DE102018115342A1

DE102018115342A1 - Bauelement

Info

Publication number: DE102018115342A1
Application number: DE102018115342.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Feichtinger; Stefan Sax
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020002244A1; US11658274B2; US20210217939A1; CN112352330A; DE112019003235A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement (1), aufweisend ein lichtemittierendes Element (2), und eine auf dem lichtemittierenden Element (2) angeordnete strukturierte Schicht (6) mit einer optischen Funktionalität.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, das ein lichtemittierendes Element aufweist. Bei dem Bauelement kann es sich beispielsweise um eine LED-Matrix oder ein LED-Array mit integriertem Träger handeln, das sowohl ein Trägersubstrat als auch die lichtemittierenden Elemente aufweist.
Ein solches Bauelement sollte es ermöglichen, die Abstrahlcharakteristik der lichtemittierenden Elemente anzupassen. Abhängig von der vorgesehenen Anwendung kann beispielsweise eine Bündelung des abgestrahlten Lichtes gewünscht sein. Ferner sollte ein Platzbedarf für eine Primäroptik möglichst gering gehalten werden, um eine Miniaturisierung des Bauelementes zu ermöglichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaftes Bauelement anzugeben, das vorzugsweise zumindest eine der oben genannten Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Bauelement vorgeschlagen, dass ein lichtemittierendes Element und eine auf dem lichtemittierenden Element angeordnete strukturierte Schicht mit einer optischen Funktionalität aufweist.
Die strukturierte Schicht ist insbesondere aufgrund ihrer optischen Funktionalität dazu ausgestaltet, die Abstrahlcharakteristik des lichtemittierenden Elements zu verändern. Durch eine geeignete Wahl der strukturierten Schicht kann die Abstrahlcharakteristik an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Beispielsweise ist bei Scheinwerfern in einem Fahrzeug eine parallele gebündelte Abstrahlung des Lichtes in eine Richtung nach vorne gewünscht. Bei anderen Anwendungen, beispielsweise bei der Anwendung des Bauelementes als Blitz in einem Smartphone, ist dagegen eine diffuse Abstrahlcharakteristik bevorzugt.
Die strukturierte Schicht kann insbesondere dazu beitragen, dass ein großer Anteil des von dem lichtemittierenden Element abgestrahlten Lichtes in gewünschter Weise abgestrahlt wird. Dadurch kann die strukturierte Schicht zu einer Verbesserung der Lichtausbeute beitragen.
Die strukturierte Schicht kann eine dünne Folie sein. Die strukturierte Schicht kann dementsprechend zu einer Miniaturisierung des Bauelementes und einer mit dem lichtemittierenden Element verbundenen Optik beitragen.
Bei dem lichtemittierenden Element kann es sich insbesondere um eine Leuchtdiode handeln. Alternativ kann es sich bei dem lichtemittierenden Element auch um eine Anordnung von mehreren lichtemittierenden Flächen handeln. Jede dieser Flächen kann eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden aufweisen. Beispielsweise kann das lichtemittierende Element eine Matrix oder ein Array aus Leuchtdioden sein.
Das lichtemittierende Element kann beispielsweise Licht in einem blauen Frequenzspektrum abstrahlen.
Die strukturierte Schicht kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, dass sie von dem lichtemittierenden Element abgestrahltes Licht kollimiert, zerstreut und/oder aufweitet. Bei den optischen Funktionalitäten kann es sich somit um Kollimation, Zerstreuung oder Aufweitung handeln. Die strukturierte Schicht kann eine oder auch mehrere dieser optischen Funktionalitäten aufweisen.
Bei Bauelementen, die mehrere lichtemittierende Elemente aufweisen, kann es zu einem sogenannten Optical Crosstalk kommen. Dabei entsteht aufgrund eines für lichtemittierende Elemente typischen räumlichen Strahlverhaltens eine Überlagerung der von den lichtemittierenden Elementen abgestrahlten Strahlung. Es kommt zu einer Überlagerung der jeweiligen Bildpunkte benachbarter lichtemittierender Elemente und damit unter Umständen zu Einschränkungen in der Auflösung und dem Kontrast des Bauelements. Durch eine Bündelung des abgestrahlten Lichts kann dieser unerwünschte Optical Crosstalk vermieden werden. Die optische Funktionalität der strukturierten Schicht kann insbesondere derart gewählt sein, dass ein solcher Optical Crosstalk nicht auftritt. Dazu kann die strukturierte Schicht derart ausgestaltet sein, dass sie Licht kollimiert.
Die jeweilige optische Funktionalität der strukturierten Schicht wird abhängig von der vorgesehenen Anwendung des Bauelementes ausgewählt.
Die strukturierte Schicht kann einen ersten Bereich mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweisen, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet. Dementsprechend kann die strukturierte Schicht mehrere optische Funktionalitäten gleichzeitig ermöglichen.
Die erste optische Funktionalität kann eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung sein. Die zweite optische Funktionalität kann ebenfalls eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung sein. Jede der ersten und der zweiten optischen Funktionalitäten kann somit eine oder mehrere dieser Funktionalitäten aufweisen.
Der erste Bereich kann unmittelbar über dem lichtemittierenden Element angeordnet sein und der zweite Bereich kann seitlich von dem lichtemittierenden Element angeordnet sein und das lichtemittierende Element nicht überdecken. Dementsprechend kann über dem lichtemittierenden Element von der strukturierten Schicht eine andere Funktionalität realisiert werden als in Bereichen, in denen die strukturierte Schicht das lichtemittierende Element nicht überdeckt. Beispielsweise kann das Licht im ersten Bereich kollimiert werden und im zweiten Bereich zerstreut werden. Dadurch lässt sich eine besonders gute Bündelung des abgestrahlten Lichtes erreichen, wobei der Streulichtanteil durch die Zerstreuung im zweiten Bereich besonders gering gehalten werden kann.
Alternativ können sowohl der erste Bereich als auch der zweite Bereich der strukturierten Schicht über dem lichtemittierenden Element angeordnet sein. Dadurch kann es ermöglicht werden, lokal unterschiedliche optische Funktionalitäten auf dem lichtemittierenden Element auszubilden. Eine derartig ausgebildete strukturierte Schicht kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das lichtemittierende Element mehrere Lichtquellen aufweist.
Dabei können die Lichtquellen als einzelne Pixel aufgefasst werden und durch die unterschiedliche Strukturierung in den einzelnen Bereichen der strukturierten Schicht kann jedem Pixel eine gewünschte optische Funktionalität zugewiesen werden.
Die strukturierte Schicht kann eine Fresnel-Linse bilden. Eine Fresnel-Linse weist ein sehr geringes Volumen auf und kann dementsprechend zu einer Miniaturisierung des Bauelementes beitragen.
Die strukturierte Schicht kann mehrere Teilschichten aufweisen, die sich in ihrem physikalischen Eigenschaften und/oder ihren chemischen Eigenschaften und/oder ihren funktionellen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine der Teilschichten eine haftvermittelnde Trägerschicht sein. Eine weitere Teilschicht kann die Strukturierung der strukturierten Schicht aufweisen.
Eine Strukturierung der strukturierten Schicht kann auf einer von dem lichtemittierenden Element abgewandten Oberseite der strukturierten Schicht und/oder auf einer dem lichtemittierenden Element zugewandten Unterseite der strukturierten Schicht angeordnet sein. Dabei können sowohl die Oberseite als auch die Unterseite entweder vollständig oder nur partiell strukturiert sein.
Die strukturierte Schicht kann das lichtemittierende Element umhüllen. Dementsprechend kann die strukturierte Schicht auf sämtlichen Außenflächen des lichtemittierten Elements angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der strukturierten Schicht kann insbesondere bei Anwendungen sinnvoll sein, bei denen eine diffuse Abstrahlcharakteristik gewünscht ist.
Eine Schichtdicke der strukturierten Schicht kann zwischen 1 µm und 1000 µm liegen. Eine Schichtdicke unterhalb von 1 µm erscheint nicht sinnvoll, da ansonsten eine Strukturierung der Schicht kaum vornehmbar ist. Die Schichtdicke sollte nicht größer als 1000 µm sein, um eine Miniaturisierung des Bauelementes zu ermöglichen. Da die dünne strukturierte Schicht zumindest einen Teil der Funktionalität einer Primäroptik übernimmt, kann auf eine weitere Primäroptik entweder vollständig verzichtet werden oder die weitere Primäroptik kann zumindest verkleinert werden. Somit kann die strukturierte Schicht zur Miniaturisierung beitragen.
Zwischen der strukturierten Schicht und dem lichtemittierenden Element kann eine Licht-Konversionsschicht angeordnet sein. Die Licht-Konversionsschicht kann dazu ausgestaltet sein das Spektrum eines Lichts, das durch sie hindurch tritt, zu verändern. Beispielsweise kann die Licht-Konversionsschicht blaues Licht in weißes Licht umwandeln. Die Licht-Konversionsschicht kann Phosphor aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Licht-Konversionsschicht als Teilschicht der strukturierten Schicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Licht-Konversionsschicht von einer haftvermittelnden Teilschicht der strukturierten Schicht gebildet sein, die zum Beispiel einen Substratfilm mit integriertem Phosphor aufweist.
Auf einer Oberseite der strukturierten Schicht, die von dem lichtemittierenden Element weg weist, kann zumindest eine optische Komponente angeordnet sein. Bei der optischen Komponente kann es sich um einen Kollimator handeln. Die strukturierte Schicht kann dazu ausgestaltet sein, die Funktionalität der optischen Komponenten weiter zu unterstützen. Beispielsweise könnte die strukturierte Schicht eine Pre-Kollimatorfunktion haben, die mit dem Kollimator zusammenwirkt.
Das Bauelement kann ein Trägersubstrat aufweisen, auf dem das lichtemittierende Element angeordnet ist, wobei zumindest ein weiteres lichtemittierendes Element auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Die lichtemittierenden Elemente können dabei zu einer Matrix oder einem Array angeordnet sein. Zwischen dem lichtemittierenden Element und dem weiteren lichtemittierenden Element kann eine Zwischenschicht angeordnet sein.
Die Zwischenschicht kann verschiedene Funktionen übernehmen. Sie kann zur Befestigung der strukturierten Schicht beitragen und als Alignment-Vorrichtung dienen. Alternativ oder ergänzend kann sie als Waveguide wirken und dazu ausgestaltet sein, seitlich von den lichtemittierenden Elementen abgestrahltes Licht weiterzuleiten. Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht dazu ausgestaltet sein, in sie eingekoppeltes Licht zu absorbieren. Somit kann die Zwischenschicht unter anderem dazu ausgestaltet sein, von den lichtemittierenden Elementen in die Zwischenschicht eingekoppeltes Licht zu absorbieren, zu reflektieren, zu streuen oder zu konvertieren.
Die Zwischenschicht kann von der strukturierten Schicht bedeckt sein. Auf einer Oberseite der strukturierten Schicht, die von der Zwischenschicht weg weist, kann ferner über der Zwischenschicht eine zusätzliche Licht-Konversionsschicht angeordnet sein.
Eine Oberseite der Zwischenschicht, die von dem Trägersubstrat weg weist, kann eine Vertiefung aufweisen, die derart geformt ist, dass von dem lichtemittierenden Elementen in die Zwischenschicht eingekoppeltes Licht in Richtung des Trägersubstrat reflektiert wird.
Es kann sich bei dem lichtemittierendes Element um eine Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen handeln.
Die strukturierte Schicht kann die Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen bedeckt, wobei die strukturierte Schicht einen ersten Bereich mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet, wobei der erste Bereich eine erste Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt und der zweite Bereich eine zweite Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt. Dementsprechend kann durch die strukturierte Schicht eine lokal unterschiedliche optische Funktionalität der einzelnen Flächen ausgebildet werden. Jede Fläche kann dabei als Pixel wirken, die auf einen Betrachter einen voneinander verschiedenen optischen Eindruck erzeugen.
Durch die unterschiedliche Strukturierung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs der strukturierten Schicht können die lichtemittierenden Flächen voneinander optisch entkoppelt werden. Es kann somit vermieden werden, dass die Flächen sich in ihrer Abstrahlcharakteristik gegenseitig stören.
Zumindest zwei der Flächen aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen können sich in ihrer Größe voneinander unterscheiden. Beispielsweise bei Scheinwerfern, die im Automotive Bereich eingesetzt werden, sind lichtemittierende Flächen unterschiedlicher Größe üblich. Das Bauelement könnte sich somit für den Einsatz in einem derartigen Scheinwerfer eignen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben:

1 zeigt eine Seitenansicht eines Bauelementes, das mehrere lichtemittierende Elemente aufweist.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Bauelementes.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Bauelementes.
4 zeigt eine Detailansicht eines Teils des Bauelementes.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauelementes.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauelements.

1 zeigt eine Seitenansicht eines Bauelementes 1, das mehrere lichtemittierende Elemente 2 aufweist. Bei dem Bauelement 1 handelt es sich um ein Lichtsystem. Die mehreren lichtemittierenden Elemente 2 sind dabei zu einer Matrix oder einem Array angeordnet. Das Lichtsystem kann beispielsweise in einem Scheinwerfer eines Fahrzeuges oder in einem Blitz eines tragbaren Gerätes, beispielsweise eines Mobiltelefons, verwendet werden.
Das Bauelement 1 weist ein Trägersubstrat 3 auf. Auf dem Trägersubstrat 3 sind die lichtemittierenden Elemente 2 angeordnet. Das Trägersubstrat 3 weist einen Vielschichtaufbau auf. Das Trägersubstrat 3 ist derart ausgestaltet, dass die lichtemittierenden Elemente 2 separat voneinander angesteuert werden können.
Bei den lichtemittierenden Elementen 2 kann es sich beispielsweise um Leuchtdioden handeln, die ein Licht mit einem blauen Farbspektrum abstrahlen. Auf einer Oberseite 2a der lichtemittierenden Elemente 2, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, ist eine Licht-Konversionsschicht 4 angeordnet. Die Licht-Konversionsschicht 4 ist dazu ausgestaltet, das von den lichtemittierenden Elementen 2 abgestrahlte Licht derart zu konvertieren, das sich das Spektrum der abgestrahlten Strahlung ändert. Beispielsweise kann die Licht-Konversionsschicht 4 Phosphor aufweisen. In diesem Fall ist die Licht-Konversionsschicht 4 dazu ausgestaltet, ein von der blauen Leuchtdiode abgestrahltes blaues Spektrum in ein weißes Lichtspektrum umzuwandeln.
Zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 auf dem Trägersubstrat 3 ist jeweils ein Zwischenraum angeordnet. Dieser Zwischenraum ist mit einer Zwischenschicht 5 gefüllt. Die Zwischenschicht 5 kann beispielsweise Silikon aufweisen oder aus Silikon bestehen. Die Zwischenschicht 5 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu ausgestaltet, Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 in die Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird, zu absorbieren. Auf diese Weise wird eine seitliche Abstrahlung von Licht unterbunden. Die Zwischenschicht 5 kann zusätzlich zu dem Silikon ein Füllmaterial aufweisen, wodurch die Absorptionsfähigkeit der Zwischenschicht 5 erhöht wird. Die Zwischenschicht 5 vermeidet eine optische Kopplung der zueinander benachbarten lichtemittierenden Elemente 2. Eine solche optische Kopplung wird auch als Crosstalk bezeichnet. Der Crosstalk zwischen den benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 wird durch die Zwischenschicht 5 vermieden.
Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht 5 als Waveguide ausgestaltet sein. Dementsprechend kann die Zwischenschicht 5 dazu ausgestaltet sein, in die Zwischenschicht 5 eingekoppelte Licht in gewünschter Weise weiterzuleiten. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 5 das in sie eingekoppelte Licht zum Trägersubstrat 3 hin leiten.
Ferner wird das Material der Zwischenschicht 5 derart gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Zwischenschicht 5 nicht wesentlich von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der lichtemittierenden Elemente 2 abweicht, um bei Temperaturänderungen das Entstehen von mechanischen Spannungen zu verhindern. Zur Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten können dem Material der Zwischenschicht 5 Füllstoffe beigemischt werden.
Ferner weist das Bauelement 1 eine strukturierte Schicht 6 mit einer optischen Funktionalität auf. Die strukturierte Schicht 6 ist auf einer Oberseite 4a der Licht-Konversionsschicht 4, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, und auf einer Oberseite 5a der Zwischenschicht 5, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, angeordnet. Die strukturierte Schicht 6 überdeckt das lichtemittierende Element 2 und einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2. Die strukturierte Schicht 6 ist derart strukturiert, dass sie die Abstrahlcharakteristik des von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahlten Lichtes verändern kann. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kollimiert die strukturierte Schicht 6 das abgestrahlte Licht. Sie hat dementsprechend die Funktion eines optischen Pre-Kollimators. Insbesondere ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie eine Fresnel-Linse bildet.
Die strukturierte Schicht 6 ist eine Folie. Sie weist eine Dicke von weniger als 1000 µm auf. Aufgrund ihrer dünnen Bauweise sind keine zusätzlichen mechanischen Komponenten zu ihrer Fixierung notwendig. Vielmehr trägt die Zwischenschicht 5, die in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 angeordnet ist, zur Befestigung und Ausrichtung der strukturierten Schicht 6 bei. Die Zwischenschicht 5 kann dementsprechend auch als Alignement-Vorrichtung bezeichnet werden.
Das Bauelement 1 weist mehrere optische Komponenten 7 auf. Bei den optischen Komponenten 7 handelt es sich um Kollimatoren. Die optischen Komponenten 7 sind auf einer Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6, die von dem Trägersubstrat 3 und dem lichtemittierenden Element 2 weg weist, angeordnet. Dabei ist auf der Oberseite 2a jedes lichtemittierenden Elements 2 ein Kollimator angeordnet. Der Kollimator trägt ebenfalls dazu bei, dass von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahlte Licht zu kollimieren. Die strukturierte Schicht 6, die auf dem lichtemittierenden Element 2 angeordnet ist, unterstützt dabei die Funktion der optischen Komponente 7. Durch das Zusammenwirken der strukturierten Schicht 6 und der optischen Komponente 7 kann in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine sehr gute Kollimation des abgestrahlten Lichts erreicht werden.
Die strukturierte Schicht 6 kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel auch eine andere optische Funktionalität aufweisen. Beispielsweise könnte die strukturierte Schicht 6 auch dazu ausgestaltet sein, von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahltes Licht zu zerstreuen oder aufzuweiten.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Bauelementes 1.
Die strukturierte Schicht 6 in dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der vorher gezeigten strukturierten Schicht 6 dadurch, dass sie einen ersten Bereich 8 aufweist, in dem die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert ist, dass sie eine erste optische Funktionalität hat, und einen zweiten Bereich 9 aufweist, in dem die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert ist, dass sie eine zweite optische Funktionalität hat, die sich von der ersten Funktionalität unterscheidet. Der erste Bereich 8 ist dabei jeweils der Bereich der strukturierten Schicht 6, der ein lichtemittierendes Element 2 bedeckt. Der zweite Bereich 9 ist dabei der Bereich der strukturierten Schicht 6, der die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 überdeckt. Der zweite Bereich 9 ist somit nicht unmittelbar über einem lichtemittierenden Element 2 angeordnet.
Die strukturierte Schicht 6 kann mehrere erste Bereiche 8 mit der ersten optischen Funktionalität und mehrere zweite Bereiche 9 mit der zweiten optischen Funktionalität aufweisen.
In dem ersten Bereich 8 ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahltes Licht kollimiert. Insbesondere kann die strukturierte Schicht 6 in dem ersten Bereich 8 zu einer Fresnel-Linse strukturiert sein. Zur besseren Darstellung ist in 2 die Strukturierung im ersten Bereich 8 überdimensional groß dargestellt. In dem zweiten Bereich 9 ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahltes Licht zerstreut. Dadurch wird ein diffuses Licht in dem zweiten Bereich 9 erzeugt. Im zweiten Bereich 9 kann die strukturierte Schicht 6 beispielsweise unregelmäßig strukturiert sein oder aufgeraut sein.
Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 in eine senkrechte Richtung, d.h. weg von dem Trägersubstrat 3, abgestrahlt wird, erreicht den ersten Bereich 8 der strukturierten Schicht 6. Dieses Licht wird dementsprechend kollimiert. Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 seitlich in die Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird, gelangt größtenteils in den zweiten Bereich 9 der strukturierten Schicht 6 und wird dementsprechend zerstreut. Durch die Kollimation des senkrecht abgestrahlten Lichts und die Zerstreuung des seitlich abgestrahlten Lichts wird eine Abstrahlcharakteristik des Bauteils 1 geschaffen, die nur sehr wenig Streulicht aufweist.
Das Bauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ferner eine optische Komponente 7 aufweisen, die wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt auf der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6 angeordnet ist. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist allerdings eine derartige optische Komponente 7 nicht vorgesehen.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Bauelementes 1. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Ausgestaltung der Zwischenschicht 5. Die Zwischenschicht 5 schließt gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel an ihrer Oberseite 5s, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, bündig mit der Licht-Konversionsschicht 4 ab und ist flach ausgestaltet. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht 5 dagegen an ihrer Oberseite 5a eine Vertiefung 10 auf. Durch die Vertiefung 10 wird eine schräge Grenzfläche 11 zwischen der Zwischenschicht 5 und der strukturierten Schicht 6 gebildet.
An der schrägen Grenzfläche 11 wird von dem lichtemittierenden Element 2 oder von der Licht-Konversionsschicht 4 seitlich abgestrahltes Licht in Richtung des Trägersubstrats 3 reflektiert. Dabei kann ein Material des Trägersubstrats 3 derart gewählt sein, dass es einen hohen Absorptionsgrad aufweist und auf diese Weise das abgestrahlte Licht absorbiert. Diese Ausgestaltung der Zwischenschicht 5 trägt dazu bei, den Anteil des Streulichts in der Abstrahlcharakteristik möglichst gering zu halten.
Ferner ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 vorgesehen, die Teile der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6 bedeckt. Insbesondere bedeckt die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 hier den zweiten Bereich 9 der strukturierten Schicht 6. Die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 ist dazu ausgestaltet, ein Spektrum eines in sie eingekoppelten Lichtes zu verändern. Insbesondere ist die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 dazu vorgesehen Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 seitlich in die Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird und das dann an der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 5 abgestrahlt wird ohne durch die Licht-Konversionsschichten 4 hindurchgetreten zu sein, zu konvertieren. Die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 kann ebenfalls Phosphor aufweisen. Sie dient somit dazu, einen Restanteil des blauen Lichtspektrums in weißes Licht zu konvertieren.
Die im dritten Ausführungsbeispiel gezeigte zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 kann auch bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden. In weiteren alternativen Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass lichtemittierende Element 2 teilweise oder vollständig mit der Licht-Konversionsschicht 4 zu umhüllen. Bei einer teilweisen Umhüllung könnte die Licht-Konversionsschicht 4 auf sämtlichen Außenseiten des lichtemittierenden Elementes 2 angeordnet sein, abgesehen von einer Unterseite des lichtemittierenden Elementes 2, die unmittelbar auf dem Trägersubstrat 3 aufliegt. Bei der vollständigen Umhüllung des lichtemittierenden Elementes 2 mit der Licht-Konversionsschicht 4 wird zusätzlich auch die Unterseite des lichtemittierenden Elementes 2 mit der Licht-Konversionsschicht 4 bedeckt.
4 zeigt eine Detailansicht eines Teils des Bauelementes 1.
Das Trägersubstrat 3 ist ein Vielschicht Keramiksubstrat. Bei dem lichtemittierenden Element 2 handelt es sich um eine Leuchtdiode, die dazu ausgestaltet ist, Licht in einem blauen Lichtspektrum abzustrahlen. Unmittelbar auf der Leuchtdiode ist die Licht-Konversionsschicht 4 angeordnet, die Phosphor aufweist. Auf einer Oberseite 4a der Licht-Konversionsschicht 4, die von dem lichtemittierenden Element 2 weg weist, ist die strukturierte Schicht 6 angeordnet.
Die strukturierte Schicht 6 weist eine untere Teilschicht 13 und eine obere Teilschicht 14 auf. Die untere Teilschicht 13 liegt unmittelbar auf der Licht-Konversionsschicht 4 auf. Die untere Teilschicht 13 ist eine haftvermittelnde Trägerschicht. Sie kann beispielsweise eines oder mehrere der Materialien ausgewählt aus Polycarbonate (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyethylenterephthalat (PET) aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Die obere Teilschicht 14 ist auf der Seite der unteren Teilschicht 13 angeordnet, die von dem lichtemittierenden Element 2 weg weist. In der oberen Teilschicht 14 ist die Strukturierung der strukturierten Schicht 6 vorgenommen. Die Strukturierung kann durch Einprägen, sogenanntes Embossing, durch ein thermisches Druckverfahren oder durch ein Lasern der oberen Teilschicht 14 erzeugt werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauelementes 1. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Licht-Konversionsschicht 4 und die untere Teilschicht 13 der strukturierten Schicht 6 zu einer einzigen Schicht 13` zusammengefasst worden. Es handelt sich dabei um eine Schicht, die ein Material aufweist, das eine haftvermittelnde Trägerfunktion für die obere Teilschicht der strukturierten Schicht hat, beispielsweise PC, PMMA oder PET, und die ferner ein Material aufweist, das zur Lichtkonversion beiträgt, beispielsweise Phosphor. Es handelt sich somit um einen Substratfilm mit integriertem Phosphor.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauelements 1. Das Bauelement 1 weist ein lichtemittierendes Element 2 auf, das aus mehreren lichtemittierenden Flächen besteht. In 6 sind beispielhaft zwei dieser Flächen gezeigt. Die strukturierte Schicht 6 bedeckt die Flächen des lichtemittierenden Elements 2. Die strukturierte Schicht 6 weist einen ersten Bereich 8 mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich 9 mit einer zweiten optischen Funktionalität auf. Die optischen Funktionalitäten des ersten Bereichs 8 und des zweiten Bereichs 9 unterscheiden sich voneinander. Der erste Bereich 8 ist über einer ersten Fläche des lichtemittierenden Elements 2 angeordnet und der zweite Bereich 9 ist über einer zweiten Fläche des lichtemittierenden Elements 2 angeordnet. Die beiden Flächen wirken dabei als Pixel und zeigen auf Grund der unterschiedlichen Strukturierung der Schicht 6 eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik.
Die beiden Flächen sind unterschiedlich groß. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Flächen gleich groß sein. Das Bauelement kann mehr als zwei Flächen aufweisen, die sich in ihrer Fläche voneinander unterscheiden können.
Jede der gezeigten Flächen kann als Lichtquelle eine einzige Leuchtdiode oder ein Array bestehend aus mehreren Leuchtdioden aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Bauelement
2: lichtemittierendes Element
2a: Oberseite des lichtemittierenden Elements
3: Trägersubstrat
4: Licht-Konversionsschicht
4a: Oberseite der Licht-Konversionsschicht
5: Zwischenschicht
5a: Oberseite der Zwischenschicht
6: strukturierte Schicht
6a: Oberseite der strukturierten Schicht
7: optische Komponente
8: erster Bereich der strukturierten Schicht
9: zweiter Bereich der strukturierten Schicht
10: Vertiefung
11: schräge Grenzfläche
12: zusätzliche Licht-Konversionsschicht
13: untere Teilschicht
13`: Schicht
14: obere Teilschicht

Claims

Bauelement (1), aufweisend ein lichtemittierendes Element (2), und eine auf dem lichtemittierenden Element (2) angeordnete strukturierte Schicht (6) mit einer optischen Funktionalität.
Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die strukturierte Schicht (6) derart ausgestaltet ist, dass sie von dem lichtemittierenden Element (2) abgestrahltes Licht kollimiert, zerstreut und/oder aufweitet, und/oder wobei die strukturiert Schicht (6) eine Fresnel-Linse bildet.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (6) einen ersten Bereich (8) mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich (9) mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet.
Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die erste optische Funktionalität eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung ist, und wobei die zweite optische Funktionalität eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung ist.
Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der erste Bereich (8) unmittelbar über dem lichtemittierenden Element (2) angeordnet ist und wobei der zweite Bereich (9) seitlich von dem lichtemittierenden Element (2) angeordnet ist und das lichtemittierende Element (2) nicht überdeckt, oder wobei der erste Bereich (8) und der zweite Bereich (9) unmittelbar über dem lichtemittierenden Element (2) angeordnet sind.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (6) mehrere Teilschichten (13, 13', 14) aufweist, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften und/oder ihren chemischen Eigenschaften und/oder ihren funktionellen Eigenschaften voneinander unterscheiden.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Strukturierung der strukturierten Schicht (6) auf einer von dem lichtemittierenden Element (2) abgewandten Oberseite (6a) der strukturierten Schicht (6) angeordnet ist, und/oder wobei die Strukturierung der strukturierten Schicht (6) auf einer dem lichtemittierenden Element (2) zugewandten Unterseite der strukturierten Schicht (6) angeordnet ist.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (6) das lichtemittierende Element (2) umhüllt.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Schichtdicke der strukturierten Schicht (6) zwischen 1 µm und 1000 µm liegt.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der strukturierten Schicht (6) und dem lichtemittierenden Element (2) eine Licht-Konversionsschicht (4) angeordnet ist.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf einer Oberseite (6a) der strukturierten Schicht (6), die von dem lichtemittierenden Element (2) weg weist, zumindest eine optische Komponente angeordnet ist.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bauelement (1) ein Trägersubstrat (3) aufweist, auf dem das lichtemittierende Element (2) angeordnet ist, wobei zumindest ein weiteres lichtemittierendes Element (2) auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und wobei zwischen dem lichtemittierenden Element (2) und dem weiteren lichtemittierenden Element (2) eine Zwischenschicht (5) angeordnet ist.
Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Zwischenschicht (5) dazu ausgestaltet ist, von den lichtemittierenden Elementen (2) in die Zwischenschicht (5) eingekoppeltes Licht zu absorbieren, zu reflektieren, zu streuen oder zu konvertieren.
Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Zwischenschicht (5) von der strukturierten Schicht (6) bedeckt ist, und wobei auf einer Oberseite (6a) der strukturierten Schicht (6), die von der Zwischenschicht (5) weg weist, über der Zwischenschicht (5) eine zusätzliche Licht-Konversionsschicht (12) angeordnet ist.
Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine Oberseite der Zwischenschicht (5a), die vom Trägersubstrat (3) weg weist, eine Vertiefung (10) aufweist, die derart geformt ist, dass von den lichtemittierenden Elementen (2) in die Zwischenschicht (5) eingekoppeltes Licht in Richtung des Trägersubstrats (3) reflektiert wird.
Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem lichtemittierendes Element (2) um eine Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen handelt.
Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die strukturierte Schicht (6) die Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen bedeckt und wobei die strukturierte Schicht (6) einen ersten Bereich (8) mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich (9) mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet, wobei der erste Bereich (8) eine erste Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt und der zweite Bereich (9) eine zweite Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt.
Bauelement gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei zumindest zwei der Flächen aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen sich in ihrer Größe voneinander unterscheiden.