EP2036136A2 - Optoelektronisches bauteil und beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Optoelektronisches bauteil und beleuchtungseinrichtung

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Publication number
EP2036136A2
EP2036136A2 EP07785582A EP07785582A EP2036136A2 EP 2036136 A2 EP2036136 A2 EP 2036136A2 EP 07785582 A EP07785582 A EP 07785582A EP 07785582 A EP07785582 A EP 07785582A EP 2036136 A2 EP2036136 A2 EP 2036136A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optoelectronic component
optoelectronic
lighting device
semiconductor chip
optical axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07785582A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julius Muschaweck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2036136A2 publication Critical patent/EP2036136A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component and a lighting device.
  • Optoelectronic components are often used to illuminate rectangular areas.
  • backlighting devices for flat screens which have a plurality of optoelectronic components.
  • the latter usually have a rotationally symmetrical emission characteristic.
  • the homogeneous illumination of a rectangular area is not possible with such optoelectronic components, since rotationally symmetric beam cones can not be superimposed on basic, mathematical reasons so that the surface is illuminated homogeneously.
  • the components are arranged, for example, in a hexagonal grid, as homogenous as possible
  • Illuminance distribution has fluctuations that run in the same grid as the arrangement of the optoelectronic components.
  • the backlighting device therefore contains significantly more optoelectronic components than are necessary to achieve the desired light intensity.
  • the radiation can be from a
  • Backlight device are coupled by a diffuser plate with a high reflectivity and low transmission.
  • a diffuser plate with a high reflectivity and low transmission.
  • multiple scattering within the backlighting device is enforced and the homogeneity of the outcoupled light is increased at the expense of efficiency.
  • Additional optoelectronic components are then required in order to achieve the desired luminous intensity of the backlighting device.
  • An optoelectronic device has an optically active region.
  • the optically active region comprises at least one semiconductor chip and a
  • Beam shaping element having an optical axis.
  • the optically active region has a quadrant symmetry with respect to a coordinate system perpendicular to the optical axis.
  • the semiconductor chip is provided for generating electromagnetic radiation. At least part of this electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip during operation passes through the beam-shaping element.
  • the optically active region is mirror-symmetric with respect to the planes which are spanned by the optical axis and one of the axes of the coordinate system perpendicular thereto.
  • the optically active region approaches at reflection the plane which is spanned by the optical axis and the first axis of the coordinate system perpendicular thereto, and in mirroring at the plane which is spanned by the optical axis and the second axis of the coordinate system perpendicular thereto, in itself over.
  • the optically active region in at least one embodiment also has a fourfold radial symmetry with respect to a rotation about the optical axis.
  • a rotation of 90 ° about the optical axis is inherent in itself.
  • the optically active region is advantageously not rotationally symmetric. It is therefore not in rotation about any angle about the optical axis in itself, but for example only with a rotation by an angle of 180 ° or a multiple thereof, or by an angle of 90 ° or a multiple thereof.
  • the distribution of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic component is therefore likewise not rotationally symmetrical. Rather, the optoelectronic component advantageously emits electromagnetic radiation having a quadrant-symmetrical light intensity distribution.
  • the beam-shaping element is preferably arranged downstream of the semiconductor chip in the direction of the optical axis.
  • the radiation extraction from the optoelectronic component takes place in an expedient embodiment, at least substantially in the remote from the semiconductor chip Half space above the beam-shaping element.
  • beams coupled out of the optoelectronic component enclose an angle of ⁇ 90 ° with the optical axis.
  • the angle is less than 90 °.
  • the radiation coupled out of an optoelectronic component is emitted into a "cone of rays", the axis of symmetry of which is preferably the optical axis of the beam-shaping element of the component.
  • the beam-shaping element has the quadrant symmetry.
  • a region of the beam-shaping element through which, in particular, no radiation occurs for example, have an edge region of the beam-shaping element, a rotationally symmetrical or any other shape.
  • the illuminated region of the beam-shaping element through which at least part of the electromagnetic radiation emitted by the at least one semiconductor chip occurs during operation and by which the radiation is preferably coupled out of the optoelectronic component, or at least part of this illuminated region forms the quadrant symmetry having.
  • the beam-shaping element, the illuminated area or the part of the illuminated area in plan view of the beam-shaping element along the optical axis has the shape of a rectangle whose corners are rounded.
  • the optical axis passes through the center of the rectangle and the axes of the coordinate system perpendicular to the optical axis point in the direction of the side centers.
  • the rounding of the corners extends in one embodiment to the side centers, so that in this embodiment the sides are curved along their entire length.
  • the side centers preferably have tangents perpendicular to the coordinate axes.
  • the tangents to the side centers of opposite sides are particularly preferably parallel.
  • the shape of the quadrant-symmetric region of the beam-shaping element may in this case also be referred to as a pillow shape or as a "flattened circle".
  • the beam shaping element comprises a lens or the beam shaping element is a lens.
  • the lens has, for example, a radiation entrance surface and / or a radiation exit surface, which is a free-form surface.
  • the radiation entrance surface is the main surface of the lens facing the semiconductor chip
  • the radiation exit surface is the main surface of the lens facing away from the semiconductor chip.
  • the radiation exit surface is a smooth surface.
  • the radiation entrance surface is a smooth, in particular a flat surface.
  • Radiation entrance surface which is a smooth surface, no steps and / or kinks on.
  • the radiation entrance surface and / or the radiation exit surface are a differentiable surface.
  • the area can be represented by a polynomial that is a function of x and y.
  • x and y correspond to the coordinates along the first and second axes of the coordinate system perpendicular to the optical axis.
  • the values of the polynomial then indicate the distance of the surface from the plane spanned by the coordinate system in the direction of the optical axis, as a function of the position in the plane.
  • the polynomial contains only even-order terms in x and y, so that advantageously a quadrant-symmetric surface is obtained.
  • Radiation entrance surface several areas, each of which is described by a polynomial in x and y, but with different coefficients.
  • the transitions between the regions are preferably continuous, particularly preferably the first derivative is continuous, d. H.
  • the areas have the same gradients at the transitions, so that the area at the transitions is not kinked.
  • the central region in plan view of the radiation exit surface has the shape of a rectangle whose corners are rounded.
  • the rounded rectangle has portions that include the centers of the sides and are concavely curved. In other words, in this embodiment, the rounded rectangle is waisted.
  • the radiation exit surface also includes an edge region which surrounds the central region at a distance from the optical axis at least partially, but in particular completely, and which is convexly curved.
  • the edge region has a greater curvature than the central region, for example, the curvature of the edge region is twice as strong as that of the middle region.
  • the curvature of the edge region increases with the distance to the optical axis.
  • the edge portion includes a first part adjacent to the optical axis and having a first convex curvature and a second part farther from the optical axis than the first part and having a second convex curvature, the second convex curvature larger is considered the first convex curvature.
  • edge region in particular the first part and / or the second part of the edge region, in a plan view of the radiation exit surface in one embodiment, the shape of a rectangle whose corners are rounded.
  • a shaping of the radiation exit surface or radiation entrance surface of the beam-shaping element with a concave, flat or slightly convex central region and a convexly curved outer region advantageously increases the intensity of the electromagnetic radiation Radiation that is coupled out of the optoelectronic device at an angle to the optical axis, in comparison to the intensity of the radiation, which is coupled out substantially along the optical axis.
  • the area illuminated by the optoelectronic component is thus advantageously increased.
  • an area area on a surface extending at a distance from the optoelectronic component and preferably perpendicular to the optical axis is illuminated with a quadrant-symmetrical illumination intensity distribution.
  • the optical axis runs through the semiconductor chip.
  • the main extension plane of the semiconductor chip is perpendicular to the optical axis.
  • the semiconductor chip has the quadrant symmetry.
  • the semiconductor chip has a rectangular or square base area and the optical axis runs through the center of the base area.
  • the base of the semiconductor chip is usually parallel to its main extension plane.
  • the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor chips arranged in quadrant symmetry.
  • the positions at which the semiconductor chips are arranged collectively have the quadrant symmetry.
  • the Semiconductor chips are preferably mounted on a mounting surface through which the optical axis passes and which is preferably perpendicular to the optical axis.
  • the mounting positions of the semiconductor chips on the mounting surface preferably have a total of the quadrant symmetry.
  • the semiconductor chip is arranged in one embodiment in a housing body.
  • the housing body comprises a reflector.
  • the reflector has the quadrant symmetry as an alternative or in addition to the semiconductor chip or the semiconductor chips and / or the beam-shaping element.
  • the housing body comprises, for example, a recess with reflective walls, in which the semiconductor chip is arranged.
  • the beam-shaping element is preferably manufactured separately from the housing body and, for example, fastened to the housing body with at least one positioning element and / or at least one retaining means.
  • the positioning element and / or the holding means is arranged, for example, in the edge region of the beam-shaping element. In at least one embodiment, it does not have the quadrant symmetry.
  • a beam shaping element manufactured separately from the housing body a simple and cost-effective production of the optoelectronic component is advantageously possible. At the same time, the manufacturing tolerances are kept low and it is achieved a particularly accurate positioning of the semiconductor chip and the beam-shaping element.
  • the optoelectronic component comprises at least one semiconductor chip having an emission maximum in the red spectral range, at least one semiconductor chip having an emission maximum in the green spectral range and / or at least one semiconductor chip having an emission maximum in the blue spectral range.
  • the optoelectronic component comprises a first semiconductor chip which emits electromagnetic radiation having a first spectral distribution during operation and a second semiconductor chip which emits electromagnetic radiation having a second spectral distribution during operation.
  • the optoelectronic component preferably also includes a third semiconductor chip which emits electromagnetic radiation with a third spectral distribution during operation.
  • the first, second and third spectral distribution have, for example, a maximum in the red, green and blue spectral range.
  • the optoelectronic component emits light with a white color impression during operation.
  • it comprises at least one semiconductor chip which emits in the red spectral range, a semiconductor chip which emits in the green spectral range and a semiconductor chip which emits in the blue spectral range.
  • the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor chips which emit electromagnetic radiation of the same spectral distribution during operation, these are particularly preferably arranged in a quadrant symmetry. In other words, the positions at which the Semiconductor chips are arranged, the total quadrant symmetry.
  • An illumination device comprises at least one optoelectronic component having an optically active region which has a quadrant symmetry, for example according to at least one of the exemplary embodiments described above.
  • the illumination device comprises side surfaces, for example inner surfaces of side walls, which are particularly preferably designed to be reflective, in particular mirrored. Reflected side surfaces are reflective and reflect radiation incident on them at least substantially directed back.
  • the side surfaces preferably extend parallel to the optical axis of the beam-shaping element. In a plane which is spanned by the axes of the coordinate system perpendicular to the optical axis, the side surfaces preferably surround the optoelectronic component at least partially. Particularly preferably, it completely surrounds the component.
  • two opposite side surfaces are arranged parallel to each other and preferably at right angles to the two other side surfaces.
  • the side walls form in a useful embodiment in plan view along the optical axis a rectangle or a square.
  • the side surfaces in plan view along the optical axis a rectangle with a Aspect ratio corresponding to the aspect ratio of the rounded rectangle describing the beam-shaping element or its illuminated area, the central area of the lens and / or the outer area of the lens.
  • the distance of the side surfaces from the optical axis is selected in one embodiment such that that portion of the electromagnetic radiation which is coupled out of the optoelectronic component and which strikes directly on a luminous surface of the illumination device, and that portion of the electromagnetic radiation that emerges from the component decoupled and directed from the side surfaces on the luminous surface, together give a homogeneous illumination intensity distribution on the luminous surface.
  • the luminous surface of the illumination device is a main surface of the illumination device, which is arranged downstream of a radiation exit surface of the optoelectronic component in the direction of the optical axis.
  • the luminous area is perpendicular to the optical axis. At least part of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic component is coupled out by the luminous area.
  • the illuminance is essentially independent of the position on the luminous surface.
  • the illumination device comprises a plurality of optoelectronic components whose optical axes are preferably arranged substantially parallel to one another.
  • the number of optoelectronic components is lower than in conventional illumination devices, yet the coupled out of the illumination device electromagnetic radiation is particularly homogeneous.
  • lighting devices are advantageously achieved without sacrificing the light intensity and the homogeneity of the emitted radiation, which with the same height, ie the same distance of the semiconductor chips from the light surface, get along with a smaller number of semiconductor chips or where - with the same number of semiconductor chips - the Height is reduced.
  • the height is less than or equal to 30 mm, for example, the lighting device has a height between 10 mm and 30 mm, the limits are included.
  • the optoelectronic components are arranged on a mounting surface, in particular a planar mounting surface.
  • the optical axis of an optoelectronic component is then expediently perpendicular to the mounting surface and the plane spanned by the coordinate system perpendicular to the optical axis is parallel to the mounting surface.
  • Illumination device preferably overlap the beam cone of adjacent optoelectronic components.
  • the optoelectronic components are arranged at the grid points of a grid.
  • the components are at the intersections of the grid lines of a imaginary grid, which runs for example on the mounting surface.
  • the grid preferably has parallelogram-shaped, rectangular or square basic units.
  • the grid lines can also be curved.
  • a first family of grid lines runs parallel to the first axis of the coordinate system perpendicular to the optical axis and a second family of grid lines runs parallel to the second axis of the coordinate system of an optoelectronic device that is perpendicular to the optical axis.
  • the axes of the corresponding coordinate systems of several, in particular of all, optoelectronic components are aligned in this way.
  • a particularly homogeneous illuminance is advantageously achieved on the luminous surface.
  • the beam cone of an optoelectronic component is superimposed with the beam cones of the optoelectronic components, which are arranged on directly adjacent grid locations.
  • the beam cone of the component is additionally superimposed at least with the next but one neighbors arranged along one direction. Along this direction, the beam cones of at least five optoelectronic components are then superimposed, while three beam cones overlap each other along a direction in which only the beam cones of directly adjacent components overlap. With the beam cones of more distant components preferably no or only a small overlay instead.
  • the invention makes use of the idea that the illuminance of the individual components are superimposed along the first axis and along the second axis of the coordinate system perpendicular to the optical axis to the total illuminance in this direction, wherein this total illuminance is preferably constant. Due to the quadrant-symmetrical shape of the radiation exit surfaces, a constant illuminance is also obtained in the other directions of the luminous area.
  • the total illuminance is created by superposing the illumination intensities ei , j (x, y) of the individual components indexed by i and j. These have the same or at least almost the same emission characteristics.
  • a quadrant-symmetric emission characteristic arises when the form of the x-dependence of e is independent of y and the form of the y-dependence of e is independent of x.
  • the functions e x and e y are expediently chosen so that ⁇ ie x (x-xi) ⁇ C x and ⁇ je y (y- ⁇ j) ⁇ c y , where c x and c y are two constants.
  • the illumination device is advantageously only slightly sensitive to tolerances, which can occur, for example, in the production and assembly of the components. Despite such tolerances, the luminous area of the illumination device advantageously has a homogeneous illumination intensity distribution.
  • Radiation exit surface of the beam-shaping element as a polynomial in x and y with exclusively even exponents and with coefficients, which are preferably adapted to the radiation characteristics of the semiconductor chip and / or the geometry of the illumination device is manufactured achieves a quadrant symmetrical illumination intensity distribution, which is particularly suitable, a practical cause constant illumination intensity distribution of the lighting device.
  • the optoelectronic components are surrounded by side surfaces, for example the inner surfaces of side walls, which are embodied in particular as reflective.
  • the side surfaces enclose the components in the plane of the mounting surface Completely.
  • the side surfaces in the present case are preferably mirror-coated, so that they reflect directed radiation onto them.
  • the side surfaces extend expediently parallel to the optical axis of a component.
  • a side surface extends parallel to a family of grid lines of the grid, on whose grid points the components are arranged.
  • the periodicity of the grating is continued by the mirrored side surface.
  • each side surface has in one embodiment of the adjacent and parallel to him grid line a distance corresponding to half of a side length of a basic unit of the grid.
  • the side walls form in a useful embodiment in plan view along the optical axis a rectangle or a square.
  • the sidewalls form a rectangle having an aspect ratio corresponding to the aspect ratio of the rounded rectangle describing the beam-shaping element or area of the beam-shaping element, the center region of the lens, and / or the exterior of the lens of a component.
  • the illumination device comprises a first optoelectronic component which emits electromagnetic radiation having a first spectral distribution during operation and a second optoelectronic component which emits electromagnetic radiation having a second spectral distribution during operation.
  • the illumination device preferably also includes a third optoelectronic component which emits electromagnetic radiation with a third spectral distribution during operation.
  • the illumination device comprises, for example, an optoelectronic component which has an emission maximum in the red spectral range, an optoelectronic component which has an emission maximum in the green spectral range and / or an optoelectronic component which has an emission maximum in the blue spectral range.
  • the illumination device comprises a plurality of red, green or blue emitting optoelectronic components, so that it emits light with a white color impression during operation.
  • the illumination device can also contain a plurality of optoelectronic components which emit light with a white color impression during operation.
  • the optoelectronic components in particular the components which emit electromagnetic radiation having the same spectral distribution, are advantageously arranged so that the electromagnetic radiation emitted by them in a plane perpendicular to the optical axes, for example in the luminous area, a Illuminance distribution has that is substantially homogeneous. The illuminance is thus independent of the position within the plane.
  • the optoelectronic components which emit electromagnetic radiation with different spectral distribution during operation are offset relative to one another on the mounting surface.
  • the red, green and blue emitting optoelectronic components are arranged on mutually offset gratings.
  • the illumination device at least part of the radiation emitted by the optoelectronic components is coupled out through a diffuser surface.
  • the diffuser surface can be the luminous surface or the diffuser surface is adjacent to the luminous surface.
  • the diffuser surface can be designed as a diffuser plate or diffuser film. Conveniently, the diffuser surface is homogeneously backlit by the optoelectronic components.
  • the illumination device is a backlighting device, for example for a liquid crystal display (LCD).
  • LCD liquid crystal display
  • FIGS. 2A to 2C show schematic cross sections through different examples of beam-shaping elements
  • FIGS. 3A to 3C show schematic longitudinal sections of different examples of a beam-shaping element
  • FIG. 4A a schematic side view of the beam-shaping element of FIG. 3A with exemplary beam paths, FIG.
  • FIG. 4B a schematic, perspective view of the beam-shaping element of FIG. 4A
  • FIG. 5 the relative illumination intensity distribution of the optoelectronic component according to the first exemplary embodiment in false color representation
  • FIG. 6 an optoelectronic component according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 7A an optoelectronic component according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 7B a variant of the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIG. 7A,
  • FIG. 8 an optoelectronic component according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 9 a lighting device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 10 a lighting device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 12A the relative illumination intensity distribution of an optoelectronic component of the illumination device according to the exemplary embodiment of FIG. 10,
  • FIG. 12B the relative illumination intensity distribution of three adjacent components of the illumination device according to the exemplary embodiment of FIG. 10, FIG.
  • FIG. 12C the relative illumination intensity distribution of nine adjacent optoelectronic components of the illumination device according to the exemplary embodiment of FIG. 10, and FIG.
  • identical or identically acting components are each provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly thick and / or curved or distorted for better representability and / or better understanding.
  • the optoelectronic component 1 according to the first exemplary embodiment, which is illustrated in FIG. 1, has an optically active region 100.
  • the optically active region 100 comprises a semiconductor chip 2 and a beam-shaping element 3, which in the present case is a lens.
  • the semiconductor chip 2 has a layer sequence which contains a semiconductor material.
  • the semiconductor material is a III-V compound semiconductor material, for example AlInGaN.
  • the layer sequence comprises an active layer 20, which is provided for generating electromagnetic radiation, indicated by arrows 4.
  • a layer sequence which contains a III-V compound semiconductor material is in the present context an active, ie electroluminescent, epitaxial layer sequence in which at least one layer, for example the active layer 20, is a III / V compound semiconductor material, for example a Nitride III compound semiconductor material such as Al n Ga m Inin -ra N, where O ⁇ n ⁇ l, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to be a mathematically exact composition according to the above formula exhibit. Rather, it can be one or more Have dopants and additional components.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • a part of the electromagnetic radiation 4 emitted by the semiconductor chip 2 is coupled into the beam-shaping element 3 through a radiation entrance surface 301 and coupled out of it as completely as possible through a radiation exit surface 302.
  • the radiation entrance surface 301 is a main surface of the beam-shaping element 3 which faces toward the semiconductor chip 2
  • the radiation exit surface 302 is a main surface of the beam-shaping element 3 facing away from the semiconductor chip 2.
  • the radiation entrance surface 301 is flat and perpendicular to an optical axis 5 of the beam-shaping element 3.
  • the radiation exit surface 302 has a concavely curved central region 312, through which the optical axis 5 extends.
  • the concave curved central region 312 is completely surrounded by a convexly curved outer region 322.
  • the middle region can also be curved flat or convex, as shown, for example, in FIGS. 2B and 2C.
  • its curvature is preferably smaller than the curvature of the outer region 322.
  • both regions preferably have the same curvature, resulting in a smooth transition.
  • the beam-shaping element 3 has the shape of a square with rounded corners, as illustrated by the longitudinal section along the plane A-A (see Figure 2A) in Figure 3A.
  • FIG. 3A also shows the plane B-B along which the cross-sections according to FIGS. 2A to 2C have been made.
  • FIG. 3B A schematic longitudinal section of an alternative embodiment of the beam-shaping element 3 is shown in FIG. 3B.
  • both the central region 312 and the outer region 322 have the shape of a rectangle with rounded corners.
  • the central region 312 of the beam-shaping element 3 is again a square with rounded corners, but which is waisted in a region around the centers of the sides.
  • FIGS. 3A to 3C the first axis 6 and the second axis 7 of a coordinate system perpendicular to the optical axis 5 are shown.
  • the first axis 6 and the second axis 7 of the coordinate system are perpendicular to each other and intersect in the optical axis 5.
  • the beam-shaping element 3 is mirror-symmetrical with respect to a reflection on a plane through the first axis 6 of the coordinate system and the optical axis 5 and with respect to a mirror at a plane through the second axis 7 and the optical axis 5. This is called quadrant symmetry.
  • the radiation exit surface 302 of the beam-shaping element 3, in the embodiment of Figures 2A and 3A by the polynomial z (x, y) 10 (0.2 (x / 10) 2 + 0.2 (y / 10) 2 - 1.3 (x / 10) 4 - 1.3 (y / 10) 4 - 1.0 (x / 10) 2 (y / 10) 2 ), wherein the z-direction is parallel to the optical axis 5.
  • the x and y directions are parallel to the first and second axes 6, 7.
  • Beam-shaping element 3 that is, the largest distance between the radiation entrance surface 301 and a point of the radiation exit surface 302 is, for example, 5 mm.
  • an area is illuminated which is advantageously enlarged in relation to a surface illuminated by the semiconductor chip 2 without Strahlformungselemnt 3.
  • the illumination intensity distribution on the surface 8 is shown by way of example and schematically in FIG. With the beam-shaping element 3 is also the
  • the beam-shaping element 3 has a rotationally symmetrical design.
  • the semiconductor chip 2 has a quadrant symmetry with respect to the coordinate system perpendicular to the optical axis 5, which is spanned by the axes 6 and 7.
  • the optically active region comprises a plurality of semiconductor chips 2, which are arranged in quadrant symmetry.
  • a semiconductor chip 2 is arranged in each quadrant I, II, III and IV.
  • both the semiconductor chip 2 or the beam-shaping element 3 can have the quadrant symmetry.
  • FIG. 7B A variant of the optoelectronic component 1 according to the exemplary embodiment of FIG. 7A is shown in FIG. 7B, according to which the optoelectronic component 1 comprises a plurality of semiconductor chips 2 having an emission maximum in the red spectral range, indicated by the letter "R” in the drawing.
  • the component 1 comprises a plurality of semiconductor chips 2, which have an emission maximum in the blue spectral range and a plurality of semiconductor chips 2, which have an emission maximum in the green spectral range, indicated in the drawing by the letters "B" and "G”.
  • the semiconductor chips are arranged on a common mounting surface 13.
  • the plurality of semiconductor chips 2, which have an emission maximum in the red spectral range, have a quadrant symmetry with respect to the coordinate system perpendicular to the optical axis 5 with the axes 6, 7.
  • the axes 6, 7 of the coordinate system are parallel to the mounting surface 13.
  • the same quadrant symmetry also has the plurality of semiconductor chips 2, which have an emission maximum in the blue spectral range, and the plurality of semiconductor chips 2, which have an emission maximum in the green spectral range.
  • the semiconductor chip 2 is arranged in a housing body 9.
  • the semiconductor chip 2 is located in a bottom region of a recess 910 of the housing body 9.
  • the side walls 911 of the recess 910 are designed to be reflective.
  • the optically active region 1 comprises the semiconductor chip 2, the beam-shaping element 3 fixed to the housing body 9, and the reflective sidewalls 911.
  • the housing body 9 comprises a thermal connection part 930 which has a mounting surface on which the semiconductor chip 2 is fastened. The mounting surface also forms the bottom of the recess 910.
  • the housing body 9 has two electrical connecting conductors 920, to which the semiconductor chip 2 is electrically conductively connected.
  • the thermal connection part 930 is made of a metal and is electrically conductively connected to an underside of the semiconductor chip 2 facing the mounting surface and to the first electrical connection conductor.
  • the underside of the upper side of the semiconductor chip for example, is connected to a bonding wire with a second electrical connection conductor.
  • the thermal connection part 930 advantageously enables efficient heat removal from the semiconductor chip. For example, this ensures that the semiconductor chip 2 and the beam-shaping element 3 do not or only slightly change their mutual arrangement during operation and the optoelectronic component 1 has a temporally constant beam profile during operation.
  • the beam-shaping element 3 is fastened to the housing body 9 with guide elements 31, which engage in the housing body 9, and with holding means (not shown).
  • each case two opposite side walls 11 are arranged parallel to one another and at right angles to the two other side walls 11. Overall, the side walls 11 form a square in plan view along the optical axis 5.
  • the side walls 11 are mirrored at least on their side facing the optoelectronic component 1 side. In other words, they are reflective and reflect radiation incident on them in a directionally directed manner.
  • the distance of the side walls 11 from the optical axis 5 is preferably selected so that the portion of the electromagnetic radiation 4 which is coupled out of the light exit surface 302 of the optoelectronic component 1 and directly to a luminous surface 12 of the illumination device 10 and that portion of the electromagnetic radiation 4, which is coupled out of the light exit surface 302 of the component 1, strikes the reflective side walls 11 and is directed by the latter onto the luminous surface 12, together resulting in a homogeneous luminous intensity distribution on the luminous surface 12.
  • the luminous surface 12 of the illumination device 10 is a main surface of the illumination device 10, which is arranged downstream of the radiation exit surface 302 of the optoelectronic component 1 in the direction of the optical axis 5.
  • the luminous surface 12 is perpendicular to the optical axis 5.
  • at least part of the electromagnetic radiation 4 emitted by the optoelectronic component 1 is coupled out through the luminous area 12.
  • the illuminance is, in particular, independent of the position on the luminous surface 12.
  • the illumination device 10 according to a second exemplary embodiment, which is illustrated in FIG. 10, comprises a plurality of optoelectronic components 1.
  • the components 1 are arranged on a planar mounting surface 13.
  • the optical axes 5 of the components 1 are perpendicular to the mounting surface 13.
  • the optoelectronic components 1 are arranged at the grid points of a (imaginary) grating 14 on the mounting surface 13, in particular, the optical axes 5 of the components 1 extend through the grid points.
  • the grid lines coincide here with the first axes 6 (x-direction) or the second axes 7 (y-direction) of the coordinate systems perpendicular to the optical axes 5, with respect to which the optically active regions 100 of the optoelectronic components 1 each have a quadrant symmetry ,
  • the spacing of the optoelectronic components 1 is selected such that the beam cones of respectively two adjacent optoelectronic components 1 overlap along the x direction and along the y direction. This is shown for the x-direction in FIG. 13, for example. In this figure, the illumination intensities 15, 16, 17 of three along the x-direction adjacent optoelectronic components 1 are shown, which are generated by the latter on the luminous surface 12 of the illumination device 10. •
  • the distance D x of the components 1 is selected so that the illuminances 15, 16 and 16, 17 of the superimposed beam cones are symmetrical with respect to a reflection on the xy plane parallel surface DD by the intersection of the illuminance levels of adjacent components.
  • the illuminance levels 15, 16 and 16, 17 thus add up to a constant value and a constant illumination intensity distribution 18 is achieved along the x direction.
  • the arrangement of the components 1 along the y-direction is analogous.
  • an illumination intensity distribution 18 which is substantially homogeneous on the entire luminous area 12 and therefore in particular independent of the position on the luminous area 12 is achieved.
  • the height of the illumination device 10 in other words the extent the illumination device 10 perpendicular to the luminous surface 12, is only between 10 mm and 30 mm, the limits are included.
  • FIG. 12A shows the illuminance distribution 16 of a single optoelectronic component 1 of FIG.
  • Lighting device 10 in plan view of the luminous surface 12.
  • the axes are normalized in both the x and y direction to a side length D x and D y of the grating 14.
  • the illuminance distribution 16 like the optically active region 100 of the component 1, has a quadrant symmetrical shape in the plane of the paper, which deviates slightly from a rotationally symmetrical shape.
  • the illuminance 16 is maximum in point 0.0 and falls off to the outside.
  • FIG. 12B shows the superimposition of the illumination intensities 15, 16, 17 of three optoelectronic components 1 adjacent in the x direction.
  • the beam cones of the components 1 are superimposed in such a way that a uniform illumination intensity 18 along the x-direction is produced on the luminous surface 12.
  • FIG. 12C additionally shows how the illumination intensities 15, 16, 17 of the three components 1 of FIG. 12B overlap with the illuminance levels of the components 1 adjoining each in the y-direction.
  • FIG. 12C thus shows the area of the luminous area 12 which is illuminated by nine adjacent optoelectronic components 1.
  • the optical axes 5 of the components are perpendicular to the locations with the relative coordinates (-1, -1), (-1, 0), (-1, 1), (0, -1), (0, 0), (0 , 1), (1, -1), (1, 0), (1, 1). It can be clearly seen that a homogeneous illumination intensity distribution 18 is achieved in the entire illuminated area.
  • the illumination device 10 further comprises side walls 11. As in the first embodiment of FIG. 9, the side walls 11 are reflective, in particular mirrored.
  • the side walls form a rectangle and are each parallel to the first axes 6 or the second axes 7 of the coordinate systems. In other words, the side walls extend in the x and y directions, in particular parallel to the grating lines 6, 7 of the grating 14.
  • the distance between a side wall 11 extending in the x-direction to the adjacent grid line or first axis 6 corresponds to half the length of a basic unit 140 of the grid 14 in the y-direction, ie D y / 2.
  • the distance between a side wall 11 parallel to the second axes 7 and the adjacent second axis 7 corresponds to half the grid spacing in the x direction, ie D x / 2.
  • the side walls 11 thus advantageously continue the periodicity of the grid.
  • a homogeneous illuminance 18 is achieved at the edge of the luminous surface 12.
  • the entire luminous area 12 of the illumination device 10 preferably shines with substantially homogeneous illuminance 18 during operation.
  • the illumination device 10 in contrast to the previous embodiment, a grid 14, the in an edge region of the illumination device 10 is distorted and in a central region of the illumination device is a rectangular grid. With such a distorted grid, the illumination intensity distribution can be adjusted individually.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil (1) mit einem optisch aktiven Gebiet (100), wobei das optisch aktive Gebiet mindestens einen Halbleiterchip (2) umfasst, der zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung (4) vorgesehen ist, und ein Strahlformungselement (3) umfasst, durch das zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung tritt und das eine optische Achse (5) aufweist, und wobei das optisch aktive Gebiet eine Quadrantensymmetrie bezüglich eines zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems (6, 7) aufweist. Die Erfindung betrifft weiter eine Beleuchtungseinrichtung mit einem solchen Bauteil.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauteil und Beleuchtungseinrichtung
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 102006030253.2 und 102006050880.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil und eine Beleuchtungseinrichtung.
Optoelektronische Bauteile werden häufig eingesetzt, um rechteckige Flächen zu beleuchten. Beispielsweise sind Hinterleuchtungsvorrichtungen für Flachbildschirme bekannt, die eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauteilen aufweisen. Letztere haben jedoch üblicherweise eine rotationssymmetrische Abstrahlcharakteristik. Die homogene Beleuchtung einer rechteckigen Fläche ist mit solchen optoelektronischen Bauteilen nicht möglich, da rotationssymmetrische Strahlenkegel schon aus prinzipiellen, mathematischen Gründen nicht so überlagert werden können, dass die Fläche homogen beleuchtet wird.
Werden die Bauteile beispielsweise in einem Sechseckraster angeordnet, um eine möglichst homogene
Beleuchtungsstärkenverteilung in einem mittleren Bereich der beleuchteten Fläche zu erzielen, treten Inhomogenitäten am Rand der beleuchteten Fläche auf . Durch Anordnung der Bauteile in einem Rechteckraster kann die Homogenität der Beleuchtung am Rand der beleuchteten Fläche verbessert werden. Im mittleren Bereich der Fläche ist dann die Homogenität der Beleuchtung gegenüber der Anordnung im Sechseckraster verschlechtert und die
Beleuchtungsstärkeverteilung weist Schwankungen auf, die im gleichen Raster verlaufen wie die Anordnung der optoelektronischen Bauteile.
Um diese Inhomogenitäten zu reduzieren, müssen die Bauteile in einem sehr geringen Abstand zueinander angeordnet werden. Die Hinterleuchtungsvorrichtung enthält daher deutlich mehr optoelektronische Bauteile, als zum Erzielen der gewünschten Lichtstärke notwendig sind.
Alternativ kann die Strahlung aus einer
Hinterleuchtungsvorrichtung durch eine Diffusorplatte mit einer hohen Reflektivität und geringer Transmission ausgekoppelt werden. So wird Mehrfachstreuung innerhalb der Hinterleuchtungsvorrichtung erzwungen und die Homogenität des ausgekoppelten Lichts auf Kosten der Effizienz erhöht. Es werden dann zusätzliche optoelektronische Bauteile benötigt, um die gewünschte Lichtstärke der Hinterleuchtungsvorrichtung zu erzielen.
Bei einer anderen Vorgehensweise zur Reduzierung der Inhomogenitäten werden mittels Zerstreuungslinsen die Strahlenkegel der Bauteile stark aufgeweitet. Die dabei erzielbare Homogenität ist jedoch für viele Anwendungen unzureichend. Zudem stellt diese Vorgehensweise äußerst hohe Anforderungen an Fertigungs- und Montagetoleranzen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das zur homogenen Hinterleuchtung einer Fläche geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, die elektromagnetische Strahlung mit einer verbesserten Homogenität emittiert und die besonders effizient ist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1 und durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 20 erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauteils beziehungsweise der Beleuchtungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich durch Rückbezug in die Beschreibung aufgenommen wird.
Ein optoelektronisches Bauteil gemäß der Erfindung weist ein optisch aktives Gebiet auf. Das optisch aktive Gebiet umfasst mindestens einen Halbleiterchip und ein
Strahlformungselement, das eine optische Achse aufweist. Das optisch aktive Gebiet weist eine Quadrantensymmetrie bezüglich eines zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems auf. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Zumindest ein Teil dieser, von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten, elektromagnetischen Strahlung tritt durch das Strahlformungselement .
Mit anderen Worten gibt es also ein Koordinatensystem mit zwei, insbesondere zueinander senkrechten, Koordinatenachsen, die beide senkrecht zu der optischen Achse stehen und deren Schnittpunkt auf der optischen Achse liegt. Das optisch aktive Gebiet ist spiegelsymmetrisch bezüglich der Ebenen, die durch die optische Achse und je eine der Achsen des dazu senkrechten Koordinatensystems aufgespannt werden. Anders ausgedrückt geht das optisch aktive Gebiet bei Spiegelung an der Ebene, die durch die optische Achse und die erste Achse des dazu senkrechten Koordinatensystems aufgespannt wird, und bei Spiegelung an der Ebene, die durch die optische Achse und die zweite Achse des dazu senkrechten Koordinatensystems aufgespannt wird, in sich selbst über.
In dem Spezialfall, dass das optisch aktive Gebiet auch spiegelsymmetrisch bezüglich der Winkelhalbierenden der rechtwinklig zueinander angeordneten ersten und zweiten Koordinatenachsen ist, weist das optisch aktive Gebiet bei zumindest einer Ausführungsform auch eine vier-zählige Radialsymmetrie bezüglich einer Drehung um die optische Achse auf. Es geht also in diesem Fall bei einer Drehung um 90° um die optische Achse in sich selbst über. Das optisch aktive Gebiet ist jedoch vorteilhafterweise nicht rotationssymmetrisch. Es geht also nicht bei Drehung um einen beliebigen Winkel um die optische Achse in sich selbst über, sondern beispielsweise nur bei einer Drehung um einen Winkel von 180° oder ein Vielfaches davon, beziehungsweise um einen Winkel von 90° oder ein Vielfaches davon.
Vorteilhafterweise ist die Verteilung der von dem optoelektronischen Bauteil emittierten elektromagnetischen Strahlung daher ebenfalls nicht rotationssymmetrisch. Das optoelektronische Bauteil emittiert vielmehr mit Vorteil elektromagnetische Strahlung mit einer quadrantensymmetrischen Lichtstärkeverteilung .
Das Strahlformungselement ist dem Halbleiterchip bevorzugt in Richtung der optischen Achse nachgeordnet. Die Strahlungsauskopplung aus dem optoelektronischen Bauteil erfolgt bei einer zweckmäßigen Ausführungsform zumindest im Wesentlichen in den von dem Halbleiterchip entfernten Halbraum über dem Strahlformungselement. Aus dem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelte Strahlen schließen mit der optischen Achse also vorzugsweise einen Winkel von < 90° ein. Bevorzugt ist der Winkel kleiner als 90°.
Mit anderen Worten wird die aus einem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelte Strahlung in einen „Strahlenkegel" emittiert, dessen Symmetrieachse bevorzugt die optische Achse des Strahlformungselements des Bauteils ist. Der Strahlenkegel hat dabei vorliegend keinen rotationssymmetrischen sondern einen quadrantensymmetrischen Querschnitt .
Bei einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist das Strahlformungselement die Quadrantensymmetrie auf. Dabei braucht jedoch nicht das gesamte Strahlformungselement die Quadrantensymmetrie aufzuweisen. Vielmehr kann ein Bereich des Strahlformungselements, durch den insbesondere keine Strahlung tritt, beispielsweise ein Randbereich des Strahlformungselements, eine rotationssymmetrische oder eine beliebige andere Form aufweisen. Wichtig ist jedoch, dass der beleuchtete Bereich des Strahlformungselements, durch den zumindest ein Teil der von dem mindestens einen Halbleiterchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung tritt und durch den die Strahlung vorzugsweise aus dem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelt wird, oder zumindest ein Teil dieses beleuchteten Bereichs die Quadrantensymmetrie aufweist.
Beispielsweise hat das Strahlformungselement, der beleuchtete Bereich bzw. der Teil des beleuchteten Bereichs in Draufsicht auf das Strahlformungselement entlang der optischen Achse die Form eines Rechtecks, dessen Ecken abgerundet sind. Zweckmäßigerweise verläuft die optische Achse durch den Mittelpunkt des Rechtecks und die Achsen des zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems zeigen in Richtung der Seitenmitten. Die Rundung der Ecken erstreckt sich bei einer Ausführungsform bis zu den Seitenmitten, sodass bei dieser Ausführungsform die Seiten auf ihrer gesamten Länge gekrümmt sind. Jedoch haben die Seitenmitten bei dieser Ausführungsform bevorzugt Tangenten, die senkrecht auf den Koordinatenachsen stehen. Die Tangenten an die Seitenmitten gegenüberliegender Seiten sind besonders bevorzugt parallel. Die Form des quadrantensymmetrischen Bereichs des Strahlformungselements kann in diesem Fall auch als Kissenform oder als "abgeplatteter Kreis" bezeichnet werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Strahlformungselemeηts eine Linse oder das Strahlformungselement ist eine Linse. Die Linse weist beispielsweise eine Strahlungseintrittsfläche und/oder eine Strahlungsaustrittsfläche auf, die eine Freiformfläche ist. Die Strahlungseintrittsfläche ist dabei die dem Halbleiterchip zugewandte Hauptfläche der Linse, die Strahlungsaustrittsfläche die von dem Halbleiterchip abgewandte Hauptfläche der Linse.
Bei einer Ausführungsform ist die Strahlungsaustrittsfläche eine glatte Fläche. Bevorzugt ist auch die Strahlungseintrittsfläche eine glatte, insbesondere eine ebene Fläche. Insbesondere weist eine Strahlungsaustrittsfläche und/oder eine
Strahlungseintrittsfläche, die eine glatte Fläche ist, keine Stufen und/oder Knicke auf . Beispielsweise handelt es sich bei der Strahlungseintrittsfläche und/oder bei der Strahlungsaustrittsfläche um eine differenzierbare Fläche. Bevorzugt lässt sich die Fläche durch ein Polynom darstellen, das eine Funktion von x und y ist . x und y entsprechen dabei den Koordinaten entlang der ersten und zweiten Achse des Koordinatensystems senkrecht zur optischen Achse. Die Werte des Polynoms geben dann den Abstand der Fläche von der durch das Koordinatensystem aufgespannten Ebene in Richtung der optischen Achse, in Abhängigkeit von der Position in der Ebene, an. Das Polynom enthält nur Terme gerader Ordnung in x und y, sodass vorteilhafterweise eine quadrantensymmetrische Fläche erzielt wird.
Bei einer Variante dieser Ausführungsform weist die Strahlungsaustrittsfläche und/oder die
Strahlungseintrittsfläche mehrere Bereiche auf, die jeweils durch ein Polynom in x und y, jedoch mit unterschiedlichen Koeffizienten, beschrieben werden. Die Übergänge zwischen den Bereichen sind bevorzugt stetig, besonders bevorzugt ist auch die erste Ableitung stetig, d. h. die Bereiche haben an den Übergängen jeweils gleiche Steigungen, sodass die Fläche an den Übergängen nicht geknickt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die
Strahlungsaustrittsfläche einen Mittelbereich auf, durch den die optische Achse verläuft und der konkav gekrümmt, plan oder schwach konvex gekrümmt ist .
Beispielsweise hat der Mittelbereich in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche die Form eines Rechtecks, dessen Ecken abgerundet sind. Dies umfasst, wie oben bereits beschrieben, auch eine Form, bei der die Seiten auf ihrer ganzen Länge gekrümmt sind. Bei einer Ausführungsform weist das abgerundete Rechteck Teilbereiche auf, die die Mittelpunkte der Seiten umfassen und konkav gekrümmt sind. Anders ausgedrückt ist bei dieser Ausführungsform das abgerundete Rechteck tailliert ausgeführt.
Bevorzugt umfasst die Strahlungsaustrittsfläche auch einen Randbereich, der den Mittelbereich in einem Abstand zur optischen Achse zumindest teilweise, insbesondere jedoch vollständig, umgibt, und der konvex gekrümmt ist.
Bei einer Ausführungsform weist der Randbereich eine stärkere Krümmung auf als der Mittelbereich, beispielsweise ist die Krümmung des Randbereichs doppelt so stark wie die des Mittelbereichs. Bei einer weiteren Ausführungsform nimmt die Krümmung des Randbereichs mit dem Abstand zur optischen Achse zu. Beispielsweise umfasst der Randbereich einen ersten Teil, der der optischen Achse benachbart ist und eine erste konvexe Krümmung aufweist, und einen zweiten Teil, der weiter von optischen Achse entfernt ist als der erste Teil und eine zweite konvexe Krümmung aufweist, wobei die zweite konvexe Krümmung größer ist als die erste konvexe Krümmung.
Auch der Randbereich, insbesondere der erste Teil und/oder der zweite Teil des Randbereichs, hat in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche bei einer Ausführungsform die Form eines Rechtecks, dessen Ecken abgerundet sind.
Eine Formgebung der Strahlungsaustrittsfläche bzw. Strahlungseintrittsfläche des Strahlformungselements mit einem konkaven, planen oder schwach konvexen Mittelbereich und einem konvex gekrümmten Außenbereich erhöht vorteilhafterweise die Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die unter einem Winkel zur optischen Achse aus dem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelt wird, im Vergleich zu der Intensität der Strahlung, die im Wesentlichen entlang der optischen Achse ausgekoppelt wird. Die von dem optoelektronischen Bauteil beleuchtete Fläche wird so vorteilhafterweise vergrößert.
Zudem wird durch die von einer rotationssymmetrischen Form abweichende Gestalt der Strahlungsaustritts- und/oder Strahlungseintrittsfläche mit Vorteil ein Flächenbereich auf einer in einem Abstand zu dem optoelektronischen Bauteil und bevorzugt senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Fläche mit einer quadrantensymmetrische Beleuchtungsstärkeverteilung ausgeleuchtet .
Bei einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils verläuft die optische Achse durch den Halbleiterchip. Vorzugsweise steht die Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips senkrecht zu der optischen Achse.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist zusätzlich oder alternativ zu dem Strahlformungselement der Halbleiterchip die Quadrantensymmetrie auf . Beispielsweise hat der Halbleiterchip eine rechteckige oder quadratische Grundfläche und die optische Achse verläuft durch den Mittelpunkt der Grundfläche. Die Grundfläche des Halbleiterchips ist in der Regel parallel zu dessen Haupterstreckungsebene.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil eine Mehrzahl von Halbleiterchips, die quadrantensymmetrisch angeordnet sind. Anders ausgedrückt weisen die Positionen, an denen die Halbleiterchips angeordnet sind, gemeinsam die Quadrantensymmetrie auf. Die Halbleiterchips sind vorzugsweise auf einer Montagefläche befestigt, durch welche die optische Achse verläuft und die vorzugsweise auf der optischen Achse senkrecht steht. In diesem Fall weisen die Montagepositionen der Halbleiterchips auf der Montagefläche bevorzugt insgesamt die Quadrantensymmetrie auf .
Der Halbleiterchip ist bei einer Ausführungsform in einem Gehäusekörper angeordnet. Bevorzugt umfasst der Gehäusekörper einen Reflektor. Der Reflektor weist bei einer Ausführungsform alternativ oder zusätzlich zu dem Halbleiterchip bzw. den Halbleiterchips und/oder dem Strahlformungselement die Quadrantensymmetrie auf. Als Reflektor umfasst der Gehäusekörper beispielsweise eine Vertiefung mit reflektierenden Wänden, in der der Halbleiterchip angeordnet ist.
Das Strahlformungselement ist bevorzugt separat von dem Gehäusekörper gefertigt und, beispielsweise, mit mindestens einem Positionierungselement und/oder mindestens einem Haltemittel an dem Gehäusekörper befestigt. Das Positionierungselement und/oder das Haltemittel ist beispielsweise in dem Randbereich des Strahlformungselements angeordnet. Bei zumindest einer Ausführungsform weist es nicht die Quadrantensymmetrie auf . Mit einem separat von dem Gehäusekörper gefertigten Strahlformungselement ist vorteilhafterweise eine einfache und kostengünstige Herstellung des optoelektronischen Bauteils möglich. Zugleich werden die Fertigungstoleranzen gering gehalten und es wird eine besonders genaue Positionierung des Halbleiterchips und des Strahlformungselements erreicht. Das optoelektronische Bauteil υmfasst bei einer Ausführungsform mindestens einen Halbleiterchip mit einem Emissionsmaximum im roten Spektralbereich, mindestens einen Halbleiterchip mit einem Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich und/oder mindestens einen Halbleiterchip mit einem Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen ersten Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Spektralverteilung emittiert und einen zweiten Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Spektralverteilung emittiert. Bevorzugt umfasst das optoelektronisches Bauteil auch einen dritten Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer dritten Spektralverteilung emittiert. Die erste, zweite bzw. dritte Spektralverteilung haben beispielsweise ein Maximum im roten, grünen, bzw. blauen Spektralbereich.
Bei einer Ausführungsform emittiert das optoelektronische Bauteil im Betrieb Licht mit einem weißen Farbeindruck. Beispielsweise umfasst es dazu mindestens einen Halbleiterchip, der im roten Spektralbereich emittiert, einen Halbleiterchip, der im grünen Spektralbereich emittiert und einen Halbleiterchip, der im blauen Spektralbereich emittiert .
Umfasst das optoelektronische Bauteil eine Mehrzahl von Halbleiterchips, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung der gleichen Spektralverteilung emittieren, so sind diese besonders bevorzugt quadrantensymmetrisch angeordnet. Anders ausgedrückt weisen die Positionen, an denen die Halbleiterchips angeordnet sind, insgesamt die Quadrantensymmetrie auf .
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung umfasst mindestens ein optoelektronisches Bauteil mit einem optisch aktiven Gebiet, das eine Quadrantensymmetrie aufweist, beispielsweise gemäß zumindest einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele .
Bei einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung Seitenflächen, beispielsweise Innenflächen von Seitenwänden, die besonders bevorzugt reflektierend, insbesondere verspiegelt, ausgeführt sind. Verspiegelte Seitenflächen sind reflektierend ausgeführt und reflektieren auf sie einfallende Strahlung zumindest im Wesentlichen gerichtet zurück.
Die Seitenflächen verlaufen bevorzugt parallel zu der optischen Achse des Strahlformungselements. In einer Ebene, die durch die Achsen des zu der optischen Achse senkrechten Koordinatensystems aufgespannten wird, umgeben die Seitenflächen das optoelektronische Bauteil bevorzugt zumindest teilweise. Besonders bevorzugt umgeben sie das Bauteil vollständig.
Bei einer Ausführungsform sind jeweils zwei gegenüberliegende Seitenflächen parallel zueinander und bevorzugt im rechten Winkel zu den beiden anderen Seitenflächen angeordnet. Insgesamt bilden die Seitenwände bei einer zweckmäßigen Ausführungsform in Draufsicht entlang der optischen Achse ein Rechteck oder ein Quadrat.
Bei einer Ausführungsform bilden die Seitenflächen in Draufsicht entlang der optischen Achse ein Rechteck mit einem Seitenverhältnis, das dem Seitenverhältnis des abgerundeten Rechtecks entspricht, welches das Strahlformungselement bzw. dessen beleuchteten Bereich, den Mittelbereich der Linse und/oder den Außenbereich der Linse beschreibt.
Der Abstand der Seitenflächen von der optischen Achse ist bei einer Ausführungsform so gewählt, dass derjenige Anteil der elektromagnetischen Strahlung, der aus dem optoelektronischen Bauteil ausgekoppelt wird und der direkt auf eine Leuchtfläche der Beleuchtungseinrichtung trifft, und derjenige Anteil der elektromagnetischen Strahlung, der aus dem Bauteil ausgekoppelt und von den Seitenflächen auf die Leuchtfläche gerichtet wird, zusammen eine homogene Beleuchtungsstärkeverteilung auf der Leuchtfläche ergeben.
Die Leuchtfläche der Beleuchtungseinrichtung ist dabei eine Hauptfläche der Beleuchtungseinrichtung, welche einer Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Bauteils in Richtung der optischen Achse nachgeordnet ist. Bevorzugt steht die Leuchtfläche senkrecht auf der optischen Achse. Durch die Leuchtfläche wird zumindest ein Teil der von dem optoelektronischen Bauteil emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt.
Bei einer homogenen Beleuchtungsstärkeverteilung ist die Beleuchtungsstärke im Wesentlichen unabhängig von der Position auf der Leuchtfläche.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauteilen, deren optische Achsen bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist die Anzahl der optoelektronischen Bauteile geringer als bei herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen, dennoch ist die aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung besonders homogen. So werden mit Vorteil ohne Einbußen bei der Lichtstärke und der Homogenität der abgegebenen Strahlung Beleuchtungseinrichtungen erzielt, die bei gleicher Bauhöhe, also gleichem Abstand der Halbleiterchips von der Leuchtfläche, mit einer geringeren Anzahl an Halbleiterchips auskommen oder bei denen - bei gleicher Anzahl an Halbleiterchips - die Bauhöhe reduziert ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Bauhöhe kleiner oder gleich 30 mm, beispielsweise hat die Beleuchtungseinrichtung eine Bauhöhe zwischen 10 mm und 30 mm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Beispielsweise sind die optoelektronischen Bauteile auf einer Montagefläche, insbesondere einer ebenen Montagefläche, angeordnet. Die optische Achse eines optoelektronischen Bauteils steht dann zweckmäßigerweise senkrecht auf der Montagefläche und die von dem zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystem aufgespannte Ebene ist parallel zu der Montagefläche .
In einer Ebene senkrecht zu den optischen Achsen, beispielsweise in der Leuchtfläche der
Beleuchtungseinrichtung überschneiden sich bevorzugt die Strahlenkegel benachbarter optoelektronischer Bauteile.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die optoelektronischen Bauteile an den Gitterpunkten eines Gitters angeordnet. Mit anderen Worten befinden sich die Bauteile an den Schnittpunkten der Gitterlinien eines gedachten Gitters, das beispielsweise auf der Montagefläche verläuft .
Das Gitter hat bevorzugt paralIelogramm-förmige, rechteckige oder quadratische Grundeinheiten. Die Gitterlinien können aber auch gekrümmt verlaufen. Vorzugsweise verläuft eine erste Schar von Gitterlinien parallel zu der ersten Achse des zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems und eine zweite Schar von Gitterlinien verläuft parallel zu der zweiten Achse des zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems eines optoelektronischen Bauteils. Besonders bevorzugt sind die Achsen der entsprechenden Koordinatensysteme von mehreren, insbesondere von allen, optoelektronischen Bauteilen auf diese Weise ausgerichtet. So wird vorteilhafterweise eine besonders homogene Beleuchtungsstärke auf der Leuchtfläche erzielt.
Bei einer Ausführungsform überlagert sich der Strahlenkegel eines optoelektronischen Bauteils mit den Strahlenkegeln der optoelektronischen Bauteile, die auf direkt benachbarten Gitterplätzen angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform überlagert sich der Strahlenkegel des Bauteils zusätzlich zumindest mit den entlang einer Richtung angeordneten übernächsten Nachbarn. Entlang dieser Richtung überlagern sich dann die Strahlenkegel von jeweils zumindest fünf optoelektronischen Bauteilen, während sich entlang einer Richtung, in der sich nur die Strahlenkegel direkt benachbarter Bauteile überlagern, jeweils drei Strahlenkegel überlagern. Mit den Strahlenkegeln von weiter entfernt angeordneten Bauteilen findet bevorzugt keine oder nur eine geringe Überlagerung statt . Die Erfindung macht sich dabei die Idee zunutze, dass die Beleuchtungsstärke der einzelnen Bauteile sich entlang der ersten Achse und entlang der zweiten Achse des zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems zu der gesamten Beleuchtungsstärke in dieser Richtung überlagern, wobei diese gesamte Beleuchtungsstärke vorzugsweise konstant ist. Aufgrund der quadrantensymmetrischen Form der Strahlungsaustrittsflächen erhält man auch in den anderen Richtungen der Leuchtfläche eine konstante Beleuchtungsstärke .
Mit anderen Worten ist die Gesamtbeleuchtungsstärke als Funktion der Koordinaten x und y im Wesentlichen konstant (E(x,y) = E0), wobei die x-Richtung entlang der ersten Achse und die y-Richtung entlang der zweiten Achse verläuft. Die Gesamtbeleuchtungsstärke entsteht durch Überlagerung der Beleuchtungsstärken ei,j(x,y) der einzelnen, durch i und j indizierten Bauteile. Diese weisen gleiche oder zumindest nahezu gleiche Abstrahlcharakteristiken auf . Es gibt daher eine Funktion e(x,y), mittels derer die Beleuchtungsstärke ei,j(x,y) eines einzelnen, insbesondere beliebigen, Bauteils, das sich an der Stelle (Xi,yi) befindet, dargestellt werden kann und es gilt ei,j(x,y) = e (x-Xi,y-yi) . Eine quadrantensymmetrische Abstrahlcharakteristik entsteht beispielsweise, wenn die Form der x-Abhängigkeit von e unabhängig von y ist und die Form der y-Abhängigkeit von e unabhängig von x ist. Es gibt dann Funktionen ex und ey sowie eine Konstante e0, so dass e(x,y) = ex (x) • ey (y) • e0 gilt. Zudem sind die Funktionen ex und ey zweckmäßigerweise so gewählt, dass ∑i ex(x-xi) ≡ Cx und ∑j ey(y-γj) ≡ cy, wobei cx und cy zwei Konstanten sind. Sind beispielsweise die Bauteile in x- Richtung in gleichen Abständen Dx angeordnet, dann ist ex(x) = 1 + cos(x/Dx*π) für xe [-Dx,-Dx] , ex(x) = 0 sonst, ein Beispiel für eine solche Funktion. Die Beleuchtungsstärken der einzelnen Bauelemente überlagern sich dann überall zu einem konstanten Wert:
E(x, y) = ∑i,-j eij(x,y)= ∑i(j e (x-xify-y±) = e0 ∑i.j ex (X-X1) -ey(y-yi) = e0 ZiCex(X-Xi)-Zj ey(y-y±)] = eo-cy ∑i ex(x-Xi) = eo-cy-cx ≡ const.
Überlagern sich die Beleuchtungsstärken von mehr als den jeweils direkten Nachbarn in einer Richtung, ist die Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise nur in geringem Maße empfindlich gegen Toleranzen, die beispielsweise bei der Fertigung und Montage der Bauteile auftreten können. Trotz solcher Toleranzen weist die Leuchtfläche der Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise eine homogene Beleuchtungsstärkeverteilung auf .
Beispielsweise ein Bauteil, bei dem die
Strahlungsaustrittsfläche des Strahlformungselements als Polynom in x und y mit ausschließlich geraden Exponenten und mit Koeffizienten, die vorzugsweise an die Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips und/oder die Geometrie der Beleuchtungseinrichtung angepasst sind, gefertigt ist, erzielt eine quadrantensymmetrische Beleuchtungsstärkeverteilung, die insbesondere dazu geeignet ist, eine praktisch konstante Beleuchtungsstärkeverteilung der Beleuchtungseinrichtung hervorzurufen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung sind die optoelektronischen Bauelemente von Seitenflächen, beispielsweise den Innenflächen von Seitenwänden, umgeben, die insbesondere reflektierend ausgeführt sind. Bevorzugt umschließen die Seitenflächen die Bauteile in der Ebene der Montagefläche vollständig. Während bei Beleuchtungseinrichtungen herkömmlicher Bauart häufig diffus reflektierende Seitenflächen zum Einsatz kommen, sind die Seitenflächen vorliegend bevorzugt verspiegelt, sodass sie auf sie auftreffende Strahlung gerichtet reflektieren. Die Seitenflächen verlaufen zweckmäßigerweise parallel zu der optischen Achse eines Bauelements . Bevorzugt verläuft eine Seitenfläche parallel zu einer Schar von Gitterlinien des Gitters, auf dessen Gitterpunkten die Bauteile angeordnet sind.
Mit Vorteil wird so durch die verspiegelten Seitenfläche die Periodizität des Gitters fortgesetzt.
Mit den reflektierenden Seitenflächen wird vorteilhafterweise eine besonders gute Homogenität der Beleuchtungsstärke auch am Rand der Leuchtfläche der Beleuchtungseinrichtung erreicht .
Eine, insbesondere jede, Seitenfläche hat dabei bei einer Ausführungsform von der ihr benachbarten und zu ihr parallelen Gitterlinie einen Abstand, der der Hälfte einer Seitenlänge einer Grundeinheit des Gitters entspricht.
Insgesamt bilden die Seitenwände bei einer zweckmäßigen Ausführungsform in Draufsicht entlang der optischen Achse ein Rechteck oder ein Quadrat. Bei einer Ausführungsform bilden die Seitenwände ein Rechteck mit einem Seitenverhältnis, das dem Seitenverhältnis des abgerundeten Rechtecks entspricht, welches das Strahlformungselement bzw. den beleuchteten Bereich des Strahlformungselements, den Mittelbereich der Linse und/oder den Außenbereich der Linse eines Bauteils beschreibt . Die Beleuchtungseinrichtung umfasst bei einer Ausführungsform ein erstes optoelektronisches Bauteil, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Spektralverteilung emittiert und ein zweites optoelektronisches Bauteil, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Spektralverteilung emittiert. Bevorzugt umfasst die Beleuchtungseinrichtung auch ein drittes optoelektronisches Bauteil, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer dritten Spektralverteilung emittiert.
Die Beleuchtungseinrichtung umfasst beispielsweise ein optoelektronisches Bauteil, das ein Emissionsmaximum im roten Spektralbereich aufweist, ein optoelektronisches Bauteil, das ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweist und/oder ein optoelektronisches Bauteil, das ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich aufweist.
Zum Beispiel umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine je Mehrzahl von rot, grün bzw. blau emittierenden optoelektronischen Bauteilen, sodass sie im Betrieb Licht mit einem weißen Farbeindruck emittiert. Alternativ kann die Beleuchtungseinrichtung auch eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauteilen enthalten, die im Betrieb Licht mit einem weißen Farbeindruck emittieren.
Die optoelektronischen Bauteile, insbesondere die Bauteile, die elektromagnetische Strahlung mit der gleichen Spektralverteilung emittieren, sind mit Vorteil so angeordnet, dass die von ihnen emittierte elektromagnetische Strahlung in einer Ebene senkrecht zu den optischen Achsen, beispielsweise in der Leuchtfläche, eine Beleuchtungsstärkeverteilung hat, die im Wesentlichen homogen ist. Die Beleuchtungsstärke ist also unabhängig von der Position innerhalb der Ebene. Vorteilhafterweise ist es daher möglich, die optoelektronischen Bauteile, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlicher Spektralverteilung emittieren, beliebig zueinander anzuordnen. Dennoch vermischen sich die unterschiedlichen Farben in der gesamten Leuchtfläche homogen. Beispielsweise sind die optoelektronischen Bauteile, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlicher Spektralverteilung emittieren auf der Montagefläche zueinander versetzt. Bei einer Ausführungsform sind die rot, grün bzw. blau emittierenden optoelektronischen Bauteile auf zueinander versetzten Gittern angeordnet.
Bei einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung wird zumindest ein Teil der von den optoelektronischen Bauteilen emittierten Strahlung durch eine Diffusorflache hindurch ausgekoppelt. Bei der Diffusorflache kann es sich um die Leuchtfläche handeln oder die Diffusorflache ist der Leuchtfläche benachbart. Die Diffusorflache kann als Diffusorplatte oder Diffusorfolie ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise wird die Diffusorflache von den optoelektronischen Bauteilen homogen hinterleuchtet.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Beleuchtungseinrichtung um eine Hinterleuchtungsvorrichtung, beispielsweise für eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, oder kurz LCD) .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 13 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1, einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A bis 2C, schematische Querschnitte durch verschiedene Beispiele von Strahlformungselementen,
Figuren 3A bis 3C, schematische Längsschnitte von verschiedenen Beispielen eines Strahlformungselements,
Figur 4A, eine schematische Seitenansicht des Strahlformungselements der Figur 3A mit exemplarischen Strahlengängen,
Figur 4B, eine schematische, perspektivische Ansicht des Strahlformungselements der Figur 4A,
Figur 5, die relative Beleuchtungsstärkeverteilung des optoelektronischen Bauteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Falschfarbendarstellung,
Figur 6, ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 7A, ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Figur 7B, eine Variante des optoelektronischen Bauteils gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7A,
Figur 8, ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 9, eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur 10, eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ,
Figur 11, eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,
Figur 12A, die relative Beleuchtungsstärkeverteilung eines optoelektronischen Bauteils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10,
Figur 12B, die relative Beleuchtungsstärkeverteilung von drei benachbarten Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10,
Figur 12C, die relative Beleuchtungsstärkeverteilung von neun benachbarten optoelektronischen Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10, und
Figur 13 , die relative Beleuchtungsstärkeverteilung von drei optoelektronischen Bauteilen gemäß Figur 12B entlang der Linie y = 0. In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick und/oder gekrümmt bzw. verzerrt dargestellt sein.
Das optoelektronische Bauteil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in der Figur 1 dargestellt ist, weist ein optisch aktives Gebiet 100 auf. Das optisch aktive Gebiet 100 umfasst einen Halbleiterchip 2 und ein Strahlformungselement 3, das vorliegend eine Linse ist.
Der Halbleiterchip 2 weist eine Schichtenfolge auf, die ein Halbleitermaterial enthält. Beispielsweise handelt es sich bei dem Halbleitermaterial um ein III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial, beispielsweise AlInGaN. Die Schichtenfolge umfasst eine aktive Schicht 20, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, angedeutet durch Pfeile 4, vorgesehen ist.
Eine Schichtenfolge, die ein III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial enthält, ist im vorliegenden Zusammenhang eine aktive, d.h. elektrolumineszierende, Epitaxie- Schichtenfolge, bei der zumindest eine Schicht, beispielsweise die aktive Schicht 20, ein III/V- Verbindungshalbleitermaterial, zum Beispiel ein Nitrid-III- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnGamIni-n-raN umfasst, wobei O ≤ n ≤ l, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Ein Teil der von dem Halbleiterchip 2 emittierten elektromagnetischen Strahlung 4 wird durch eine Strahlungseintrittsfläche 301 in das Strahlformungselement 3 eingekoppelt und möglichst vollständig durch eine Strahlungsaustrittsfläche 302 wieder aus diesem ausgekoppelt. Die Strahlungseintrittsfläche 301 ist eine zu dem Halbleiterchip 2 hin gewandte Hauptfläche des Strahlformungselements 3, die Strahlungsaustrittsfläche 302 ist eine von dem Halbleiterchip 2 abgewandte Hauptfläche des Strahlformungselements 3.
Die Strahlungseintrittsfläche 301 ist eben und senkrecht zu einer optischen Achse 5 des Strahlformungselements 3. Die Strahlungsaustrittsfläche 302 weist einen konkav gekrümmten Mittelbereich 312 auf, durch den die optische Achse 5 verläuft. Der konkav gekrümmte Mittelbereich 312 ist von einem konvex gekrümmten Außenbereich 322 vollständig umgeben.
Dies entspricht auch der in Figur 2A gezeigten Ausführungsform des Strahlformungselements 3. Alternativ kann der Mittelbereich auch plan bzw. konvex gekrümmt sein, wie beispielsweise in den Figuren 2B bzw. 2C gezeigt. Insbesondere bei einem konvex gekrümmten Mittelbereich 312 ist dessen Krümmung bevorzugt kleiner als die Krümmung des Außenbereichs 322. In dem Bereich, an dem der Mittelbereich 312 in den Außenbereich 322 übergeht, haben beide Bereiche bevorzugt die gleiche Krümmung, sodass ein glatter Übergang entsteht.
In Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 302 entlang der optischen Achse 5 hat das Strahlformungselement 3 die Form eines Quadrats mit abgerundeten Ecken, wie durch den Längsschnitt entlang der Ebene A-A (vergleiche Figur 2A) in Figur 3A verdeutlicht ist. In Figur 3A ist auch die Ebene B-B eingezeichnet, entlang derer die Querschnitte gemäß den Figuren 2A bis 2C vorgenommen wurden.
Ein schematischer Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform des Strahlformungselements 3 ist in Figur 3B gezeigt. Bei dieser Ausführungsform haben sowohl der Mittelbereich 312 als auch der Außenbereich 322 die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken.
Bei der Ausführungsform des Strahlformungselements 3 gemäß der Figur 3C ist der Mittelbereich 312 des Strahlformungselements 3 wiederum ein Quadrat mit abgerundeten Ecken, das jedoch in einem Bereich um die Mittelpunkte der Seiten tailliert ist.
In den Figuren 3A bis 3C sind die erste Achse 6 und die zweite Achse 7 eines zur optischen Achse 5 senkrechten Koordinatensystems eingezeichnet. Die erste Achse 6 und die zweite Achse 7 des Koordinatensystems stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich in der optischen Achse 5. Das Strahlformungselement 3 ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelung an einer Ebene durch die erste Achse 6 des Koordinatensystems und die optische Achse 5 sowie bezüglich einer Spiegelung an einer Ebene durch die zweite Achse 7 und die optische Achse 5. Dies wird als Quadrantensymmetrie bezeichnet .
Die Strahlungsaustrittsfläche 302 des Strahlformungselements 3 wird bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2A und 3A durch das Polynom z(x,y) = 10 (0.2 (x/10) 2 + 0.2(y/10)2 - 1.3(x/10)4 - 1.3(y/10)4 - 1.0 (x/10) 2 (y/10) 2) beschrieben, wobei die z-Richtung parallel zur optischen Achse 5 verläuft. Die x- und die y-Richtung verlaufen parallel zu der ersten beziehungsweise der zweiten Achse 6, 7. Der Ursprung des Koordinatensystems (x=0, y=0, z=0) fällt mit dem Schnittpunkt von Strahlungsaustrittsfläche 302 und optischer Achse 5 zusammen (vgl. Figur 2A) . Die Höhe H des
Strahlformungselements 3, also der größte Abstand zwischen der Strahlungseintrittsfläche 301 und einem Punkt der Strahlungsaustrittsfläche 302 beträgt beispielsweise 5 mm.
Durch die Formgebung der Strahlungsaustrittsfläche 302 des Strahlformungselements 3 wird der Teil der von dem Halbleiterchip 2 im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung 4, der durch die Strahlungseintrittsfläche 301 in das Strahlformungselement 3 eingekoppelt wird, von der optischen Achse 5 weggebrochen. Dies ist in Figur 1 sowie in der Seitenansicht der Figur 4A und der perspektivischen Ansicht der Figur 4B an exemplarischen Strahlen 4 der elektromagnetischen Strahlung gezeigt. Dadurch wird beispielsweise auf einer senkrecht zur optischen Achse angeordneten Ebene 8, die in einem Abstand zur Strahlungsaustrittsfläche 302 dem Strahlformungselement 3 nachgeordnet ist, eine Fläche beleuchtet, die vorteilhaft gegenüber einer von dem Halbleiterchip 2 ohne Strahlformungselemnt 3 beleuchteten Fläche vergrößert ist. Die Beleuchtungsstärkeverteilung auf der Fläche 8 ist in Figur 5 exemplarisch und schematisch dargestellt. Mit dem Strahlformungselement 3 ist auch die
Beleuchtungsstärkeverteilung quadrantensymmetrisch bezüglich dem durch die erste Achse 6 (x-Achse) und der zweiten Achse 7 (y-Achse) aufgespannten Koordinatensystem.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils 1, das in der Figur 6 dargestellt ist, ist das Strahlformungselement 3 rotationssymmetrisch ausgeführt. Hingegen weist der Halbleiterchip 2 eine Quadrantensymmetrie bezüglich des zur optischen Achse 5 senkrechten Koordinatensystems auf, das durch die Achsen 6 und 7 aufgespannt wird.
In einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels umfasst das optisch aktive Gebiet eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die quadrantensymmetrisch angeordnet sind. Beispielsweise ist in dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 7A in jedem Quadranten I, II, III und IV ein Halbleiterchip 2 angeordnet .
Es ist jedoch auch möglich, dass sowohl der oder die Halbleiterchips 2 als auch das Strahlformungselement 3 die Quadrantensymmetrie aufweisen.
Eine Variante des optoelektronischen Bauteils 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7A ist in Figur 7B gezeigt, wonach das optoelektronische Bauteil 1 eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 umfasst, die ein Emissionsmaximum im roten Spektralbereich aufweisen, angedeutet durch den Buchstaben "R" in der Zeichnung. Zusätzlich umfasst das Bauteil 1 eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich aufweisen und eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweisen, angedeutet in der Zeichnung durch die Buchstaben "B" bzw. "G". Die Halbleiterchips sind auf einer gemeinsamen Montagefläche 13 angeordnet.
Die Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die ein Emissionsmaxitnum im roten Spektralbereich aufweisen, weist eine Quadrantensymmetrie bezüglich des zur optischen Achse 5 senkrechten Koordinatensystems mit den Achsen 6, 7 auf. Die Achsen 6, 7 des Koordinatensystems verlaufen parallel zu der Montagefläche 13.
Die gleiche Quadrantensymmetrie hat auch die Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich aufweisen, und die Mehrzahl von Halbleiterchips 2, die ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweisen.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauteils 1, das in der Figur 8 dargestellt ist, ist der Halbleiterchip 2 in einem Gehäusekörper 9 angeordnet. Der Halbleiterchip 2 befindet sich in einem Bodenbereich einer Ausnehmung 910 des Gehäusekörpers 9. Die Seitenwände 911 der Ausnehmung 910 sind reflektierend ausgebildet.
Das optisch aktive Gebiet 1 umfasst vorliegend den Halbleiterchip 2, das an dem Gehäusekörper 9 befestigte Strahlformungselement 3 und die reflektierenden Seitenwände 911. Der Gehäusekörper 9 umfasst vorliegend ein thermisches Anschlussteil 930, das eine Montagefläche aufweist, auf welcher der Halbleiterchip 2 befestigt ist. Die Montagefläche bildet zugleich den Boden der Ausnehmung 910. Weiterhin weist der Gehäusekörper 9 zwei elektrische Anschlussleiter 920 auf, mit denen der Halbleiterchip 2 elektrisch leitend verbunden ist. Beispielsweise besteht das thermische Anschlussteil 930 aus einem Metall und ist elektrisch leitend mit einer der Montagefläche zugewandten Unterseite des Halbleiterchips 2 und dem ersten elektrischen Anschlussleiter verbunden. Die der Unterseite gegenüberliegende Oberseite des Halbleiterchips ist beispielsweise mit einem Bonddraht mit einem zweiten elektrischen Anschlussleiter verbunden. Das thermische Anschlussteil 930 ermöglicht vorteilhafterweise eine effiziente Wärmeabfuhr von dem Halbleiterchip. Beispielsweise ist dadurch gewährleistet, dass der Halbleiterchip 2 und das Strahlformungselement 3 ihre gegenseitige Anordnung im Betrieb nicht oder nur geringfügig ändern und das optoelektronische Bauteil 1 im Betrieb ein zeitlich konstantes Strahlprofil aufweist.
Das Strahlformungselement 3 ist mit Führungselementen 31, die in den Gehäusekörper 9 eingreifen, und mit Haltemitteln (nicht gezeigt) mit dem Gehäusekörper 9 befestigt.
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 9 umfasst ein optoelektronisches Bauteil 1, dessen optisch aktives Gebiet 100 eine Quadrantensymmetrie bezüglich eines zur optischen Achse 5 senkrechten, rechtwinkligen Koordinatensystems mit einer ersten Achse 6 und einer zweiten Achse 7 aufweist. Weiter umfasst die Beleuchtungseinrichtung 10 Seitenwände 11, die parallel zu der optischen Achse 5 verlaufen. In einer durch die Achsen 6, 7 des Koordinatensystems aufgespannten Ebene, die vorliegend auch die Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips 2 ist, umgeben die Seitenwände 11 das optoelektronische Bauteil 1 vollständig.
Jeweils zwei gegenüberliegenden Seitenwände 11 sind parallel zueinander und im rechten Winkel zu den beiden anderen Seitenwänden 11 angeordnet. Insgesamt bilden die Seitenwände 11 in Draufsicht entlang der optischen Achse 5 ein Quadrat.
Die Seitenwände 11 sind zumindest auf ihrer dem optoelektronischen Bauteil 1 zugewandten Seite verspiegelt. Das heißt sie sind reflektierend ausgeführt und reflektieren auf sie einfallendes Strahlung gerichtet zurück. Der Abstand der Seitenwände 11 von der optischen Achse 5 ist bevorzugt so gewählt, dass derjenige Anteil der elektromagnetischen Strahlung 4, der aus der Lichtaustrittsfläche 302 des optoelektronischen Bauteils 1 ausgekoppelt wird und direkt auf eine Leuchtfläche 12 der Beleuchtungseinrichtung 10 trifft und derjenige Anteil der elektromagnetischen Strahlung 4, der aus der Lichtaustrittsfläche 302 des Bauteils 1 ausgekoppelt wird, auf die reflektierenden Seitenwänden 11 trifft und von diesen auf die Leuchtfläche 12 gerichtet wird, zusammen eine homogene Leuchtstärkeverteilung auf der Leuchtfläche 12 ergeben.
Die Leuchtfläche 12 der Beleuchtungseinrichtung 10 ist dabei eine Hauptfläche der Beleuchtungseinrichtung 10, welche der Strahlungsaustrittsfläche 302 des optoelektronischen Bauteils 1 in Richtung der optischen Achse 5 nachgeordnet ist. Bevorzugt steht die Leuchtfläche 12 senkrecht auf der optischen Achse 5. Durch die Leuchtfläche 12 wird zweckmäßigerweise zumindest ein Teil der von dem optoelektronischen Bauteil 1 emittierten elektromagnetischen Strahlung 4 ausgekoppelt .
Bei einer homogenen Beleuchtungsstärkeverteilung ist die Beleuchtungsstärke insbesondere unabhängig von der Position auf der Leuchtfläche 12.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Figur 10 dargestellt ist, umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauteilen 1. Die Bauteile 1 sind auf einer ebenen Montagefläche 13 angeordnet. Die optischen Achsen 5 der Bauteile 1 stehen senkrecht auf der Montagefläche 13.
Die optoelektronischen Bauteile 1 sind an den Gitterpunkten eines (gedachten) Gitters 14 auf der Montagefläche 13 angeordnet, insbesondere verlaufen die optischen Achsen 5 der Bauteile 1 durch die Gitterpunkte. Die Gitterlinien fallen vorliegend mit den ersten Achsen 6 (x-Richtung) beziehungsweise sind den zweiten Achsen 7 (y-Richtung) der zu den optischen Achsen 5 senkrechten Koordinatensysteme zusammen, bezüglich derer die optisch aktiven Gebiete 100 der optoelektronischen Bauteile 1 jeweils eine Quadrantensymmetrie aufweisen.
Der Abstand der optoelektronischen Bauteile 1 ist so gewählt, dass sich entlang der x-Richtung und entlang der y-Richtung die Strahlenkegel von jeweils zwei benachbarten optoelektronischen Bauteilen 1 überlagern. Dies ist für die x-Richtung beispielsweise in Figur 13 dargestellt. In dieser Figur sind die Beleuchtungsstärken 15, 16, 17 von drei entlang der x-Richtung benachbarten optoelektronischen Bauteilen 1 gezeigt, die von letzteren auf der Leuchtfläche 12 der Beleuchtungseinrichtung 10 erzeugt werden. •
Durch Spiegelung der Beleuchtungsstärke 16 eines optoelektronischen Bauteils 1 an einer zur optischen Achse 5 parallelen Ebene, die mittig zwischen den benachbarten Bauteilen 1 verläuft und senkrecht auf dem Abstand steht, in Figur 12 angedeutet durch die Linie C-C, erhält man die Beleuchtungsstärke 15 des benachbarten Bauteils 1. Mit anderen Worten sind die Strahlenkegel der benachbarten Bauteile 1 spiegelsymmetrisch zu dieser Ebene C-C angeordnet.
Zusätzlich ist der Abstand Dx der Bauteile 1 so gewählt, dass die Beleuchtungsstärken 15, 16 bzw. 16, 17 der sich überlagernden Strahlenkegel symmetrisch bezüglich einer Spiegelung an der zur x-y-Ebene parallelen Fläche D-D durch den Schnittpunkt der Beleuchtungsstärken benachbarter Bauteile sind. Vorteilhafterweise ergänzen sich die Beleuchtungsstärken 15, 16 bzw. 16, 17 so zu einem konstanten Wert und es wird entlang der x-Richtung eine konstante Beleuchtungsstärkeverteilung 18 erzielt.
Die Anordnung der Bauteile 1 entlang der y-Richtung erfolgt analog. So wird, insbesondere durch die Quadrantensymmetrie der optoelektronischen Bauteile 1, eine auf der gesamten Leuchtfläche 12 im Wesentlichen homogene, insbesondere also von der Position auf der Leuchtfläche 12 unabhängige, Beleuchtungsstärkeverteilung 18 erzielt. Die Höhe der Beleuchtungseinrichtung 10, anders ausgedrückt die Ausdehnung der Beleuchtungseinrichtung 10 senkrecht zur Leuchtfläche 12, beträgt dabei lediglich zwischen 10 mm und 30 mm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Dies ist in den Figuren 12A bis 12C nochmals veranschaulicht. Figur 12A zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung 16 eines einzelnen optoelektronischen Bauteils 1 der
Beleuchtungsvorrichtung 10 in Draufsicht auf die Leuchtfläche 12. Die Achsen sind dabei sowohl in x- wie auch in y-Richtung auf eine Seitenlänge Dx bzw. Dy des Gitters 14 normiert. Die Beleuchtungsstärkeverteilung 16 hat, wie das optisch aktive Gebiet 100 des Bauteils 1, eine quadrantensymmetrische Form in der Papierebene, die leicht von einer rotationssymmetrischen Form abweicht. Die Beleuchtungsstärke 16 ist in Punkt 0.0 maximal und fällt nach außen hin ab.
Figur 12B zeigt die Überlagerung der Beleuchtungsstärken 15, 16, 17 von drei in x-Richtung benachbarten optoelektronischen Bauteilen 1. Figur 13 entspricht einem "Querschnitt" entlang der Linie y=0 der Figur 12B. Die Strahlenkegel der Bauteile 1 überlagern sich derart, dass eine entlang der x-Richtung homogene Beleuchtungsstärke 18 auf der Leuchtfläche 12 entsteht. Die Beleuchtungsstärke ei#j(x,y) eines einzelnen Bauteils 1 hat dabei, wie im allgemeinen Teil beschrieben, einen Kosinus-förmigen Verlauf mit ei,j(x,y) = {l + cos [ (x- Xi)/Dx*π] } -ey(y-yj) -e0 für xe [xi-Dx;xi+Dx] , ex(x)-= 0 sonst.
In Figur 12C ist zusätzlich gezeigt, wie sich die Beleuchtungsstärken 15, 16, 17 der drei Bauteile 1 der Figur 12B mit den Beleuchtungsstärken der jeweils in y-Richtung angrenzenden Bauteile 1 überlagern. Figur 12C zeigt also die von neun benachbarten optoelektronischen Bauteilen 1 beleuchtete Fläche der Leuchtfläche 12. Die optischen Achsen 5 der Bauteile stehen dabei senkrecht an den Stellen mit den relativen Koordinaten (-1, -1), (-1, 0), (-1, 1), (0, -1), (0, 0), (0, 1), (1, -1), (1, 0), (1, 1). Man erkennt deutlich, dass in der gesamten beleuchteten Fläche eine homogene Beleuchtungsstärkeverteilung 18 erzielt wird.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst weiter Seitenwände 11. Wie im ersten Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind die Seitenwände 11 reflektierend, insbesondere verspiegelt, ausgeführt.
Die Seitenwände bilden ein Rechteck und sind jeweils parallel zu den ersten Achsen 6 oder den zweiten Achsen 7 der Koordinatensysteme. Anders ausgedrückt verlaufen die Seitenwände in x- und y-Richtung, insbesondere parallel zu den Gitterlinien 6, 7 des Gitters 14.
Der Abstand einer in x-Richtung verlaufenden Seitenwand 11 zu der benachbarten Gitterlinie beziehungsweise ersten Achse 6 entspricht der halben Länge einer Grundeinheit 140 des Gitters 14 in y-Richtung, also Dy/2. Analog entspricht der Abstand einer zu den zweiten Achsen 7 parallelen Seitenwand 11 zu der benachbarten zweiten Achse 7 einem halben Gitterabstand in x-Richtung, also Dx/2. Die Seitenwände 11 setzen so vorteilhafterweise die Periodizität des Gitters fort. So wird auch am Rand der Leuchtfläche 12 eine homogene Beleuchtungsstärke 18 erzielt. Die gesamte Leuchtfläche 12 der Beleuchtungseinrichtung 10, leuchtet im Betrieb bevorzugt mit im Wesentlichen homogener Beleuchtungsstärke 18.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Figur 11 weist im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ein Gitter 14 auf, das in einem Randbereich der Beleuchtungseinrichtung 10 verzerrt ist und in einem mittleren Bereich der Beleuchtungseinrichtung ein Rechtecksgitter ist. Mit einem solchen verzerrten Gitter kann die Beleuchtungsstärkeverteilung individuell angepasst werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil (1) mit einem optisch aktiven Gebiet (100) , wobei das optisch aktive Gebiet
- mindestens einen Halbleiterchip (2) umfasst, der zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung (4) vorgesehen ist,
- ein Strahlformungselement (3) umfasst, durch das zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung tritt und das eine optische Achse (5) aufweist, und
- eine Quadrantensymmetrie bezüglich eines zur optischen Achse senkrechten Koordinatensystems (6, 7) aufweist.
2. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil des Strahlformungselements (3) die Quadrantensymmetrie aufweist.
3. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 2, bei dem das gesamte Strahlformungselement (3) die Quadrantensymmetrie aufweist .
4. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Teil des Strahlformungselements (3) oder das Strahlformungselement in Draufsicht entlang der optischen Achse (5) die Form eines Rechtecks hat, dessen Ecken abgerundet sind.
5. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Strahlformungselement
(3) eine Linse umfasst.
6. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 5, bei dem die Linse eine glatte Strahlungsaustrittsfläche (302) aufweist.
7. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 6, bei dem die Strahlungsaustrittsfläche einen Mittelbereich (312) umfasst, durch den die optische Achse (5) verläuft und der konkav gekrümmt, plan oder schwach konvex gekrümmt ist.
8. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7, bei dem der Mittelbereich (312) in Draufsicht auf die
Strahlungsaustrittsfläche (302) die Form eines Rechtecks hat, dessen Ecken abgerundet sind.
9. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem die Strahlungsaustrittsfläche (302) einen Randbereich (322) umfasst, der den Mittelbereich (312) in einem Abstand zur optischen Achse (5) zumindest teilweise umgibt und der konvex gekrümmt ist .
10. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 9, bei dem der Randbereich (322) in Draufsicht auf die
Strahlungsaustrittsfläche (302) die Form eines Rechtecks hat, dessen Ecken abgerundet sind.
11. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optische Achse (5) durch den mindestens einen Halbleiterchip (2) verläuft.
12. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 11, bei dem der mindestens eine Halbleiterchip (2) die Quadrantensymmetrie aufweist.
13. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2) , welche derart angeordnet sind, dass sie zusammen die Quadrantensymmetrie aufweisen.
14. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäusekörper (9) , in dem der mindestens eine Halbleiterchip (2) angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 14, bei dem das Strahlformungselement (3) separat von dem Gehäusekörper
(9) gefertigt und an diesem befestigt ist.
16. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens einen Halbleiterchip
(2) mit einem Emissionsmaximum im roten Spektralbereich, mindestens einen Halbleiterchip mit einem Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich und/oder mindestens einen Halbleiterchip mit einem Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich umfasst.
17. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen ersten Halbleiterchip (2) umfasst, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer ersten Spektralverteilung emittiert und das einen zweiten Halbleiterchip (2) umfasst, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer zweiten Spektralverteilung emittiert.
18. Optoelektronisches Bauteil gemäß Anspruch 17, das einen dritten Halbleiterchip (2) umfasst, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer dritten Spektralverteilung emittiert.
19. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Betrieb Licht mit einem weißen Farbeindruck emittiert.
20. Beleuchtungseinrichtung (10) mit einem optoelektronischen Bauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche .
21. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 20, die reflektierende Seitenflächen (11) aufweist, welche das optoelektronische Bauteil (1) umgeben und parallel zur optischen Achse (5) des Strahlformungselements (3) angeordnet sind.
22. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 21, bei der die reflektierenden Seitenflächen (11) in Draufsicht entlang der optischen Achse (5) in Form eines Rechtecks oder Quadrats angeordnet sind.
23. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 20 mit einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauteilen (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, deren optische Achsen (5) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
24. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 23, bei der die optoelektronischen Bauteile (1) derart angeordnet sind, dass von benachbarten Bauteilen in einer Ebene (8) senkrecht zu den optischen Achsen (5) beleuchtete Flächen sich zumindest teilweise überschneiden.
25. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 24, bei der die optoelektronischen Bauteile (1) an den Gitterpunkten eines Gitters (14) angeordnet sind.
26. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 25, bei dem das Gitter (14) parallelogramm-förmige, rechteckige oder quadratische Grundeinheiten (140) hat.
27. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, die reflektierende Seitenflächen (11) umfasst, die parallel zu den optischen Achsen (5) der optoelektronischen Bauteile (1) angeordnet sind und die die optoelektronischen Bauteile umgeben.
28. Beleuchtungseinrichtung gemäß den Ansprüchen 26 und 27, bei der die reflektierenden Seitenflächen (11) parallel zu Gitterlinien (6, 7) des Gitters (14) verlaufen.
29. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 28, bei der eine Seitenfläche (11) und ein benachbartes optoelektronisches Bauteil (1) voneinander einen Abstand haben, der der Hälfte einer Seitenlänge (Dx, Dy) einer Grundeinheit (140) des Gitters (14) entspricht.
30. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 29, die ein erstes optoelektronisches Bauteil (1) umfasst, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer ersten Spektralverteilung emittiert und die ein zweites optoelektronisches Bauteil (1) umfasst, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer zweiten Spektralverteilung emittiert.
31. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 30, die ein drittes optoelektronisches Bauteil (1) umfasst, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung (4) mit einer dritten Spektralverteilung emittiert.
32. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 31, mit mindestens einem optoelektronischen Bauteil (1), das ein Emissionsmaximum im roten Spektralbereich aufweist, mindestens einem optoelektronischen Bauteil, das ein Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich aufweist und/oder mindestens einem optoelektronischen Bauteil, das ein Emissionsmaximum im blauen Spektralbereich aufweist.
33. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Betrieb Licht mit einem weißen Farbeindruck emittiert .
34. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 33, die eine Diffusorflache (12) umfasst, durch die zumindest ein Teil der von dem optoelektronischen Bauteil (1) beziehungsweise von den optoelektronischen Bauteilen (1) emittierten Strahlung (4) ausgekoppelt wird.
35. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 34, bei der die Diffusorflache (12) von dem optoelektronischen Bauteil (1) beziehungsweise von den optoelektronischen Bauteilen (1) homogen hinterleuchtet wird.
36. Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 35, die eine Hinterleuchtungsvorrichtung, beispielsweise für ein LCD, ist.
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