DE102015108499A1

DE102015108499A1 - Optoelektronisches Bauelement mit einer Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE102015108499A1
Application number: DE102015108499.6A
Authority: DE
Inventors: Claus Jäger
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-01
Also published as: TW201703292A; WO2016193074A1; JP6680803B2; US20180164559A1; JP2018517292A; CN107646145A; DE112016002421B4; TWI597871B; US10175465B2; DE112016002421A5; CN107646145B

Abstract

Optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer Strahlungsquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, mit einem Reflektor, mit einer Linse, wobei der Reflektor vorgesehen ist, um einen Teil der Strahlung der Strahlungsquelle in eine gewünschte Strahlrichtung abzulenken, wobei die Linse vorgesehen ist, um wenigstens einen Teil der Strahlung der Strahlungsquelle in die gewünschte Strahlrichtung abzulenken, wobei die Linse eine wenigstens flächenweise kegelförmige erste Seitenfläche aufweist, wobei die erste Seitenfläche der Strahlungsquelle zugewandt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einer Strahlungsquelle gemäß Patentanspruch 1.
Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente für Beleuchtungszwecke einzusetzen. Dabei werden Linsen vorgesehen, um eine Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung vorzunehmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das optoelektronische Bauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das optoelektronische Bauelement weist mindestens eine Strahlungsquelle, einen Reflektor und eine Linse auf. Die Linse weist eine kegelförmige erste Seitenfläche auf, die der Strahlungsquelle zugewandt ist. Die kegelförmige erste Seitenfläche ist wenigstens teilweise vom Reflektor umgeben. Auf diese Weise wird eine verbesserte Strahlführung der elektromagnetischen Strahlung durch den Reflektor und die Linse erreicht. Durch die kegelförmige Linse können das Bauelement und der Reflektor mit einer geringeren Höhe ausgebildet werden. Ein Vorteil des vorgeschlagenen Bauelementes besteht darin, dass optische Verluste reduziert werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes ist die erste Seitenfläche vollständig kegelförmig ausgebildet. Dadurch wird ein einfacher Aufbau der Linse ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes umgibt der Reflektor die Strahlungsquelle ringförmig. Der Reflektor begrenzt eine Abstrahlöffnung des optoelektronischen Bauelementes. Die erste Seitenfläche der Linse ist in der Weise ausgebildet, dass die erste Seitenfläche wenigstens 80 % der Abstrahlöffnung abdeckt. Auf diese Weise wird eine effiziente Strahlformung erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform deckt die erste Seitenfläche wenigstens 90 % der Abstrahlöffnung des Reflektors ab. Dadurch wird erreicht, dass ein größerer Prozentsatz der elektromagnetischen Strahlung über die erste Seitenfläche der Linse geführt wird. Somit wird insgesamt eine verbesserte Strahlformung erreicht.
In einer Ausführungsform weist die Linse auf einer zweiten Seitenfläche, die gegenüberliegend zur ersten Seitenfläche angeordnet ist, wenigstens teilweise eine konvexe Oberfläche auf. Auf diese Weise wird eine verbesserte Strahlführung erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Reflektor an einer Innenseite eines Gehäuses ausgebildet, wobei die Linse auf einer Seitenfläche des Gehäuses aufliegt. Dadurch wird ein einfacher Aufbau des optoelektronischen Bauelementes erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Linse auf der zweiten Seitenfläche eine Fresnelstruktur zur Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Seitenfläche der Linse eine Kegelstumpfform auf. Zudem können Teilflächen der ersten Seitenfläche auch konvex oder konkav ausgebildet sein. Dadurch werden zwar die optischen Verluste erhöht, aber auch mit diesen Ausführungsformen wird immer noch eine gute Strahlführung bei relativ geringen optischen Verlusten ermöglicht.
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 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes;
2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Linse;
3 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes;
4 einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes;
5 einen schematischen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes; und
6 eine schematische Ansicht einer Öffnungsfläche des Reflektors und einer Fläche der ersten Seitenfläche der Linse.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnittes eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 weist eine Strahlungsquelle 1 auf, die auf einer Abstrahlseite 4 elektromagnetische Strahlung abgibt. Die Strahlungsquelle 1 kann beispielsweise in Form einer lichtemittierenden Diode ausgebildet sein. Zudem kann die Strahlungsquelle 1 in Form einer Laserdiode ausgebildet sein. Das Bauelement 10 ist auf der Abstrahlseite 4 von einem Reflektor 2 umgeben. Der Reflektor 2 begrenzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Abstrahlraum 6, über das die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle 1 abgegeben wird, trichterförmig. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 2 auf einer Innenseite 20 eines Gehäuses 5 ausgebildet. Das Gehäuse 5 kann aus einem Kunststoff gebildet sein, wobei die Innenseite 20 mit einer Reflexionsschicht bedeckt ist, die den Reflektor 2 bildet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Bauteil 10 auf einem Träger 21 (z.B. PCB oder Keramik) aufgebracht. Das Gehäuse 50 ist mit einer Seitenfläche am Träger 21 befestigt. Die Strahlungsquelle 1 ragt in die durchgehende Öffnung des Gehäuses 5 hinein, die den Abstrahlraum 6 darstellt. Der Reflektor 2 ist in dem dargestellten Beispiel rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse 11 ausgebildet. Der Reflektor 2 ist trichterförmig ausgebildet und begrenzt in Abstrahlrichtung in einem Endbereich eine Öffnungsfläche 12 auf, die senkrecht zur Mittenachse 11 angeordnet ist. Der Reflektor 2 weist beispielsweise eine Freifläche oder eine Parabelform auf, um die elektromagnetische Strahlung in die gewünschte Strahlrichtung abzulenken. Zudem ist die Abstrahlseite 4 der Strahlungsquelle 1 mittig in Bezug auf die Mittenachse 11 angeordnet.
Weiterhin ist eine Linse 3 vorgesehen, die mit einer ersten Seitenfläche 7 wenigstens teilweise in den Abstrahlraum 6 hineinragt. Die erste Seitenfläche 7 ist rotationssymmetrisch zur Mittenachse 11 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform bedeckt die erste Seitenfläche 7 der Linse 3 wenigstens 80 %, insbesondere wenigstens 90 % der Öffnungsfläche 12 des Reflektors 2 abdecken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Linse 3 mit einem Plattenteil 9 verbunden, das auf einer zweiten Seitenfläche 22 des Gehäuses 5 aufliegt. Das Plattenteil 9 stellt wenigstens einen Randbereich der Linse 3 dar, der auf der zweiten Seitenfläche 22 des Gehäuses 5 aufliegt. Somit ist die Öffnungsfläche 12 des Reflektors 2 vollständig mit der Linse 3 und dem Plattenteil 9 abgedeckt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Linse 3 das Plattenteil 9 umfassen, das heißt einteilig und stoffeinheitlich mit dem Plattenteil 9 ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Linse 3 und das Plattenteil 9 auch zweiteilig und aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, wobei die Linse 3 am Plattenteil 9 befestigt ist. Die Linse 3 und das Plattenteil 9 können beispielsweise aus Glas, Silikon und/oder Kunststoff wie zum Beispiel aus Epoxy gebildet sein.
Die Abstrahlseite 4 kann eine Fläche von z.B. 0,75 × 0,75 mm² aufweisen. Zudem kann die Öffnungsfläche 12 des Reflektors 2 beispielsweise einen Durchmesser von 3 mm aufweisen. Weiterhin kann das Gehäuse 5 eine Dicke parallel zur Mittenachse 11 im Bereich von 0,5 bis 3 mm aufweisen.
Durch die kegelförmige Ausbildung der ersten Seitenfläche 7 kann trotz der geringen Bauteilhöhe, das heißt der geringen Höhe des Reflektors 2 parallel zur Mittenachse 11 und der geringen Höhe der Linse 3 parallel zur Mittenachse 11, eine effiziente und präzise Strahlführung der elektromagnetischen Strahlung erreicht werden. Die elektromagnetische Strahlung kann z.B. Infrarotlicht oder sichtbares Licht sein.
2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung die Linse 3, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einteilig und einstofflich mit dem Plattenteil 9 ausgebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel läuft die erste Seitenfläche 7 kegelförmig in einem Endbereich auf eine Spitze 13 zu. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Linse 3 auf der ersten Seitenfläche 7 geringe Krümmungen oder Krümmungsabschnitte aufweisen.
3 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine weitere Ausführungsform einer Linse 3, bei der die erste Seitenfläche 7 kegelstumpfförmig ausgebildet ist und in einem Endbereich in eine plane Fläche 14 übergeht. Die Fläche 14 ist senkrecht zu einer Mittenachse 11 angeordnet. Die Linse 3 ist rotationssymmetrisch zur Mittenachse 11 ausgebildet. Zudem kann die Linse 3 im Übergangsbereich zwischen der ersten Seitenfläche 7 und der planen Fläche des Plattenteils 9 einen Übergangsbereich 17 aufweisen, der eine andere Neigung gegenüber der Mittenachse als die erste Seitenfläche 7 aufweist. Beispielsweise kann der Übergangsbereich 17 konvex oder konkav gekrümmt sein. Zudem kann der Übergangsbereich 17 parallel zur Mittenachse 11 angeordnet sein und eine Zylinderform aufweisen.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Linse 3, bei der beispielsweise ringförmige Teilabschnitte der ersten Seitenfläche 15, 16 konvex bzw. konkav ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist zwar die optische Güte geringer als bei der Ausführungsform der 1, jedoch wird trotzdem eine effiziente Strahlführung mit dieser Linse erreicht. Auch die Linse 3 der 4 ist rotationssymmetrisch zur Mittenachse 11 ausgebildet. Zudem kann die Linse 3 im Übergangsbereich zwischen der ersten Seitenfläche 7 und der planen Fläche des Plattenteils 9 einen Übergangsbereich 17 aufweisen, der eine andere Neigung gegenüber der Mittenachse als die erste Seitenfläche 7 aufweist. Beispielsweise kann der Übergangsbereich 17 konvex oder konkav gekrümmt sein. Zudem kann der Übergangsbereich 17 parallel zur Mittenachse 11 angeordnet sein und eine Zylinderform aufweisen.
Die zweite Seitenfläche 8 der Linse 3, die gegenüberliegend zur ersten Seitenfläche 7 angeordnet ist, kann für jede Ausführung der Linse 3 unabhängig von der Form der ersten Seitenfläche 7 verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Seitenfläche 8 plan, konvex, konkav oder in Form einer Fresnel- bzw. Mikroprismenstruktur ausgebildet sein.
5 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein optoelektronisches Bauelement 10 mit einer Linse 3, bei der die zweite Seitenfläche 8 in einem kreisförmigen Mittenbereich 23 konvex ausgebildet ist und in einem äußeren radialen ringförmigen Randbereich 24 teilkegelförmig ausgebildet ist. Die zweite Seitenfläche 8 kann gemäß der gewünschten Strahlführung ausgebildet sein.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Blick auf die Öffnungsfläche 12 des Reflektors 2. Zudem ist schematisch eine effektive Fläche 18 der ersten Seitenfläche 7 eingezeichnet, die in die Ebene der Öffnungsfläche 12 projiziert ist. Je mehr Fläche der Öffnungsfläche 12 durch die erste Seitenfläche 7 der Linse 3 bedeckt ist, umso geringer sind die optischen Verluste des optoelektronischen Bauelementes 10. Wie bereits ausgeführt kann die Überdeckung z.B. im Bereich zwischen 80 % oder 90 % oder mehr betragen.
Eine Grundidee des vorliegenden optoelektronischen Bauelementes 10 besteht darin, dass elektromagnetische Strahlung, die direkt auf die erste Seitenfläche 7 der Linse 3 auftrifft, in Richtung der optischen Achse gebrochen und dann durch ein weiteres optisches Element, zum Beispiel eine konvexe zweite Seitenfläche oder eine zweite Linse in einem zweiten Schritt weiter in die optische Achsrichtung gebrochen wird. Zudem wird die von der ersten Seitenfläche 7 der Linse 3 reflektierte elektromagnetische Strahlung nach außen auf den Reflektor 2 reflektiert. Ausgehend vom Reflektor 2 werden die reflektierten Strahlen wieder zurück in Richtung auf die erste Seitenfläche 7 der Linse 3 reflektiert. Die vom Reflektor 2 reflektierte elektromagnetische Strahlung wird durch die Kegelform der ersten Seitenfläche 7 der Linse 3 gleichmäßig zusätzlich in Richtung der optischen Achse gebrochen. Deshalb kann der Reflektor flacher, d.h. in Strahlrichtung kürzer ausgebildet werden. Dadurch wird ein sehr flaches Reflektordesign ermöglicht, das hohe Strahlstärken bzw. eine engwinklige Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung erreicht. Dadurch wird eine verbesserte Effizienz aufgrund der geringeren optischen Verluste erreicht. Zudem wird der Anteil der elektromagnetischen Strahlung, die nicht in die optische Achse abgelenkt wird, reduziert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Strahlungsquelle
2: Reflektor
3: Linse
4: Abstrahlseite
5: Gehäuse
6: Abstrahlraum
7: erste Seitenfläche
8: zweite Seitenfläche
9: Plattenteil
10: Bauelement
11: Mittenachse
12: Öffnungsfläche
13: Spitze
14: plane Fläche
15: erste Ringfläche
16: zweite Ringfläche
17: Übergangsbereich
18: Fläche
20: Innenseite
21: Träger
22: zweite Seitenfläche Gehäuse
23: Mittenbereich
24: Randbereich

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) mit mindestens einer Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, mit einem Reflektor (2), mit einer Linse (3), wobei der Reflektor (2) vorgesehen ist, um einen Teil der Strahlung der Strahlungsquelle (1) in eine gewünschte Strahlrichtung abzulenken, wobei die Linse (3) vorgesehen ist, um wenigstens einen Teil der Strahlung der Strahlungsquelle (1) in die gewünschte Strahlrichtung abzulenken, wobei die Linse (3) eine wenigstens flächenweise kegelförmige erste Seitenfläche (7) aufweist, wobei die erste Seitenfläche (7) der Strahlungsquelle (1) zugewandt ist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Seitenfläche (7) vollständig kegelförmig ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Reflektor (2) einen Abstrahlraum (6) begrenzt, wobei der Reflektor (2) in Abstrahlrichtung in einem Endbereich eine Abstrahlöffnung (12) aufweist, und wobei die erste Seitenfläche (7) wenigstens 80 % der Abstrahlöffnung (12) abdeckt.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei die erste Seitenfläche (7) wenigstens 90 % der Abstrahlöffnung (12) abdeckt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse (3) auf einer zweiten Seitenfläche (8), die gegenüberliegend zur ersten Seitenfläche (7) angeordnet ist, wenigstens teilweise eine konvexe Oberfläche aufweist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse (3) auf einer zweiten Seitenfläche (8), die gegenüberliegend zur ersten Seitenfläche (7) angeordnet ist, wenigstens teilweise eine Fresnelstruktur aufweist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektor (2) an einer Innenseite (20) eines Gehäuses (5) ausgebildet ist, wobei die Linse (3) mit einem Randbereich auf einer Seitenfläche (22) des Gehäuses (5) befestigt ist.