Das optische Element 100 ist dazu vorgesehen, derart an einem optoelektronischen Bauelement angeordnet zu werden, dass eine Strahlungsaustrittsfläche eines optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements in der Kavität 131 des optischen Elements 100 angeordnet ist und in z-Richtung 30 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 zugewandt ist. Das optische Element 100 ist dann dazu vorgesehen, von der Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronische Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements ausgehende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, durch Lichtbrechung zu formen, also einen Strahlverlauf der von der Strahlungsaustrittfläche ausgehenden Strahlung zu beeinflussen. In der schematischen Darstellung der 3 ist ein beispielhafter Strahlungsausgangspunkt 150 markiert. Wird das optische Element 100 mit einem optoelektronische Bauelement verbunden, so kann die Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements den Strahlungsausgangspunkt 150 beinhalten.
  • Die Zahnstruktur 200 an der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 wirkt als Totalreflexionslinse und ist dazu vorgesehen, vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehende Strahlung in einer zur y-Richtung 20 senkrechten Ebene abzulenken. Vom Strahlungsausgangspunkt 150 in z-Richtung 30 ausgehende Strahlung weist in positive und negative x-Richtung 10 eine breite Winkelverteilung auf. Die Strahlablenkung in der zur y-Richtung 20 senkrechten Ebene dient dazu, diese Winkelverteilung zu reduzieren, die Strahlung also stärker in z-Richtung 30 zu kollimieren.
  • In 3 sind exemplarisch ein vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehender erster Strahlverlauf 160 und ein vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehender zweiter Strahlverlauf 270 eingezeichnet. Der erste Strahlverlauf 160 umfasst einen ersten emittierten Strahl 261 der den Strahlungsausgangspunkt 150 in eine Raumrichtung verlässt, die anteilig in z-Richtung 30 und positive x-Richtung 10 weist. Der zweite Strahlverlauf 270 umfasst einen zweiten emittierten Strahl 271, der von Strahlungsausgangspunkt 150 anteilig in z-Richtung 30 und negative x-Richtung 10 weist.
  • Die Strahlablenkung erfolgt an den Zähnen 210 der Zahnstruktur 200 an der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100. Der erste emittierte Strahl 261 trifft auf eine Oberfläche eines ersten Zahns 211 der Zahnstruktur 200 und dringt dort in das Material des optischen Elements 100 ein. Da das Material des optischen Elements 100 einen anderen Brechungsindex aufweist als das in der Kavität 131 angeordnete Material (welches beispielsweise Luft sein kann), erfolgt an der Oberfläche des ersten Zahns 211 eine Brechung und Ablenkung des ersten Strahlverlaufs 260. Der erste Strahlverlauf 260 wird dabei in x-Richtung 10 abgelenkt, so dass der erste emittierte Strahl 261 als stärker in x-Richtung 10 weisender erster gebrochener Strahl 262 fortgesetzt wird.
  • Der erste gebrochene Strahl 262 verläuft durch den ersten Zahn 211 der Zahnstruktur 200, bis der erste gebrochene Strahl 262 auf eine zweite Oberfläche des ersten Zahns 211 trifft. Der Brechungsindex des Materials des optischen Elements 100 und der Winkel der zweiten Oberfläche des zweiten Zahns 211 sind so bemessen, dass der auf die zweite Oberfläche des ersten Zahns 211 treffende erste gebrochene Strahl 262 an der zweiten Oberfläche des ersten Zahns 211 einer Totalreflexion unterworfen wird und sich als erster totalreflektierter Strahl 263 fortsetzt. Der erste totalreflektierte Strahl 263 weist weniger stark in x-Richtung 10 als der erste emittierte Strahl 261 und der erste gebrochene Strahl 262 und kann beispielsweise parallel zur z-Richtung 30 orientiert sein. An der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 kann der erste totalreflektierte Strahl 263 aus dem optischen Element 100 austreten.
  • Der zweite emittierte Strahl 271 trifft auf eine erste Oberfläche eines zweiten Zahns 212 der Zahnstruktur 200, wird dort gebrochen und verläuft dann als zweiter gebrochener Strahl 272 durch den zweiten Zahn 212. Der zweite gebrochene Strahl 272 ist stärker in negative x-Richtung 10 orientiert als der zweite emittierte Strahl 271. Der zweite gebrochene Strahl 272 verläuft durch den zweiten Zahn 212, bis der zweite gebrochene Strahl 272 auf eine zweite Oberfläche des zweiten Zahns 212 trifft. Dort wird der zweite gebrochene Strahl 272 totalreflektiert und setzt sich als zweiter totalreflektierter Strahl 273 fort. Der zweite totalreflektierte Strahl 273 weist weniger stark in negative x-Richtung 10 als der zweite emittierte Strahl 271 und der zweite gebrochene Strahl 272. Der zweite totalreflektierte Strahl 273 kann beispielsweise parallel zur z-Richtung 30 orientiert sein. An der zweiten Oberflächen 120 kann der zweite totalreflektierte Strahl 273 aus dem optischen Element 100 austreten.
  • Auch Strahlen, die den Strahlungsausgangspunkt 150 in andere Raumrichtungen als die beim ersten Strahlverlauf 260 und beim zweiten Strahlverlauf 270 exemplarisch dargestellten Raumrichtungen verlassen, werden an den Zähnen 210 der Zahnstruktur 200 durch Brechung und anschließende Totalreflexion in der zur y-Richtung 20 senkrechten Ebene abgelenkt. Dies gilt auch für Strahlen, die von einem in x-Richtung 10 neben dem Strahlungsausgangspunkt 150 gelegenen Punkt ausgehen.
  • Die Zähne 210 der Zahnstruktur 200 sind hierzu passend dimensioniert. In z-Richtung 30 weisen die Zähne 210 der Zahnstruktur 200 eine mittlere Zahnhöhe 220 auf. Dabei kann die Höhe einzelner Zähne 210 der Zahnstruktur 200 von der mittleren Zahnhöhe 220 abweichen. Beispielsweise weist der erste Zahn 211 eine erste Zahnhöhe 221 auf, die geringer als eine zweite Zahnhöhe 222 des zweiten Zahns 212 ist.
  • In x-Richtung 10 weisen benachbarte Zähne 210 der Zahnstruktur 200 einen mittleren Zahnabstand 230 auf.
  • In x-Richtung 10 weist die Zahnstruktur 200 eine Kurvung auf. Näher an einem Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 angeordnete Zähne 210 der Zahnstruktur 200 sind in z-Richtung 30 weiter von der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 beabstandet als näher am Rahmen 130 des optischen Elements 100 angeordnete Zähne 210 der Zahnstruktur 200. Diese Kurvung weist eine Kurvungstiefe 250 auf. Die der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 nächstgelegene Zähne 210 der Zahnstruktur 200 liegen somit um den Wert der Kurvungstiefe 250 näher an der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 als von der zweiten Oberfläche 120 am weitesten entfernte Zähne 210 der Zahnstruktur 200.
  • Die der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 nächstgelegenen Zähne 210 der Zahnstruktur 200 weisen einen Oberflächenabstand 140 von der Stufenlinsenstruktur 300 an der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 auf. Der Oberflächenabstand 140 bemisst sich vom in z-Richtung 30 der ersten Oberfläche 110 nächstgelegenen Punkt der Stufenlinsenstruktur 300 bis zum von der zweiten Oberfläche 120 am weitesten entfernten Punkt des der zweiten Oberfläche 120 nächstgelegenen Zahns 210 der Zahnstruktur 200.
  • Die Zahnstruktur 200 erstreckt sich über die gesamte erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100. Insbesondere weist die Zahnstruktur 200 auch im Bereich des Mittelpunkts 111 der ersten Oberfläche 110 Zähne 210 auf. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich der Kavität 131 des optischen Elements 100 angeordnete Teile eines optoelektronischen Bauelements, mit dem das optische Element 100 verbunden ist, von außen nicht erkennbar sind. Ein mit dem optischen Element 100 versehenes optoelektronisches Bauelement kann dadurch ein gefälliges Äußeres erhalten.
  • 4 zeigt eine weitere geschnittene Darstellung des optischen Elements 100. Der Schnitt verläuft in der Darstellung der 4 senkrecht zur x-Richtung 10 und somit auch senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 an der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100.
  • Die Stufenlinsenstruktur 300 bildet eine eindimensionale Fresnellinse und dient dazu, vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehende Strahlung in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene abzulenken und in z-Richtung 30 zu kollimieren.
  • Beispielhaft sind in 4 ein dritter Strahlverlauf 360 und ein vierter Strahlverlauf 370 dargestellt. Der dritte Strahlverlauf 360 beginnt mit einem dritten emittierten Strahl 361, der vom Strahlungsausgangspunkt 150 in eine Richtung abgestrahlt wird, die anteilig in z-Richtung 30 und positive y-Richtung 20 weist. An der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 dringt der dritte emittierte Strahl 361 in das Material des optischen Elements 100 ein und wird dadurch in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene gebrochen. Der Strahl wird als dritter gebrochener Strahl 362 fortgesetzt. Der dritte gebrochene Strahl 362 ist gegenüber dem dritten emittierten Strahl 361 weniger in positive y-Richtung 20 und sträker in z-Richtung 30 orientiert. Der dritte gebrochene Strahl 362 verläuft geradlinig durch das optische Element 100, bis er an einer ersten Stufe 311 der Stufenlinsenstruktur 300 an der zweiten Oberfläche 120 aus dem optischen Element 100 austritt. An der geneigten Oberfläche der ersten Stufe 311 wird der dritte gebrochene Strahl 362 nochmals gebrochen und setzt sich anschließend als dritter nochmals gebrochener Strahl 363 fort. Der dritte nochmals gebrochene Strahl 363 ist gegenüber dem dritten gebrochenen Strahl 362 in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene in z-Richtung 30 gedreht und kann beispielsweise parallel zur z-Richtung 30 verlaufen.
  • Der vierte Strahlverlauf 370 beginnt mit einem vierten emittierten Strahl 371, der vom Strahlungsausgangspunkt 150 in eine Richtung abgestrahlt wird, die Komponenten in z-Richtung 30 und negative y-Richtung 20 aufweist. An der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 dringt der vierte emittierte Strahl 371 in das Material des optischen Elements 100 ein und wird dabei gebrochen. Innerhalb des optischen Elements 100 setzt sich der vierte emittierte Strahl als vierter gebrochener Strahl 372 fort. Der vierte gebrochene Strahl 372 ist gegenüber dem vierten emittierten Strahl 371 in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene in z-Richtung 30 gedreht. An der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 tritt der vierte gebrochene Strahl 372 durch die geneigte Oberfläche einer zweiten Stufe 312 der Stufenlinsenstruktur 310 aus und wird dabei nochmals gebrochen. Der sich anschließende vierte nochmals gebrochene Strahl 373 ist gegenüber dem vierten gebrochenen Strahl 372 nochmals in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene in z-Richtung 30 gedreht. Der vierte nochmals gebrochene Strahl 373 erstreckt sich also in eine Richtung, die stärker in z-Richtung 30 orientiert ist als die Richtung des vierten emittierten Strahls 371 und die Richtung des vierten gebrochenen Strahls 372. Der vierte nochmals gebrochene Strahl 373 kann beispielsweise parallel zur z-Richtung 30 orientiert sein.
  • Die Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 weisen jeweils eine geneigte Oberfläche auf, die dazu vorgesehen ist, vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehende Strahlung in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene zu brechen und dadurch in z-Richtung 30 zu kollimieren. Die Neigung der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 nimmt vom Rand der Stufenlinsenstruktur 300 zur Mitte der Stufenlinsenstruktur 300 hin ab. Näher am Rahmen 130 des optischen Elements 100 angeordnete Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 sind stärker gegenüber der z-Richtung 30 geneigt als weiter vom Rahmen 130 des optischen Elements 100 entfernte Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300. Gleichzeitig nimmt eine Stufenhöhe in z-Richtung 30 der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 vom Rand der Stufenlinsenstruktur 300 zur Mitte der Stufenlinsenstruktur 300 hin ab. So weist die erste Stufe 311 eine erste Stufenhöhe 321 auf, während die zweite Stufe 312 eine zweite Stufenhöhe 322 aufweist. Dem Rahmen 130 benachbarte Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 weisen eine maximale Stufenhöhe 320 auf. In der Mitte angeordnete Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 weisen eine minimale Stufenhöhe auf.
  • In y-Richtung 20 weisen benachbarte Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 einen mittleren Stufenabstand 330 auf.
  • Vom Strahlungsausgangspunkt 150 ausgehende Strahlen werden wegen der unterschiedlichen Brechungsindizes des Materials des optischen Elements 100 und des in der Kavität 131 angeordneten Materials bereits an der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene gebrochen und abgelenkt. Diese Strahlablenkung kann verstärkt werden, wenn die Zähne 210 der Zahnstruktur 200 an der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene gekrümmt ausgebildet werden. Eine mögliche Krümmung 240 der Zähne 210 der Zahnstruktur 200 mit einem Krümmungsradius 241 ist in 4 schematisch angedeutet.
  • 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements 400. Das optoelektronische Bauelement 400 ist mit dem optischen Element 100 der 1 bis 4 ausgestattet. Der Schnitt verläuft in der Darstellung der 5, analog zur Darstellung der 3, in einer zur y-Richtung 20 senkrechten Ebene.
  • Das optoelektronische Bauelement 400 weist einen Träger 420 auf. Der Träger 420 dient zur Aufnahme der übrigen Komponenten des optoelektronischen Bauelements 400 und zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 400.
  • Auf einer Oberfläche des Trägers 420 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 410 angeordnet. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 410 kann es sich insbesondere um einen LED-Chip handeln. Insbesondere kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 410 um einen im blauen Spektralbereich emittierenden LED-Chip handeln. Das optoelektronische Bauelement 400 kann dann über eine Konversionsschicht zur Konvertierung der blauen Strahlung in weiße Strahlung verfügen. Der optoelektronische Halbleiterchip 410 ist über Bonddrähte 421 elektrisch mit dem Träger 420 des optoelektronischen Bauelements 400 verbunden.
  • Der optoelektronische Halbleiterchip 410 weist eine Strahlungsaustrittsfläche 411 auf. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 400 tritt elektromagnetische Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche 411 des optoelektronischen Halbleiterchips 410 aus. Die Strahlungsaustrittsfläche 410 kann beispielsweise rechteckig ausgebildet sein und weist eine Kantenlänge 412 auf. Die Strahlungsaustrittsfläche 411 weist in z-Richtung 30.
  • In z-Richtung 30 oberhalb des Trägers 420 und des optoelektronischen Halbleiterchips 410 des optoelektronischen Bauelements 400 ist das optische Element 100 angeordnet. Die Strahlungsaustrittsfläche 411 des optoelektronischen Halbleiterchips 410 ist dabei in der Kavität 131 des optischen Elements 100 angeordnet und der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 zugewandt.
  • Von der Strahlungsaustrittsfläche 411 des optoelektronischen Halbleiterchips 410 ausgehende elektromagnetische Strahlung wird durch das optische Element 100 in z-Richtung 30 kollimiert. Dabei erfolgt an der ersten Oberfläche 110 eine Kollimation in einer zur y-Richtung 20 senkrechten Ebene und teilweise eine Kollimation in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene. An der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 erfolgt eine weitere Kollimation in einer zur x-Richtung 10 senkrechten Ebene.
  • Die Strahlungsaustrittsfläche 411 ist um einen Chipabstand 430 von dem der Strahlungsaustrittsfläche 411 nächstliegenden Punkt der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 beabstandet. Bevorzugte beträgt der Chipabstand 430 zwischen 20 % und 70 % der Kantenlänge 420 der Strahlungsaustrittsfläche 411.
  • Die mittlere Zahnhöhe 220 der Zähne 210 der Zahnstruktur 200 an der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 beträgt bevorzugt zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411. Der mittlere Zahnabstand 230 der Zähne 210 der Zahnstruktur 200 beträgt bevorzugt ebenfalls zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411. Der Krümmungsradius 241 der Krümmung 240 der Zahnstruktur 200 ist bevorzugt mindestens doppelt so groß wie die Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411 des optoelektronischen Halbleiterchips 410. Die Kurvungstiefe 250 der Zahnstruktur 200 beträgt bevorzugt zwischen 20 % und 50 % der Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411.
  • Die maximale Stufenhöhe 320 der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 der zweiten Oberfläche 120 des optischen Elements 100 beträgt bevorzugt zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411 des optoelektronischen Halbleiterchips 410. Der mittlere Stufenabstand 330 der Stufen 310 der Stufenlinsenstruktur 300 beträgt bevorzugt zwischen 5 % und 30 % der Kantenlänge 412 der Strahlungsaustrittsfläche 411.
  • Bevorzugt liegen die mittlere Zahnhöhe 220, der mittlere Zahnabstand 230, der Krümmungsradius 241, die Kurvungstiefe 250, die maximale Stufenhöhe 320, der mittlere Stufenabstand 330 und der Chipabstand 430 alle in den genannten Wertebereichen. Es ist jedoch auch möglich, dass einer oder mehrere dieser Werte außerhalb der genannten Wertebereiche liegen.
  • Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    x-Richtung
    20
    y-Richtung
    30
    z-Richtung
    40
    Winkel
    100
    optisches Element
    110
    erste Oberfläche
    111
    Mittelpunkt
    120
    zweite Oberfläche
    130
    Rahmen
    131
    Kavität
    140
    Oberflächenabstand
    150
    Strahlungsausgangspunkt
    200
    Zahnstruktur
    210
    Zahn
    211
    erster Zahn
    212
    zweiter Zahn
    220
    mittlere Zahnhöhe
    221
    erste Zahnhöhe
    222
    zweite Zahnhöhe
    230
    mittlerer Zahnabstand
    240
    Krümmung
    241
    Krümmungsradius
    250
    Kurvungstiefe
    260
    erster Strahlverlauf
    261
    erster emittierter Strahl
    262
    erster gebrochener Strahl
    263
    erster totalreflektierter Strahl
    270
    zweiter Strahlverlauf
    271
    zweiter emittierter Strahl
    272
    zweiter gebrochener Strahl
    273
    zweiter totalreflektierter Strahl
    300
    Stufenlinsenstruktur
    310
    Stufe
    311
    erste Stufe
    312
    zweite Stufe
    320
    maximale Stufenhöhe
    321
    erste Stufenhöhe
    322
    zweite Stufenhöhe
    330
    mittlerer Stufenabstand
    360
    dritter Strahlverlauf
    361
    dritter emittierter Strahl
    362
    dritter gebrochener Strahl
    363
    dritter nochmals gebrochener Strahl
    370
    vierter Strahlverlauf
    371
    vierter emittierter Strahl
    372
    vierter gebrochener Strahl
    373
    vierter nochmals gebrochener Strahl
    400
    optoelektronisches Bauelement
    410
    optoelektronischer Halbleiterchip
    411
    Strahlungsaustrittsfläche
    412
    Kantenlänge
    420
    Träger
    421
    Bonddraht
    430
    Chipabstand

Claims (20)

  1. Optisches Element (100) mit einer ersten Oberfläche (110) und einer zweiten Oberfläche (120), wobei an der ersten Oberfläche (110) eine Zahnstruktur (200) mit einer Mehrzahl in eine zweite Richtung (20) orientierter Zähne (210) angeordnet ist, wobei an der zweiten Oberfläche (120) eine Stufenlinsenstruktur (300) mit einer Mehrzahl in eine erste Richtung (10) orientierter Stufen (310) angeordnet ist.
  2. Optisches Element (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Richtung (10) und die zweite Richtung (20) einen Winkel (40) zwischen 85° und 95° einschließen.
  3. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnstruktur (200) eine Totalreflexionslinse bildet.
  4. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Mittelpunkt (111) der ersten Oberfläche (110) durch die Zahnstruktur (200) bedeckt ist.
  5. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (100) einen optisch transparenten Kunststoff aufweist.
  6. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Oberfläche (110) und die zweite Oberfläche (120) im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sind.
  7. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (100) einen Rahmen (130) aufweist, der die erste Oberfläche (110) und die zweite Oberfläche (120) umschließt.
  8. Optisches Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (100) vorgesehen ist, einen Strahlungsverlauf (260, 270, 360, 370) einer von einer Strahlungsfläche (411) mit einer festgelegten Kantenlänge (412) ausgehenden elektromagnetischen Strahlung zu formen.
  9. Optisches Element (100) gemäß Anspruch 8, wobei die Zähne (210) der Zahnstruktur (200) eine mittlere Zahnhöhe (220) aufweisen, die zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  10. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, wobei zwei Zähne (210, 211, 212) der Zahnstruktur (200) unterschiedliche Zahnhöhen (221, 222) aufweisen.
  11. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei zwei benachbarte Zähne (210) der Zahnstruktur (200) einen Zahnabstand (230) aufweisen, der zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  12. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Zähne (210) der Zahnstruktur (200) in einer zur ersten Richtung (10) senkrechten Ebene gekrümmt sind, wobei die Krümmung (240) einen Krümmungsradius (241) von mindestens dem Doppelten der Kantenlänge (412) aufweist.
  13. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Stufen (310) der Stufenlinsenstruktur (300) eine maximale Stufenhöhe (320) aufweisen, die zwischen 5 % und 20 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  14. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei zwei Stufen (310, 311, 312) der Stufenlinsenstruktur (300) unterschiedliche Stufenhöhen (321, 322) aufweisen.
  15. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei zwei benachbarte Stufen (310) der Stufenlinsenstruktur (300) einen Stufenabstand (330) aufweisen, der zwischen 5 % und 30 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  16. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Zahnstruktur (200) und die Stufenlinsenstruktur (300) einen Abstand (140) voneinander aufweisen, der zwischen 30 % und 120 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  17. Optisches Element (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei ein mittlerer Abschnitt der Zahnstruktur (200) um eine Länge (250) weiter von der Stufenlinsenstruktur (300) entfernt ist als ein seitlicher Abschnitt der Zahnstruktur (200), wobei die Länge (250) zwischen 20 % und 50 % der Kantenlänge (412) beträgt.
  18. Optoelektronisches Bauelement (400) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (410), und einem optischen Element (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  19. Optoelektronisches Bauelement (400) gemäß Anspruch 18, wobei die erste Oberfläche (110) des optischen Elements (100) dem optoelektronischen Halbleiterchip (410) zugewandt ist.
  20. Optoelektronisches Bauelement (400) gemäß Anspruch 19, wobei eine dem optischen Element (100) zugewandte Oberseite (411) des optoelektronischen Halbleiterchips (410) von der ersten Oberfläche (110) des optischen Elements (100) einen Abstand (430) aufweist, der zwischen 20 % und 70 % einer Kantenlänge (412) einer Strahlungsaustrittsfläche (411) des optoelektronischen Halbleiterchips (410) beträgt.
DE102013204476.3A 2013-03-14 2013-03-14 Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element Active DE102013204476B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013204476.3A DE102013204476B4 (de) 2013-03-14 2013-03-14 Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element
PCT/EP2014/053712 WO2014139797A1 (de) 2013-03-14 2014-02-26 Optisches element und optoelektronisches bauelement mit optischem element
CN201480015021.9A CN105074532B (zh) 2013-03-14 2014-02-26 光学元件以及包括光学元件的光电组件
US14/775,327 US9874663B2 (en) 2013-03-14 2014-02-26 Optical element and optoelectronic component comprising optical element
KR1020157028163A KR20150131128A (ko) 2013-03-14 2014-02-26 광학 요소 그리고 광학 요소를 포함하는 광전자 부품

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013204476.3A DE102013204476B4 (de) 2013-03-14 2013-03-14 Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013204476A1 true DE102013204476A1 (de) 2014-09-18
DE102013204476B4 DE102013204476B4 (de) 2022-07-07

Family

ID=50184907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013204476.3A Active DE102013204476B4 (de) 2013-03-14 2013-03-14 Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9874663B2 (de)
KR (1) KR20150131128A (de)
CN (1) CN105074532B (de)
DE (1) DE102013204476B4 (de)
WO (1) WO2014139797A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016075256A1 (de) * 2014-11-14 2016-05-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauelement und beleuchtungsvorrichtung
WO2016146622A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches element zur beeinflussung der lichtabgabe von leuchtmitteln

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019174704A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor device and method for producing an optoelectronic semiconductor device
USD903187S1 (en) 2019-01-25 2020-11-24 Eaton Intelligent Power Limited Optical structure
USD901752S1 (en) * 2019-01-25 2020-11-10 Eaton Intelligent Power Limited Optical structure
US11236887B2 (en) * 2019-01-25 2022-02-01 Eaton Intelligent Power Limited Optical structures for light emitting diodes (LEDs)
JP7148813B2 (ja) 2019-10-30 2022-10-06 日亜化学工業株式会社 光源装置
WO2021218826A1 (zh) * 2020-04-30 2021-11-04 华域视觉科技(上海)有限公司 透镜单元、光学透镜、照明模组、车灯及车辆
JP2022165255A (ja) * 2021-04-19 2022-10-31 株式会社小糸製作所 車両用灯具

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996031742A1 (en) * 1995-04-07 1996-10-10 Tir Technologies, Inc. Collimating tir lens devices employing fluorescent light sources
WO1999050596A2 (en) * 1998-03-26 1999-10-07 Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Lomo Illumination device for generating non-symmetric light beam, optical lens array and optical lens
DE102005001954A1 (de) * 2004-01-14 2005-09-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisches System und Display mit einer Vielzahl optischer Systeme

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1076628A (en) 1913-03-06 1913-10-21 Corning Glass Works Fresnel lens.
US2773172A (en) * 1951-08-25 1956-12-04 Westinghouse Electric Corp Lighting unit
JPS60213534A (ja) * 1984-04-06 1985-10-25 Makoto Okamura 監視装置
JPH0623817B2 (ja) * 1985-07-18 1994-03-30 旭光学工業株式会社 液晶投写型画像表示装置
US4859043A (en) * 1987-05-07 1989-08-22 Cibie Projecteurs High efficiency signal light, in particular for a motor vehicle
JP2004093918A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Dainippon Printing Co Ltd フレネルレンズシート、及びこれを用いた透過型スクリーン
DE102006013343A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Karl Jungbecker Gmbh & Co Einfaches System zur Erstellung optischer Zellen durch lineare prismatische Mikrostrukturen
US20100172027A1 (en) * 2006-06-06 2010-07-08 Kazuhiro Yamada Optical member
US8068288B1 (en) * 2008-09-15 2011-11-29 Triformix, Inc. Thin stepped tulip lens
DE102011084881A1 (de) * 2011-10-20 2013-04-25 Osram Gmbh Halbleiter-Leuchtvorrichtung mit einer Linse mit Lichtablenkungsstruktur

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996031742A1 (en) * 1995-04-07 1996-10-10 Tir Technologies, Inc. Collimating tir lens devices employing fluorescent light sources
WO1999050596A2 (en) * 1998-03-26 1999-10-07 Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Lomo Illumination device for generating non-symmetric light beam, optical lens array and optical lens
DE102005001954A1 (de) * 2004-01-14 2005-09-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisches System und Display mit einer Vielzahl optischer Systeme

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016075256A1 (de) * 2014-11-14 2016-05-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauelement und beleuchtungsvorrichtung
CN107004748A (zh) * 2014-11-14 2017-08-01 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 光电组件和照明设备
CN107004748B (zh) * 2014-11-14 2019-04-02 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 光电组件和照明设备
US10347802B2 (en) 2014-11-14 2019-07-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component and illumination device
DE112015005147B4 (de) 2014-11-14 2021-09-16 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Bauelement und Beleuchtungsvorrichtung
WO2016146622A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches element zur beeinflussung der lichtabgabe von leuchtmitteln
AT17161U1 (de) * 2015-03-16 2021-07-15 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches Element zur Beeinflussung der Lichtabgabe von Leuchtmitteln

Also Published As

Publication number Publication date
CN105074532A (zh) 2015-11-18
US20160033689A1 (en) 2016-02-04
KR20150131128A (ko) 2015-11-24
CN105074532B (zh) 2017-11-17
US9874663B2 (en) 2018-01-23
WO2014139797A1 (de) 2014-09-18
DE102013204476B4 (de) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013204476A1 (de) Optisches Element und optoelektronisches Bauelement mit optischem Element
DE102010018119B4 (de) Optikelement für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs
DE102010018033A1 (de) Flächenlichtleiter und Flächenstrahler
DE102010028755A1 (de) Linsenglied und optische Einheit, die das Linsenglied verwendet
WO2014173736A1 (de) Optische anordnung und anzeigegerät
DE102014112891B4 (de) Optisches Element und optoelektronisches Bauelement
DE102011012297A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung
DE102013226181A1 (de) Optisches Element, sowie Anordnung zur Lichtabgabe
DE112016000316B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE102016123002A1 (de) Vorrichtung zum ausleuchten eines vorgegebenen flächenbereiches
EP4010625A1 (de) Leuchtfolie mit mikrooptischer struktur
EP2371623A2 (de) Flächiger Lichtleiter zur Strahlkollimierung
EP3283820B1 (de) Optisches system sowie anordnung zur lichtabgabe
EP1598590A2 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit optimierter Auskoppelfläche
DE112015004195B4 (de) Optoelektronisches bauelement
DE102017101267A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
DE112015005147B4 (de) Optoelektronisches Bauelement und Beleuchtungsvorrichtung
DE102018207516B3 (de) Head-Up-Display mit einer von mehreren verteilt angeordneten Lichtquellen beleuchteten Anzeige
EP2826080B1 (de) Lichtabgabeanordnung mit einer oled oder qled mit verbesserter lichtausbeute
DE102016106244A1 (de) Lichtquelle für eine Beleuchtungsvorrichtung sowie Beleuchtungsvorrichtung mit einer derartigen Lichtquelle
DE102017125212B4 (de) Linse und leuchtmodul
WO2016066753A1 (de) Optisches element sowie anordnung zur lichtabgabe mit einem optischen element
EP3117139B1 (de) Beleuchtungsvorrichtung mit optoelektronischer lichtquelle
DE102018117591A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Anzeigevorrichtung
EP2578930B1 (de) Lichtmodul für eine Außenleuchte

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: WILHELM & BECK, DE

R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final