DE112017006351B4

DE112017006351B4 - Optoelektronisches bauelement

Info

Publication number: DE112017006351B4
Application number: DE112017006351.5T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Streppel; Désirée Queren
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: US11233089B2; WO2018114769A1; US20200083282A1; DE102016124871A1; DE112017006351A5

Abstract

Optoelektronisches Bauelement
mit einem Lichtemitter (100), der eine Mehrzahl von Segmenten (110) aufweist,
wobei jedes Segment (110) des Lichtemitters (100) eine Mehrzahl von Bildpunkten (200) aufweist, die dazu ausgebildet sind, Licht (130) zu emittieren,
und mit einem optischen Element (300), das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter (100) emittiertes Licht (130) in einen Zielbereich (400) abzubilden,
wobei von den einzelnen Segmenten (110) des Lichtemitters (100) emittiertes Licht (130) sich im Zielbereich (400) überlagert,
wobei das optische Element (300) in eine Anzahl von Segmenten (310) unterteilt ist, die der Anzahl der Segmente (110) des Lichtemitters (100) entspricht,
wobei jedes Segment (310) des optischen Element (300) jeweils über einem Segment (110) des Lichtemitters (100) angeordnet ist,
wobei die Segmente (310) des optischen Elements (300) jeweils als doppelseitige, asphärische Linsen (330) ausgebildet sind,
wobei der Lichtemitter (100) Bildpunkte (200, 210) eines ersten Typs und Bildpunkte (200, 220) eines zweiten Typs aufweist,
wobei jedes Segment (110) des Lichtemitters (100) nur entweder Bildpunkte (200, 210) des ersten Typs oder Bildpunkte (200, 220) des zweiten Typs aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente mit pixelierten Lichtquellen zur Erzeugung strukturierter Beleuchtungsmuster zu verwenden. Hierbei wird von der pixelierten Lichtquelle emittiertes Licht mittels einer Projektionsoptik in einen Zielbereich abgebildet. Ein derartiges optoelektronisches Bauelement ist beispielsweise aus der DE 10 2016 104 385 A1 bekannt.
Die DE 10 2007 043 192 A1 beschreibt ein Leuchtdioden-Modul, das ein Linsenarray mit mehreren Linsen enthält, wobei jede Linse rotationssymmetrisch um jeweils eine optische Achse ausgebildet ist. Jede Linse weist eine konkave Eintrittsfläche und eine konvexe Austrittsfläche auf. Vor jeder Linse sind mindestens drei Leuchtdioden angeordnet, wobei jeweils eine Leuchtdiode Strahlung im roten Spektralbereich, eine Leuchtdiode Strahlung im grünen Spektralbereich und eine Leuchtdiode Strahlung im blauen Spektralbereich emittiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen Lichtemitter, der eine Mehrzahl von Segmenten aufweist. Dabei weist jedes Segment des Lichtemitters eine Mehrzahl von Bildpunkten auf, die dazu ausgebildet sind, Licht zu emittieren. Das optoelektronische Bauelement umfasst außerdem ein optisches Element, das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter emittiertes Licht in einen Zielbereich abzubilden. Dabei überlagert sich von den einzelnen Segmenten des Lichtemitters emittiertes Licht im Zielbereich.
Dieses optoelektronische Bauelement ermöglicht eine Erzeugung eines strukturierten Lichtmusters in einem Zielbereich. Die Struktur des Lichtmusters kann dabei über eine selektive Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte des Lichtemitters festgelegt werden. Das von dem Lichtemitter emittierte Licht wird durch das optische Element des optoelektronischen Bauelements in den Zielbereich abgebildet.
Vorteilhafterweise kann das optische Element eine sehr geringe Bauhöhe in zur Oberseite des Lichtemitters senkrechte Richtung aufweisen. Dies wird durch die Unterteilung des Lichtemitters in die Mehrzahl von Segmenten erreicht.
Dadurch, dass sich von den einzelnen Segmenten des Lichtemitters dieses optoelektronischen Bauelements im Zielbereich überlagert, kann vorteilhafterweise ein Lichtmuster mit einer hohen Leuchtdichte erzeugt werden. Die Überlagerung des von den einzelnen Segmenten emittierten Lichts im Zielbereich kann auch eine farbliche Homogenität des von dem optoelektronischen Bauelement erzeugbaren Lichtmusters unterstützen und eine Einstellung der Farbe des emittierten Lichts im Zielbereich ermöglichen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das optische Element in eine Anzahl von Segmenten unterteilt, die der Anzahl von Segmenten des Lichtemitters entspricht. Dabei ist jedes Segment des optischen Elements jeweils über einem Segment des Lichtemitters angeordnet. Vorteilhafterweise bilden die mehreren Segmente des optischen Elements einzelne Projektionskanäle. Jedes dieser Segmente des Lichtemitters muss nur ein Segment des optischen Elements abbilden, das eine im Vergleich zu dem gesamten optischen Element reduzierte Flache aufweist. Dadurch müssen die Segmente des Lichtemitters nur eine geringe Höhe in zur Oberseite des Lichtemitters senkrechte Richtung aufweisen. Dies ermöglicht es, das optische Element mit sehr geringer Bauhöhe in zur Oberseite des Lichtemitters senkrechte Richtung auszubilden. Dadurch kann das gesamte optoelektronische Bauelement vorteilhafterweise sehr kompakte äußere Abmessungen aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Segmente des optischen Elements jeweils als doppelseitige, asphärische Linsen ausgebildet. Vorteilhafterweise wird es durch die Ausbildung der Segmente des optischen Elements als asphärische Linsen ermöglicht, von den Segmenten des Lichtemitters des optoelektronischen Bauelements emittiertes Licht in einen Zielbereich abzubilden, dessen Geometrie von der Geometrie der Segmente des Lichtemitters abweicht. Beispielsweise können es die als doppelseitige, asphärische Linsen ausgebildeten Segmente des optischen Elements ermöglichen, von quadratischen Segmenten des Lichtemitters des optoelektronischen Bauelements emittiertes Licht in einen rechteckigen Zielbereich abzubilden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Segmente des optischen Elements jeweils als doppelseitige, torische (toroidische) Linsen ausgebildet. Vorteilhafterweise weisen die Linsen der Segmente des optischen Elements dieses optoelektronischen Bauelements unterschiedliche Krümmungen in zwei zueinander senkrechte Raumrichtungen auf, wodurch von den Segmenten des Lichtemitters emittiertes Licht durch die Segmente des optischen Elements in die beiden Raumrichtungen unterschiedlich stark gebrochen wird.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Linsen der Segmente des optischen Elements jeweils gegenüber einer zu einer Oberseite des Lichtemitters senkrechten Richtung verkippt. Dadurch wird es ermöglicht, von dem Lichtemitter des optoelektronischen Bauelements emittiertes Licht in einen gegenüber einer Symmetrieachse des optoelektronischen Bauelements verschobenen Zielbereich abzubilden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Bildpunkte bei jedem Segment des Lichtemitters in einer zweidimensionalen Matrixanordnung angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglichen solchermaßen angeordnete Bildpunkte eine einfache und wirkungsvolle Erzeugung eines strukturierten Lichtmusters.
Der Lichtemitter weist Bildpunkte eines ersten Typs und Bildpunkte eines zweiten Typs auf. Die Bildpunkte des ersten Typs können beispielsweise ausgebildet sein, farbiges Licht mit einer anderen Lichtfarbe oder weißes Licht mit einer anderen Farbtemperatur zu emittieren als die Bildpunkte des zweiten Typs. Dies ermöglicht es, mittels des optoelektronischen Bauelements ein strukturiertes Lichtmuster zu erzeugen, dessen Licht eine Mischung von Licht aufweist, das durch Bildpunkte des ersten Typs und durch Bildpunkte des zweiten Typs emittiert wird. Dies ermöglicht die Einstellung der Farbe des Lichtmusters.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Bildpunkte des ersten Typs ausgebildet, Licht mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren. Dabei sind die Bildpunkte des zweiten Typs ausgebildet, Licht mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren. Warmweißes Licht kann beispielsweise Licht mit einer Farbtemperatur zwischen 2000 K und 3500 K sein, beispielsweise Licht mit einer Farbtemperatur von 2200 K. Kaltweißes Licht kann beispielsweise Licht mit einer Farbtemperatur von 3500 K bis 7000 K sein, beispielsweise Licht mit einer Farbtemperatur von 5500 K.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements wechseln sich Bildpunkte des ersten Typs und Bildpunkte des zweiten Typs bei jedem Segment des Lichtemitters schachbrettartig. Vorteilhafterweise kann dadurch eine besonders homogene Durchmischung des von Bildpunkten des ersten Typs emittierten Lichts mit von Bildpunkten des zweiten Typs emittiertem Licht erreicht werden.
Jedes Segment des Lichtemitters weist nur entweder Bildpunkte des ersten Typs oder Bildpunkte des zweiten Typs auf. Vorteilhafterweise weist der Lichtemitter dadurch einen besonders einfachen Aufbau auf.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist jeder Bildpunkt einen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Beispielsweise kann jeder Bildpunkt des optoelektronischen Bauelements einen Leuchtdiodenchip aufweisen. Vorteilhafterweise kann der Lichtemitter des optoelektronischen Bauelements dadurch mit kompakten äußeren Abmessungen ausgebildet sein. Außerdem kann der Lichtemitter des optoelektronischen Bauelements dadurch dazu ausgebildet sein, Licht mit hoher Lichtstärke zu emittieren. Der Lichtemitter des optoelektronischen Bauelements kann dadurch auch einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Segmente des Lichtemitters in einer zweidimensionalen Matrixanordnung angeordnet. Vorteilhafterweise weist der Lichtemitter dadurch einen einfachen, regelmäßigen Aufbau auf.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist der Lichtemitter vier Segmente auf, die in einer 2×2-Anordnung angeordnet sind. Vorteilhafterweise stellt ein Lichtemitter mit vier in einer 2×2-Anordnung angeordneten Segmenten einen guten Kompromiss zwischen kompakten äußeren Abmessungen des Lichtemitters und einer hohen durch den Lichtemitter erzielbaren Lichtstärke dar.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist jeder Bildpunkt jedes Segments des Lichtemitters unabhängig von den anderen Bildpunkten des jeweiligen Segments ansteuerbar. Vorteilhafterweise ermöglicht das optoelektronische Bauelement dadurch eine besonders freie Gestaltung einer Form eines von dem optoelektronischen Bauelement abgestrahlten strukturierten Lichtmusters.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements korrespondiert jeder Bildpunkt jedes Segments des Lichtemitters mit jeweils einem Bildpunkt jedes anderen Segments des Lichtemitters. Dabei ist das optoelektronische Bauelement ausgebildet, korrespondierende Bildpunkte gemeinsam anzusteuern. Vorteilhafterweise vereinfacht sich dadurch die Ansteuerung des optoelektronischen Bauelements, da insgesamt weniger einzelne Elemente unabhängig voneinander anzusteuern sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung

1 eine perspektivische Ansicht eines Lichtemitters gemäß einer ersten, nicht erfindungsgemäßen, Variante;
2 eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauelements mit dem Lichtemitter und einem optischen Element;
3 eine erste Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements;
4 eine zweite Seitenansicht des optoelektronischen Bauelements;
5 eine Ansicht eines durch das optoelektronische Bauelement beleuchteten Zielbereichs; und
6 eine perspektivische Ansicht eines Lichtemitters gemäß einer zweiten, erfindungsgemäßen, Variante.

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Variante eines Lichtemitters 100. Der Lichtemitter 100 weist eine im Wesentlichen ebene Oberseite 101 auf, die in einer durch eine Längsrichtung 11 und eine zur Längsrichtung 11 senkrechte Querrichtung 12 aufgespannten Ebene angeordnet ist. Eine zur Oberseite 101 des Lichtemitters 100 senkrechte Richtung 13 ist senkrecht zur Längsrichtung 11 und senkrecht zur Querrichtung 12 orientiert.
Der Lichtemitter 100 ist in mehrere Segmente 110 unterteilt. Die Segmente 110 sind in der durch die Längsrichtung 11 und die Querrichtung 12 aufgespannten Ebene nebeneinander angeordnet. Im in 1 gezeigten Beispiel weist der Lichtemitter 100 vier Segmente 110 auf. Der Lichtemitter 100 könnte jedoch auch eine andere Anzahl an Segmenten 110 aufweisen.
Die Segmente 110 des Lichtemitters 100 sind in einer zweidimensionalen Matrixanordnung 120 angeordnet. Im in 1 gezeigten Beispiel sind die vier Segmente 110 in einer 2×2-Anordnung angeordnet, deren Achsen parallel zur Längsrichtung 11 und zur Querrichtung 12 orientiert sind. Die Segmente 110 des Lichtemitters 100 könnten jedoch auch in einer anderen Anordnung angeordnet sein.
Jedes Segment 110 des Lichtemitters 100 weist eine Mehrzahl von Bildpunkten 200 auf, die dazu ausgebildet sind, Licht 130 zu emittieren. Die Bildpunkte 200 strahlen das Licht 130 dabei an der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 in die zur Oberseite 101 des Lichtemitters 100 senkrechte Richtung 13 ab. Die Bildpunkte 200 können auch als Pixel bezeichnet werden. Die Bildpunkte 200 können eine quadratische oder eine andere rechteckige Form aufweisen. Die Bildpunkte 200 können auch eine nicht-rechteckige Form aufweisen. Im dargestellten Beispiel sind alle Bildpunkte 200 gleich ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Beispielsweise könnten einige Bildpunkte 200 größer sein als andere Bildpunkte 200.
Jeder Bildpunkt 200 des Lichtemitters 100 kann einen optoelektronischen Halbleiterchip 270 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Licht zu emittieren. Beispielsweise kann jeder Bildpunkt 200 des Lichtemitters 100 einen Leuchtdiodenchip aufweisen. Zusätzlich kann jeder Bildpunkt 200 ein wellenlängenkonvertierendes Element aufweisen, das dazu vorgesehen ist, von dem optoelektronischen Halbleiterchip 270 des jeweiligen Bildpunkts 200 emittiertes Licht zumindest teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Hierdurch können die Bildpunkt 200 beispielsweise ausgebildet sein, weißes Licht 130 abzustrahlen.
Die Bildpunkte 200 sind bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 in einer zweidimensionalen Matrixanordnung 260 angeordnet. Im in 1 gezeigten Beispiel weist die zweidimensionale Matrixanordnung 260 jedes Segments 100 des Lichtemitters 100 8×8 Bildpunkte 200 auf. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft. Die Segmente 110 des Lichtemitters 100 können auch mit einer anderen Anzahl von Bildpunkten 200 ausgebildet werden. Die zweidimensionale Matrixanordnung 260 der Bildpunkte 200 muss nicht quadratisch sein.
Es ist zweckmäßig, dass der Lichtemitter 100 Bildpunkte 200, 210 eines ersten Typs und Bildpunkt 200, 220 eines zweiten Typs aufweist. Die Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs und die Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs können sich durch die Farbe oder durch die Farbtemperatur des von den Bildpunkten 200 emittierbaren Lichts 130 unterscheiden. Beispielsweise können die Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs ausgebildet sein, farbiges Licht mit einer ersten Lichtfarbe zu emittieren, während die Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs ausgebildet sind, farbiges Licht mit einer anderen, zweiten Lichtfarbe zu emittieren. Möglich ist auch, dass die Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs ausgebildet sind, weißes Licht mit einer ersten Farbtemperatur zu emittieren, während die Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs ausgebildet sind, weißes Licht mit einer zweiten Farbtemperatur zu emittieren. Beispielsweise können die Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs ausgebildet sein, Licht mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren. Die Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs können beispielsweise ausgebildet sein, weißes Licht mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren. Weißes Licht mit warmweißer Lichtfarbe kann dabei beispielsweise eine Farbtemperatur zwischen 2000 K und 3500 K aufweisen, beispielsweise eine Farbtemperatur von 2200 K. Weißes Licht mit kaltweißer Lichtfarbe kann beispielsweise eine Farbtemperatur zwischen 3500 K und 7000 K aufweisen, beispielsweise eine Farbtemperatur von 5500 K.
Bei dem in 1 gezeigten Lichtemitter 100 wechseln sich Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs und Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 schachbrettartig ab. Dies bedeutet, dass bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 in jeder Zeile der zweidimensionalen Matrixanordnung 260 von Bildpunkten 200 und in jeder Spalte der zweidimensionalen Matrixanordnung 260 von Bildpunkten 200 immer abwechselnd ein Bildpunkt 200, 210 des ersten Typs und ein Bildpunkt 200, 220 des zweiten Typs aufeinander folgen. Dabei sind alle Segmente 110 des Lichtemitters 100 gleich aufgebaut. Da die zweidimensionale Matrixanordnung 260 von Bildpunkten 200 bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 eine gerade Anzahl von Zeilen und eine gerade Anzahl von Spalten umfasst, folgt daraus, dass bei dem Lichtemitter 100 der 1 genauso viele Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs vorhanden sind wie Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs.
Es ist zweckmäßig, dass jeder Bildpunkt 200 jedes Segment 110 des Lichtemitters 100 unabhängig von den anderen Bildpunkten 200 des jeweiligen Segments 110 angesteuert werden kann. Dies bedeutet, dass bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 alle Bildpunkte 200 unabhängig voneinander aktiviert werden können, um Licht zu emittieren. In 1 sind beispielhaft bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 einige Bildpunkte 200 als aktivierte Bildpunkte 200, 230 dargestellt, die Licht emittieren, während die übrigen Bildpunkte 200 als nichtaktivierte Bildpunkte 200, 240 dargestellt sind, die zum dargestellten Zeitpunkt kein Licht emittieren. Dadurch, dass alle Bildpunkte 200 eines Segments 110 des Lichtemitters 100 unabhängig voneinander angesteuert werden können, ist es möglich, das von einem Segment 110 des Lichtemitters 100 abgestrahlte Licht 130 zu strukturieren, also die Form eines von diesem Segment 110 des Lichtemitters 100 abgestrahlten Lichtmusters zu gestalten.
Da alle Segmente 110 des Lichtemitters 100 gleich aufgebaut sind, gibt es zu jedem Bildpunkt 200 eines Segments 110 des Lichtemitters 100 jeweils korrespondierende Bildpunkte 200, 250 in jedem anderen Segment 110 des Lichtemitters 100. Beispielsweise bilden alle in den unteren, linken Ecken jedes Segments 110 des Lichtemitters 100 angeordneten Bildpunkte 200 miteinander korrespondierende Bildpunkte 200, 250. Ebenso bilden alle in den oberen, rechten Ecken jedes Segments 110 des Lichtemitters 100 angeordneten Bildpunkte 200 miteinander korrespondierende Bildpunkte 200, 250.
Ein den Lichtemitter 100 umfassendes optoelektronisches Bauelement kann so ausgebildet sein, dass korrespondierende Bildpunkte 200, 250 aller Segmente 110 des Lichtemitters 100 stets gemeinsam angesteuert werden. In diesem Fall können korrespondierende Bildpunkte 200, 250 der Segmente 110 des Lichtemitters 100 nur gemeinsam aktiviert und deaktiviert werden. Beispielsweise kann dann ein in einer unteren, linken Ecke eines Segments 110 des Lichtemitters 100 angeordneter Bildpunkt 200 nur gemeinsam mit den in den unteren, linken Ecken der übrigen Segmente 110 des Lichtemitters 100 angeordneten Bildpunkten 200 aktiviert oder deaktiviert werden.
In diesem Fall strahlen alle Segmente 110 des Lichtemitters 100 stets identische Lichtmuster an der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 ab. Durch eine derartige Kopplung der korrespondierenden Bildpunkte 200, 250 der einzelnen Segmente 110 des Lichtemitters 100 vereinfacht sich die Ansteuerung des Lichtemitters 100 vorteilhafterweise, da nur eine Anzahl von Elementen unabhängig voneinander angesteuert werden muss, die der Anzahl von Bildpunkten 200 eines Segments 110 des Lichtemitters 100 entspricht, nicht der Anzahl von Bildpunkten 200 des Lichtemitters 100 insgesamt.
Möglich ist auch, dass einige der Segmente 110 des Lichtemitters 100 gemeinsam angesteuert werden, die übrigen Segmente 110 des Lichtemitters 100 jedoch unabhängig von den gemeinsam angesteuerten Segmenten 110 angesteuert werden können.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements. Das optoelektronische Bauelement umfasst den vorstehend anhand der 1 beschriebenen Lichtemitter 100 und ein optisches Element 300. Zusätzlich kann das optoelektronische Bauelement weitere Komponenten aufweisen, die in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauelement ein Gehäuse aufweisen, das den Lichtemitter 100 und das optische Element 300 in fester relativer Anordnung hält.
Das optoelektronische Bauelement ist dazu vorgesehen, strukturiertes Licht, also ein formbares Lichtmuster, in einen Zielbereich 400 außerhalb des optoelektronischen Bauelements abzustrahlen. Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise zur Erzeugung eines Blitzlichts für fotografische Aufnahmen vorgesehen und in eine Kamera oder in ein Mobiltelefon integriert sein.
Das optische Element 300 ist in senkrechter Richtung 13 über der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 angeordnet. Das optische Element 300 ist dazu ausgebildet, von dem Lichtemitter 100 an seiner Oberseite 101 abgestrahltes Licht 130 in den Zielbereich 400 abzubilden. Das optische Element 300 weist hierzu ein lichtbrechendes Material auf, beispielsweise ein Glas oder einen Kunststoff. Das optische Element 300 kann beispielsweise durch ein Formverfahren (Moldverfahren) hergestellt sein, beispielsweise durch Spritzgießen (injection molding).
3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Lichtemitters 100 und des optischen Elements 300 des optoelektronischen Bauelements aus einer ersten Blickrichtung. In der Darstellung der 3 liegt die Papierebene parallel zur Längsrichtung 11 und zur senkrechten Richtung 13. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht des Lichtemitters 100 und des optischen Elements 300 des optoelektronischen Bauelements aus einer zweiten Blickrichtung. In der Darstellung der 4 liegt die Papierebene parallel zur Querrichtung 12 und zur senkrechten Richtung 13.
Das optische Element 300 des optoelektronischen Bauelements ist in mehrere Segmente 310 unterteilt. Die Anzahl der Segmente 310 des optischen Elements 300 entspricht dabei der Anzahl der Segmente 110 des Lichtemitters 100. Im in 2, 3 und 4 gezeigten Beispiel umfasst das optische Element 300 somit vier Segmente 310.
Die Segmente 310 des optischen Elements 300 sind in einer zweidimensionalen Matrixanordnung 320 angeordnet, die der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 der Segmente 110 des Lichtemitters 100 entspricht. Im in 2, 3 und 4 gezeigten Beispiel ist die zweidimensionale Matrixanordnung 320 der Segmente 310 des optischen Elements 300 somit eine 2×2-Anordnung.
Das optische Element 300 des optoelektronischen Bauelements ist derart über der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 angeordnet, dass jedes Segment 310 des optischen Elements 300 jeweils über einem Segment 110 des Lichtemitters 100 angeordnet ist. Somit ist also jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 ein Segment 310 des optischen Elements 300 und jedem Segment 310 des optischen Elements 300 ein Segment 110 des Lichtemitters 100 zugeordnet.
Jedes Segment 310 des optischen Elements 300 ist dazu vorgesehen, das von dem jeweils zugeordneten Segment 110 des Lichtemitters 100 emittierte Licht 130 in den Zielbereich 400 abzubilden. Dabei wird das von den einzelnen Segmenten 110 des Lichtemitters 100 abgestrahlte Licht 130 durch die den Segmenten 110 des Lichtemitters 100 zugeordneten Segmente 310 des optischen Elements 300 so in den Zielbereich 400 abgebildet, dass sich das von den verschiedenen Segmenten 110 des Lichtemitters 100 emittierte Licht 130 im Zielbereich 400 überlagert.
5 zeigt eine stark schematisierte Darstellung des durch das optoelektronische Bauelement der 2 bis 4 beleuchteten Zielbereichs 400. Der Zielbereich 400 bildet in der beispielhaften Darstellung der 5 eine zur Längsrichtung 11 und zur Querrichtung 12 des optoelektronischen Bauelements parallele Rechteckfläche, die beispielsweise in einer Entfernung von 1 m in die senkrechte Richtung 13 von dem optoelektronischen Bauelement entfernt angeordnet sein kann.
Dargestellt ist in 5 schematisch eine sich aus der Beleuchtung des Zielbereichs 400 durch das optoelektronische Bauelement ergebende Beleuchtungsstärkeverteilung im Zielbereich 400. Die in 5 schematisch dargestellte Beleuchtungsstärkeverteilung ergibt sich in dem Fall, dass bei jedem Segment 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements jeweils nur vier nahe einer Ecke des jeweiligen Segments 110 des Lichtemitters 100 angeordnete Bildpunkte 200, 230 aktiviert sind, während alle übrigen Bildpunkte 200, 240 aller Segmente 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements nicht aktiviert sind. Das von den einzelnen Segmenten 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements abgestrahlte Licht 130 überlagert sich im Zielbereich 400 derart, dass sich in einer Ecke des Zielbereichs 400 eine gegenüber den übrigen Abschnitten des Zielbereichs 400 erhöhte Beleuchtungsstärke einstellt.
Das optische Element 300 weist eine Oberseite 301 und eine der Oberseite 301 gegenüberliegende Unterseite 302 auf. Das optische Element 300 ist derart über dem Lichtemitter 100 angeordnet, dass die Unterseite 302 des optischen Elements 300 der Oberseite 101 des Lichtemitters 100 zugewandt ist.
Die Segmente 310 des optischen Elements 300 sind jeweils als optische Linsen 300 ausgebildet. Die optische Linse 330 jedes Segments 310 des optischen Elements 300 ist jeweils als doppelseitige Sammellinse mit an der Oberseite 301 des optischen Elements 300 und an der Unterseite 302 des optischen Elements 300 konvexer Form ausgebildet.
Der Lichtemitter 100 und das optische Element 300 des optoelektronischen Bauelements können in Längsrichtung 11 und in Querrichtung 12 jeweils Kantenlängen von wenigen mm aufweisen. Der Zielbereich 400 kann von dem optoelektronischen Bauelement einen Abstand von beispielsweise 1 m aufweisen. Da der Abstand des Zielbereichs 400 von dem optoelektronischen Bauelement wesentlich größer als die Größe des Lichtemitters 100 und des optischen Elements 300 ist, überlagern sich die durch die einzelnen Segmente 310 des optischen Elements in dem Zielbereich 400 abgebildeten Bilder der Segmente 110 des Lichtemitters 100 im Zielbereich 400 weitgehend.
Im in 5 gezeigten Beispiel weist der Zielbereich 400 eine rechteckige, nicht-quadratische Form auf. Die Segmente 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements weisen im dargestellten Beispiel hingegen jeweils eine quadratische Form auf. Um den nicht-quadratischen Zielbereich 400 mit dem durch die quadratischen Segmente 110 des Lichtemitters 100 abgestrahlten Licht 130 auszuleuchten, sind die Segmente 310 des optischen Elements 300 des optoelektronischen Bauelements als doppelseitige, asphärische Linsen 330 ausgebildet. Konkret sind die Segmente 310 des optischen Elements 300 im in 2, 3 und 4 gezeigten Beispiel als doppelseitige, torische (toroidische) Linsen 330 ausgebildet. Die Linsen 330 sind dadurch bikonisch bzw. bi-asphärisch ausgebildet. In 3 und 4 ist erkennbar, dass die optischen Linsen 330 der Segmente 310 des optischen Elements 300 in der durch die Längsrichtung 11 und die senkrechte Richtung 13 gebildeten Ebene weniger stark gekrümmt sind als in der durch die Querrichtung 12 und die senkrechte Richtung 13 gebildeten Ebene. Dadurch bilden die Segmente 310 des optischen Elements 300 das durch die quadratischen Segmente 110 des Lichtemitters 100 abgestrahlte Licht 130 in den rechteckigen Zielbereich 400 ab.
Die optischen Linsen 330 der Segmente 310 des optischen Elements 300 des optoelektronischen Bauelements können wahlweise leicht defokussiert sein, um sicherzustellen, dass sich an allen Positionen des Zielbereichs 400 stets von Bildpunkten 200, 210 des ersten Typs emittiertes Licht 130 mit durch Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs emittiertem Licht 130 mischt.
Es ist möglich, die optischen Achsen der optischen Linsen 330 der Segmente 310 des optischen Elements 300 gegenüber der zur Oberseite 101 des Lichtemitters 100 senkrechten Richtung 13 zu verkippen. In diesem Fall bilden die Segmente 310 des optischen Elements 300 das von den Segmenten 110 des Lichtemitters 100 des optoelektronischen Bauelements abgestrahlte Licht 130 in einen Zielbereich 400 ab, der seitlich gegen eine zur senkrechten Richtung 13 parallele Mittenachse des optoelektronischen Bauelements verschoben ist.
6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Variante des Lichtemitters 100. Die in 6 gezeigte Variante des Lichtemitters 100 weist große Übereinstimmungen mit der in 1 gezeigten ersten Variante des Lichtemitters 100 auf. Einander entsprechende Komponenten sind in 1 und 6 mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut detailliert beschrieben. Stattdessen werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen der in 6 gezeigten Variante des Lichtemitters 100 und der in 1 gezeigten Variante des Lichtemitters 100 dargestellt. Bei dem in 2, 3 und 4 gezeigten optoelektronischen Bauelement kann anstelle der in 1 gezeigten Variante des Lichtemitters 100 auch die in 6 gezeigte Variante des Lichtemitters 100 verwendet werden.
Bei der in 6 gezeigten Variante des Lichtemitters 100 umfasst nicht jedes Segment 110 des Lichtemitters 100 Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs und Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs. Stattdessen weist jedes Segment 110 des Lichtemitters 100 nur entweder Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs oder Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs auf.
Im in 6 gezeigten Beispiel weisen zwei Segmente 110 des Lichtemitters 100 nur Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs auf. Die anderen beiden Segmente 110 des Lichtemitters 100 weisen nur Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs auf. Dabei sind die nur Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs aufweisenden Segmente 110 des Lichtemitters 100 auf einer Diagonalen der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 angeordnet. Die nur Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs aufweisenden Segmente 110 des Lichtemitters 100 sind auf der anderen Diagonalen der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 des Lichtemitters 100 angeordnet. Somit wechseln sich bei dem in 6 gezeigten Lichtemitter 100 die Segmente 110, die nur Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs aufweisen, und die Segmente 110, die nur Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs aufweisen, in der zweidimensionalen Matrixanordnung 120 der Segmente 110 schachbrettartig ab.
Wird die in 6 gezeigte Variante des Lichtemitters 100 in dem optoelektronischen Bauelement eingesetzt, so müssen die optischen Linsen 330 der Segmente 310 des optischen Elements 300 des optoelektronischen Bauelements nicht defokussiert sein, da sich bei der in 6 gezeigten Verteilung der Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs und der Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs auch ohne defokussierte optische Linsen 330 an jedem Punkt des Zielbereichs 400 stets von Bildpunkten 200, 210 des ersten Typs und von Bildpunkten 200, 220 des zweiten Typs emittiertes Licht 130 miteinander mischt.
In weiteren Varianten des Lichtemitters 100 können die Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs und die Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs noch auf andere Weise über den Lichtemitter 100 verteilt sein. Dabei kann sich die Anzahl der Bildpunkte 200, 210 des ersten Typs von der Anzahl der Bildpunkte 200, 220 des zweiten Typs unterscheiden. Der Lichtemitter 100 kann auch lediglich Bildpunkte 200 eines einzigen Typs oder mehr als zwei unterschiedliche Typen von Bildpunkten 200 aufweisen.
Bezugszeichenliste

11: Längsrichtung
12: Querrichtung
13: senkrechte Richtung
100: Lichtemitter
101: Oberseite
110: Segment
120: zweidimensionale Matrixanordnung
130: Licht
200: Bildpunkt
210: Bildpunkt eines ersten Typs
220: Bildpunkt eines zweiten Typs
230: aktivierter Bildpunkt
240: nicht-aktivierter Bildpunkt
250: korrespondierende Bildpunkte
260: zweidimensionale Matrixanordnung
270: optoelektronischer Halbleiterchip
300: optischen Element
301: Oberseite
302: Unterseite
310: Segment
320: zweidimensionale Matrixanordnung
330: Linse
400: Zielbereich

Claims

Optoelektronisches Bauelement mit einem Lichtemitter (100), der eine Mehrzahl von Segmenten (110) aufweist, wobei jedes Segment (110) des Lichtemitters (100) eine Mehrzahl von Bildpunkten (200) aufweist, die dazu ausgebildet sind, Licht (130) zu emittieren, und mit einem optischen Element (300), das ausgebildet ist, von dem Lichtemitter (100) emittiertes Licht (130) in einen Zielbereich (400) abzubilden, wobei von den einzelnen Segmenten (110) des Lichtemitters (100) emittiertes Licht (130) sich im Zielbereich (400) überlagert, wobei das optische Element (300) in eine Anzahl von Segmenten (310) unterteilt ist, die der Anzahl der Segmente (110) des Lichtemitters (100) entspricht, wobei jedes Segment (310) des optischen Element (300) jeweils über einem Segment (110) des Lichtemitters (100) angeordnet ist, wobei die Segmente (310) des optischen Elements (300) jeweils als doppelseitige, asphärische Linsen (330) ausgebildet sind, wobei der Lichtemitter (100) Bildpunkte (200, 210) eines ersten Typs und Bildpunkte (200, 220) eines zweiten Typs aufweist, wobei jedes Segment (110) des Lichtemitters (100) nur entweder Bildpunkte (200, 210) des ersten Typs oder Bildpunkte (200, 220) des zweiten Typs aufweist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die Segmente (310) des optischen Elements (300) jeweils als doppelseitige, torische Linsen (330) ausgebildet sind.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Linsen der Segmente (310) des optischen Elements (300) jeweils gegenüber einer zu einer Oberseite (101) des Lichtemitters (100) senkrechten Richtung (13) verkippt sind.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildpunkte (200) bei jedem Segment (110) des Lichtemitters (100) in einer zweidimensionalen Matrixanordnung (260) angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildpunkte (200, 210) des ersten Typs ausgebildet sind, Licht (130) mit warmweißer Farbtemperatur zu emittieren, wobei die Bildpunkte (200, 220) des zweiten Typs ausgebildet sind, Licht (130) mit kaltweißer Farbtemperatur zu emittieren.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Bildpunkt (200) einen optoelektronischen Halbleiterchip (270) aufweist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Segmente (110) des Lichtemitters (100) in einer zweidimensionalen Matrixanordnung (120) angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 7, wobei der Lichtemitter (100) vier Segmente (110) aufweist, die in einer 2×2-Anordnung angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Bildpunkt (200) jedes Segments (110) des Lichtemitters (100) unabhängig von den anderen Bildpunkten (200) des jeweiligen Segments (110) ansteuerbar ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Bildpunkt (200) jedes Segments (110) des Lichtemitters (100) mit jeweils einem Bildpunkt (200) jedes anderen Segments (110) des Lichtemitters (100) korrespondiert, wobei das optoelektronische Bauelement ausgebildet ist, korrespondierende Bildpunkte (200, 250) gemeinsam anzusteuern.