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Die
Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, das mindestens
einen lichtemittierenden Chip und einen Bauelementkörper
mit mindestens einer Lichtaustrittsfläche umfasst.
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Optoelektronische
Bauelemente werden hergestellt, indem um einen lichtemittierenden
Halbleiterchip organischer oder anorganischer Art herum ein Bauelementkörper
erzeugt wird. Die Gestalt des Bauelementkörpers bestimmt
die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements.
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Aus
der
DE 101 63 117
C1 ist ein optoelektronisches Bauelement bekannt, deren
Lichtaustrittsfläche die Gestalt einer Fresnellinse hat.
Die Fresnellinse wirkt für das von dem lichtemittierenden
Chip ausgesandte Licht als Sammellinse. Soll eine bestimmte Abbildung
erreicht werden, z. B. eine Projektion von Schriftzügen,
ist die Kombination mehrerer optoelektronischer Bauelemente oder
der Einsatz optischer Linsen erforderlich.
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Aus
der
JP 2003 229 604
A ist eine Lichtquelle bekannt, bei der eine Abbildung
eines Motivs vermittels eines in der Oberfläche einer LED
eingeprägten in Abstand und Einprägetiefe unregelmäßigen
Oberflächenmusters in Form eines Phologramms erfolgt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
ein optoelektronisches Bauelement mit einer Abstrahlcharakteristik
zu entwickeln, die auf die gewünschte Abbildung des optoelektronischen
Bauelements abgestimmt ist.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass ein Optoelektronisches
Bauelement, das mindestens einen lichtemittierenden Chip und einen
Bauelementkörper mit mindestens einer Lichtaustrittsfläche
umfasst, wobei die Lichtaustrittsfläche mindestens zwei
nicht in einer Ebene liegende Teillichtaustrittsflächen
umfasst, so ausgestaltet ist, dass die Teillichtaustrittsflächen
weder einen Brennpunkt oder eine Brennlinie hat und dass die Lichtaustrittsfläche
optische Gitter aufweist.
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Dazu
umfasst die Lichtaustrittsfläche mindestens eine nicht
in einer Ebene liegende Teillichtaustrittsfläche oder die
Lichtaustrittsfläche umfasst mindestens zwei Teillichtaustrittsflächen. Außerdem
hat weder die Lichtaustrittsfläche noch eine Teillichtaustrittsfläche
einen Brennpunkt oder eine Brennlinie.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1:
Leuchtdiode mit diffraktiven optischen Elementen;
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2:
Leuchtdiode mit mehreren Teillichtaustrittsflächen.
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Die 1 und 2 zeigen
als optoelektronische Bauelemente Leucht- oder Lumineszenzdioden.
Die Leuchtdioden umfassen hier nicht dargestellte elektrische Teile,
beispielsweise jeweils einen lichtemittierenden Chip und elektrische
Anschlüsse, die von einem Leuchtdiodenkörper (10)
umgeben sind. Der Leuchtdiodenkörper (10) besteht
z. B. aus einem transparentem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise
PMMA.
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Der
Leuchtdiodenkörper (10 der in der 1 dargestellten
Leuchtdiode umfasst beispielsweise einen Sockel (11), einen
zylindrischen Abschnitt (12) und einen annähernd
halbkugelförmigen lichtabstrahlenden Abschnitt (13).
Die Oberfläche (23) des lichtabstrahlenden Abschnitts
(13) bildet z. B. bei der in der 1 dargestellten
Leuchtdiode die Lichtaustrittsfläche (30).
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Die
Lichtaustrittsfläche (30) der Leuchtdiode umfasst
verschiedenartige Teillichtaustrittsflächen (31, 41, 51).
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Die
Teillichtaustrittsfläche (31) besteht beispielsweise
aus einem umlaufender Bund (32), an den sich zum Scheitelpunkt
(26) hin gerichtete Finger (33) anschließen.
Die Finger (33) sind z. B. durch Kanten (34) begrenzt.
Diese Kanten (34) sind beispielsweise Polygonzüge,
die aus geraden und gekrümmten Abschnitten zusammengesetzt
sind. Ein Teil des parallelen Lichts, das z. B. von der konkaven Seite
aus auf die Teillichtaustrittsfläche (31) trifft,
wird an der Teillichtaustrittsfläche (31) reflektiert
und schneidet sich in einer Brennlinie, die hier mit der Mittelinie
(6) des Leuchtdiodenkörpers (10) zusammenfällt.
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Zwischen
den Fingern (33) sind beispielsweise Teillichtaustrittsflächen
(41) angeordnet. Dies sind z. B. mehrachsig gekrümmte
Raumflächen, Freiformflächen, Flächen
mit Unstetigkeitsstellen, etc. Ein Beispiel für Unstetigkeitsstellen
sind herausragende oder eingesenkte Spitzen in der Fläche.
Paralleles Licht, das auf diese Teillichtaustrittsflächen
(41) trifft, wird nicht auf einen Brennpunkt oder auf eine Brennlinie
reflektiert oder gebündelt. Die Teillichtaustrittsflächen
(41) umfassen auch gekrümmte Flächen,
die mindestens zwei Krümmungsmittelpunkte haben, wobei
die Krümmungsmittelpunkte nicht identisch sind. Die Krümmungsradien
an den Krümmungsmit telpunkten sind unterschiedlich lang.
Zumindest einzelne Bereiche (42) der Teillichtaustrittsflächen
(41) können annährend normal zur Hauptabstrahlrichtung
(5) ausgerichtet sein.
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Die
Teillichtaustrittsflächen (41) können
auch optische Elemente umfassen, die das Licht beugen, z. B. optische
Gitter.
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Zwischen
den Fingerspitzen (36) umfasst die Lichtaustrittsfläche
(30) beispielsweise diffraktive optische Elemente (60).
Die diffraktiven optischen Elemente (60) sind z. B. optische
Gitter, Beugungsspalte, etc. Die diffraktiven optischen Elemente
(60) umfassen z. B. lichtdurchlässige Spalte (61)
und lichtundurchlässige Blenden (62). Die Spalte
(61) werden hier beispielsweise durch mehrere z. B. gegeneinander
versetzte ebene Teillichtaustrittsflächen (51)
gebildet. Die Teillichtaustrittsflächen (51) können
auch in einer gemeinsamen Ebene liegen, sie können auch
in Ebenen liegen, die miteinander einen Winkel einschließen.
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Die
diffraktiven optischen Elemente (60) können auch
Lichtaustrittsflächen (41) umfassen, die nicht
in einer Ebene liegen, z. B. gekrümmte Raumflächen.
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Bei
einem optischen Gitter oder bei Beugungsspalten können
die einzelnen Spalten (61) gerade, gekrümmte,
wellenförmige etc. Begrenzungen aufweisen. Die Spalte (61)
können über eine Länge eine konstante
oder eine nichtkonstante Breite aufweisen. Die Breite eines Spalts
(61) kann beispielsweise zwischen etwa hundert Nanometern
und einem Zehntel Millimeter liegen.
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Die
in der 1 gezeigten diffraktiven optischen Elemente (60)
sind beispielsweise spiralförmig ausgehend vom Scheitelpunkt
(26) angeordnet. Diese diffraktiven Strukturen (60)
liegen z. B. auf einer ringschalenförmigen Raumflä che
(43), die nach außen hin durch die Fingerspitzen
(36) begrenzt ist. Der Mittelpunkt dieser Raumfläche
(43) ist der Scheitelpunkt (26). Dieser liegt
z. B. auf einer Spitze, die aus der Raumfläche (43)
emporragt. Der Scheitelpunkt (26) liegt beispielsweise
auf der Ebene, die durch die Fingerspitzen (36) aufgespannt
ist. Die Raumfläche (43) kann auch eben sein,
sie kann mehrachsig gekrümmt sein, sie kann die Gestalt
einer Freiformfläche haben, etc. Bei der in der 1 dargestellten Leuchtdiode
schneidet die Raumfläche (43) mit den diffraktiven
optischen Elementen (60) die Mittellinie (6) der
Leuchtdiode. Die Tangentialebene an die Raumfläche (43)
im Schnittpunkt der Raumfläche (43) mit der Mittellinie
(6) kann eine Normalenebene der Mittellinie (6)
sein oder mit dieser einen Winkel einschließen.
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Zur
Herstellung der in der 1 dargestellten Leuchtdiode
wird beispielsweise im Spritzgussverfahren eine Roh-Leuchtdiode
hergestellt. In diesem Urformverfahren wird z. B. der lichtemittierende Chip
und der Bonddraht umspritzt und ein Leuchtdiodengrundkörper
erzeugt. Die für das Spritzgussverfahren eingesetzte Spritzgussform
und die hierbei eingesetzte Prozesstechnik ist weitgehend unabhängig
von den späteren optischen Eigenschaften der Leuchtdiode.
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Der
Leuchtdiodengrundkörper, der den lichtemittierenden Chip
und den Bonddraht schützt, umfasst beispielsweise einen
zylinderförmigen Sockel, einen zylindrischen Abschnitt
und einen halbkugelförmigen Abschnitt. Die Oberfläche
des halbkugelförmigen Abschnitts weist jedoch keine speziellen
optischen Eigenschaften auf.
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In
einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird dann beispielsweise der
Leuchtdiodengrundkörper erhitzt und in einem Umformwerkzeug
in die Gestalt des Leuchtdiodenkörpers (10) umge formt.
Hierbei wird, z. B. in einem Heißprägeverfahren,
beispielsweise die Lichtaustrittsfläche (30) des
Leuchtdiodenkörpers (10) gestaltet. In die Oberfläche
(23) werden z. B. die Raumflächen (41)
und (51) beispielsweise eingeprägt. Hierbei werden
dann auch die diffraktiven optischen Elemente (60) erzeugt.
Bei der Herstellung des Leuchtdiodenkörpers (10)
werden die einzelnen Teillichtaustrittsflächen (41, 51)
so ausgerichtet, dass die Leuchtdiode die gewünschte Abstrahlcharakteristik
erhält.
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Die
Leuchtdiode kann so beinahe jede beliebige Abstrahlcharakteristik
erhalten. So kann z. B. in einigen Bereichen der Lichtaustrittsfläche
(30) diffuses, in anderen Bereichen gebündeltes
Licht in die Umgebung (1) emittiert werden. Auch andere
Lichtverteilungen, Mischformen, die Erzeugung spezieller Muster
etc. sind denkbar.
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Die
Leuchtdioden mit einer derartigen komplexen Abstrahlcharakteristik
können beispielsweise eingesetzt werden für die
Werbung, für die direkte Projektion von Schriftzügen
ohne weitere Optik, Blenden, etc.
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Die 2 zeigt
eine Leuchtdiode mit einem Leuchtdiodenkörper (10),
dessen Lichtaustrittsfläche (30) gekrümmte
Teillichtaustrittsflächen (31), (41) und
ebene Teillichtaustrittsflächen (51) umfasst.
Der Aufbau des Sockels (11) und der elektrischen Teile dieses
Leuchtdiodenkörpers (10) entspricht beispielsweise
dem Aufbau der in 1 dargestellten Leuchtdiode.
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Die
Teillichtaustrittsflächen (31) sind z. B. ringförmige
optische Linsen (38).
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Die
Teillichtaustrittsflächen (41) sind beispielsweise
mehrachsig gekrümmte Raumflächen, z. B. Freiformflächen.
Diese Flächen können durch gerade oder gebogene
Begrenzungslinien begrenzt sein. Auch Polygonzüge sind
als Begrenzungslinien denkbar. Diese Teillichtaustrittsflächen
(41) umfassen beispielsweise Hauptlichtaustrittsflächen
(44, 45) und Nebenlichtaustrittsflächen
(48).
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Die
Hauptlichtaustrittsfläche (44) hat beispielsweise
die Gestalt eines Oberflächenabschnitts eines Hyperboloids.
Sie ist z. B. konkav und konvex gekrümmt. Die Krümmungsmittellinie
der konkaven Krümmung ist beispielsweise ein Kreisbogenabschnitt,
der in einer Ebene normal zur Hauptabstrahlrichtung (5)
der Leuchtdiode liegt. Die Krümmungsmittellinie der konvexen
Krümmung liegt beispielsweise auf der Mittellinie (6)
der Leuchtdiode. Parallel auf die Hauptlichtaustrittsfläche
(44) treffendes Licht konvergiert nicht in einem Punkt
oder auf einer Linie und wird nicht auf einen Punkt oder auf eine
Linie reflektiert. Die Hauptlichtaustrittsöffnung (44)
hat somit keinen Brennpunkt und keine Brennlinie.
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Die
Hauptlichtaustrittsfläche (45) hat eine konvexe
Krümmung und geht in ihrem Randbereich beispielsweise tangential
in eine normal (46) und in eine parallel (47)
zur Hauptabstrahlrichtung (5) orientierte Teilfläche über.
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Die
Nebenlichtaustrittsfläche (48) weist z. B. einen
Hinterschnitt (49) auf.
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Die
Teillichtaustrittsflächen (51) umfassen beispielsweise
eine dreieckige Fläche (37) und eine Planlinse
(39). Diese beiden Teillichtaustrittsflächen liegen
beispielsweise in Ebenen, die parallel zueinander sind.
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An
einer Ecke (57) der Lichtaustrittsfläche (30)
stoßen z. B. drei Teillichtaustrittsflächen (31, 41, 51)
zusammen. Die einzelnen Teillichtaustrittsflächen (31, 41; 41, 41; 41, 51; 31, 51; 51, 51)
stoßen in je einer Kante (58) zusammen. Der von
den Teillichtaustrittsflächen (31, 41; 41, 41; 41, 51; 31, 51; 51, 51)
in den Kanten (58) eingeschlossene Winkel ist kein ganzzahliges
Vielfaches von Pi.
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Die
Teillichtaustrittsflächen (31), (41)
und (51) können auch Teilflächen diffraktiver
optischer Elemente (60) sein oder diffraktive optische
Elemente tragen.
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Die
in der 2 dargestellte Leuchtdiode wird beispielsweise
durch Spritzgießen in einer Spritzgussform hergestellt.
Hierbei wird ein Kunststoff, z. B. ein Thermoplast, unter hohem
Druck in eine Spritzgussform eingebracht und die Gestalt des Leuchtdiodenkörpers
(10) erzeugt. Die Spritzgussform, die z. B. die negativen
Flächen der Teillichtaustrittsflächen (31, 41, 51)
aufweist, wird abgebildet. Nach Beendigung des Spritzgießens
wird der Leuchtdiodenkörper (10) beispielsweise
aus der Form entnommen. Beim Abkühlen ändert sich
seine Gestalt nur geringfügig. Die Gestalt des Leuchtdiodenkörpers
(10) kann somit im Urformverfahren mit hoher Präzision
hergestellt werden.
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Es
ist auch denkbar, in die so hergestellte Leuchtdiode in einem nachfolgenden
Umformverfahren diffraktive optische Elemente (60) einzubringen.
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Beim
Betrieb der Leuchtdiode durchtritt das vom lichtemittierenden Chip
emittierte Licht die Lichtaustrittsfläche (30).
Hierbei wird das Licht gebeugt und/oder gebrochen. Mittels der Lichtaustrittsfläche
(30) des Leuchtdiodenkörpers (10) wird
eine präzise, komplexe Abbildung und Abstrahlcharakteristik erzeugt.
Die einzelnen Teillichtaustrittsflächen (31, 41, 51)
können so ausgerichtet werden, dass sich nahezu jede gewünschte
Lichtverteilung und Abbildung erreichen lässt.
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Der
Leuchtdiodenkörper (10) kann auch mehrere Lichtaustrittsflächen
(30) umfassen.
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Die
Leuchtdiode kann auch als Laserdiode, Photodiode, organische Leuchtdiode, Chip-on-board-Leuchtdiode,
SMD-Leuchtdiode, etc. ausgeführt sein.
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Außer
als Leuchtdiode kann das optoelektronische Bauelement auch ein Photodetektor,
Optokoppler, etc. sein.
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- 1
- Umgebung
- 5
- Hauptabstrahlrichtung
- 6
- Mittellinie
- 10
- Bauelementkörper,
Leuchtdiodenkörper
- 11
- Sockel
- 12
- zylindrischer
Abschnitt
- 13
- lichtabstrahlender
Abschnitt
- 23
- Oberfläche
von (13)
- 26
- Scheitelpunkt
- 30
- Lichtaustrittsfläche
- 31
- Teillichtaustrittsflächen
mit Brennlinie
- 32
- Bund
- 33
- Finger
- 34
- Kanten
- 36
- Fingerspitzen
- 37
- dreieckige
Fläche
- 38
- ringförmige
optische Linsen
- 39
- Planlinsen
- 41
- Teillichtaustrittsflächen,
gekrümmte Raumfläche
- 42
- normal
zu (5) ausgerichteter Raumflächenbereich
- 43
- ringschalenförmige
Raumfläche
- 44
- Hauptlichtaustrittsfläche
- 45
- Hauptlichtaustrittsfläche
- 46
- normal
zu (5) orientiertes Flächenteilsegment
- 47
- parallel
zu (5) orientiertes Flächenteilsegment
- 48
- Nebenlichtaustrittsfläche
- 49
- Hinterschnitt
- 51
- Teillichtaustrittsflächen,
ebene Raumfläche
- 57
- Ecke
- 58
- Kante
- 60
- diffraktive
optische Elemente, optische Gitter
- 61
- Spalte
- 62
- Blenden
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10163117
C1 [0003]
- - JP 2003229604 A [0004]