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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
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Stand der Technik
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Typischerweise erfordern insbesondere Mikrospiegelanwendungen höchste Strahldichten der eingesetzten Lichtquelle, um die erforderlichen hohen Strahldichten zu erreichen. Hierfür werden typischerweise Laser eingesetzt. Für insbesondere Weißlichtanwendungen werden entweder RGB-Lasersysteme oder blaue Laser mit Fluoreszenzkonversion verwendet. Laser sind jedoch im Vergleich zu LED kurzlebig, kostenintensiv und sind an Laserschutzregularien gebunden.
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Es ist somit absehbar das insbesondere optoelektronische Vorrichtungen als langlebige und kostengünstige Alternative erforderlich werden, welche den technologischen Herausforderungen insbesondere im Hinblick auf hohe Strahldichten genügen ohne auf langkohärente Lichtquellen zurückgreifen zu müssen.
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Die
EP 0935091 A betrifft einen stabförmigen Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Stirnfläche als Lichteinkoppelfläche und einer in Richtung einer Längsachse angeordneten quer zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche, der gegenüberliegend eine reflektierende Fläche angeordnet ist, die quer zur Längsachse eine Vielzahl lichtablenkender Prismen aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 9.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß eines Aspekts der optoelektronischen Vorrichtung umfasst die optoelektronische Vorrichtung einen Lichtleiter mit einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und eine Seitenfläche, wobei auf der Oberseite, Unterseite und/oder der Seitenfläche des Lichtleiters zumindest ein optoelektronisches Bauelement derart angeordnet ist, dass ein in dem zumindest einen optoelektronischen Bauelement erzeugtes Licht parallel zu der Oberseite und/oder Unterseite, auf der das zumindest eine optoelektronische Bauelement angeordnet ist, durch die Seitenfläche des Lichtleiters zumindest teilweise nach Außen tritt.
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Die Seitenfläche verbindet insbesondere die Oberseite mit der Unterseite. Die Seitenfläche kann mit durchgehend ausgebildet sein. Der Lichtleiter kann als Plättchen ausgebildet sein. Eine Dicke des hier beschriebenen Lichtleiters kann insbesondere 100 Mikrometer bis 200 Mikrometer aufweisen. Unter Dicke versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine vertikale Ausdehnung des Lichtleiters senkrecht bzw. quer zu der Unterseite oder Oberseite. So lässt sich der Lichtleiter-Effekt besonders effizient ausnutzen.
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Das zumindest eine optoelektronische Bauelement kann insbesondere als LED (Light Emitting Diode) ausgebildet sein. Das zumindest eine optoelektronische Bauelement ist mit anderen Worten keine langkohärente Lichtquelle.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine optoelektronische Vorrichtung, wobei zumindest ein optoelektronisches Bauelement an einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und/oder einer Seitenfläche eines Lichtleiters derart angeordnet wird, dass ein in dem zumindest einen optoelektronischen Bauelement erzeugtes Licht parallel zu der Oberseite und/oder Unterseite auf der das zumindest eine optoelektronische Bauelement angeordnet wird durch die Seitenfläche des Lichtleiters zumindest teilweise nach Außen tritt.
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Die hier beschriebenen Merkmale der optoelektronischen Vorrichtung gelten ebenfalls für das hier beschriebene Herstellungsverfahren sowie umgekehrt.
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Obwohl vorliegend die Erfindung auf Basis von beispielsweise drei optoelektronischen Bauelementen beschrieben wird, ist für den Fachmann klar, dass auch eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen an der entsprechenden Oberseite, der Unterseite und/oder der Seitenfläche des Lichtleiters angeordnet sein können. Somit kann in Abhängigkeit des Einsatzes der hier beschriebenen optoelektronischen Anordnung insbesondere die Anzahl der an dem Lichtleiter angeordneten optoelektronischen Bauelemente bestimmt werden.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, eine optoelektronische Vorrichtung bereitzustellen, welche eine hohe Strahldichte aufweist, wodurch insbesondere durch Nutzen von Materialien des Lichtleiters mit hoher Brechzahl ein Totalreflexionswinkel vergrößert und somit der Lichtleiter-Effekt verstärkt wird. Somit können optoelektronische Bauelemente insbesondere LEDs eingesetzt werden, welche kostengünstig und energiesparend sind sowie eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Lichtleiter einen Fluoreszenskonverter, wobei der Fluoreszenskonverter transparent und/oder transluzent für Licht in einem vordefinierten Emissionswellenlängenbereich ist. Unter „Emissionswellenlängenbereich“ kann beispielsweise Licht im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Wellenlängenbereich verstanden werden. Das heißt, dass der hier beschriebenen Lichtleiter transparent/transluzent für die Emissionswellenlänge des in dem zumindest einen optoelektronischen Bauelement erzeugten Lichts ist. Hierfür kann insbesondere ein Material mit einer möglichst hohen Brechzahl eingesetzt werden, wodurch die Strahldichte des aus der optoelektronischen Anordnung austretenden Lichts erhöht werden kann. Beispielsweise kann der hier beschriebenen Lichtleiter als Matrix ausgebildet sein in welches fluoreszierende Farbzentren eingebettet sind. So lässt sich der Totalreflexionswinkel und der Lichtleiter-Effekt effizient verstärken. Alternativ denkbar ist, dass der hier beschriebenen Lichtleiter ausschließlich als ein transparenter Fluoreszenskonverter für insbesondere den sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Lichtleiter ein Material mit einer Brechzahl größer gleich 1,3 bei einer Umgebungstemperatur unterhalb 80°C auf. Beispielsweise kommen Kunststoffe zu Einsatz.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Lichtleiter ein Material mit einer Brechzahl größer gleich 1,6 bei einer Umgebungstemperatur größer gleich 80°C auf. Beispielhafte Materialien wären Mineralglas, Spinell, YAG-Keramik oder Oxid-Keramik.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Lichtleiter ein Spinell oder eine YAG-Keramik. Diese Materialien weisen insbesondere eine hohe Brechzahl auf und sind in Kombination mit Licht emittierenden Dioden in Bezug auf den Totalreflexionswinkel geeignet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist an der Seitenfläche des Lichtleiters zumindest bereichsweise eine Lichtaustrittsfläche ausgebildet. Das heißt, dass die Lichtaustrittsfläche insbesondere frei von reflektierenden zusätzlichen Materialien ausgebildet sein kann. So lässt sich an der Lichtaustrittsfläche der optoelektronischen Vorrichtung eine besonders hohe Strahldichte messen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind an der Oberseite, der Unterseite und/oder der Seitenfläche zumindest bereichsweise Spiegel angeordnet. Im vorliegenden Zusammenhang wird unter dem Wort „an“ ein direkter Kontakt zwischen der Oberseite, der Unterseite und/oder der Seitenfläche und den Spiegeln verstanden, wobei insbesondere alternativ ein Abstand zwischen der Oberseite, der Unterseite und/oder der Seitenfläche und den Spiegeln von größer gleich 1 Mikrometer verstanden werden kann. Durch das Anordnen von Spiegeln kann die Effizienz der hier beschriebenen optoelektronischen Vorrichtung effizient und kostengünstig gesteigert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt ein Anordnen des zumindest einen optoelektronischen Bauelements zueinander gegenüberliegend oder versetzt zueinander in Bezug auf die Oberseite, die Unterseite und/oder die Seitenfläche.
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Die hier beschriebenen Merkmale für die optoelektronische Vorrichtung gelten auch für das hier beschriebene Herstellungsverfahren sowie umgekehrt.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen in Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
- 1a bis 1c schematische Ansichten zum Erläutern der optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2a bis 2c schematische Ansichten zum Erläutern der optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- 3a bis 3c schematische Ansichten zum Erläutern der optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1a bis 1c sind schematische Ansichten zum Erläutern einer Funktionsweise bzw. eines Aufbaus einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
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1a zeigt eine Draufsicht der optoelektronischen Vorrichtung 100.
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Die optoelektronische Vorrichtung 100 umfasst einen Lichtleiter 10 (siehe auch 1b) mit einer Oberseite 11 und einer der Oberseite 11 gegenüberliegende Unterseite 12 und eine Seitenfläche 13, wobei auf der Oberseite 11, Unterseite 12 und/oder der Seitenfläche 13 des Lichtleiters 10 zumindest ein optoelektronisches Bauelement 1, 2, 3 derart angeordnet ist, dass ein in dem zumindest einen optoelektronischen Bauelement 1 2 3 erzeugtes Licht parallel zu der Oberseite 12 und/oder Unterseite 13 auf der das zumindest eine optoelektronische Bauelement 1, 2, 3 angeordnet ist durch die Seitenfläche 13 des Lichtleiters 10 zumindest teilweise nach Außen tritt.
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Die 1b zeigt eine Querschnittsansicht der in 1a erläuterten optoelektronischen Vorrichtung 100. Wie die 1b illustriert sind die Oberfläche 11 und die Unterseite 12 durch einen Spiegel 30 bedeckt (siehe auch 1b). Durch die Spiegel 30 können Verluste mittels Streuung aufgrund des nicht perfekt transparenten/transluzenten Materials reduziert werden. Ferner weist die optoelektronische Vorrichtung 100 an der Seitenfläche 13 einen Spiegel 30 auf.
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Die 1c zeigt eine entsprechende Seitenansicht, wobei die Seitenfläche 13 des Lichtleiters 10 durch den Spiegel 30 bedeckt ist. Die Seitenfläche 13 die zumindest bereichsweise frei von dem Spiegel 30 ist, fungiert insbesondere als Lichtaustrittsfläche 20 des Lichtleiters 10.
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Beispielsweise kann der hier beschriebenen Lichtleiter 10 als Matrix ausgebildet sein in welche fluoreszierende Farbzentren eingebettet sind. So lässt sich der Totalreflexionswinkel und der Lichtleiter-Effekt effizient verstärken. Alternativ denkbar ist, dass der hier beschriebenen Lichtleiter 10 ausschließlich als ein transparenter Fluoreszenskonverter 10' für insbesondere den sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet ist.
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Wie in den 1a bis 1c illustriert kann ein Erhöhen der Strahldichte bzw. Reduzierung der Lichtstreuung durch entsprechende Anordnung von Spiegeln 30 an den entsprechenden Flächen 11, 12, 13 des Lichtleiters 10 kostengünstig optimiert werden.
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2a bis 2c sind schematische Ansichten zum Erläutern einer Funktionsweise bzw. eines Aufbaus einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die 2a bis 2c basieren auf auf der optoelektronischen Vorrichtung 100 wie bereits in Bezug auf die 1a bis 1c beschrieben, wobei im Unterschied auf der Unterseite 12 des Lichtleiters 10 ebenfalls optoelektronische Bauelemente 1, 2, 3 angeordnet sind.
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3a bis 3c sind schematische Ansichten zum Erläutern einer Funktionsweise bzw. eines Aufbaus einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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3a bis 3c basieren auf den 2a bis 2c mit dem Unterschied, dass die optoelektronischen Bauelemente 1, 2, 3 an der Oberseite 11 in Bezug auf die Unterseite 12 versetzt zueinander angeordnet sind. Durch entsprechendes Anordnen in Abhängigkeit eines Einsatzes der hier beschriebenen optoelektronischen Vorrichtung 100 kann ein entsprechendes Versetzen der optoelektronischen Bauelemente 1, 2, 3 die Strahldichte des Lichts aus der Lichtaustrittsfläche 20 kostengünstig erhöht werden.
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Experimentelle Messungen haben gezeigt, dass durch die hier beschrieben optoelektronische Anordnung 100 die maximale Strahldichte [cd/m2] an der Lichtaustrittsfläche 20 mehr als doppelt so hoch sein kann. Die Strahldichte betrug parallel zur Oberseite 11 64860 cd/m2, wohingegen senkrecht zur Oberseite 11 die Strahldichte lediglich 36550 cd/m2 betrug.
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Obwohl in den Figuren ein Anordnen der optoelektronischen Bauelemente 1, 2, 3 an den Seitenflächen 13 nicht gezeigt wurde, ist für den Fachmann klar, dass der Grundgedanke dieser Erfindung auch ein Anordnen der optoelektronischen Bauelemente 1, 2, 3 an den Seitenflächen 13 umfasst. Ferner können die optoelektronischen Bauelemente 1, 2, 3 auch auf einer Fläche - beispielsweise auf der Oberseite 11 - in einer Matrix insbesondere versetzt zueinander angeordnet sein.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Aufbauten beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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