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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element gemäß Patentanspruch 1 sowie ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 13.
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Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, mit optischen Elementen zur Strahlformung auszustatten. Für einige Anwendungsfälle ist es wünschenswert, ein solches optisches Element derart auszubilden, dass ein optoelektronischer Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements im ausgeschalteten Zustand von außerhalb des optoelektronischen Bauelements nicht sichtbar ist. Außerdem kann es wünschenswert sein, das optische Element auf einer dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite plan auszubilden. Für die Strahlformung steht dann nur eine Seite des optischen Elements zur Verfügung.
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Die
WO 2014/073158 A1 beschreibt ein optisches Element, dessen Einfallsseite unterteilt ist in einen brechenden Abschnitt und einen Abschnitt, der eine Fresnellinse bildet.
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Die
WO 2013/065408 A1 beschreibt eine Linse für ein Leuchtdiodenbauelement, die dazu vorgesehen ist, einen rechteckigen Bereich auszuleuchten.
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Die
US 5 712 730 A beschreibt ein diffraktives optisches Element mit einer diffraktiven Struktur mit einer Mehrzahl von Segmenten, die darauf auftreffendes Licht in jeweils unterschiedliche Raumbereiche ablenken.
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Die
US 2012/0 060 920 A1 beschreibt eine Fresnellinsenanordnung bei der der senkrechte Teil eines Linsenelements durch eine geneigte Oberfläche ersetzt ist.
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Die
US 2009/0 141 516 A1 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem lichtemittierenden Chip und einem reflektiven Substrat. Das Substrat weist eine Mehrzahl linearer Versetzungen auf, die einen Reflektor bilden.
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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 13 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
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Ein optisches Element weist eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche ist in mindestens ein erstes Segment und ein zweites Segment unterteilt. Die Segmente grenzen jeweils an einen Mittelpunkt der ersten Oberfläche an. Jedes Segment weist eine Zahnstruktur mit sich entlang von Zahnverlaufsrichtungen erstreckenden Zähnen auf. Die Zahnverlaufsrichtungen weisen an Grenzen zwischen den Segmenten Knicke auf.
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Vorteilhafterweise können die Zahnstrukturen der in Segmente unterteilten ersten Oberfläche zur Strahlformung in zwei Raumrichtungen dienen. Die Zahnstrukturen der mehreren Segmente können dabei vorteilhafterweise einfacher herstellbar sein als eine sich über die gesamte erste Oberfläche erstreckende, durchgehende Zahnstruktur. Die Unterteilung der strahlformenden ersten Oberfläche des optischen Elements kann außerdem eine nicht-rotationssymmetrische Strahlformung ermöglichen, wodurch sich eine vorteilhafte Möglichkeit zur Anpassung der Geometrie der Strahlformung an eine auszuleuchtende Zielgeometrie ergibt.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements überstreichen alle Segmente, vom Mittelpunkt der ersten Oberfläche aus gesehen, gleiche Winkel. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders einfache Gestaltung des ersten optischen Elements, was die Herstellung des ersten optischen Elements vereinfachen kann.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements sind die Zähne jeder Zahnstruktur konzentrisch angeordnet. Auch dies erleichtert die Herstellung des optischen Elements.
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Die Zahnverlaufsrichtungen sind im Bereich eines Segments jeweils zum Mittelpunkt hin gekrümmt ausgebildet. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Anpassung der Geometrie einer durch das optische Element bewirkten Strahlformung an eine Geometrie eines auszuleuchtenden Raumbereichs. Mit zum Mittelpunkt hin gekrümmten Zahnverlaufsrichtungen lässt sich eine Strahlbündelung erreichen.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements sind die Zahnverlaufsrichtungen im Bereich eines Segments um einen Punkt gekrümmt, der außerhalb des Segments angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Krümmungen der Zahnverlaufsrichtungen im Bereich dieses Segments einen großen Radius aufweisen. Dadurch sind die Zahnstrukturen dieses Segments vorteilhafterweise einfach herstellbar.
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Die Zähne der Zahnstrukturen zweier benachbarter Segmente setzen sich an der Grenze zwischen den Segmenten stetig fort. Dies unterstützt eine an den Segmentgrenzen stetige Strahlformung durch das optische Element und erleichtert außerdem vorteilhafterweise die Herstellung des optischen Elements.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements sind zwei Segmente zueinander rotationssymmetrisch ausgebildet bezüglich einer Drehung um den Mittelpunkt der ersten Oberfläche. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine einfache Geometrie des optischen Elements, wodurch sich die Herstellung des optischen Elements vereinfacht. Die rotationssymmetrische Ausgestaltung beider Segmente des optischen Elements unterstützt außerdem eine rotationssymmetrische Strahlformung durch das optische Element.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements ist die erste Oberfläche spiegelsymmetrisch. Dabei kann die erste Oberfläche beispielsweise nur bezüglich einer Spiegelachse spiegelsymmetrisch sein oder aber spiegelsymmetrisch bezüglich mehrerer Spiegelachsen. Die spiegelsymmetrische Ausgestaltung der ersten Oberfläche führt zu einer einfachen Geometrie des optischen Elements, die die Herstellung des optischen Elements erleichtern kann. Eine spiegelsymmetrische Ausgestaltung der ersten Oberfläche des ersten Elements unterstützt außerdem eine spiegelsymmetrische Strahlformung durch das optische Element.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements erstrecken sich die Zahnstrukturen bis zum Mittelpunkt der ersten Oberfläche. Vorteilhafterweise eignet sich das optische Element dadurch zur Abdeckung eines optoelektronischen Halbleiterchips eines optoelektronischen Bauelements, wobei der durch das optische Element abgedeckte optoelektronische Halbleiterchip von außen selbst im Mittenbereich nicht erkennbar ist.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements schließt jeder Zahn an seiner Spitze einen Zahnwinkel ein, der größer als 30° und kleiner als 45° ist. Dies ermöglicht eine Totalreflexion von Lichtstrahlen an den Grenzflächen der Zähne der Zahnstrukturen des optischen Elements.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements weist dieses einen optisch transparenten Kunststoff auf. Vorteilhafterweise erlaubt dies eine einfache und kostengünstige Herstellung des optischen Elements.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements ist die zweite Oberfläche plan. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine unauffällige Anordnung des optischen Elements, beispielsweise eine Anordnung des optischen Elements in einem Durchbruch einer Gehäusewandung eines Geräts.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements ist die zweite Oberfläche kreisrund oder elliptisch ausgebildet. Vorteilhafterweise unterstützt auch dies eine unauffällige Anordnung des optischen Elements, beispielsweise in einer Aussparung einer Gehäusewandung eines technischen Geräts.
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Das optische Elements weist einen Rahmen auf, der die erste Oberfläche umschließt. Der Rahmen kann eine Befestigung des optischen Elements an einem optoelektronischen Bauelement ermöglichen.
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In einer Ausführungsform des optischen Elements ist jedes Segment des optischen Elements als ein Segment einer Fresnellinse ausgebildet. Vorteilhafterweise kann das optische Element dadurch eine geringe Dicke aufweisen, was eine Anordnung des optischen Elements in Geräten mit begrenztem Platzangebot ermöglicht.
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Die Zahnstrukturen bilden eine Totalreflexionslinse. Vorteilhafterweise ermöglichen die Zahnstrukturen dadurch eine starke Strahlablenkung, was es ermöglicht, das optische Element trotz geringer Dicke mit kleiner Brennweite auszubilden.
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Ein optoelektronisches Bauelement umfasst ein optisches Element der vorgenannten Art und einen optoelektronischen Halbleiterchip. Dabei ist die erste Oberfläche des optischen Elements einer Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt. Der optoelektronische Halbleiterchip kann beispielsweise ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip) sein. Vorteilhafterweise ermöglicht das optische Element dieses optoelektronischen Bauelements eine Strahlformung von durch den optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierter elektromagnetischer Strahlung. Gleichzeitig dient das optische Element zur Abdeckung des optoelektronischen Halbleiterchips, wodurch der optoelektronische Halbleiterchip von außerhalb des optoelektronischen Bauelements vorteilhafterweise nicht oder nicht deutlich erkennbar ist, wenn das optoelektronische Bauelement ausgeschaltet ist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist ein Durchmesser der zweiten Oberfläche des optischen Elements größer als das Zweifache einer Kantenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips und kleiner als das Fünffache der Kantenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips. Vorteilhafterweise ermöglicht das optische Element des optoelektronischen Bauelements dann eine wirksame Strahlformung von durch den optoelektronischen Halbleiterchip emittierter elektromagnetischer Strahlung.
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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 jeweils schematisierter Darstellung
- 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements aus einer ersten Blickrichtung;
- 2 eine perspektivische Ansicht des optischen Elements aus einer zweiten Blickrichtung;
- 3 eine Aufsicht auf eine erste Oberfläche des optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 4 eine Aufsicht auf die erste Oberfläche des optischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 5 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils des optischen Elements;
- 6 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Teils der ersten Oberfläche des optischen Elements; und
- 7 eine perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements, das das optische Element umfasst.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optischen Elements 100 aus einer ersten Blickrichtung. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des optischen Elements 100 aus einer anderen Blickrichtung. Das optische Element 100 kann zur Abdeckung und zur Strahlformung in einem lichtemittierenden optoelektronischen Bauelement dienen, beispielsweise in einem Leuchtdioden-Bauelement.
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Das optische Element 100 ist bevorzugt einstückig ausgebildet und kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder ein anderes Formverfahren (Moldverfahren) hergestellt sein. Das optische Element 100 weist ein optisch transparentes Material auf. Bevorzugt weist das optische Element 100 einen optisch transparenten Kunststoff auf.
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Das optische Element 100 weist einen Basisabschnitt 130 auf, der als im Wesentlichen rechteckige Platte mit einer ersten Seite 131 und einer der ersten Seite 131 gegenüberliegenden zweiten Seite 132 ausgebildet ist. An die erste Seite 131 des Basisabschnitts 130 des optischen Elements 100 schließt ein Rahmen 150 an. Der Rahmen 150 umgrenzt eine Kavität, deren Boden durch den Basisabschnitt 130 des optischen Elements 100 gebildet ist.
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In 1 ist erkennbar, dass der Basisabschnitt 130 des optischen Elements 100 an seiner ersten Seite 131 eine erste Oberfläche 110 aufweist. In 2 ist erkennbar, dass der Basisabschnitt 130 des optischen Elements 100 an seiner zweiten Seite 132 ein erhabenes Podest 140 aufweist. Eine Deckfläche des Podests 140 bildet eine zweite Oberfläche 120. Die zweite Oberfläche 120 ist plan ausgebildet. Die zweite Oberfläche 120 ist im dargestellten Beispiel elliptisch, könnte aber auch kreisrund, rechteckig oder mit einer anderen Form ausgebildet sein.
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3 zeigt eine Aufsicht auf die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Die erste Oberfläche 110 ist in ein erstes Segment 210, ein zweites Segment 220, ein drittes Segment 230 und ein viertes Segment 240 unterteilt. Die Segmente 210, 220, 230, 240 sind um einen Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 herum angeordnet. Die Segmente 210, 220, 230, 240 können auch als Winkelsegmente betrachtet werden, die jeweils von dem Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 aus betrachtet einen Segmentwinkel 260 einschließen. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist der Segmentwinkel 260 bei allen vier Segmenten 210, 220, 230, 240 gleich groß und beträgt 90°.
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Es wäre allerdings auch möglich, die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 in mehr oder weniger als vier Segmente zu unterteilen, beispielsweise in zwei, drei, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf, dreizehn, vierzehn, fünfzehn oder sechzehn Segmente. Dabei kann der Segmentwinkel 260 bei allen Segmenten der ersten Oberfläche 110 gleich groß sein und einen Wert aufweisen, der 360° geteilt durch die Anzahl der Segmente beträgt. Die einzelnen Segmente, in die die erste Oberfläche 110 unterteilt ist, können aber auch unterschiedliche Segmentwinkel 260 aufweisen.
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Jedes der Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 weist eine Zahnstruktur 300 mit sich entlang von Zahnverlaufsrichtungen 320 erstreckenden Zähnen 310 auf. Die einzelnen Zähne 310 der Zahnstrukturen 300 sind als langgestreckte Rippen ausgebildet, die sich entlang der gekrümmten Zahnverlaufsrichtungen 320 erstrecken. Die einzelnen Zähne 310 der Zahnstruktur 300 jedes Segments 210, 220, 230, 240 sind konzentrisch angeordnet. Die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zähne 310 einer Zahnstruktur 300 verlaufen damit parallel zueinander. Die Segmente 210, 220, 230, 240 bilden damit jeweils Segmente von Fresnellinsen.
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In dem in 3 dargestellten Beispiel sind die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 aller Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 zum Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 hin gekrümmt. Dabei sind die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstruktur 300 jedes Segments 210, 220, 230, 240 jeweils um einen Krümmungsmittelpunkt 340 gekrümmt, der im dargestellten Beispiel außerhalb des jeweiligen Segments 210, 220, 230, 240 liegt und insbesondere nicht mit dem Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 zusammenfällt. Der Krümmungsmittelpunkt 340 muss dabei auch nicht auf einer Diagonalen der ersten Oberfläche 110 angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die gekrümmten Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 der Segmente 210, 220, 230, 240 Krümmungsradien aufweisen, die größer sind als dies bei einer Krümmung der Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 um den Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 der Fall wäre.
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Dies hat zur Folge, dass die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 an Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 Knicke 330 aufweisen. Die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zähne 310 der Zahnstruktur 300 eines Segments 210, 220, 230, 240 gehen an den Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 also nicht glatt in die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zähne 310 der Zahnstruktur 300 des benachbarten Segments 210, 220, 230, 240 über. Tangentiale Richtungen der Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zähne 310 der Zahnstrukturen 300 weisen an den Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 Unstetigkeiten auf.
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Die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelung an einer vertikalen Spiegelachse und spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelung an einer horizontalen Spiegelachse. Dies bedeutet, dass das erste Segment 210 und das vierte Segment 240 durch eine Spiegelung an der vertikalen Spiegelachse auf das zweite Segment 220 und das dritte Segment 230 abgebildet werden können. Das erste Segment 210 und das zweite Segment 220 können durch eine Spiegelung an der horizontalen Spiegelachse auf das vierte Segment 240 und das dritte Segment 230 abgebildet werden. Folglich kann das erste Segment 210 durch eine Drehung um den Mittelpunkt 111 auch auf das dritte Segment 230 abgebildet werden. Entsprechend ist das zweite Segment 220 rotationssymmetrisch zum vierten Segment 240 ausgebildet. Es wäre allerdings möglich, auf die genannten Symmetrien der Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 zu verzichten.
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Die Zähne 310 der Zahnstrukturen 300 der einzelnen Segmente 210, 220, 230, 240 gehen an den Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 stetig zusammenhängend ineinander über. Auch dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Benachbarte Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 könnten alternativ beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass die Zähne 310 der Zahnstruktur 300 eines Segments 210, 220, 230, 240 an zwischen den Zähnen 310 der Zahnstruktur 300 eines benachbarten Segments 210, 220, 230, 240 angeordnete Rillen angrenzen.
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Die Zahnstrukturen 300 bedecken bevorzugt alle Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 vollständig. Insbesondere erstrecken sich die Zahnstrukturen 300 in allen Segmenten 210, 220, 230, 240 bevorzugt bis zum Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110.
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Die Zahnstrukturen 300 der Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 sind geeignet, auf die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 auftreffende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, in beide zur ersten Oberfläche 110 parallele Raumrichtungen zu bündeln.
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Die zum Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 hin orientierte Krümmung der Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 der Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 in 3 ist lediglich beispielhaft gewählt. Es ist auch möglich, die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 aller Segmente 210, 220, 230, 240 als vom Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 fort gekrümmt auszubilden. Ebenfalls ist es möglich, dass die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 in jedem Segment 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 jeweils geradlinig verlaufen, wie dies in der schematischen Darstellung der 4 gezeigt ist. In der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zähne 310 der Zahnstrukturen 300 jedes Segments 210, 220, 230, 240 jeweils nicht gekrümmt, sondern geradlinig. Die Zähne 310 jeder Zahnstruktur 300 bilden damit zueinander parallele, geradlinige Balken.
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Allerdings sind die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 der einzelnen Segmente 210, 220, 230, 240 jeweils unterschiedlich orientiert, sodass die Zahnverlaufsrichtungen 320 an den Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 dennoch jeweils Knicke 330 aufweisen. Die Zahnverlaufsrichtungen 320 der Zahnstrukturen 300 erfahren an den Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 jeweils Richtungsänderungen 331. Diese Richtungsänderungen 331 müssen nicht an allen Grenzen 250 zwischen den Segmenten 210, 220, 230, 240 gleich sein und müssen insbesondere nicht notwendigerweise den Segmentwinkeln 260 entsprechen. Im in 2 gezeigten Beispiel erfahren die Zahnverlaufsrichtungen 320 an der Grenze 250 zwischen dem ersten Segment 210 und dem zweiten Segment 220 beispielsweise eine Richtungsänderung 331 von mehr als 90°, während die Zahnverlaufsrichtungen 320 an der Grenze 250 zwischen dem zweiten Segment 220 und dem dritten Segment 330 eine Richtungsänderung 331 von weniger als 90° erfahren.
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In allen weiteren Eigenschaften entspricht das optische Element 100 mit der ersten Oberfläche 110 mit den Segmenten 210, 220, 230, 240 mit den Zahnstrukturen 300 in der in 4 dargestellten Ausführungsform der in 3 dargestellten Ausführungsform.
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5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils der Zahnstruktur 300 eines Segments 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 der anhand der 4 erläuterten Ausführungsform. Es ist erkennbar, dass jeder Zahn 310 der Zahnstruktur 300 eine Spitze 311 aufweist. An der Spitze 311 schließt der Zahn 310 einen Zahnwinkel 312 ein. Der Zahnwinkel 312 liegt bevorzugt zwischen 30° und 45°. Dies ermöglicht es, dass an den Oberflächen der Zähne 310 der Zahnstruktur 300 Brechung und Totalreflexion stattfindet, wie nachfolgend anhand der 6 erläutert wird.
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6 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Teils des optischen Elements 100 in der anhand der 3 erläuterten Ausführungsform. Ebenfalls dargestellt ist ein Strahlverlauf von auf die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 auftreffendem Licht. Das Licht trifft als divergentes Lichtbündel auf die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100. Beim Durchgang durch das optische Element 100 wird das Licht durch die Zahnstrukturen 300 der Segmente 210, 220, 230, 240 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 abgelenkt und gebündelt, sodass das Licht als konvergentes Strahlenbündel an der zweiten Oberfläche 120 aus dem optischen Element 100 austritt.
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Ein einfallender Lichtstrahl 600 trifft auf eine zum Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 orientierte Oberfläche von einem der Zähne 310 einer der Zahnstrukturen 300. Beim Eintritt in den Zahn 310 wird der einfallende Lichtstrahl 600 gebrochen und verläuft als gebrochener Lichtstrahl 610 bis zur vom Mittelpunkt 111 der ersten Oberfläche 110 abgewandten Oberfläche des jeweiligen Zahns 310. Dort trifft der gebrochene Lichtstrahl 610 unter einem Winkel auf die Oberfläche des Zahns 310, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, sodass der gebrochene Lichtstrahl 610 totalreflektiert wird. Als totalreflektierter Lichtstrahl 620 verläuft der Lichtstrahl weiter durch das optische Element 100 und tritt an der zweiten Oberfläche 120 aus dem optischen Element 100 aus. Die Zahnstrukturen 300 der ersten Oberfläche 110 des optischen Elements 100 bilden damit eine Totalreflexionslinse.
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7 zeigt eine schematische perspektivische und teilweise transparente Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 400. Das optoelektronische Bauelement 400 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) sein. Das optoelektronische Bauelement 400 kann beispielsweise als Blitzlichtvorrichtung in einem Mobiltelefon dienen.
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Das optoelektronische Bauelement 400 umfasst einen Träger 410 und das optische Element 100. Auf einer Oberfläche des Trägers ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 500 angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 500 ist dazu ausgebildet, an einer Strahlungsemissionsfläche 510 elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 500 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Chip (LED-Chip) sein.
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Das optische Element 100 ist derart über dem Träger 410 angeordnet, dass der optoelektronische Halbleiterchip 500 zwischen dem Träger 410 und dem optischen Element 100 in der durch den Rahmen 150 gebildeten Kavität des optischen Elements 100 eingeschlossen ist. Die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 ist der Strahlungsemissionsfläche 510 des optoelektronischen Halbleiterchips 500 zugewandt.
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Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 400 wird durch den optoelektronischen Halbleiterchip 500 elektromagnetische Strahlung emittiert. Das optische Element 100 bewirkt eine Strahlformung der durch den optoelektronischen Halbleiterchip 500 emittierten Strahlung, beispielsweise eine Bündelung der durch den optoelektronischen Halbleiterchip 500 emittierten Strahlung oder eine Zerstreuung der durch den optoelektronischen Halbleiterchip 500 emittierten elektromagnetischen Strahlung. Die durch das optische Element 100 geformte elektromagnetische Strahlung tritt an der zweiten Oberfläche 120 aus dem optischen Element 100 aus.
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Das die zweite Oberfläche 120 aufweisende erhabene Podest 140 des optischen Elements 100 kann beispielsweise derart in einer Aussparung eines Gehäuses eines Geräts angeordnet werden, dass die zweite Oberfläche 120 des optischen Elements 100 bündig mit einer Außenseite des Gehäuses des Geräts abschließt. Die zweite Oberfläche 120 weist einen Durchmesser 131 auf. Bevorzugt ist der Durchmesser 131 der zweiten Oberfläche 120 mindestens zweimal so groß wie eine Kantenlänge 520 des optoelektronischen Halbleiterchips 500 und ebenfalls bevorzugt kleiner als das Fünffache der Kantenlänge 520 des optoelektronischen Halbleiterchips 500. Die erste Oberfläche 110 des optischen Elements 100 weist bevorzugt eine Kantenlänge auf, die etwa dem Durchmesser 131 der zweiten Oberfläche 120 entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- optisches Element
- 110
- erste Oberfläche
- 111
- Mittelpunkt
- 120
- zweite Oberfläche
- 131
- Durchmesser
- 130
- Basisabschnitt
- 131
- erste Seite
- 132
- zweite Seite
- 140
- Podest
- 150
- Rahmen
- 210
- erstes Segment
- 220
- zweites Segment
- 230
- drittes Segment
- 240
- viertes Segment
- 250
- Grenze
- 260
- Segmentwinkel
- 300
- Zahnstruktur
- 310
- Zahn
- 311
- Spitze
- 312
- Zahnwinkel
- 320
- Zahnverlaufsrichtung
- 330
- Knick
- 331
- Richtungsänderung
- 340
- Krümmungsmittelpunkt
- 400
- optoelektronisches Bauelement
- 410
- Träger
- 500
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 510
- Strahlungsemissionsfläche
- 520
- Kantenlänge
- 600
- einfallender Lichtstrahl
- 610
- gebrochener Lichtstrahl
- 620
- totalreflektierter Lichtstrahl
