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Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1.
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Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, mit optischen Elementen zur Strahlformung und/oder -ablenkung auszustatten. Zur Strahlformung sind beispielsweise optische Linsen bekannt. Zur Strahlablenkung sind beispielsweise Prismastrukturen bekannt.
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Die US 2011 / 0 103 070 A1 beschreibt ein LED-Modul mit einer Linse, deren optische Achse gegenüber einer optischen Achse des LED-Chips verkippt ist.
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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. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
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Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Strahlungsemissionsfläche, ein Ablenkelement, das dazu ausgebildet ist, von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung abzulenken, die einen von 90° abweichenden Winkel mit der Strahlungsemissionsfläche einschließt, und eine optische Linse, deren optische Achse einen von 90° abweichenden Winkel mit der Strahlungsemissionsfläche einschließt.
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Die durch das Ablenkelement dieses optoelektronischen Bauelements bewirkte Ablenkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung in die Hauptabstrahlrichtung ermöglicht es, mit diesem optoelektronischen Bauelement einen Raum- oder Flächenbereich zu beleuchten, der unter einem von 90° abweichenden Winkel zu der Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements angeordnet ist, sich also in schräger Richtung vor dem optoelektronischen Bauelement befindet. Die optische Linse des optoelektronischen Bauelements ermöglicht es dabei, von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung in Richtung des durch das optoelektronische Bauelement zu beleuchtenden Raum- oder Flächenbereichs zu bündeln. Dabei kann mit der optischen Linse dieses optoelektronischen Bauelements in einer Abbildungsebene ein im Wesentlichen symmetrisches Strahlprofil erzeugt werden.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die optische Linse als Sammellinse ausgebildet. Dadurch kann die optische Linse des optoelektronischen Bauelements eine Bündelung von durch das optoelektronische Bauelement abgestrahlter elektromagnetischer Strahlung bewirken.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die optische Linse nicht-radialsymmetrisch ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass die optische Linse nichtradialsymmetrische optische Abbildungseigenschaften aufweist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die optische Linse in einer zur Strahlungsemissionsfläche parallelen Ebene die Form einer Ellipse auf. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, die optische Linse mit einer optischen Achse auszubilden, die unter einem von 90° abweichenden Winkel zu der Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements orientiert ist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die optische Achse der optischen Linse und die Hauptachse der Ellipse in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die optische Linse bezüglich dieser Ebene eine Spiegelsymmetrie aufweist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Hauptabstrahlrichtung und die optische Achse der optischen Linse in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die durch die optische Linse bewirkte Strahlformung der durch das Ablenkelement in die Hauptabstrahlrichtung abgelenkten elektromagnetischen Strahlung eine nur geringe Verfälschung eines Strahlprofils bewirkt. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass ein durch das Ablenkelement des optoelektronischen Bauelements in die Hauptabstrahlrichtung abgelenktes und durch die optische Linse des optoelektronischen Bauelements geformtes Strahlenbündel ein im Wesentlichen radialsymmetrisches Strahlprofil aufweist.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Hauptabstrahlrichtung und die optische Achse in dieselbe Richtung gegen eine zur Strahlungsemissionsfläche senkrechte Richtung verkippt. Dabei können die Hauptabstrahlrichtung und die optische Achse um ähnliche oder gleiche Winkel gegen eine senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips orientierte Richtung verkippt sein. Vorteilhafterweise ermöglicht das optoelektronische Bauelement dadurch die Erzeugung eines in die Hauptabstrahlrichtung gerichteten Strahlenbündels mit im Wesentlichen radialsymmetrischem Strahlprofil.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das Ablenkelement als Prismastruktur ausgebildet. Die Prismastruktur kann dabei ein oder mehrere Einzelprismen umfassen. Vorteilhafterweise ermöglicht ein als Prismastruktur ausgebildetes Ablenkelement eine wirksame Strahlablenkung mit nur geringen optischen Verlusten.
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Die optische Linse und die Prismastruktur sind an einem gemeinsamen optischen Element ausgebildet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch ein besonders einfacher Aufbau des optoelektronischen Bauelements mit nur einer geringen Anzahl einzelner Komponenten. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung und Montage des optoelektronischen Bauelements.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements überlagern die Prismastruktur und die optische Linse einander. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Prismastruktur und die optische Linse an einer gemeinsamen Seite des optischen Elements angeordnet sind. Vorteilhafterweise wird dies dadurch ermöglicht, eine gegenüberliegende Seite des optischen Elements mit im Wesentlichen planer Oberfläche auszubilden, wodurch sich die Handhabung und Montage des optischen Elements wie auch des mit dem optischen Element ausgestatteten optoelektronischen Bauelements vereinfachen können.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das optische Element als Totalreflexionslinse ausgebildet. Dies ermöglicht es, das optoelektronische Bauelement mit besonders kompakten äußeren Abmessungen auszubilden.
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In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Prismastruktur und die optische Linse an gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements ausgebildet. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Prismastruktur und die optische Linse jeweils mit besonders hoher Genauigkeit zu fertigen.
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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 jeweils in schematisierter Darstellung
- 1 eine geschnittene Seitenansicht eines ersten optoelektronischen Bauelements;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten optischen Elements des ersten optoelektronischen Bauelements;
- 3 eine Aufsicht auf das erste optische Element;
- 4 ein Bestrahlungsintensitätsdiagramm;
- 5 eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten optoelektronischen Bauelements;
- 6 eine geschnittene Seitenansicht eines dritten optoelektronischen Bauelements;
- 7 eine geschnittene Seitenansicht eines vierten optoelektronischen Bauelements; und
- 8 eine perspektivische Ansicht eines vierten optischen Elements des vierten optoelektronischen Bauelements.
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1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines ersten optoelektronischen Bauelements 100. Das erste optoelektronische Bauelement 100 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht oder Licht mit einer Wellenlänge aus dem infraroten Spektralbereich, zu emittieren. Das erste optoelektronische Bauelement 100 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) sein. Das erste optoelektronische Bauelement 100 ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung nicht-zentrisch, also in eine schräge Richtung, abzustrahlen.
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Das erste optoelektronische Bauelement 100 weist ein Gehäuse 110 auf. Das Gehäuse 110 kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisen, insbesondere beispielsweise ein Epoxidharz. Das Gehäuse 110 kann beispielsweise durch ein Formverfahren (Mold-Verfahren) hergestellt sein.
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Das Gehäuse 110 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 weist eine Kavität auf, die einen als Hohlspiegel ausgebildeten ersten Reflektor 300 bildet. Der erste Reflektor 300 kann die Form eines Rotationsparaboloids, eine sphärische Form oder eine andere Form aufweisen. Dabei ist der erste Reflektor 300 rotationssymmetrisch (radialsymmetrisch) bezüglich einer Symmetrieachse ausgebildet. Die den ersten Reflektor 300 bildende Wandung des Gehäuses 110 ist optisch reflektierend. Hierzu kann das Gehäuse 110 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 beispielsweise ein weißes Material aufweisen. Die den ersten Reflektor 300 bildende Wandung des Gehäuses 110 kann auch eine Metallisierung aufweisen, um die Reflektivität der den ersten Reflektor 300 bildenden Wandung des Gehäuses 110 zu erhöhen.
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In der den ersten Reflektor 300 bildenden Kavität des Gehäuses 110 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 200 angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 200 weist eine Strahlungsemissionsfläche 210 auf, die senkrecht zur Symmetrieachse des ersten Reflektors 300 orientiert ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 200 ist dazu ausgebildet, an seiner Strahlungsemissionsfläche 210 elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht oder Licht mit einer Wellenlänge aus dem infraroten Spektralbereich, zu emittieren. Der optoelektronische Halbleiterchip 200 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Chip (LED-Chip) sein. Die an der Strahlungsemissionsfläche 210 emittierte elektromagnetische Strahlung wird in einen Raumwinkel emittiert, der um eine senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 210 orientierte Richtung zentriert ist.
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Der erste Reflektor 300 des optoelektronischen Bauelements 100 ist dazu vorgesehen, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 200 an der Strahlungsemissionsfläche 210 emittierte elektromagnetische Strahlung zu sammeln. Hierzu ist der optoelektronische Halbleiterchip 200 am Bodenbereich der den ersten Reflektor 300 bildenden Kavität des Gehäuses 110 angeordnet. Von dem optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte elektromagnetische Strahlung wird durch den ersten Reflektor 300 zur äußeren Öffnung des ersten Reflektors 300 geleitet.
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Das erste optoelektronische Bauelement 100 weist ein erstes optisches Element 400 auf. Das erste optische Element 400 ist an der äußeren Öffnung des ersten Reflektors 300 angeordnet und deckt die äußere Öffnung des ersten Reflektors 300 ab. Das erste optische Element 400 weist eine Oberseite 410 und eine der Oberseite 410 gegenüberliegende Unterseite 420 auf. Die Unterseite 420 des ersten optischen Elements 400 ist der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Bauelements 200 zugewandt.
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2 zeigt eine schematische und teilweise transparente perspektivische Darstellung des ersten optischen Elements 400. 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Oberseite 410 des ersten optischen Elements 400.
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Das erste optische Element 400 weist ein optisch transparentes Material auf, beispielsweise ein Glas oder einen optisch transparenten Kunststoff.
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An der Unterseite 420 weist das erste optische Element 400 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 eine erste Prismastruktur 600 auf. Die erste Prismastruktur 600 wird durch eine sägezahnförmige Modulation der Oberfläche des ersten optischen Elements 400 an der Unterseite 420 des ersten optischen Elements 400 gebildet. Dabei weist die erste Prismastruktur 600 eine Mehrzahl parallel zueinander orientierter Prismen mit jeweils sägezahnförmigem Querschnitt auf. Die Anzahl der Einzelprismen der ersten Prismastruktur 600 kann beliebig gewählt sein. Die erste Prismastruktur 600 kann sogar nur ein einziges Prisma aufweisen.
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Die erste Prismastruktur 600 an der Unterseite 420 des ersten optischen Elements 400 ist von einem ringförmigen Rand umgrenzt, der dazu vorgesehen ist, das erste optische Element 400 an einer Oberseite des Gehäuses 110 über dem ersten Reflektor 300 zu befestigen. Das erste optische Element 400 wird dabei derart an dem Gehäuse 110 befestigt, dass die erste Prismastruktur 600 an der Unterseite 420 des ersten optischen Elements 400 über der Öffnung des ersten Reflektors 300 angeordnet und der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandt ist.
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Die erste Prismastruktur 600 an der Unterseite 420 des ersten optischen Elements 400 bildet ein erstes Ablenkelement 500. Das erste Ablenkelement 500 ist dazu ausgebildet, die von dem optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte und von dem ersten Reflektor 300 zu dem ersten Ablenkelement 500 geleitete elektromagnetische Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung 510 abzulenken. Die Hauptabstrahlrichtung 510 ist nicht senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 orientiert, sondern schließt mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einen von 90° abweichenden Winkel 520 ein.
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An der Oberseite 410 des ersten optischen Elements 400 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ist eine erste optische Linse 700 ausgebildet. Die erste Prismastruktur 600 und die erste optische Linse 700 sind damit einstückig zusammenhängend an einander gegenüberliegenden Seiten 410, 420 des ersten optischen Elements 400 ausgebildet. Die erste optische Linse 700 ist als konvexe Sammellinse ausgebildet und dient dazu, die durch das erste Ablenkelement 500 in die Hauptabstrahlrichtung 510 abgelenkte elektromagnetische Strahlung zu bündeln.
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Die erste optische Linse 700 weist eine optische Achse 710 auf, die nicht senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 orientiert ist, sondern mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einen von 90° abweichenden Winkel 720 einschließt. Die optische Achse 710 der ersten optischen Linse 700 und die Hauptabstrahlrichtung 510 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und gegen eine zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 senkrechte Richtung in dieselbe Richtung verkippt. Dies ist in den 1 und 3 erkennbar.
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Die erste optische Linse 700 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ist nicht-radialsymmetrisch ausgebildet. In der Aufsicht der 3 ist erkennbar, dass die erste optische Linse 700 in zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 senkrechter Projektion und auch im Schnitt in einer zur Strahlungsemissionsfläche 210 parallelen Ebene eine Außenkontur in Form einer Ellipse 730 aufweist. Die Hauptachse 740 dieser Ellipse 730 ist dabei in einer gemeinsamen Ebene mit der optischen Achse 710 der ersten optischen Linse 700 angeordnet. Damit ist die Hauptachse 740 der Ellipse 730 auch in einer gemeinsamen Ebene mit der Hauptabstrahlrichtung 510 des ersten Ablenkelements 500 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet.
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An der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 emittierte elektromagnetische Strahlung trifft an der äußeren Öffnung des ersten Reflektors 300 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 auf das erste optische Element 400 und durchläuft das erste optische Element 400. Dabei wird die elektromagnetische Strahlung durch das durch die erste Prismastruktur 600 gebildete erste Ablenkelement 500 des ersten optischen Elements 400 in die Hauptabstrahlrichtung 510 abgelenkt und durch die erste optische Linse 710 des ersten optischen Elements 400 gebündelt.
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4 zeigt ein schematisches Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900, das eine Bestrahlungsintensität in einer durch das erste optoelektronische Bauelement 100 beleuchteten Fläche angibt, die parallel zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 orientiert und, von dem ersten optoelektronischen Bauelement 100 beabstandet, über der Oberseite 410 des ersten optischen Elements 400 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet ist. Eine erste Raumrichtung 910 ist parallel zu einer Projektion der Hauptabstrahlrichtung 510 auf die Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 orientiert. Eine zweite Raumrichtung 902 ist senkrecht zur ersten Raumrichtung 901 und parallel zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 orientiert. Ein Mittelpunkt 910 der im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 gezeigten Fläche ist in zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 senkrechte Richtung über einem Mittelpunkt der Strahlungsemissionsfläche 210 angeordnet.
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Die im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 gezeigte Bestrahlungsintensität in der durch das erste optoelektronische Bauelement 100 beleuchteten Fläche weist ein Intensitätsmaximum 920 auf, das in die erste Raumrichtung 901 gegen den Mittelpunkt 910 verschoben ist. Die Beleuchtung der im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 dargestellten Fläche durch das erste optoelektronische Bauelement 100 ist also nicht zentrisch um den Mittelpunkt 910 ausgebildet. Dies hat den Grund, dass das durch den optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte Licht durch das erste optoelektronische Bauelement 100 in die Hauptabstrahlrichtung 510 schräg zu dem Intensitätsmaximum 920 abgestrahlt wird.
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Die im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 dargestellte Bestrahlungsintensität in der durch das erste optoelektronische Bauelement 100 beleuchteten Fläche ist im Wesentlichen radialsymmetrisch um das Intensitätsmaximum 920. Dies ist dadurch erreicht, dass die optische Achse 710 der ersten optischen Linse 700 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 den von 90° abweichenden Winkel 720 einschließt, wobei der Winkel 720 auf den Winkel 520 abgestimmt ist, den die Hauptabstrahlrichtung 510 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt. Der Winkel 720 der optischen Achse 710 und der Winkel 520 der Hauptabstrahlrichtung 510 können ähnliche Werte aufweisen.
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Anhand der 5 bis 8 werden nachfolgend weitere optoelektronische Bauelemente beschrieben, die jeweils große Übereinstimmungen mit dem ersten optoelektronischen Bauelement 100 der 1 aufweisen. Entsprechende Komponenten sind dabei in den 5 bis 8 teilweise mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 1 bis 3. Nachfolgend werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zwischen den in den 5 bis 8 dargestellten optoelektronischen Bauelementen und dem ersten optoelektronischen Bauelement 100 der 1 erläutert. Im Übrigen gilt die oben stehende Beschreibung des ersten optoelektronischen Bauelements 100 auch für die in den 5 bis 8 gezeigten optoelektronischen Bauelemente.
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5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten optoelektronischen Bauelements 101. Das zweite optoelektronische Bauelement 101 weist ein Gehäuse 110 auf, das wie das Gehäuse 110 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ausgebildet ist. Eine Kavität des Gehäuses 110 bildet einen zweiten Reflektor 301, der wie der erste Reflektor 300 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ausgebildet ist. In der Kavität ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 200 mit einer Strahlungsemissionsfläche 210 angeordnet, der wie der optoelektronische Halbleiterchip 200 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ausgebildet ist.
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Anstelle des ersten optischen Elements 400 weist das zweite optoelektronische Bauelement 101 ein zweites optisches Element 401 auf. Das zweite optische Element 401 weist eine von der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 abgewandte Oberseite 410 und eine der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandte Unterseite 420 auf.
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Das zweite optische Element 401 weist eine zweite Prismastruktur 601 auf, die ein zweites Ablenkelement 501 bildet. Das zweite Ablenkelement 501 ist dazu vorgesehen, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte elektromagnetische Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung 510 abzulenken, die einen von 90° abweichenden Winkel 520 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt. Die Hauptabstrahlrichtung 510 ist bei dem zweiten Bauelement 101 orientiert wie bei dem ersten optoelektronischen Bauelement 100.
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Außerdem weist das zweite optische Element 401 eine zweite optische Linse 701 auf, die eine optische Achse 710 aufweist, die einen von 90° abweichenden Winkel 720 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt. Die optische Achse 710 ist beim zweiten optoelektronischen Bauelement 101 orientiert wie beim ersten optoelektronischen Bauelement 100.
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Das zweite optische Element 401 des zweiten optoelektronischen Bauelements 101 unterscheidet sich von dem ersten optischen Element 400 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 dadurch, dass sowohl die das zweite Ablenkelement 501 bildende zweite Prismastruktur 601 als auch die zweite optische Linse 701 an der Oberseite 410 des ersten optischen Elements 400 angeordnet sind. Dabei überlagen die zweite Prismastruktur 601 und die zweite optische Linse 701 einander. Dies bedeutet, dass die an der Oberseite 410 des zweiten optischen Elements 401 angeordnete zweite Prismastruktur 601 durch die an der Oberseite 410 des zweiten optischen Elements 401 ausgebildete zweite optische Linse 701 verformt wird.
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Die der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandte Unterseite 420 des zweiten optischen Elements 401 ist plan ausgebildet. Es wäre allerdings ebenfalls möglich, sowohl die das zweite Ablenkelement 501 bildende zweite Prismastruktur 601 als auch die zweite optische Linse 701 an der Unterseite 420 des zweiten optischen Elements 401 auszubilden. In diesem Fall kann die Oberseite 410 des zweiten optischen Elements 401 plan ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, lediglich die zweite optische Linse 701 an der Unterseite 420 des zweiten optischen Elements 401 anzuordnen, während die das zweite Ablenkelement 501 bildende zweite Prismastruktur 601 an der Oberseite 410 des zweiten optischen Elements 401 angeordnet ist.
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Die Bestrahlungsintensität in einer durch das zweite optoelektronische Bauelement 101 beleuchteten Fläche entspricht der im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 der 4 dargestellten Bestrahlungsintensität in einer durch das erste optoelektronische Bauelement 100 beleuchteten Fläche.
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6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines dritten optoelektronischen Bauelements 102. Das dritte optoelektronische Bauelement 102 weist ein Gehäuse 110 mit einer Kavität auf, die einen dritten Reflektor 302 bildet. In der Kavität ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 200 angeordnet, der eine Strahlungsemissionsfläche 210 aufweist.
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Der dritte Reflektor 302 des dritten optoelektronischen Bauelements 102 unterscheidet sich von dem ersten Reflektor 300 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 dadurch, dass der dritte Reflektor 302 nicht rotationssymmetrisch bezüglich einer senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 orientierten Symmetrieachse ist. Stattdessen ist der dritte Reflektor 302 bezüglich einer senkrecht zur Strahlungsemissionsfläche 210 orientierten Achse derart asymmetrisch ausgebildet, dass der dritte Reflektor 302 eine Ablenkung von durch den optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierter elektromagnetischer Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung 510 bewirkt, die einen von 90° abweichenden Winkel 520 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt. Dadurch wirkt der dritte Reflektor 302 des dritten optoelektronischen Bauelements 102 als drittes Ablenkelement 502.
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Der dritte Reflektor 302 kann als Rotationsparaboloid oder mit anderer rotationssymmetrischer Form mit einer parallel zur Hauptabstrahlrichtung 510 orientierten Symmetrieachse ausgebildet sein. Der dritte Reflektor 302 kann aber auch eine andere Form aufweisen.
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Das dritte optoelektronische Bauelement 102 weist anstelle des ersten optischen Elements 400 ein drittes optisches Element 402 auf. Das dritte optische Element 402 weist eine Oberseite 410 und eine der Oberseite 410 gegenüberliegende Unterseite 420 auf. Die Unterseite 420 den dritten optischen Elements 402 ist der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandt.
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Das dritte optische Element 402 unterscheidet sich von dem ersten optischen Element 400 dadurch, dass an der Unterseite 420 des dritten optischen Elements 402 keine Prismastruktur ausgebildet ist. Dies ist bei dem dritten optoelektronischen Bauelement 102 nicht erforderlich, da bei dem dritten optoelektronischen Bauelement 102 der dritte Reflektor 302 das dritte Ablenkelement 502 bildet.
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An der Oberseite 410 des dritten optischen Elements 402 ist eine dritte optische Linse 702 angeordnet, die wie die erste optische Linse 700 des optischen Elements 400 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ausgebildet ist.
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Die Bestrahlungsintensität in einer durch das dritte optoelektronische Bauelement 102 beleuchteten Fläche entspricht der im Bestrahlungsintensitätsdiagramm 900 der 4 dargestellten Bestrahlungsintensität in einer durch das erste optoelektronische Bauelement 100 beleuchteten Fläche.
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7 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines vierten optoelektronischen Bauelements 103. Das vierte optoelektronische Bauelement 103 weist ein Gehäuse 110 auf. Das Gehäuse 110 weist eine Aussparung auf, in der ein optoelektronischer Halbleiterchip 200 mit einer Strahlungsemissionsfläche 210 angeordnet ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 200 des vierten optoelektronischen Bauelements 103 ist wie der optoelektronische Halbleiterchip 200 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ausgebildet.
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Über der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 ist in der Aussparung des Gehäuses 110 des ersten optoelektronischen Bauelements 100 ein viertes optisches Element 403 angeordnet, das als Totalreflexionslinse 800 ausgebildet ist. 8 zeigt eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung des als Totalreflexionslinse 800 ausgebildeten vierten optischen Elements 403. Das vierte optische Element 403 weist ein optisch transparentes Material auf, beispielsweise ein Glas oder einen optisch transparenten Kunststoff. Das vierte optische Element 403 weist eine Oberseite 410 und eine der Oberseite 410 gegenüberliegende Unterseite 420 auf. Die Unterseite 420 des vierten optischen Elements 403 ist der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 zugewandt.
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Eine sich zwischen der Oberseite 410 und der Unterseite 420 des vierten optischen Elements 403 erstreckende Mantelfläche des vierten optischen Elements 403 bildet einen vierten Reflektor 303. Innerhalb des vierten optischen Elements 403 sich ausbreitende elektromagnetische Strahlung kann an der den vierten Reflektor 303 bildenden Mantelfläche des vierten optischen Elements 403 totalreflektiert werden. Dadurch bewirkt der vierte Reflektor 303 eine Sammlung von an der Unterseite 420 des vierten optischen Elements 403 durch den optoelektronischen Halbleiterchip 200 in das vierte optische Element 403 eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung. An der Oberseite 410 des vierten optischen Elements 403 kann die durch den vierten Reflektor 303 gesammelte elektromagnetische Strahlung aus dem vierten optischen Element 403 austreten.
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Das die totalreflektierende Mantelfläche des vierten optischen Elements 403 umgebende Medium weist einen niedrigeren Brechungsindex auf als das vierte optische Element 403, um die Totalreflexion an der den vierten Reflektor 303 bildenden Mantelfläche zu ermöglichen. Hierzu kann zwischen der Mantelfläche des vierten optischen Elements 403 und dem Gehäuse 110 beispielsweise ein ausreichend breiter Luftspalt vorgesehen sein.
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Die den vierten Reflektor 303 bildende Mantelfläche des als Totalreflexionslinse 800 ausgebildeten vierten optischen Elements 403 kann zumindest abschnittsweise radialsymmetrisch bezüglich einer zur Strahlungsemissionsfläche 210 senkrechten Symmetrieachse sein. Beispielsweise kann die den vierten Reflektor 303 bildende Mantelfläche des vierten optischen Elements 403 zumindest abschnittsweise als Rotationsparaboloid ausgebildet sein.
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Die Oberseite 410 des vierten optischen Elements 403 des vierten optoelektronischen Bauelements 103 ist ausgebildet wie die Oberseite 410 des zweiten optischen Elements 401 des zweiten optoelektronischen Bauelements 101. An der Oberseite 410 des vierten optischen Elements 403 ist also eine vierte Prismastruktur 603 ausgebildet, die ein viertes Ablenkelement 503 bildet. Außerdem ist an der Oberseite 410 des vierten optischen Elements 403 eine vierte optische Linse 703 ausgebildet, die der vierten Prismastruktur 603 überlagert ist. Die der vierten Prismastruktur 603 überlagerte vierte optische Linse 703 ist in 8 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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Die das vierte Ablenkelement 503 bildende vierte Prismastruktur 603 ist wie die zweite Prismastruktur 601 des zweiten optischen Elements 401 des zweiten optoelektronischen Bauelements 101 ausgebildet und dient dazu, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte elektromagnetische Strahlung in eine Hauptabstrahlrichtung 510 abzulenken, die einen von 90° abweichenden Winkel 520 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt. Die vierte optische Linse 703 des vierten optischen Elements 403 ist wie die zweite optische Linse 701 des zweiten optischen Elements 401 ausgebildet und weist eine optische Achse 710 auf, die einen von 90° abweichenden Winkel 720 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 einschließt.
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Das erste optoelektronische Bauelement 100, das zweite optoelektronische Bauelement 101, das dritte optoelektronische Bauelement 102 und das vierte optoelektronische Bauelement 103 weisen jeweils ein Ablenkelement 500, 501, 502, 503 auf, das dazu ausgebildet ist, von dem jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchip 200 emittierte elektromagnetische Strahlung in die Hauptabstrahlrichtung 510 abzulenken. Bei dem ersten optoelektronischen Bauelement 100, dem zweiten optoelektronischen Bauelement 101 und dem vierten optoelektronischen Bauelement 103 wird das Ablenkelement 500, 501, 503 jeweils durch eine Prismastruktur 600, 601, 603 gebildet. Bei dem dritten optoelektronischen Bauelement 102 wird das Ablenkelement 502 durch den dritten Reflektor 302 gebildet. Es ist möglich, ein optoelektronisches Bauelement mit einem anders ausgebildeten Ablenkelement auszubilden. Beispielsweise kann das Ablenkelement durch eine Anordnung des optoelektronischen Halbleiterchips 200 gebildet werden, bei der die Strahlungsemissionsfläche 210 des optoelektronischen Halbleiterchips 200 nicht parallel zu einer Montagefläche des optoelektronischen Bauelements orientiert ist. In jedem Fall weist das optoelektronische Bauelement zusätzlich eine optische Linse 700, 701, 702, 703 auf, deren optischen Achse 710 einen von 90° abweichenden Winkel 720 mit der Strahlungsemissionsfläche 210 einschließt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- erstes optoelektronisches Bauelement
- 101
- zweites optoelektronisches Bauelement
- 102
- drittes optoelektronisches Bauelement
- 103
- viertes optoelektronisches Bauelement
- 110
- Gehäuse
- 200
- optoelektronischer Halbleiterchip
- 210
- Strahlungsemissionsfläche
- 300
- erster Reflektor
- 301
- zweiter Reflektor
- 302
- dritter Reflektor
- 303
- vierter Reflektor
- 400
- erstes optisches Element
- 401
- zweites optisches Element
- 402
- drittes optisches Element
- 403
- viertes optisches Element
- 410
- Oberseite
- 420
- Unterseite
- 500
- erstes Ablenkelement
- 501
- zweites Ablenkelement
- 502
- drittes Ablenkelement
- 503
- viertes Ablenkelement
- 510
- Hauptabstrahlrichtung
- 520
- Winkel
- 600
- erste Prismastruktur
- 601
- zweite Prismastruktur
- 603
- vierte Prismastruktur
- 700
- erste optische Linse
- 701
- zweite optische Linse
- 702
- dritte optische Linse
- 703
- vierte optische Linse
- 710
- optische Achse
- 720
- Winkel
- 730
- Ellipse
- 740
- Hauptachse
- 800
- Totalreflexionslinse
- 900
- Bestrahlungsintensitätsdiagramm
- 901
- erste Raumrichtung
- 902
- zweite Raumrichtung
- 910
- Mittelpunkt
- 920
- Intensitätsmaximum
