DE102016124866A1

DE102016124866A1 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102016124866A1
Application number: DE102016124866.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Streppel; Désirée Queren
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US20200064607A1; WO2018114770A1; DE112017006349A5; DE112017006349B4; US10942344B2

Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen Lichtemitter, der eine Mehrzahl von Bildpunkten aufweist, die dazu ausgebildet sind, Licht zu emittieren, und ein optisches Element, das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter emittiertes Licht in einen Zielbereich zu lenken. Eine dem Lichtemitter zugewandte Unterseite des optischen Elements ist in vier Quadranten unterteilt. Jeder Quadrant weist eine Fresnelstruktur mit einer Mehrzahl von Stegen auf, die entlang konzentrischer Ringbögen verlaufen. Die Stege der Fresnelstruktur sind bei jedem Quadranten jeweils um ein Zentrum gekrümmt, das gegenüber einem Mittelpunkt der Unterseite des optischen Elements verschoben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente mit pixelierten Lichtquellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden zur Erzeugung strukturierter Beleuchtungsmuster genutzt. Das von der pixelierten Lichtquelle emittierte Licht wird dabei mittels einer Projektionsoptik in einen Zielbereich abgebildet. Ein derartiges optoelektronisches Bauelement ist beispielsweise aus der DE 10 2016 104 385 bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen Lichtemitter, der eine Mehrzahl von Bildpunkten aufweist, die dazu ausgebildet sind, Licht zu emittieren, und ein optisches Element, das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter emittiertes Licht in einen Zielbereich zu lenken. Eine dem Lichtemitter zugewandte Unterseite des optischen Elements ist in vier Quadranten unterteilt. Jeder Quadrant weist eine Fresnelstruktur mit einer Mehrzahl von Stegen auf, die entlang konzentrischer Ringbögen verlaufen. Die Stege der Fresnelstruktur sind bei jedem Quadranten jeweils um ein Zentrum gekrümmt, das gegenüber einem Mittelpunkt der Unterseite des optischen Elements verschoben ist.
Vorteilhafterweise ermöglicht dieses optoelektronische Bauelement eine Erzeugung eines strukturierten Lichtmusters in einem Zielbereich. Das strukturierte Lichtmuster kann beispielsweise als Blitzlicht für fotografische Aufnahmen dienen. In diesem Fall kann das optoelektronische Bauelement beispielsweise in eine Kamera oder ein Mobiltelefon integriert sein.
Der eine Mehrzahl von Bildpunkten aufweisende Lichtemitter dieses optoelektronischen Bauelements ermöglicht durch eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung einzelner Bildpunkte der Mehrzahl von Bildpunkten des Lichtemitters eine Formung des von dem optoelektronischen Bauelement erzeugbaren strukturierten Lichtmusters.
Das optische Element dieses optoelektronischen Bauelements kann vorteilhafterweise eine in Abstrahlrichtung des optoelektronischen Bauelements geringe Bauhöhe aufweisen, was es ermöglicht, das gesamte optoelektronische Bauelement mit kompakten äußeren Abmessungen auszubilden. Die geringe Bauhöhe des optischen Elements wird durch die an der dem Lichtemitter zugewandten Unterseite des optischen Elements angeordneten Fresnelstrukturen ermöglicht. Diese bewirken eine Ablenkung des von dem Lichtemitter emittierten Lichts mittels interner Totalreflexion. Dadurch kann auf eine abbildende Optik mit großer Bauhöhe verzichtet werden.
Durch die Unterteilung der Unterseite des optischen Elements in vier Quadranten, die jeweils eine Fresnelstruktur mit dezentriertem Zentrum aufweisen, ermöglicht das optische Element dieses optoelektronischen Bauelements eine zumindest teilweise gerichtete Ablenkung des von dem Lichtemitter emittierten Lichts in den Zielbereich. Dadurch wird es ermöglicht, das im Zielbereich erzeugte Lichtmuster durch gezielte Aktivierung und Deaktivierung einzelner Bildpunkte des Lichtemitters zu verändern. Das von unterschiedlichen Bildpunkten des Lichtemitters abgestrahlte Licht wird dabei durch das optische Element in unterschiedliche Teile des Zielbereichs abgelenkt.
Ein weiterer Vorteil dieses optoelektronischen Bauelements besteht darin, dass das über dem Lichtemitter angeordnete optische Element eine Sichtbarkeit des Lichtemitters des optoelektronischen Bauelements von außerhalb des optoelektronischen Bauelements verhindert.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das Zentrum, um das die Stege der Fresnelstruktur des jeweiligen Quadranten gekrümmt sind, bei jedem Quadranten an einer Ecke der Unterseite des optischen Elements angeordnet. Vorteilhafterweise wird es durch diese Gestaltung der Quadranten des optischen Elements ermöglicht, dass von unterschiedlichen Quadranten des optischen Elements abgelenktes Licht in unterschiedliche Teilbereiche des Zielbereichs abgelenkt wird.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements überstreichen die Stege der Fresnelstruktur in jedem Quadranten jeweils einen Viertelkreis. Vorteilhafterweise unterstützt diese Ausgestaltung der Fresnelstrukturen der Quadranten des optischen Elements eine Ablenkung von Licht durch die einzelnen Quadranten des optischen Elements in unterschiedliche Teile des Zielbereichs.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Quadranten quadratisch ausgebildet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders einfache Gestaltung des optischen Elements.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite des optischen Elements plan ausgebildet. Vorteilhafterweise weist die Oberseite des optischen Elements dadurch ein einheitliches und harmonisches Erscheinungsbild auf und ist unempfindlich gegenüber einer Verschmutzung oder einer Beschädigung durch äußere Einwirkungen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Quadranten jeweils gegenüber einer zu dem Lichtemitter parallelen Orientierung verkippt. Vorteilhafterweise wird es dadurch unterstützt, dass von unterschiedlichen Quadranten des optischen Elements abgelenktes Licht in unterschiedliche Abschnitte des Zielbereichs gelangt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Quadranten jeweils so verkippt, dass bei jedem Quadranten der Mittelpunkt der Unterseite des optischen Elements einen von dem Lichtemitter am weitesten beabstandeten Punkt bildet und eine Ecke der Unterseite des optischen Elements einen von dem Lichtemitter am wenigsten beabstandeten Punkt bildet. Vorteilhafterweise wird dadurch von dem Lichtemitter des optoelektronischen Bauelements emittiertes Licht, das von den Fresnelstrukturen unterschiedlicher Quadranten des optischen Elements abgelenkt wird, in unterschiedliche Teilbereiche des Zielbereichs gelenkt. Dadurch kann das im Zielbereich durch das optoelektronische Bauelement erzeugbare Lichtmuster auf besonders einfache Weise durch Aktivieren und Deaktivieren einzelner Bildpunkte des Lichtemitters vorgegeben werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die vier Quadranten zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet. Vorteilhafterweise weist das optische Element dadurch eine besonders einfache Geometrie auf.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist an der Unterseite des optischen Elements eine weitere Fresnelstruktur mit mindestens einem den Mittelpunkt der Unterseite des optischen Elements umschließenden Steg ausgebildet. Vorteilhafterweise kann diese weitere Fresnelstruktur an der Unterseite des optischen Elements von dem Lichtemitter emittiertes Licht in einen Mittenbereich des Zielbereichs ablenken. Dadurch wird vorteilhafterweise eine lichtstarke Beleuchtung des Mittenbereichs des Zielbereichs durch das optoelektronische Bauelement ermöglicht.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umschließt der mindestens eine Steg der weiteren Fresnelstruktur den Mittelpunkt der Unterseite des optischen Elements kreisringförmig. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders einfache Geometrie des optischen Elements des optoelektronischen Bauelements und eine besonders lichtstarke Beleuchtung des Mittenbereichs des Zielbereichs.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Bildpunkte des Lichtemitters in einer zweidimensionalen Matrixanordnung angeordnet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch ein einfacher und regelmäßiger Aufbau des Lichtemitters. Die zweidimensionale Matrixanordnung der Bildpunkte des Lichtemitters ermöglicht eine besonders einfache und vorhersehbare Beeinflussung des von dem optoelektronischen Bauelement im Zielbereich erzeugbaren strukturierten Lichtmusters durch Beeinflussung der einzelnen Bildpunkte des Lichtemitters.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist der Lichtemitter Bildpunkte eines ersten Typs und Bildpunkte eines zweiten Typs auf. Die Bildpunkte des ersten Typs können sich dabei von den Bildpunkten des zweiten Typs beispielsweise dadurch unterscheiden, dass die Bildpunkte des ersten Typs Licht einer anderen Lichtfarbe oder Licht mit einer anderen Farbtemperatur abstrahlen als die Bildpunkte des zweiten Typs. Vorteilhafterweise ermöglicht das optoelektronische Bauelement dadurch eine Beleuchtung des Zielbereichs mit Licht, das durch Mischung des von Bildpunkten des ersten Typs emittierten Lichts mit von Bildpunkten des zweiten Typs emittiertem Licht gebildet wird.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Bildpunkte des ersten Typs ausgebildet, Licht mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren, während die Bildpunkte des zweiten Typs ausgebildet sind, Licht mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren. Vorteilhafterweise ermöglicht das optoelektronische Bauelement es dadurch, den Zielbereich mit einer Mischung von Licht mit warmweißer Farbtemperatur und Licht mit kaltweißer Farbtemperatur zu beleuchten.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements wechseln sich die Bildpunkte des ersten Typs und die Bildpunkte des zweiten Typs schachbrettartig ab. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders gute Durchmischung des von Bildpunkten des ersten Typs emittierten Lichts mit von Bildpunkten des zweiten Typs emittiertem Licht.
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 Lichtemitters;
2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements;
3 eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements, das den Lichtemitter und das optische Element umfasst;
4 eine Ansicht eines von dem optoelektronischen Bauelement beleuchteten Zielbereichs;
5 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des optischen Elements;
6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des optischen Elements; und
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des optischen Elements.

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Lichtemitters 100. Der Lichtemitter 100 weist eine im Wesentlichen ebene Oberseite 101 auf, die in einer durch eine Längsrichtung 11 und eine zur Längsrichtung 11 senkrechte Querrichtung 12 aufgespannten Ebene angeordnet ist. Eine zur Oberseite 101 des Lichtemitters 100 senkrechte Richtung 13 ist senkrecht zur Längsrichtung 11 und senkrecht zur Querrichtung 12 orientiert.
Der Lichtemitter 100 weist eine Mehrzahl von Bildpunkten 110 auf, die dazu ausgebildet sind, Licht 140 zu emittieren. Die Bildpunkte 110 strahlen das Licht 140 dabei an der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 in die zur Oberseite 101 des Lichtemitters 100 senkrechte Richtung 13 ab.
Jeder Bildpunkt 110 des Lichtemitters 100 kann einen optoelektronischen Halbleiterchip 130 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Licht zu emittieren. Beispielsweise kann jeder Bildpunkt 110 des Lichtemitters 100 einen Leuchtdiodenchip aufweisen. Zusätzlich kann jeder Bildpunkt 110 ein wellenlängenkonvertierendes Element aufweisen, das dazu vorgesehen ist, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 130 des jeweiligen Bildpunkts 110 emittiertes Licht zumindest teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Hierdurch können die Bildpunkte 110 beispielsweise ausgebildet sein, weißes Licht 140 abzustrahlen. Es können auch mehrere optoelektronische Halbleiterchips 130 pro Bildpunkt 110 des Lichtemitters 100 vorgesehen sein.
Im in 1 gezeigten Beispiel weisen die Bildpunkte 110 jeweils eine quadratische Form auf. Die Bildpunkte 110 könnten aber auch eine andere rechteckige Form oder eine nicht-rechteckige Form aufweisen. Im in 1 gezeigten Beispiel sind alle Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 gleich ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Beispielsweise könnten einige Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 größer sein oder eine andere Form aufweisen als andere Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100.
Im in 1 gezeigten Beispiel des Lichtemitters 100 sind die Bildpunkte 110 in einer zweidimensionalen Matrixanordnung 120 angeordnet. Daher können die Bildpunkte 110 auch als Pixel bezeichnet werden. Im in 1 gezeigten Beispiel des Lichtemitters 100 weist die zweidimensionale Matrixanordnung 120 16^x16 Bildpunkte 110 auf. Der Lichtemitter 100 kann aber auch mit einer anderen Anzahl von Bildpunkten 110 ausgebildet werden. Die zweidimensionale Matrixanordnung 120 der Bildpunkte 110 muss dabei nicht quadratisch sein. Ebenfalls möglich ist, die Bildpunkte 110 in anderen als einer Matrixanordnung anzuordnen.
Es ist zweckmäßig, dass alle Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 unabhängig voneinander angesteuert werden können, also unabhängig voneinander in leuchtenden oder dunklen Zustand geschaltet werden können. Möglich ist aber auch, den Lichtemitter 100 so auszubilden, dass die Bildpunkte 110 gruppenweise angesteuert werden.
Die Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 können in Bildpunkte 110, 111 eines ersten Typs und Bildpunkte 110, 112 eines zweiten Typs unterteilt sein. Die Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs und die Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs können sich durch die Farbe oder durch die Farbtemperatur des von den Bildpunkten 110 emittierbaren Lichts 140 unterscheiden. Beispielsweise können die Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs ausgebildet sein, farbiges Licht mit einer ersten Lichtfarbe zu emittieren, während die Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs ausgebildet sind, farbiges Licht mit einer anderen, zweiten Lichtfarbe zu emittieren. Möglich ist auch, dass die Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs ausgebildet sind, weißes Licht mit einer ersten Farbtemperatur zu emittieren, während die Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs ausgebildet sind, weißes Licht mit einer zweiten Farbtemperatur zu emittieren, die sich von der ersten Farbtemperatur unterscheidet. Beispielsweise können die Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs ausgebildet sein, Licht mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren. Die Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs können beispielsweise ausgebildet sein, weißes Licht mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren. Weißes Licht mit warmweißer Lichtfarbe kann dabei beispielsweise eine Farbtemperatur zwischen 2000 K und 3500 K aufweisen, beispielsweise eine Farbtemperatur von 2200 K. Weißes Licht mit kaltweißer Lichtfarbe kann beispielsweise eine Farbtemperatur zwischen 3500 K und 7000 K aufweisen, beispielsweise eine Farbtemperatur von 5500 K.
Bei dem in 1 gezeigten Lichtemitter 100 wechseln sich Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs und Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs schachbrettartig ab. Dies bedeutet, dass in jeder Zeile der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 von Bildpunkten 110 und in jeder Spalte der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 von Bildpunkten 110 immer abwechselnd ein Bildpunkt 110, 111 des ersten Typs und ein Bildpunkt 110, 112 des zweiten Typs aufeinander folgen. Es ist aber ebenfalls möglich, die Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs und die Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs anders als schachbrettartig anzuordnen.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel des Lichtemitters 100 sind genauso viele Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs vorhanden wie Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs. Die Anzahl der Bildpunkte 110, 111 des ersten Typs kann sich aber auch von der Anzahl der Bildpunkte 110, 112 des zweiten Typs unterscheiden. Es können auch mehr als zwei Typen von Bildpunkten 110 oder lediglich eine Art von Bildpunkten 110 vorhanden sein.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optischen Elements 200. Das optische Element 200 weist eine in 2 sichtbare Unterseite 202 und eine der Unterseite 202 gegenüberliegende Oberseite 201 auf. Die Oberseite 201 und die Unterseite 202 des optischen Elements 200 weisen im in 2 gezeigten Beispiel jeweils eine im Wesentlichen quadratische Form auf. Die Oberseite 201 und die Unterseite 202 des optischen Elements 200 könnten aber auch eine andere Rechteckform oder eine nicht-rechteckige Form aufweisen.
Die Unterseite 202 des optischen Elements 200 weist vier Ecken 230 auf. Im in 2 gezeigten Beispiel sind die Ecken 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 abgerundet. Dies ist nicht zwingend erforderlich.
Die Unterseite 202 des optischen Elements 200 ist in vier Quadranten 210 unterteilt. Jeder Quadrant 210 umfasst ein Viertel der Unterseite 202 des optischen Elements 200. Alle vier Quadranten 210 grenzen an einen Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 an. Jede der vier Ecken 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 bildet eine Ecke eines Quadranten 210. Im in 2 gezeigten Beispiel des optischen Elements 200 sind die Quadranten 210 jeweils quadratisch ausgebildet. Falls die Unterseite 202 des optischen Elements 200 nicht-quadratisch ist, so können auch die Quadranten 210 nicht-quadratisch ausgebildet sein.
Jeder Quadrant 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 weist eine Fresnelstruktur 300 mit einer Mehrzahl von Stegen 310 auf. Die Stege 310 erstrecken sich entlang konzentrischer Ringbögen 320 an der Unterseite 202 des optischen Elements 200. Dabei umfasst die Fresnelstruktur 300 jedes Quadranten 210 mehrere konzentrisch angeordnete Stege 310, im in 2 gezeigten Beispiel jeweils sieben Stege 310.
Die Stege 310 können auch als Rippen oder Wälle bezeichnet werden und weisen im in 2 gezeigten Beispiel jeweils einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf. Dadurch ist zwischen zwei benachbarten Stegen 310 jeweils ein Leerraum angeordnet, der ebenfalls eine etwa dreieckige Querschnittsform aufweist.
Die Ringbögen 320, entlang der die Stege 310 der Fresnelstrukturen 300 verlaufen, sind bei jedem Quadranten 210 des optischen Elements 200 jeweils um ein Zentrum 330 gekrümmt, das gegenüber dem Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 verschoben ist. Im in 2 gezeigten Beispiel fallen die Zentren 330 der Ringbögen 320, entlang der sich die Stege 310 der Fresnelstrukturen 330 erstrecken, bei jedem Quadranten 210 des optischen Elements 200 mit der zu dem jeweiligen Quadranten 210 gehörigen Ecke 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 zusammen.
Die Zentren 330 der Ringbögen 320 müssen nicht genau an den Ecken 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 liegen. Die Zentren 330 können auch außerhalb der Unterseite 202 des optischen Elements 200 liegen und dabei jeweils einen Abstand von der jeweiligen Ecke 230 aufweisen, der maximal das dreifache der Kantenlänge des Lichtemitters 100 beträgt.
Die Ringbögen 320, entlang der die Stege 310 der Fresnelstrukturen 300 verlaufen, bilden Abschnitte von Kreisbögen. Da die Ringbögen 320 im dargestellten Beispiel um die mit den Ecken 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 zusammenfallenden Zentren 330 gekrümmt sind, überstreicht fast jeder sich entlang eines Ringbogens 320 erstreckende Steg 310 jeder Fresnelstruktur 300 einen Viertelkreis und trifft senkrecht auf Außenkanten der Unterseite 202 des optischen Elements 200. Lediglich nahe des Mittelpunkts 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 angeordnete Stege 310 jeder Fresnelstruktur 300 überstreichen keinen vollständigen Viertelkreis, sondern gehen an den Rändern des jeweiligen Quadranten 210 in korrespondierende Stege 310 der Fresnelstruktur 300 des jeweils benachbarten Quadranten 210 über.
Würden jeweils die einander diagonal gegenüberliegenden Quadranten 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 vertauscht werden, so würden die Stege 310 der Fresnelstrukturen 300 der vier Quadranten 210 gemeinsam geschlossene Ringe bilden. In den Ecken wären jeweils nicht geschlossene Abschnitte weiterer Stege angeordnet.
Die vier Quadranten 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 sind zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 ist dazu ausgebildet, ein strukturiertes Lichtmuster in einem Zielbereich 500 in der Umgebung des optoelektronischen Bauelements 10 zu erzeugen. Das strukturierte Lichtmuster kann beispielsweise als Blitzlicht für fotografische Aufnahmen dienen. In diesem Fall kann das optoelektronische Bauelement 10 beispielsweise in eine Kamera oder ein Mobiltelefon integriert sein.
Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst den in 1 dargestellten Lichtemitter 100 und das in 2 dargestellte optische Element 200. Zusätzlich kann das optoelektronische Bauelement 10 weitere Komponenten aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber in 3 nicht gezeigt sind. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement 10 ein Gehäuse aufweisen, das den Lichtemitter 100 und das optische Element 200 hält und fixiert.
Das optische Element 200 ist in senkrechter Richtung 13 oberhalb der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 angeordnet. Dabei ist die Unterseite 202 des optischen Elements 200 der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 zugewandt. Die Unterseite 202 des optischen Elements 200 weist etwa dieselbe Form und Größe auf wie die Oberseite 101 des Lichtemitters 100 oder ist etwas größer als die Oberseite 101 des Lichtemitters 100. Somit ist die Oberseite 101 des Lichtemitters 100 im Wesentlichen vollständig unterhalb der Unterseite 202 des optischen Elements 200 angeordnet.
Die von dem Lichtemitter 100 abgewandte Oberseite 201 des optischen Elements 200 ist plan ausgebildet. Dadurch weist das optoelektronische Bauelement 10 von außen betrachtet ein homogenes Erscheinungsbild auf. Die plane Oberseite 201 des optischen Elements 200 ist außerdem vorteilhafterweise unempfindlich gegenüber Beschädigungen und Verschmutzungen durch äußere Einwirkungen.
Das optische Element 200 des optoelektronischen Bauelements 10 ist dazu vorgesehen, von dem Lichtemitter 100 des optoelektronischen Bauelements 10 emittiertes Licht 140 in den Zielbereich 500 zu lenken. Der Zielbereich 500 ist in senkrechte Richtung 13 oberhalb der Oberseite 201 des optischen Elements 200 angeordnet. Der Zielbereich 500 kann beispielsweise in einem Abstand von 1 m von dem optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet sein. Der Lichtemitter 100 und das optische Element des optoelektronischen Bauelements 10 können beispielsweise Kantenlängen von einigen mm aufweisen.
Das optische Element 200 lenkt von den Bildpunkten 110 des Lichtemitters 100 emittiertes Licht 140 mittels der Fresnelstrukturen 300 an der Unterseite 202 des optischen Elements 200 ab. Die Ablenkung erfolgt dabei durch interne Totalreflexion in den Stegen 310 der Fresnelstrukturen 300.
Durch die Unterteilung der Unterseite 202 des optischen Elements 200 in die vier Quadranten 210 und durch die Geometrie der Fresnelstrukturen 300 der Quadranten 210 wird erreicht, dass von unterschiedlichen Bildpunkten 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements 10 emittiertes Licht 140 in unterschiedliche Teile des Zielbereichs 500 geleitet wird. Dadurch wird es ermöglicht, das sich im Zielbereich 500 ergebende Lichtmuster durch selektives Schalten einzelner Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 in lichtemittierenden oder dunklen Zustand zu variieren.
Gleichzeitig überlagert sich von nahe beieinanderliegenden Bildpunkten 110 des Lichtemitters 100 emittiertes Licht 140 im Zielbereich 500, sodass von Bildpunkten 110, 111 des ersten Typs emittiertes Licht 140 und von Bildpunkten 110, 112 des zweiten Typs emittiertes Licht 140 im Zielbereich 500 durchmischt ist.
4 zeigt eine schematische beispielhafte Darstellung einer im Zielbereich 500 angeordneten Bildebene, die parallel zur Längsrichtung 11 und zur Querrichtung 12 orientiert ist. 4 zeigt schematisiert eine sich in dem Zielbereich 500 einstellende Beleuchtungsstärkeverteilung in dem Fall, dass bei dem Lichtemitter 100 des optoelektronischen Bauelements 10 lediglich einige Bildpunkte 110 in einem Eckbereich der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 Licht 140 emittieren, während alle übrigen Bildpunkte 110 des Lichtemitters 100 dunkel sind. In 4 ist erkennbar, dass sich in diesem Fall eine gegenüber den übrigen Teilen des Zielbereichs 500 erhöhte Beleuchtungsstärke in einem Eckbereich des Zielbereichs 500 einstellt. Entsprechend würden in einem anderen Eckbereich der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 des Lichtemitters 100 aktivierte Bildpunkte 110 eine erhöhte Beleuchtungsstärke in einem anderen Eckbereich des Zielbereichs 500 bewirken. Im Mittenbereich der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements 10 aktivierte Bildpunkte 110 würden eine erhöhte Beleuchtungsstärke im mittleren Teil des Zielbereichs 500 erzeugen.
5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des optischen Elements 200. Die in 5 gezeigte Ausführungsform des optischen Elements 200 kann anstelle der in 2 gezeigten Ausführungsform des optischen Elements 200 in dem optoelektronischen Bauelement 10 eingesetzt werden.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform des optischen Elements 200 sind die Quadranten 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 jeweils gegenüber einer zu der Längsrichtung 11 und der Querrichtung 12 parallelen Orientierung verkippt. Die Quadranten 210 sind also sowohl um die Längsrichtung 11 als auch um die Querrichtung 12 gedreht. Wenn das optische Element 200 der 5 in dem optoelektronischen Bauelement 10 über der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 angeordnet ist, so sind die Quadranten 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 jeweils gegenüber einer zu der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 parallelen Orientierung verkippt.
Dabei sind die Quadranten 210 jeweils so verkippt, dass bei jedem Quadranten 210 der Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 einen von dem Lichtemitter 100 am weitesten beabstandeten Punkt bildet und gleichzeitig bei jedem Quadranten 210 die zu dem jeweiligen Quadranten 210 gehörige Ecke 230 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 einen von dem Lichtemitter 100 am wenigsten beabstandeten Punkt bildet.
Durch die Verkippung der Quadranten 210 der in 5 gezeigten Ausführungsform des optischen Elements 200 wird erreicht, dass von den Bildpunkten 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements 10 emittiertes Licht 140 stärker in Richtung der Ecken des Zielbereichs 500 gelenkt wird, als dies bei Verwendung der in 2 gezeigten Variante des optischen Elements 200 der Fall ist.
6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des optischen Elements 200. Die in 6 gezeigte Ausführungsform des optischen Elements 200 kann anstelle der in 2 gezeigten Ausführungsform des optischen Elements 200 in dem optoelektronischen Bauelement 10 der 3 verwendet werden.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform des optischen Elements 200 unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform des optischen Elements 200 dadurch, dass an der Unterseite 202 des optischen Elements 200 eine weitere Fresnelstruktur 400 mit mehreren den Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 umschließenden Stegen 410 ausgebildet ist. Die Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 der in 6 gezeigten Variante des optischen Elements 200 ersetzen die dem Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 nächstliegenden Stege 310 der Fresnelstrukturen 300 der in 2 gezeigten Variante des optischen Elements 200.
Die Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 sind kreisringförmig um ein Zentrum 420 gekrümmt, das mit dem Mittelpunkt 220 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 zusammenfällt. Dabei sind die einzelnen Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 konzentrisch um das Zentrum 420 angeordnet.
Die Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 können beispielsweise jeweils einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Die weitere Fresnelstruktur 400 der in 6 gezeigten Variante des optischen Elements 200 bewirkt, dass ein im Vergleich zu der in 2 gezeigten Variante des optischen Elements 200 zusätzlicher Teil des von den Bildpunkten 110 des Lichtemitters 100 emittierten Lichts 140 in den Mittenbereich des Zielbereichs 500 geleitet wird, wenn die in 6 gezeigte Variante des optischen Elements 200 in dem optoelektronischen Bauelement 10 verwendet wird. Dadurch wird bei Verwendung der in 6 gezeigten Variante des optischen Elements 200 eine größere Helligkeit im mittleren Teil des Zielbereichs 500 erreicht, insbesondere dann, wenn im mittleren Teil der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 des Lichtemitters 100 angeordnete Bildpunkte 110 aktiviert sind.
7 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform des optischen Elements 200. Die in 7 gezeigte Variante des optischen Elements 200 kann anstelle der in 2 gezeigten Variante des optischen Elements 200 in dem in 3 gezeigten optoelektronischen Bauelement 10 verwendet werden.
Die in 7 gezeigte Variante des optischen Elements 200 weist große Übereinstimmungen mit der in 6 gezeigten Variante des optischen Elements 200 auf. Allerdings sind bei der in 7 gezeigten Variante des optischen Elements 200 die Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 im Mittenbereich der Unterseite 202 des optischen Elements 200 nicht kreisringförmig, sondern rautenförmig ausgebildet. Die Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 weisen dabei jeweils vier Abschnitte auf, die in den vier Quadranten 210 der Unterseite 202 des optischen Elements 200 angeordnet sind. Jeder dieser Abschnitte der Stege 410 der weiteren Fresnelstruktur 400 verläuft geradlinig.
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: optoelektronisches Bauelement
11: Längsrichtung
12: Querrichtung
13: senkrechte Richtung
100: Lichtemitter
101: Oberseite
110: Bildpunkt
111: Bildpunkt eines ersten Typs
112: Bildpunkt eines zweiten Typs
120: zweidimensionale Matrixanordnung
130: optoelektronischer Halbleiterchip
140: Licht
200: optisches Element
201: Oberseite
202: Unterseite
210: Quadrant
220: Mittelpunkt der Unterseite
230: Ecke der Unterseite
300: Fresnelstruktur
310: Steg
320: Ringbogen
330: Zentrum
400: weitere Fresnelstruktur
410: Steg
420: Zentrum
500: Zielbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016104385 [0002]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) mit einem Lichtemitter (100), der eine Mehrzahl von Bildpunkten (110) aufweist, die dazu ausgebildet sind, Licht (140) zu emittieren, und mit einem optischen Element (200), das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter (100) emittiertes Licht (140) in einen Zielbereich (500) zu lenken, wobei eine dem Lichtemitter (100) zugewandte Unterseite (202) des optischen Elements (200) in vier Quadranten (210) unterteilt ist, wobei jeder Quadrant (210) eine Fresnelstruktur (300) mit einer Mehrzahl von Stegen (310) aufweist, die entlang konzentrischer Ringbögen (320) verlaufen, wobei die Stege (310) der Fresnelstruktur (300) bei jedem Quadranten (210) jeweils um ein Zentrum (330) gekrümmt sind, das gegenüber einem Mittelpunkt (220) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) verschoben ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Zentrum (330) bei jedem Quadranten (210) an einer Ecke (230) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stege (310) der Fresnelstruktur (300) in jedem Quadranten (210) jeweils einen Viertelkreis überstreichen.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quadranten (210) quadratisch ausgebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Unterseite (202) gegenüberliegende Oberseite (201) des optischen Elements (200) plan ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quadranten (210) jeweils gegenüber einer zu dem Lichtemitter (100) parallelen Orientierung verkippt sind.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Quadranten (210) jeweils so verkippt sind, dass bei jedem Quadranten (210) der Mittelpunkt (220) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) einen von dem Lichtemitter (100) am weitesten beabstandeten Punkt bildet und eine Ecke (230) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) einen von dem Lichtemitter (100) am wenigsten beabstandeten Punkt bildet.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vier Quadranten (210) zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Unterseite (202) des optischen Elements (200) eine weitere Fresnelstruktur (400) mit mindestens einem den Mittelpunkt (220) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) umschließenden Steg (410) ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 9, wobei der mindestens eine Steg (410) der weiteren Fresnelstruktur (400) den Mittelpunkt (220) der Unterseite (202) des optischen Elements (200) kreisringförmig umschließt.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildpunkte (110) des Lichtemitters (100) in einer zweidimensionalen Matrixanordnung (120) angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtemitter (100) Bildpunkte (110, 111) eines ersten Typs und Bildpunkte (110, 112) eines zweiten Typs aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 9, wobei die Bildpunkte (110, 111) des ersten Typs ausgebildet sind, Licht (140) mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren, wobei die Bildpunkte (110, 112) des zweiten Typs ausgebildet sind, Licht (140) mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, wobei sich Bildpunkte (110, 111) des ersten Typs und Bildpunkte (110, 112) des zweiten Typs schachbrettartig abwechseln.