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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 16.
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Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, für Beleuchtungszwecke einzusetzen. Dabei ist bekannt, optoelektronische Bauelemente mit optischen Elementen zur Strahlformung des zur Beleuchtung genutzten Lichts auszustatten.
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Die
DE 10 2013 204 476 A1 beschreibt ein optisches Element mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche. An der ersten Oberfläche ist eine Zahnstruktur mit einer Mehrzahl in eine zweite Richtung orientierter Zähne angeordnet. An der zweiten Oberfläche ist eine Stufenlinsenstruktur mit einer Mehrzahl in eine erste Richtung orientierter Stufen angeordnet.
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Die
DE 198 41 863 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Teilung eines Lichtstrahls in zwei Ausgangslichtstrahlen, bestehend aus einer stationären Lichtquelle zur Erzeugung eines Eingangslichtstrahls entlang einer optischen Achse und einem von dem Eingangslichtstrahl beaufschlagten Strahlteilerelement, das eine senkrecht zur optischen Achse liegenden Lichteintrittsfläche für den Eingangslichtstrahl, eine erste Lichtaustrittsfläche für einen ersten Ausgangslichtstrahl und eine gegenüber liegende zweite Lichtaustrittsfläche für einen zweiten Ausgangslichtstrahl aufweist. Die Lichtaustrittsflächen sind parallel zu der optischen Achse ausgerichtet. Die Ausgangslichtstrahlen treten senkrecht zur optischen Achse und gegeneinander versetzt aus dem Strahlteilerelement aus.
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Die
US 7 359 103 B2 beschreibt einen Lichtmodulator mit einem geneigten optischen Element zum Ablenken eines Lichtstrahls. Das optische Element kann elektromechanisch verkippt werden.
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Die US 2002 / 0 109 918 A1 beschreibt einen Strahlteiler und Strahlkombinierer mit zwei doppelbrechenden Teilen.
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Die US 2007 / 0 047 254 A1 beschreibt eine Beleuchtungsanordnung mit einem reflektierenden Substrat und einer oder mehreren Lichtquellen.
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Die US 2011 / 0 149 018 A1 beschreibt eine holografische Anzeigevorrichtung mit zumindest einem magneto-optischen Lichtmodulator.
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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. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
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Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein optisches Element. Das optische Element weist eine Prismastruktur auf, die ausgebildet ist, von dem Halbleiterchip abgestrahltes Licht in zwei Strahlenbündel aufzuteilen.
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Die zwei durch dieses optoelektronische Bauelement erzeugbaren Strahlenbündel können zur Beleuchtung zweier getrennter Raum- oder Flächenbereiche genutzt werden. Da die beiden Strahlenbündel aus dem von nur einem optoelektronischen Halbleiterchip emittierten Licht erzeugt werden, sind Änderungen des Verhältnisses der Helligkeiten der beiden Strahlenbündel zueinander vorteilhafterweise im Wesentlichen ausgeschlossen. Beispielsweise bewirkt eine Temperaturänderung keine Änderung des Verhältnisses der Helligkeiten der beiden Strahlenbündel. Insbesondere kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass beide durch das optoelektronische Bauelement erzeugbaren Strahlenbündel stets im Wesentlichen die gleiche Helligkeit aufweisen.
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Durch die Aufteilung des durch den optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements abgestrahlten Lichts mit der Prismastruktur des optischen Elements kann erreicht werden, dass die zwei durch die Aufteilung des abgestrahlten Lichts erzeugten Strahlenbündel im Wesentlichen dieselbe Abstrahlcharakteristik aufweisen wie das von dem optoelektronischen Halbleiterchip abgestrahlte Licht vor seiner Aufteilung in die zwei Strahlenbündel.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die Prismastruktur eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Einzelprismastrukturen. Dies ermöglicht es, die Prismastruktur des optischen Elements des optoelektronischen Bauelements mit geringer Bauhöhe auszubilden, was eine Ausführung des optoelektronischen Bauelements mit kompakten äußeren Abmessungen ermöglicht.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das optische Element eine Linsenstruktur. Die Linsenstruktur kann eine Strahlformung des von dem Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements abgestrahlten Lichts und der aus dem abgestrahlten Licht erzeugten Strahlenbündel bewirken. Beispielsweise kann die Linsenstruktur dazu dienen, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip abgestrahlte Licht zu bündeln. Dann können auch die aus dem abgestrahlten Licht erzeugten Strahlenbündel eine engwinkelige Charakteristik aufweisen.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Linsenstruktur konvex ausgebildet. Beispielsweise kann die Linsenstruktur als konvexe sphärische Linse ausgebildet sein. Die Linsenstruktur kann aber beispielsweise auch als Freiformlinse, als elliptische Linse oder anders ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Prismastruktur und die Linsenstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements angeordnet und überlagern einander. Die Überlagerung der Prismastruktur und der Linsenstruktur kann dabei als Verformung der Prismastruktur ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ermöglicht es die Anordnung der Prismastruktur und der Linsenstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements, eine gegenüberliegende Oberfläche des optischen Elements plan auszubilden oder mit einer weiteren optischen Funktion auszustatten.
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Das optische Element weist eine Strahlablenkungsstruktur auf, die ausgebildet ist, beide Strahlenbündel in eine gemeinsame Richtung abzulenken. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die von dem optoelektronischen Bauelement erzeugten Strahlenbündel in Richtung eines zu beleuchtenden Zielbereichs abzulenken.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Strahlablenkungsstruktur als Verkippung einer Oberfläche des optischen Elements gegen eine zu einer Strahlungsemissionsrichtung des Halbleiterchips senkrechte Richtung ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht es die Strahlablenkungsstruktur des optischen Elements dadurch, die von dem optoelektronischen Bauelement erzeugten Strahlenbündel in eine von der Strahlungsemissionsrichtung des Halbleiterchips abweichende Richtung abzulenken. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, das optoelektronische Bauelement derart anzuordnen, dass sich die durch die Strahlenbündel zu beleuchtenden Zielbereiche in einer gegen die Strahlungsemissionsrichtung des Halbleiterchips verkippten Richtung befinden.
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Die Prismastruktur ist ausgebildet, die Strahlenbündel in eine erste Richtung gegeneinander abzulenken. Die Strahlablenkungsstruktur ist dabei ausgebildet, die Strahlenbündel gemeinsam in eine zu der ersten Richtung senkrechte zweite Richtung abzulenken. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine besonders flexible Anpassung des optoelektronischen Bauelements an eine Geometrie eines durch das optoelektronische Bauelement zu beleuchtenden Zielbereichs.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Prismastruktur und die Strahlablenkungsstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements angeordnet und überlagern einander. Die Strahlablenkungsstruktur kann dabei durch eine Verkippung der Prismastruktur gebildet sein. Die Anordnung der Prismastruktur und der Strahlablenkungsstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements ermöglicht es vorteilhafterweise, eine gegenüberliegende Oberfläche des optischen Elements plan auszubilden oder mit einer weiteren optischen Funktion auszustatten.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist jede Einzelprismastruktur der Prismastruktur in Längsrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt. Dabei sind die einzelnen Abschnitte jeder Prismastruktur in die Strahlungsemissionsrichtung des Halbleiterchips gegeneinander versetzt. Dies ermöglicht es, eine die Strahlablenkungsstruktur bildende Verkippung der Prismastruktur mit geringer Bauhöhe auszubilden. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder einzelne Abschnitt jeder Einzelprismastruktur der Prismastruktur einzeln verkippt ist. Vorteilhafterweise kann das optische Element des optoelektronischen Bauelements dadurch eine geringe Höhe aufweisen, was es ermöglicht, das optoelektronische Bauelement mit kompakten äußeren Abmessungen auszubilden.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Linsenstruktur und die Strahlablenkungsstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements angeordnet und überlagern einander. Dabei kann die Strahlablenkungsstruktur beispielsweise durch eine Verkippung der Linsenstruktur gebildet sein. Die Anordnung der Linsenstruktur und der Strahlablenkungsstruktur an einer gemeinsamen Oberfläche des optischen Elements ermöglicht es vorteilhafterweise, eine gegenüberliegende Oberfläche des optischen Elements plan auszubilden oder mit einer zusätzlichen optischen Funktion auszustatten.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das optische Element eine dem Halbleiterchip zugewandte Unterseite und eine von dem Halbleiterchip abgewandte Oberseite auf. Dabei können die Unterseite, die Oberseite oder sowohl die Unterseite als auch die Oberseite als optisch funktionelle Oberflächen des optischen Elements ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Oberseite des optischen Elements plan ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das optoelektronische Bauelement dadurch besonders einfach handhabbar, beispielsweise in einem Pick&Place-Prozess. Die plane Oberseite des optischen Elements des optoelektronischen Bauelements ist außerdem vorteilhafterweise besonders wenig anfällig für Verschmutzungen und Beschädigungen.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Oberseite des optischen Elements senkrecht zu einer Strahlungsemissionsrichtung des Halbleiterchips orientiert. Vorteilhafterweise kann das optoelektronische Bauelement dadurch eine regelmäßige und einfache äußere Geometrie aufweisen.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist dieses ein Gehäuse auf. Dabei ist der Halbleiterchip an oder in dem Gehäuse angeordnet. Das optische Element liegt dabei an dem Gehäuse an. Der optoelektronische Halbleiterchip kann beispielsweise in einer Kavität des Gehäuses angeordnet sein. Vorteilhafterweise ergibt sich hierdurch eine kompakte Ausführung des optoelektronischen Bauelements.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Unterseite des optischen Elements einen umlaufenden Rand auf. Dabei liegt der umlaufende Rand an dem Gehäuse an. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache Befestigung des optischen Elements an dem Gehäuse des optoelektronischen Bauelements. Dabei wird durch die Anlage des umlaufenden Rands an dem Gehäuse des optoelektronischen Bauelements außerdem gleichzeitig eine Einhaltung einer gewünschten Orientierung des optischen Elements sichergestellt.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Halbleiterchip ausgebildet, Licht mit einer Wellenlänge aus dem infraroten Spektralbereich zu emittieren. Vorteilhafterweise eignet sich das optoelektronische Bauelement dadurch für Beleuchtungszwecke, bei denen eine Beleuchtung mit sichtbarem Licht unerwünscht ist.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein optoelektronisches Bauelement der vorgenannten Art. Die durch das optoelektronische Bauelement erzeugbaren zwei Strahlenbündel ermöglichen vorteilhafterweise eine Beleuchtung zweier getrennter Raum- oder Flächenbereiche. Dabei ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass beide Raum- oder Flächenbereiche stets mit demselben Verhältnis von Helligkeit beleuchtet werden, beispielsweise mit gleicher Helligkeit.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer ein optoelektronisches Bauelement mit einem ersten optischen Element umfassenden Beleuchtungsvorrichtung;
- 2 eine geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten optischen Elements;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines dritten optischen Elements;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines vierten optischen Elements;
- 6 eine erste perspektivische Ansicht eines fünften optischen Elements;
- 7 eine weitere perspektivische Ansicht eines fünften optischen Elements;
- 8 eine erste geschnittene Ansicht des fünften optischen Elements; und
- 9 eine weitere geschnittene Ansicht des fünften optischen Elements.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 100. 2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements 100. Das optoelektronische Bauelement 100 bildet einen Teil einer Beleuchtungsvorrichtung 110.
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Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein Gehäuse 200 mit einer Oberseite 201 und einer der Oberseite 201 gegenüberliegenden Unterseite 202 auf. Das Gehäuse 200 kann beispielsweise durch ein Formverfahren (Moldverfahren) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Das Gehäuse 200 kann aber auch ein Keramikmaterial oder ein anderes Material aufweisen und/oder durch ein anderes Verfahren hergestellt sein.
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An der Unterseite 202 des Gehäuses 200 können elektrische Kontaktflächen des optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet sein. Das optoelektronische Bauelement 100 kann beispielsweise als SMT-Bauelement für eine Oberflächenmontage vorgesehen sein, beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten). Die Kontaktflächen des optoelektronischen Bauelements 100 können aber auch anders ausgebildet und an anderer Position angeordnet sein.
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An seiner Oberseite 201 weist das Gehäuse 200 eine Kavität 210 auf, die sich in das Gehäuse 200 erstreckt und zur Oberseite 201 geöffnet ist. Die Öffnung der Kavität 210 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 wird durch einen umlaufenden Rand 220 begrenzt.
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Am Grund der Kavität 210 des Gehäuses 200 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 300 angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht oder Licht mit einer Wellenlänge aus dem infraroten Spektralbereich, zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 ist bevorzugt als Leuchtdiodenchip (LED-Chip) ausgebildet.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 300 weist eine Strahlungsemissionsfläche 310 auf. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 ist ausgebildet, an seiner Strahlungsemissionsfläche 310 Licht 330 in eine Strahlungsemissionsrichtung 320 zu emittieren. Die Strahlungsemissionsrichtung 320 ist bevorzugt senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 310 orientiert und so gerichtet, dass das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 aus der Kavität 210 austreten kann. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 kann zusätzlich zu der Strahlungsemissionsfläche 310 weitere Strahlungsemissionsflächen aufweisen. Insbesondere kann der optoelektronische Halbleiterchip 300 als Volumenemitter ausgebildet sein. Es können auch mehrere optoelektronische Halbleiterchips vorhanden sein.
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Das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 kann als divergenter Lichtkegel an der Strahlungsemissionsfläche 310 abgestrahlt werden, der um die Strahlungsemissionsrichtung 320 zentriert ist. Die Wände der Kavität 210 des Gehäuses 200 können als Reflektor für das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 dienen. Hierzu können die Wände der Kavität 210 des Gehäuses 200 eine reflektierende Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine Beschichtung, die Gold oder Aluminium aufweist, oder aus einem reflektierenden Material bestehen.
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Es ist möglich, das Gehäuse 200 ohne Kavität 210 auszubilden. In diesem Fall kann der optoelektronische Halbleiterchip 300 beispielsweise an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 angeordnet sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 kann alternativ auch ganz oder teilweise in das Material des Gehäuses 200 eingebettet sein.
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Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein erstes optisches Element 400 auf. Das erste optische Element 400 weist eine Oberseite 401 und eine der Oberseite 401 gegenüberliegende Unterseite 402 auf. Die Unterseite 402 ist plan ausgebildet. Das erste optische Element 400 weist ein optisch transparentes Material auf, beispielsweise ein Glas oder ein Silikon, ein Epoxidharz oder einen anderen Kunststoff.
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Das erste optische Element 400 ist an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 über der Kavität 210 angeordnet. Dabei liegt ein an der Unterseite 402 des ersten optischen Elements 400 gebildeter umlaufender Rand 403 der Unterseite 402 an dem Rand 220 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 an.
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Falls das Gehäuse 200 keine Kavität 210 aufweist und der optoelektronische Halbleiterchip 300 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 angeordnet ist, so ist das erste optische Element 400 bevorzugt zwischen dem Gehäuse 200 und dem ersten optischen Element 400 angeordnet.
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Das erste optische Element 400 weist an seiner Oberseite 401 eine Prismastruktur 500 auf. Die Prismastruktur 500 ist als sich entlang einer Längsrichtung erstreckender dachförmiger Balken mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet und weist an der Oberseite 401 des ersten optischen Elements 400 eine erste Außenfläche 501 und eine zweite Außenfläche 502 auf. Die erste Außenfläche 501 und die zweite Außenfläche 502 sind unter einem Winkel zueinander angeordnet.
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Die Prismastruktur 500 des ersten optischen Elements 400 des optoelektronischen Bauelements 100 ist dazu vorgesehen, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 in ein erstes Strahlenbündel 340 und ein zweites Strahlenbündel 350 aufzuteilen. Das erste Strahlenbündel 340 wird dabei an der ersten Außenfläche 501 der Prismastruktur 500 des ersten optischen Elements 400 abgestrahlt. Das zweite Strahlenbündel 350 wird an der zweiten Außenfläche 502 der Prismastruktur 500 des ersten optischen Elements 400 abgestrahlt. Dabei werden das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 in unterschiedliche Raumrichtungen abgestrahlt. Die Ablenkung des ersten Strahlenbündels 340 und des zweiten Strahlenbündels 350 gegenüber der Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 erfolgt in einer Aufspaltungsrichtung 360. Die Aufspaltungsrichtung 360 ist bei dem ersten optischen Element 400 des optoelektronischen Bauelements 100 in einer parallel zur Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 orientierten Ebene angeordnet.
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Das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 weisen bevorzugt im Wesentlichen die gleiche Abstrahlcharakteristik auf wie das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 vor seiner Aufspaltung in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350.
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Die von dem optoelektronischen Bauelement 100 abgestrahlten Strahlenbündel 340, 350 können in der Beleuchtungsvorrichtung 110 jeweils zur Beleuchtung eines Flächen- oder Raumbereichs dienen. Hierbei kann der Winkel zwischen den von den optoelektronischen Bauelementen 100 abgestrahlten Strahlenbündeln 340, 350 beispielsweise so bemessen sein, dass von den Strahlenbündeln 340, 350 in einem Abstand von beispielsweise 20 cm bis 40 cm von dem optoelektronischen Bauelement 100 erzeugte Lichtflecke einen Abstand zwischen 5 cm und 15 cm voneinander aufweisen.
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Anhand der 3 bis 9 werden nachfolgend weitere optische Elemente erläutert, die anstelle des ersten optischen Elements 400 bei dem optoelektronischen Bauelement 100 vorgesehen werden können. Diese weiteren optischen Elemente weisen Übereinstimmungen mit dem ersten optischen Element 400 auf. Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in 3 bis 9 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1 und 2 und werden nicht in jedem Fall erneut detailliert beschrieben.
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3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten optischen Elements 410. Das zweite optische Element 410 weist an seiner Oberseite 401 eine Prismastruktur 500 auf, die dazu vorgesehen ist, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierte Licht 330 in die Aufspaltungsrichtung 360 in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 aufzuspalten.
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Bei dem zweiten optischen Element 410 umfasst die Prismastruktur 500 eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Einzelprismastrukturen 510. Jede Einzelprismastruktur 510 ist als in eine Längsrichtung orientierter dachförmiger Balken mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet. Jede Einzelprismastruktur 510 weist eine erste Außenfläche 501 und eine unter einem Winkel zur ersten Außenfläche 501 orientierte zweite Außenfläche 502 auf. Dabei sind die ersten Außenflächen 501 aller Einzelprismastrukturen 510 parallel zueinander angeordnet. Entsprechend sind auch die zweiten Außenflächen 502 aller Einzelprismastrukturen 510 parallel zueinander orientiert. Die Einzelprismastrukturen 510 sind in Aufspaltungsrichtung 360, quer zur Längsrichtung der Einzelprismastrukturen 510, nebeneinander angeordnet.
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Die Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 des zweiten optischen Elements 410 weisen jeweils eine geringere Höhe in parallel zur Strahlungsemissionsrichtung 320 bemessene Richtung auf als die Prismastruktur 500 des ersten optischen Elements 400. Dadurch weist das zweite optische Element 410 insgesamt eine geringere Höhe auf das erste optische Element 400.
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Die die Einzelprismastrukturen 510 umfassende Prismastruktur 500 des zweiten optischen Elements 410 ist an der Oberseite 401 des zweiten optischen Elements 410 angeordnet.
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Die Unterseite 402 des zweiten optischen Elements 410 ist plan ausgebildet und in der Anordnung des zweiten optischen Elements 410 auf dem Gehäuse 200 des optoelektronischen Bauelements 100 senkrecht zur Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 orientiert.
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In einer in den Figuren nicht gezeigten Variante des zweiten optischen Elements 410 ist die die Einzelprismastrukturen 510 umfassende Prismastruktur 500 an der Unterseite 402 des ersten optischen Elements 400 angeordnet und von dem umlaufenden Rand 403 umgrenzt. Die Oberseite 401 des zweiten optischen Elements 410 kann in dieser Variante plan ausgebildet sein. Auch in dieser Variante des zweiten optischen Elements 410 dient die Prismastruktur 500 des zweiten optischen Elements 410 dazu, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierte Licht 330 in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 aufzuteilen.
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4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines dritten optischen Elements 420. Das dritte optische Element 420 weist ebenfalls eine Prismastruktur 500 mit einer Mehrzahl von Einzelprismastrukturen 510 auf. Bei dem dritten optischen Element 420 ist die Prismastruktur 500 allerdings an der Unterseite 402 des dritten optischen Elements 420 angeordnet und wird seitlich von dem umlaufenden Rand 403 umgrenzt. Die Oberseite 401 des dritten optischen Elements 420 ist plan ausgebildet und im Wesentlichen senkrecht zur Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 orientiert, wenn das dritte optische Element 420 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 des optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet ist.
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Zusätzlich zu der Prismastruktur 500 weist das dritte optische Element 420 eine Linsenstruktur 600 auf. Die Linsenstruktur 600 dient dazu, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierte Licht 330 und die aus dem emittierten Licht 330 gebildeten Strahlenbündel 340, 350 zu formen. Beispielsweise kann die Linsenstruktur 600 dazu dienen, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 zu bündeln, um auch die aus dem emittierten Licht 330 erzeugten Strahlenbündel 340, 350 zu bündeln. Die Linsenstruktur 600 ist in diesem Fall als Sammellinse ausgebildet, beispielsweise als konvexe Sammellinse, insbesondere beispielsweise als konvexe sphärische Sammellinse. Die Linsenstruktur 600 kann aber auch eine andere Linsenform aufweisen.
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Die Linsenstruktur 600 und die Prismastruktur 500 sind beide an der Unterseite 402 des dritten optischen Elements 420 angeordnet und überlagern einander. Dadurch verformt die Linsenstruktur 600 die Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 des dritten optischen Elements 420. Die Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 sind nicht geradlinig ausgebildet, sondern entsprechend der der Prismastruktur 500 überlagerten Linsenstruktur 600 verformt. Dadurch bilden auch die ersten Außenflächen 501 und die zweiten Außenflächen 502 der Einzelprismastrukturen 510 keine durchgehend ebenen Flächen. Die Linsenstruktur 600 des dritten optischen Elements 420 weist eine konvexe, rotationssymmetrische Form auf, beispielsweise eine sphärische Form, wölbt sich also im Mittenbereich der Unterseite 402 des dritten optischen Elements 420 nach außen. Die Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 des dritten optischen Elements 420 folgen dieser Wölbung, also der Außenkontur der Linsenstruktur 600, nach.
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5 zeigt eine schematische perspektivische und teilweise transparente Darstellung eines vierten optischen Elements 430. Das vierte optische Element 430 ist an seiner Unterseite 402 wie das dritte optische Element 420 ausgebildet, weist also eine Prismastruktur 500 mit Einzelprismastrukturen 510 und eine der Prismastruktur 500 überlagerte Linsenstruktur 600 auf. Die Prismastruktur 500 des vierten optischen Elements 430 ist wiederum ausgebildet, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierte Licht 330 in die Aufspaltungsrichtung 360 in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 aufzuspalten.
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An seiner Oberseite 401 weist das vierte optische Element 430 eine Strahlablenkungsstruktur 700 auf. Die Strahlablenkungsstruktur 700 ist dazu ausgebildet, die von der Prismastruktur 500 des vierten optischen Elements 430 aufgespalteten Strahlenbündel 340, 350 beide in eine gemeinsame Ablenkungsrichtung 720 abzulenken. Die Ablenkungsrichtung 720 ist bei dem vierten optischen Element 430 senkrecht zur Aufspaltungsrichtung 360 orientiert, könnte mit der Aufspaltungsrichtung 360 aber auch einen anderen als einen rechten Winkel einschließen.
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Die Strahlablenkungsstruktur 700 an der Oberseite 401 des vierten optischen Elements 430 ist als Verkippung 710 der Oberseite 401 des vierten optischen Elements 430 ausgebildet. Die Oberfläche des vierten optischen Elements 430 an der Oberseite 401 des vierten optischen Elements 430 ist aufgrund der Verkippung 410 nicht senkrecht zur Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 des optoelektronischen Bauelements 100 orientiert, sondern gegen die Strahlungsemissionsrichtung 320 verkippt.
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Somit weist das vierte optische Element 430 drei optische Funktionen auf. Die Linsenstruktur 600 des vierten optischen Elements 430 bewirkt eine Strahlformung des von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierten Lichts 330 und dadurch auch des ersten Strahlenbündels 340 und des zweiten Strahlenbündels 350, beispielsweise eine Bündelung des emittierten Lichts 330 und der Strahlenbündel 340, 350. Die die Einzelprismastrukturen 510 umfassende Prismastruktur 500 teilt das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierte Licht 330 in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 auf. Die Strahlablenkungsstruktur 700 des vierten optischen Elements 430 lenkt das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 gemeinsam in die Ablenkungsrichtung 720 ab.
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Die Prismastruktur 500 und die Linsenstruktur 600 des vierten optischen Elements 430 sind gemeinsam an der Unterseite 402 des vierten optischen Elements 430 angeordnet und überlagern einander. Die Strahlablenkungsstruktur 700 ist an der Oberseite 401 des vierten optischen Elements 430 ausgebildet. Es wäre aber auch möglich, beispielsweise die Prismastruktur 500, die Linsenstruktur 600 und die Strahlablenkungsstruktur 700 gemeinsam an der Oberseite 401 oder der Unterseite 402 des vierten optischen Elements 430 auszubilden und einander zu überlagern. Ebenfalls möglich wäre, die Strahlablenkungsstruktur 700 mit der Prismastruktur 500 oder der Linsenstruktur 600 zu kombinieren und die Überlagerung der Strahlablenkungsstruktur 700 mit der Prismastruktur 500 oder der Linsenstruktur 600 an der Oberseite 401 oder der Unterseite 402 des vierten optischen Elements 430 anzuordnen.
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6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Oberseite 401 eines fünften optischen Elements 440. 7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Unterseite 402 des fünften optischen Elements 440. 8 zeigt eine schematische Seitenansicht des fünften optischen Elements 440 aus einer ersten Blickrichtung. 9 zeigt eine schematische Seitenansicht des fünften optischen Elements 440 aus einer zur ersten Blickrichtung senkrechten zweiten Blickrichtung.
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Das fünfte optische Element 440 weist an seiner Oberseite 401 eine Prismastruktur 500 auf, die dazu vorgesehen ist, das von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 100 emittierte Licht 330 in die Aufspaltungsrichtung 360 in das erste Strahlenbündel 340 und das zweite Strahlenbündel 350 aufzuspalten. Die Prismastruktur 500 umfasst wiederum eine Mehrzahl von Einzelprismastrukturen 510, die in Aufspaltungsrichtung 360 nebeneinander angeordnet sind und sich in eine zur Aufspaltungsrichtung 360 senkrechte Längsrichtung erstrecken. Jede Einzelprismastruktur 510 weist eine erste Außenfläche 501 und eine unter einem Winkel gegen die erste Außenfläche 501 angeordnete zweite Außenfläche 502 auf.
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Anders als bei der Prismastruktur 500 des zweiten optischen Elements 410 sind die Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 des fünften optischen Elements 440 entlang ihrer Längsrichtung jeweils in mehrere einzelne Abschnitte 520 unterteilt. Jeder Abschnitt 520 jeder Einzelprismastruktur 510 der Prismastruktur 500 weist eine Verkippung 710 auf, die eine Strahlablenkungsstruktur 700 des fünften optischen Elements 440 bildet. Die Strahlablenkungsstruktur 700 des fünften optischen Elements 440 ist damit ebenfalls an der Oberseite 401 des fünften optischen Elements 440 angeordnet und der Prismastruktur 500 überlagert. Die Strahlablenkungsstruktur 700 des fünften optischen Elements 440 ist dazu ausgebildet, die durch die Prismastruktur 500 aufgespaltenen Strahlenbündel 340, 350 gemeinsam in die senkrecht zur Aufspaltungsrichtung 360, und damit parallel zur Längsrichtung der Einzelprismastrukturen 510, orientierte Ablenkungsrichtung 720 abzulenken.
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Alle Einzelabschnitte 520 aller Einzelprismastrukturen 510 der Prismastruktur 500 des fünften optischen Elements 440 weisen die Verkippung 710 auf. Dabei sind die einzelnen Abschnitte 520 einer Einzelprismastruktur 510 jeweils in die Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 derart gegeneinander versetzt, dass die verkippten Außenflächen 501, 502 der Einzelprismastrukturen 510 sägezahnförmige Versetzungen aufweisen, wie in der Seitenansicht der 9 erkennbar ist. Hierdurch ist die Höhe der Überlagerung der Prismastruktur 500 und der Strahlablenkungsstruktur 700 in zur Strahlungsemissionsrichtung 320 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 parallele Richtung gegenüber einer durchgehenden Verkippung 710 der Einzelprismastrukturen 510 ohne eine Versetzung der einzelnen Abschnitte 520 der Einzelprismastrukturen 510 reduziert.
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An der Unterseite 402 des fünften optischen Elements 440 ist eine Linsenstruktur 600 ausgebildet. Seitlich wird die Linsenstruktur 600 an der Unterseite 402 wiederum durch einen umlaufenden Rand 403 begrenzt, der in der Anordnung des fünften optischen Elements 440 an der Oberseite 201 des Gehäuses 200 des optoelektronischen Bauelements 100 an dem Rand 220 des Gehäuses 200 anliegt.
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Die Linsenstruktur 600 des fünften optischen Elements 440 dient wiederum zur Strahlformung des durch den optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierten Lichts 330 und damit auch zur Strahlformung der aus dem emittierten Licht 330 gewonnenen Strahlenbündel 340, 350. Die Linsenstruktur 600 ist als rotationssymmetrische konvexe Linsenstruktur ausgebildet, die sich an der Unterseite 402 des fünften optischen Elements 440 nach außen wölbt. Es wäre aber auch möglich, die Linsenstruktur 600 mit anderer Form auszubilden, insbesondere beispielsweise als Freiformlinse, als sphärische Linse oder als elliptische Linse.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- optoelektronisches Bauelement
- 110
- Beleuchtungsvorrichtung
- 200
- Gehäuse
- 201
- Oberseite
- 202
- Unterseite
- 210
- Kavität
- 220
- Rand
- 300
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 310
- Strahlungsemissionsfläche
- 320
- Strahlungsemissionsrichtung
- 330
- emittiertes Licht
- 340
- erstes Strahlenbündel
- 350
- zweites Strahlenbündel
- 360
- Aufspaltungsrichtung
- 400
- erstes optisches Element
- 401
- Oberseite
- 402
- Unterseite
- 403
- umlaufender Rand
- 410
- zweites optisches Element
- 420
- drittes optisches Element
- 430
- viertes optisches Element
- 440
- fünftes optisches Element
- 500
- Prismastruktur
- 501
- erste Außenfläche
- 502
- zweite Außenfläche
- 510
- Einzelprismastruktur
- 520
- Abschnitt
- 600
- Linsenstruktur
- 700
- Strahlablenkungsstruktur
- 710
- Verkippung
- 720
- Ablenkungsrichtung
