WO2016180814A1 - Linse und optoelektronische leuchtvorrichtung - Google Patents

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WO2016180814A1
WO2016180814A1 PCT/EP2016/060411 EP2016060411W WO2016180814A1 WO 2016180814 A1 WO2016180814 A1 WO 2016180814A1 EP 2016060411 W EP2016060411 W EP 2016060411W WO 2016180814 A1 WO2016180814 A1 WO 2016180814A1
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lens
collimator
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optoelectronic
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PCT/EP2016/060411
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Ulrich Streppel
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • G03B2215/0582—Reflectors

Definitions

  • the invention relates to a lens, an optoelectronic lighting device and a mobile terminal.
  • Mobile terminals for example mobile phones, include partially flash LEDs (LED: light emitting diode, light emitting diode). With multiple flashlight LEDs that emit light of different colors, one is
  • each of the LEDs has its own lens, which images the emitted light in each case in a specific spatial direction.
  • the publication WO214 / 016227 AI shows a lens for a lighting device.
  • the published patent application DE 10 2011 075 753 AI shows a dental treatment light.
  • the object underlying the invention can be seen to provide an efficient concept, which is an efficient optical imaging of light
  • a lens comprising: a basic body,
  • the base body has a light incident surface through which light can enter the base body
  • the light exit surface comprises a microlens structure comprising a plurality of microlenses
  • the light incident surface has a light entry region formed differently from the collimator segments
  • Has back reflection areas which are each associated with one of the two Kollimatorsegmente, for
  • Collimator segment of collimated light towards the corresponding collimator segment Collimator segment of collimated light towards the corresponding collimator segment
  • the main body has a reflection area for
  • Microlens structure can escape from the body.
  • Lighting device comprising:
  • Collimator segments are assigned, so that by means of the respective light-emitting surface of the
  • Back reflection area back towards Collimator segment can be reflected and collimated by means of the collimator in the direction of the light emitting surface and so that by means of the respective light emitting surface of the
  • Incident light incident in the body by means of the back reflection region in the direction of
  • Microlens structure reflects and through the
  • Microlens structure can escape from the body.
  • a mobile terminal becomes
  • the invention therefore includes, in particular and among other things, the idea of providing a lens which has two functions
  • the light emitted light back again reflected in the direction of the light-emitting surfaces is achieved by the provision according to the invention of the collimator segments and the associated back reflection areas.
  • the light emitted by means of the light-emitting surfaces is optically imaged by the microlens structure, so that advantageously a predetermined emission characteristic can be set.
  • emitted light can be achieved.
  • Back reflection regions each comprise one or more relative to the optical axis of the respective back reflection region associated collimator segment concentric prism rings comprising a plurality of prisms for total reflection of the collimated light.
  • a prism ring in the sense of the present invention comprises, in particular, a plurality of prisms which are arranged annularly, that is to say along or on a ring. Ring-shaped means in particular circular. Concentric relative to the optical axis means, in particular, that a center or center of a prism ring lies on the optical axis of the associated collimator segment.
  • the concentric prism rings of a return-reflection area all have one
  • Collimator segment between 40 ° and 50 ° As a result, in particular the technical advantage is achieved that an efficient total reflection can be achieved.
  • a respective prism surface of the prisms has a curvature
  • a spherical, an aspheric, a convex or a concave curvature in particular a spherical, an aspheric, a convex or a concave curvature.
  • the technical advantage is achieved that an efficient return reflection of the collimated light can be achieved.
  • the microlenses are formed as aspherical rotationally symmetrical microlenses each having an equal aspheric coefficient or at least partially different aspheric coefficients.
  • Example can be achieved in an advantageous manner, that in the case of multiple optoelectronic components, the light
  • a color mixture can be effected such that the radiation in several angular ranges always has an equal (mixed) color regardless of which of the optoelectronic
  • Semiconductor components are on or off.
  • the reflection region comprises a plurality of facets collimating the sunken light in the direction of the microlens structure.
  • the technical advantage is achieved that an efficient reflection of the sunken light in the direction of the microlens structure can be achieved.
  • the facets each have a curvature.
  • this can cause a collimation in a further spatial direction, ie in addition to the
  • the base body is free of a reflection coating.
  • the base body is formed as a one-piece base body.
  • the base body is formed as an injection-molded component.
  • the technical advantage in particular that the basic body can be produced efficiently and simply is achieved. This in particular by means of an injection molding process. According to one embodiment, it is provided that the
  • Base body is formed as a one-piece injection-molded component.
  • the basic body revolve around the microlens structure
  • Mounting flange for mounting the body comprises on a housing.
  • the housing may accommodate, for example, the semiconductor devices.
  • the collimator segments are each formed as a collimator lens.
  • a collimator lens is in particular a converging lens or a convex lens.
  • the collimator lens may be, for example, a biconvex, plano-convex, or concave-convex lens.
  • the collimator segments are formed in a recess of the base body delimited by means of the light incidence region.
  • Spacing surface has a reflection coating for reflecting light in the direction of the light incident surface.
  • the technical advantage is achieved that a light extraction from the body can be improved. This in particular by the fact that light, which passes through the back reflection areas in the direction of the
  • Reflective coating on the distance surface can again be reflected away from the semiconductor devices.
  • this reflected light in particular by the
  • Microlens structure are reflected. This means that the light reflected back by means of the return reflection areas can be reused efficiently.
  • a housing having a recess is provided, wherein the semiconductor components are arranged in the housing facing the light emitting surfaces of the recess, wherein the recess is covered by the base body.
  • the housing is formed as a light box.
  • a light box according to the present invention has, in particular, walls with high reflectivity, preferably with a Lambertian radiation characteristic.
  • the walls are shaped or formed to maximize outcoupling of the light from the box.
  • the present invention is understood to mean a mechanical device for connecting semiconductor chips (generally
  • a housing does not necessarily have to, but may have a primary optical functionality.
  • the housing encloses a plurality of housing interior
  • Housing side walls comprises, wherein a respective the
  • Housing interior facing surface of the housing side walls having a reflective coating.
  • the housing has a mounting surface which circumscribes the recess
  • the semiconductor components are arranged rectangular, hexagonal or circular. If there are more than 4 chips, it is important to have the best possible symmetry adjustment to the lens
  • the semiconductor components are formed, light respectively
  • this can be carried out a color mixture. So that means, for example, that the light from different waves can be mixed. As a result, a plurality of colors can be emitted in an advantageous manner.
  • an optoelectronic semiconductor device may be emitted red light.
  • red light has a wavelength of above 600 nm.
  • an optoelectronic semiconductor device can be emitted green light.
  • an optoelectronic semiconductor device can be emitted yellow light. Yellow light points
  • an optoelectronic semiconductor device blue light can be emitted.
  • the semiconductor components can emit red, green, yellow or blue light, for example in each case.
  • this light in the case of a plurality of optoelectronic semiconductor components, this light
  • White tones to emit thus has different color temperatures.
  • a color temperature may be about 2000 K (warm white light).
  • a color temperature may be about 5500K (cool white light).
  • one (or more) of the following features are provided. In one embodiment, one (or more) of the following features:
  • Optoelectronic semiconductor device provided that is adapted to emit white light. This can be achieved, for example, in that the semiconductor component primarily emits blue light (primary light), which by means of a conversion layer, for example a
  • Phosphor conversion layer is converted into white light (secondary light).
  • the semiconductor device comprises, for example, such a conversion layer.
  • one (or more) is opto-electronic
  • Semiconductor component comprising such a conversion layer, which is designed to emit blue light, which by means of the conversion layer in white light
  • the conversion layer can be arranged, for example, in a radiation region of the optoelectronic semiconductor component and at a distance from it.
  • a respective optical axis of the collimator segments and a respective one through a center of the light-emitting Plane-extending normal vector have a lateral offset from each other, which is a maximum of 30% of a side length of the corresponding light-emitting surface.
  • the lighting device is designed as a flash.
  • the optoelectronic lighting device can be used as a flash in a mobile terminal.
  • a respective side length of the semiconductor components is at most 1 mm and / or wherein a respective distance between two optoelectronic semiconductor components is between 50 ym and 100 ym.
  • the technical advantage is achieved that efficient miniaturization can be achieved.
  • a correspondingly smaller housing which is opposite to a larger housing
  • the mobile terminal is a smartphone or a mobile phone. In another embodiment, exactly two
  • each collimator segment exactly one optoelectronic
  • the optoelectronic device in one embodiment, the optoelectronic
  • LED light emitting diode
  • the light-emitting diode is, for example, an organic or an inorganic light-emitting diode.
  • the semiconductor device is formed as a semiconductor chip.
  • the light emitting diode is formed as a light emitting diode chip.
  • the light-emitting diode is a laser diode, in particular a laser diode chip.
  • Fig. 3 shows a lens according to an embodiment in an oblique plan view of a front side of the lens
  • FIG. 4 shows the lens from FIG. 3 in another view, FIG.
  • FIG. 5 shows a detail of the lens according to FIG. 3 in FIG.
  • FIG. 6 shows a beam path in that shown in FIG.
  • Fig. 7 is a side sectional view of the lens according to
  • Fig. 3 shows a detail of the lens of Fig. 3 in
  • FIG. 9 shows a detail of the lens according to FIG.
  • FIG. 11 shows a detail of the lens according to FIG. 3 in FIG.
  • FIG. 12 the lens of FIG. 3 in a plan view of the front and Fig. 13 shows a mobile terminal.
  • the following may be the same for the same characteristics
  • FIG. 1 shows three known lenses 101, 103, 105, as individual individual optics in known flashlights
  • the known lens 101 images light from an LED.
  • the known lens 103 emits light from another LED.
  • the known lens 105 forms light of another LED.
  • Fig. 2 shows four known lenses 201, 203, 205, 207 in a quadrangular arrangement. Analogously to FIG. 1, the known lenses 201, 203, 205, 207 individually form light from a single LED.
  • FIG. 3 shows a lens 301 according to an embodiment in an oblique plan view of a front side 303 of the lens 301.
  • the lens 301 has one of the front side 303
  • the front side 303 of the lens 301 generally indicates the side of the lens 301 which, in the assembled state, that is to say when the lens 301 is part of the optoelectronic lighting device, faces an observer.
  • the backside is 305
  • the lens 301 has a main body 307. Of the
  • the base body 307 includes a light incident surface 309 through which light can enter or enter the base body 307.
  • the main body 307 has a light exit surface 311 through which light which has entered the main body 307 can escape.
  • the light incident surface 309 is part of the back
  • the light exit surface 311 is part of the front side 303 of the lens 301.
  • the light exit surface 311 comprises a microlens structure 313.
  • the microlens structure 313 has a plurality of microlenses 315.
  • microlenses 315 can optically image light. Depending on the lens properties of the microlenses 315, a predetermined emission characteristic of light can thus be set or achieved in an advantageous manner.
  • the main body 307 further has a mounting flange 317, which is the microlens structure 313 formed circumferentially.
  • the mounting flange 317 has a quadrilateral shape having rounded corners.
  • the mounting flange 317 is for mounting the lens 301 on a housing of a
  • the main body 307 has with respect to the
  • Light exit surface 311 has a recess 319. This means that the light exit surface 311 has a recess 319 having. This recess 319 may be referred to as a cavity, for example.
  • the recess 319 is formed centrally on the light exit surface 311.
  • the prism rings 329 and the return reflection areas 321, 323, 325, 327 will be further explained below.
  • the main body 307 further has a plurality of facets 331, which can collimate light in the direction of the microlenses 315, which will be explained further below.
  • Light exit surface 311 has a rosette shape.
  • This rosette shape comprises four arcuate sections 333, 335, 337 and 339. Here corresponds the number of
  • arcuate portions 333, 335, 337, 339 a number of the back reflection areas 321, 323, 325, 327. That is, that, for example, in providing two
  • Rear reflection areas are formed two arcuate portions. For example, in four return reflection areas, four arcuate portions are formed.
  • the main body 307 is for example as a
  • Fig. 4 shows the lens 301 of FIG. 3 in an oblique
  • Mounting flange 317 to recognize. In a mounted state this mounting flange surface 401 is seated on a correspondingly designed mounting surface of a housing.
  • the facets 331 taper in the direction of the light incident surface 309.
  • the light incident surface 309 includes four collimator segments 403, 405, 407, 409.
  • the four collimator segments 403, 405, 407, 409 are each formed as a collimator lens.
  • the collimator segments 403, 405, 407, 409 each have an optical axis (not shown) passing through the center of the concentric prism rings 329 of the four return-reflection regions 321, 323, 325, 327 shown in FIG.
  • the four collimator segments 403, 405, 407, 409 can each have light in the direction of the associated one
  • Rear reflection regions 321, 323, 325, 327 collimate.
  • the return reflection areas 321, 323, 325, 327 reflect this collimated light back toward the
  • the light incident surface 309 further includes a
  • Light incident area 411 which is different from the four
  • Collimator segments 403, 405, 407, 409 is formed.
  • the light incident area 411 forms a circumferential one
  • this recess 413 corresponds to a contour of the arcuate portions 333, 335, 337, 339.
  • the recess 413 has a rosette-shaped contour.
  • FIG. 5 shows a section of the lens 301 according to FIG. 3 in a lateral sectional view. With an opto-electronic is indicated
  • Semiconductor device 501 has a light emitting surface 503 facing the light incident surface 309. Here, the light-emitting surface 503 faces the collimator segment 403.
  • the relative arrangement of the optoelectronic semiconductor device 501 relative to the collimator segment 403 is ideally such that an optical axis 505 of the
  • Center 509 of the light-emitting surface 503 extends. That is, there is no lateral offset between the normal vector 507 and the optical axis 505. That is, ideally, the optical axis 505 passes through the center 509.
  • Offset is at most 30% of a side length of the optoelectronic semiconductor device 501. This side length is indicated by a double arrow with the reference numeral 511. It has been found that such a maximum offset may be allowed or allowed without substantially reducing collimation by collimator segment 403
  • Tolerance can thus be increased in an advantageous manner, a yield in a production of optoelectronic light-emitting devices.
  • Fig. 5 is only an optoelectronic
  • Collimator segment 403 collimated light, which is emitted by means of the light-emitting surface 503. However, it is provided that the three further collimator segments 405, 407, 409 each light a
  • Semiconductor devices (not shown) are provided, which are analogous to the semiconductor device 501 corresponding to one of the Kollimatorsegmente 405, 407, 409 assigned and arranged relative to the corresponding optical axis of these Kollimatorsegmente.
  • an opto-electronic lighting device comprising the lens 301 and four opto-electronic
  • the light which is collimated by means of the collimator segments 403, 405, 407, 409, is then reflected by means of the prism rings 329 back towards the collimator segments 403, 405, 407, 409, which will be explained below.
  • the prisms 513 of the prism rings 329 can be seen. These will become even closer
  • the reference numeral 515 points to a section, which is shown enlarged in FIG.
  • FIG. 6 shows a first beam path in that in FIG. 5
  • section 515 in an enlarged view.
  • the light incident into the collimator segment 403 is symbolic with an arrow with the reference numeral 601
  • the incident light 601 is collimated.
  • the collimated light is indicated by an arrow 603.
  • the collimator segment 403 thus collimates the incident light 601 in the direction of the prisms 513.
  • the prisms 513 each have a base surface 609 and two prism surfaces 605, 607.
  • the prisms 513 have as
  • Base an isosceles triangle on.
  • the two the same leg of this base are here for the sake of simplicity also designated by the reference numerals 605 and 607.
  • the peak formed by the two prism surfaces 605, 607 points in the direction of the collimator segment 403.
  • the collimated light 603 is adjacent to the prism surface 607 in the direction of a prism surface 605 of FIG
  • This reflected light is symbolically indicated by an arrow with the reference numeral 611.
  • the reflected light 611 is then reflected back from the prism surface 605 of the adjacent prism 513 toward the collimator segment 403. This reflected light is symbolic with an arrow with the
  • Numeral 613 marked.
  • the reflected light 613 is then collimated by the collimator segment 403 when this reflected light 613 leaves the collimator segment 403 and again out of the main body 307, ie out of the
  • Light incident surface 309 emerges. This leaked or collimated light is symbolically indicated by an arrow with the reference numeral 615.
  • FIG. 7 shows a side sectional view of the lens according to FIG. 3.
  • Semiconductor device 501 drawn with the optical axis 505 passes through the normal vector 507. Furthermore, a further optoelectronic semiconductor component 701 having a light emitting surface 703 is shown. This is analogous to the component 501 according to the
  • collimator segment 405 Associated with collimator segment 405, which has already been described in connection with FIG.
  • FIG. 7 thus clearly shows a function of the lens 301.
  • Light emitted by the optoelectronic semiconductor components 501, 701 in the direction of the collimator segments 403, 405, 407, 409 is indeed collimated, but then returned to the direction by means of the prisms 513 of the
  • FIG. 8 shows a plan view of the rear side 305 of a section of the lens 301.
  • FIG. 8 shows a second beam path of light emitted from the light emitting surface 503 of the semiconductor device 501 toward the light incident region 411. So that means that this light is not through the
  • Collimator segment 403 is collimated.
  • the light which is incident in the light incidence area 411 is indicated symbolically by two arrows by the reference numeral 801.
  • This incident light 801 strikes the facets 331 and is reflected and collimated by them in the direction of the microlens structure 313 (not shown in FIG. 8).
  • Facets 331 have a curvature to collimate the incident light 801 in two spatial directions.
  • FIG. 9 shows a section of the lens according to FIG. 3 in a lateral sectional view in order to further illustrate the second beam path explained in connection with FIG. 8.
  • the incident light 801 is refracted when it is incident on the main body 307 through the light incident area 411. This refracted light is represented symbolically by two arrows with the reference numeral 901. When this refracted light 901 hits the facets 331, it is reflected by them in the direction of the microlens structure 313 and
  • microlens structure 313 forms this
  • This imaged light is symbolic with two arrows labeled 903
  • light-emitting surface 503 is emitted and not incident through the collimator segment 403 in the base body 307, but incident in the main body by the light incident region 411, deflected due to the refraction at the light incident region 411 in the direction of the facets 311 and from there into
  • Micro lens structure 313 leaves the main body 307 of the lens 301.
  • Fig. 10 shows a housing 1001 in an oblique top view.
  • the housing 1001 is, for example, a light box
  • the housing 1001 has a cuboid shape and thus comprises four side walls 1003, 1005, 1007 and 1009, which enclose an inner space 1011.
  • the housing further has a recess 1013 formed on an upper surface of the housing 1001.
  • This recess 1013 opposite a further recess 1015 is provided.
  • this further recess 1015 four optoelectronic semiconductor components 1017,
  • the optoelectronic semiconductor device 1017 has a light emitting surface 1025.
  • the semiconductor device 1019 has a light emitting surface 1027.
  • Semiconductor device 1021 has a light emitting surface 1029.
  • the semiconductor device 1023 has a
  • These light-emitting surfaces 1025, 1027, 1029, 1031 are arranged facing the recess 1013.
  • the four semiconductor devices 1017, 1019, 1021, 1023 are arranged on a common carrier surface 1033 of a carrier 1035. That is, the housing 1001 on the
  • Carrier surface 1033 is inserted or arranged with the further recess 1015, so that in the assembled state, the four semiconductor devices 1017, 1019, 1021, 1023 are arranged in the further recess 1015.
  • the four side walls 1003, 1005, 1007, 1009 each have a surface 1037 facing the interior 1011.
  • These surfaces 1013 have, for example, a
  • the housing 1001 further includes a mounting surface 1039 that surrounds the recess 1013.
  • the mounting flange surface 401 of the mounting flange 413 of the lens 301 is set.
  • the light emitting surfaces 1025, 1027, 1029, 1031 face the light incident surface 309 of the lens 301.
  • a respective spacing surface between the individual semiconductor components 1017, 1019, 1021, 1023 has, for example, a reflection coating. That is, an area which may have a reflection coating is formed between two semiconductor devices.
  • the four semiconductor devices 1017, 1019, 1021, 1023 emit light each having one in one embodiment
  • At least two of these semiconductor devices each emit light of a different color.
  • FIG. 11 shows a section of the lens 301 according to FIG. 3 in a lateral sectional view.
  • An angle between the prism surface 607 and the optical axis 505 of the associated collimator segment is designated by the reference numeral 1101.
  • the angle 1101 is preferably between 40 ° and 50 °.
  • the prism surface 607 and / or the prism surface 605 has a curvature.
  • the curvature is, for example, a spherical or aspheric curvature.
  • the curvature is, for example, a convex or concave curvature.
  • FIG. 12 shows the lens 301 according to FIG. 3 in a plan view of the front side 303.
  • the microlenses 315 are arranged in rings, for example. That is, for example, lens rings 1201, 1203, 1205, 1207 are formed. For example, it may be provided that the aspheric coefficients of the microlenses 315 from lens ring 1201, 1203, 1205, 1207 to lens ring 1201, 1203, 1205, 1207 are different. In particular, a
  • Toroidal means in particular the following:
  • the respective lens surface of the microlenses 315 is formed as a section of a torus (ie lens with different focal lengths in the x and y directions).
  • x-y polynomial here means in particular the following:
  • respective lens shape of the microlenses 315 is formed according to the following analytical description:
  • N is the number of polynomial coefficients in the series and Ai is the coefficient on the ith extended polynomial term.
  • the polynomials are a power series in x and y.
  • the first term is x, then y, then x * x, x * y, y * y, and so on.
  • the lenses 315 are arranged, for example, along the respective optical axis of the collimator segments 403, 405, 407, 409, that is to say in particular along the associated one
  • a stochastic arrangement of the microlenses 315 may be provided.
  • Arrangement of the lens centers of the microlenses 315 in the plane In particular, a brand-specific arrangement of the microlenses 315 may be provided. In particular, brand-specific means that a specific logo or pattern is formed by the microlenses 315. So that means that the
  • Microlenses 315 are arranged such that they a
  • Fig. 13 shows a mobile terminal 1301.
  • the mobile terminal 1301 comprises an optoelectronic
  • the mobile terminal 1301 is, for example, a smartphone or a mobile device.
  • the optoelectronic lighting device 1303 can be used for
  • the optoelectronic lighting device comprises the arrangement according to FIG. 10. That means, in particular, that a housing 1001 comprising the common carrier 1035 and four semiconductor components 1017, 1019, 1021, 1023 is provided in the mobile terminal 1301. It is then
  • each semiconductor device would become a large one
  • the semiconductor devices can be arranged at a much smaller distance relative to the known prior art. So it can be for
  • a side length of a semiconductor device may be 1 mm.
  • the distance between two semiconductor devices may be between 50 ym and 100 ym.
  • the semiconductor components in a housing, in particular in a light box, with
  • a lens according to the invention is positioned above the light-emitting surface (s) and has, in particular, the following features: 1. Collimating lens segments are provided directly over the light-emitting surfaces of the semiconductor components. In particular, principal axes (normal vector) of the
  • Lens front side mounted cavity or recess are provided totally reflecting prism rings, which cause the light, which leaves the collimator, back to the light emitting surfaces of the
  • the lens has no reflective coating (reflection coating), not even in partial areas. so that means
  • the lens in particular the base body, is free of a reflection coating. 3.
  • the light which does not strike the collimator segments is deflected towards a reflector region of the lens. This light, which is not on the
  • Collimator segments hits, falls into the body over the light incidence area.
  • Reflector region of the lens is effected by means of a refraction of the light at the interface environment of the main body - Lichteinfalls Symposium.
  • the reflector region of the lens has in particular collimating facets. So there is a collimation of this light and a deflection in the direction of the front of the lens instead.
  • microlens structure comprising a plurality of microlenses
  • the microlens structure which can generally also be referred to as a lens array, is in particular dimensioned such that each light bundle arriving on a partial lens of the array is homogeneously distributed over the entire emission area.
  • Semiconductor components can be placed as densely as possible.
  • the semiconductor components are no longer recognizable from the outside, which can produce a homogeneous visual impression.
  • Microlenses of microlens structure allows.
  • the lens can be produced inexpensively by means of an injection molding process.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linse (301), umfassend: - einen Grundkörper (307), - wobei der Grundkörper eine Lichteinfallsfläche (309) aufweist, durch welche Licht in den Grundkörper einfallen kann, - wobei der Grundkörper eine Lichtaustrittsfläche (311) aufweist, durch welche in den Grundkörper eingefallenes Licht austreten kann, - wobei die Lichtaustrittsfläche eine Mikrolinsenstruktur (313) aufweisend mehrere Mikrolinsen umfasst, - wobei die Lichteinfallsfläche zumindest zwei Kollimatorsegmente (403,405,407,409) zum Kollimieren von Licht aufweist, - wobei die Lichteinfallsfläche einen verschieden von den Kollimatorsegmenten gebildeten Lichteintrittsbereich aufweist, - wobei der Grundkörper zumindest zwei Rückreflexionsbereiche (321, 323, 325, 327) aufweist, die jeweils einem der zwei Kollimatorsegmente zugeordnet sind, zum Rückreflektieren des mittels des entsprechenden Kollimatorsegments kollimierten Lichts in Richtung des entsprechenden Kollimatorsegments, - wobei der Grundkörper einen Reflexionsbereich zum Reflektieren von durch den Lichteinfallsbereich eingefallenes Licht in Richtung der Mikrolinsenstruktur aufweist, so dass das reflektierte Licht durch die Mikrolinsenstruktur aus dem Grundkörper austreten kann. Die Erfindung betrifft ferner eine optoelektronische Leuchtvorrichtung sowie ein mobiles Endgerät.

Description

LINSE UND OPTOELEKTRONISCHE LEUCHTVORRICHTUNG
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Linse, eine optoelektronische Leuchtvorrichtung und ein mobiles Endgerät.
Die Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 443.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Mobile Endgeräte, zum Beispiel Mobiltelefone, umfassen teilweise Blitzlicht-LEDs (LED: Light emitting diode, lichtemittierende Diode) . Bei mehreren Blitzlicht-LEDs, die Licht unterschiedlicher Farben emittieren, ist eine
Farbmischung der Farben des emittierten Lichts möglich.
Üblicherweise weist jede der LEDs eine eigene Linse auf, die das emittierte Licht jeweils in eine bestimmte Raumrichtung abbildet .
Die Offenlegungsschrift WO214/016227 AI zeigt eine Linse für eine Leuchtvorrichtung.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 075 753 AI zeigt eine zahnmedizinische Behandlungsleuchte.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein effizientes Konzept bereitzustellen, welches eine effiziente optische Abbildung von Licht
ermöglicht, welches mittels lichtemittierender Flächen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen emittiert wird.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen
Unteransprüchen .
Nach einem Aspekt wird eine Linse bereitgestellt, umfassend: - einen Grundkörper,
- wobei der Grundkörper eine Lichteinfallsfläche aufweist, durch welche Licht in den Grundkörper einfallen kann,
- wobei der Grundkörper eine Lichtaustrittsfläche
aufweist, durch welche in den Grundkörper eingefallenes
Licht austreten kann,
- wobei die Lichtaustrittsfläche eine Mikrolinsenstruktur aufweisend mehrere Mikrolinsen umfasst,
- wobei die Lichteinfallsfläche zumindest zwei
Kollimatorsegmente zum Kollimieren von Licht aufweist,
- wobei die Lichteinfallsfläche einen verschieden von den Kollimatorsegmenten gebildeten Lichteintrittsbereich aufweist,
- wobei der Grundkörper zumindest zwei
Rückreflexionsbereiche aufweist, die jeweils einem der zwei Kollimatorsegmente zugeordnet sind, zum
Rückreflektieren des mittels des entsprechenden
Kollimatorsegments kollimierten Lichts in Richtung des entsprechenden Kollimatorsegments ,
- wobei der Grundkörper einen Reflexionsbereich zum
Reflektieren von durch den Lichteinfallsbereich
eingefallenes Licht in Richtung der Mikrolinsenstruktur aufweist, so dass das reflektierte Licht durch die
Mikrolinsenstruktur aus dem Grundkörper austreten kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
- die erfindungsgemäße Linse und
- mehrere optoelektronischen Halbleiterbauteile jeweils aufweisend eine der Lichteinfallsfläche zugewandte lichtemittierende Fläche, wobei
- die mehreren Halbleiterbauteile jeweils einem der
Kollimatorsegmente zugeordnet sind, so dass mittels der jeweiligen lichtemittierende Fläche der
Halbleiterbauteile emittierte Licht teilweise vom zugeordneten Kollimatorsegment kollimiert, das
kollimierte Licht mittels des entsprechenden
Rückreflexionsbereichs zurück in Richtung Kollimatorsegment reflektiert und mittels des Kollimatorsegments in Richtung der lichtemittierenden Fläche kollimiert werden kann und so dass das mittels der jeweiligen lichtemittierenden Fläche der
Halbleiterbauteile emittierte Licht teilweise durch den
Lichteinfallsbereich in den Grundkörper einfallen, mittels des Rückreflexionsbereichs in Richtung der
Mikrolinsenstruktur reflektiert und durch die
Mikrolinsenstruktur aus dem Grundkörper austreten kann.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein mobiles Endgerät
bereitgestellt, aufweisend die erfindungsgemäße
optoelektronische Leucht orrichtung . Die Erfindung umfasst also insbesondere und unter anderem den Gedanken, eine Linse vorzusehen, die zwei Funktionen
aufweist. Zum einen wird ein Teil des mittels der
lichtemittierenden Flächen emittierte Licht wieder zurück in Richtung der lichtemittierenden Flächen reflektiert. Dies durch das erfindungsgemäße Vorsehen der Kollimatorsegmente und der zugeordneten Rückreflexionsbereiche . Zum anderen wird das mittels der lichtemittierenden Flächen emittierte Licht durch die Mikrolinsenstruktur optisch abgebildet, sodass in vorteilhafter Weise eine vorbestimmte Abstrahlcharakteristik eingestellt werden kann.
Dadurch wird also insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente optische Abbildung des
emittierten Lichts erzielt werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Rückreflexionsbereiche jeweils einen oder mehrere relativ zur optischen Achse des dem entsprechenden Rückreflexionsbereich zugeordneten Kollimatorsegments konzentrische Prismenringe umfassend mehrere Prismen für eine Totalreflexion des kollimierten Lichts umfassen. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Rückreflexion erzielt werden kann. Ein Prismenring im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere mehrere Prismen, die ringförmig, also entlang oder auf einem Ring, angeordnet sind. Ringförmig heißt insbesondere kreisförmig. Konzentrisch relativ zur optischen Achse heißt insbesondere, dass ein Zentrum oder Mittelpunkt eines Prismenrings auf der optischen Achse des zugeordneten Kollimatorsegments liegt. Die konzentrischen Prismenringe eines Rückreflexionsbereichs weisen also alle einen
gemeinsamen Mittelpunkt bei unterschiedlichen Durchmessern auf .
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Winkel zwischen einer jeweiligen Prismenfläche der Prismen des einen oder der mehreren Prismenringe und der
entsprechenden optischen Achse des zugeordneten
Kollimatorsegments zwischen 40° und 50° beträgt. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Totalreflexion erzielt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jeweilige Prismenfläche der Prismen eine Krümmung,
insbesondere eine sphärische, eine asphärische, eine konvexe oder eine konkave Krümmung, aufweist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Rückreflexion des kollimierten Lichts erzielt werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsen als asphärische rotationssymmetrische Mikrolinsen jeweils aufweisend einen gleichen Asphärenkoeffizienten oder zumindest teilweise unterschiedliche Asphärenkoeffizienten gebildet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Mikrolinsen das mittels des Reflexionsbereichs reflektierte Licht effizient optisch abbilden können. Dadurch kann zum Beispiel in vorteilhafter Weise eine bestimmte
Abstrahlcharakteristik eingestellt werden. So kann zum
Beispiel in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass im Fall von mehreren optoelektronischen Bauteilen, die Licht
unterschiedlicher Wellenlängen emittieren, eine Farbmischung derart bewirkt werden kann, dass die Abstrahlung in mehreren Winkelbereichen stets eine gleiche (gemischte) Farbe aufweist unabhängig davon, welche der optoelektronischen
Halbleiterbauteile ein- oder ausgeschaltet sind.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Reflexionsbereich mehrere das eingefallene Licht in Richtung der Mikrolinsenstruktur kollimierende Facetten umfasst.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Reflexion des eingefallenen Lichts in Richtung der Mikrolinsenstruktur erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Facetten jeweils eine Krümmung aufweisen. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Kollimation bewirkt werden kann.
Insbesondere kann dadurch eine Kollimation in eine weitere Raumrichtung bewirkt werden, also zusätzlich zu der
Kollimationsraumrichtung einer ebenen oder flachen Facette.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper frei von einer Reflexionsbeschichtung ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass keine Reflexionsverluste auftreten, die Beschichtungen immer aufweisen. Dem gegenüber weist eine Totalreflexion immer 100% Reflektivität auf (vgl. auch die Ausführungsform umfassend mehrere Prismen) . Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper als ein einteiliger Grundkörper ausgebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine einfache und effiziente Fertigung des Grundkörpers erzielt werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper als ein Spritzgussbauteil gebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Grundkörper effizient und einfach hergestellt werden kann. Dies insbesondere mittels eines Spritzgussprozesses. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Grundkörper als ein einteiliges Spritzgussbauteil gebildet ist .
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper einen um die Mikrolinsenstruktur umlaufenden
Montageflansch zum Montieren des Grundkörpers auf ein Gehäuse umfasst .
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente und einfache Montage des Grundkörpers auf ein Gehäuse ermöglicht ist. Das Gehäuse kann zum Beispiel die Halbleiterbauteile aufnehmen.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kollimatorsegmente jeweils als Kollimatorlinse gebildet sind.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Kollimation erzielt werden kann. Eine Kollimatorlinse ist insbesondere eine Sammellinse oder eine Konvexlinse. Die Kollimatorlinse kann zum Beispiel eine bikonvexe, plankonvexe oder eine Konkav-Konvex-Linse sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kollimatorsegmente in einer mittels des Lichteinfallsbereichs begrenzten Vertiefung des Grundkörpers gebildet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Einkopplung von Licht in den
Grundkörper, hier insbesondere durch den
Lichteinfallsbereich, erzielt werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jeweilige zwischen den Halbleiterbauteilen gebildete
Abstandsfläche eine Reflexionsbeschichtung zum Reflektieren von Licht in Richtung der Lichteinfallsfläche aufweist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Lichtauskopplung aus dem Grundkörper verbessert werden kann. Dies insbesondere dadurch, dass Licht, welches durch die Rückreflexionsbereiche zurück in Richtung der
Halbleiterbauteile reflektiert wird, aufgrund der
Reflexionsbeschichtung auf der Abstandsfläche wieder weg von den Halbleiterbauteilen reflektiert werden kann. Somit kann dieses reflektierte Licht insbesondere durch den
Lichteinfallsbereich in den Grundkörper einfallen oder eintreten und dann über den Reflexionsbereich zur
Mikrolinsenstruktur reflektiert werden. Das heißt also, dass das mittels der Rückreflexionsbereiche zurückreflektierte Licht effizient wiederverwendet werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Gehäuse aufweisend eine Aussparung vorgesehen ist, wobei die Halbleiterbauteile in dem Gehäuse mit den lichtemittierenden Flächen der Aussparung zugewandt angeordnet sind, wobei die Aussparung mittels des Grundkörpers bedeckt ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Halbleiterbauteile vor rauen Umgebungsbedingungen geschützt werden können. Insbesondere bewirkt das Gehäuse einen mechanischen Schutz für die Halbleiterbauteile. Insbesondere kann ein solches Gehäuse einfach und effizient in ein mobiles Endgerät eingebaut werden.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse als ein Lichtkasten gebildet ist. Ein Lichtkasten im Sinne der vorliegenden Erfindung weist insbesondere Wände mit hoher Reflektivität auf, vorzugsweise mit einer Lambert ' sehen Abstrahlcharakteristik. Die Wände sind zum Beispiel derart geformt oder gebildet, dass eine Auskopplung des Lichts aus dem Kasten maximal ist. Unter Gehäuse im Sinne der
vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine mechanische Einrichtung verstanden, um Halbleiterchips (allgemein
optoelektronische Halbleiterbauteile) und die Linse
aufzunehmen und zu haltern. Ein Gehäuse muss nicht unbedingt, kann aber eine primäre optische Funktionalität aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse mehrere einen Gehäuseinnenraum umschließende
Gehäuseseitenwände umfasst, wobei eine jeweilige dem
Gehäuseinnenraum zugewandte Fläche der Gehäuseseitenwände eine Reflexionsbeschichtung aufweist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Lichtauskopplung aus dem Gehäuse effizient
verbessert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine die Aussparung umlaufende Montagefläche
aufweist, wobei der Montageflansch des Grundkörpers auf der Montagefläche angeordnet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Montage des Grundkörpers auf das Gehäuse erzielt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterbauteile rechteckig, hexagonal oder zirkulär angeordnet sind. Wenn mehr als 4 Chips vorliegen, ist es wichtig eine möglichst gute Symmetrieanpassung an die Linse zu haben
(möglichst punktsymmetrisch) und gleichzeitig eine hohe
Packungsdichte. Dies führt zu hexagonalen und zirkulären
Anordnungen der Halbleiterbauteile. Das heißt, dass aufgrund der hexagonalen und zirkulären Anordnungen in vorteilhafter Weise eine effiziente Symmetrieanpassung, insbesondere eine punktsymmetrische Symmetrieanpassung, an die Linse erzielt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterbauteile ausgebildet sind, Licht jeweils
unterschiedlicher Wellenlänge zu emittieren.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die optoelektronische Leuchtvorrichtung Licht
unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen kann. Insbesondere kann dadurch eine Farbmischung durchgeführt werden. Das heißt also, dass zum Beispiel das Licht unterschiedlicher Wellen gemischt werden kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Vielzahl an Farben emittiert werden.
Zum Beispiel kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil rotes Licht emittiert werden. Rotes Licht weist insbesondere eine Wellenlänge von oberhalb 600 nm auf.
Insbesondere kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil grünes Licht emittiert werden. Grünes Licht weist
insbesondere eine Wellenlänge zwischen 520 nm und 565 nm auf
Insbesondere kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gelbes Licht emittiert werden. Gelbes Licht weist
insbesondere eine Wellenlänge zwischen 565 nm und 575 nm auf
Insbesondere kann ein optoelektronisches Halbleiterbauteil blaues Licht emittiert werden. Blaues Licht weist
insbesondere eine Wellenlänge zwischen 460 nm und 480 nm auf, Das heißt also insbesondere, dass die Halbleiterbauteile zum Beispiel jeweils rotes, grünes, gelbes oder blaues Licht emittieren können.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei mehreren optoelektronischen Halbleiterbauteilen diese Licht
unterschiedlicher Weißtöne emittieren können, also
entsprechend ausgebildet sind, Licht unterschiedlicher
Weißtöne zu emittieren. Das emittierte Licht weist also unterschiedliche Farbtemperaturen auf. Eine Farbtemperatur kann zum Beispiel etwa 2000 K (also warmweißes Licht) betragen. Eine Farbtemperatur kann zum Beispiel etwa 5500 K (also kaltweißes Licht) betragen.
In einer Ausführungsform ist ein (oder mehrere)
optoelektronisches Halbleiterbauteil vorgesehen, dass ausgebildet ist, weißes Licht zu emittieren. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass das Halbleiterbauteil primär blaues Licht (Primärlicht) emittiert, welches mittels einer Konversionsschicht, zum Beispiel einer
Phosphorkonversionsschicht, in weißes Licht (Sekundärlicht) konvertiert wird. Das Halbleiterbauteil umfasst zum Beispiel eine solche Konversionsschicht. Somit ist also nach einer Ausführungsform ein (oder mehrere) optoelektronisches
Halbleiterbauteil umfassend eine solche Konversionsschicht vorgesehen, das ausgebildet ist, blaues Licht zu emittieren, das mittels der Konversionsschicht in weißes Licht
konvertiert wird, so dass das Halbleiterbauteil weißes Licht abstrahlt. Die Konversion von blauem Licht in weißes Licht basiert also insbesondere auf einer Phosphorkonversion. Die Konversionsschicht kann zum Beispiel in einem Abstrahlbereich des optoelektronischen Halbleiterbauteils und beabstandet zu diesem angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jeweilige optische Achse der Kollimatorsegmente und ein jeweiliger durch einen Mittelpunkt der lichtemittierenden Flächen verlaufender Normalenvektor einen lateralen Versatz zueinander aufweisen, der maximal 30% einer Seitenlänge der entsprechenden lichtemittierenden Fläche beträgt. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Ausrichtung oder Justage der
lichtemittierenden Fläche relativ zu den Kollimatorsegmenten ermöglicht sein kann. Denn aufgrund der vorgegebenen
maximalen Begrenzung bezüglich des lateralen Versatzes kann in vorteilhafter Weise weiterhin sichergestellt werden, dass eine effiziente Kollimation durchgeführt werden kann. Dennoch ist diese zugelassene oder erlaubte Toleranz ausreichend, um einen Justageschritt zu vereinfachen. Insbesondere kann so eine Fertigung vereinfacht werden.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leuchtvorrichtung als Blitzlicht ausgebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die optoelektronische Leuchtvorrichtung als Blitzlicht in einem mobilen Endgerät verwendet werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jeweilige Seitenlänge der Halbleiterbauteile maximal 1 mm beträgt und/oder wobei ein jeweiliger Abstand zwischen zwei optoelektronischen Halbleiterbauteilen zwischen 50 ym und 100 ym beträgt.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Miniaturisierung erzielt werden kann. Insbesondere reicht in einem solchen Fall ein entsprechend kleineres Gehäuse, was gegenüber einem größeren Gehäuse
Material einsparen kann. Insbesondere ist es dadurch
ermöglicht, einen vorhandenen Einbauraum in einem mobilen Endgerät effizient zu nutzen.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mobile Endgerät ein Smartphone oder ein Mobiltelefon ist. In einer anderen Ausführungsform sind genau zwei
optoelektronische Halbleiterbauteile vorgesehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind genau vier
optoelektronische Halbleiterbauteile vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl der optoelektronischen Halbleiterbauteile der Anzahl der
Kollimatorsegmente entspricht.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedem Kollimatorsegment genau ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil zugeordnet ist.
Nach einer Ausführungsform sind die optoelektronischen
Halbleiterbauteile jeweils als eine Leuchtdiode gebildet. Eine Leuchtdiode kann zum Beispiel als eine lichtemittierende Diode bezeichnet werden. Im Englischen wird eine solche Diode als "light emitting diode" (LED) bezeichnet. Die
lichtemittierende Diode ist zum Beispiel eine organische oder eine anorganische lichtemittierende Diode.
Nach einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil als ein Halbleiterchip gebildet.
Nach einer Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode als ein lichtemittierender Diodenchip gebildet. Nach einer Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode eine Laserdiode, insbesondere ein Laserdiodenchip.
Wenn im Lichte dieser Beschreibung von einem
Halbleiterbauteil geschrieben wird, so ist damit stets ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemeint. Dass heißt, dass das Adjektiv „optoelektronisch" nicht immer vor dem Begriff „Halbleiterbauteil" steht. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Fig. 1 und 2 jeweils bekannte Linsen, Fig. 3 eine Linse nach einer Ausführungsform in einer schrägen Draufsicht auf eine Vorderseite der Linse,
Fig. 4 die Linse aus Fig. 3 in einer anderen Ansicht,
Fig. 5 einen Ausschnitt der Linse nach Fig. 3 in
einer seitlichen Schnittansicht,
Fig. 6 einen Strahlpfad in dem in Fig. 5 gezeigten
Ausschnitt,
Fig. 7 eine seitliche Schnittansicht der Linse nach
Fig. 3, Fig. 8 einen Ausschnitt der Linse nach Fig. 3 in
einer Draufsicht,
Fig. 9 einen Ausschnitt der Linse nach Fig.
einer seitlichen Schnittansicht,
Fig. 10 ein Gehäuse,
Fig. 11 einen Ausschnitt der Linse nach Fig. 3 in
einer seitlichen Schnittansicht,
Fig. 12 die Linse nach Fig. 3 in einer Draufsicht auf die Vorderseite und Fig. 13 ein mobiles Endgerät zeigen . Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche
Bezugszeichen verwendet werden. Der Übersicht halber sind in den Figuren teilweise nicht immer für jedes Element
Bezugszeichen eingezeichnet. Fig. 1 zeigt drei bekannte Linsen 101, 103, 105, die als individuelle Einzeloptiken in bekannten Blitzlichtern
verwendet werden können. Hierbei weisen solche bekannten Blitzlichter mehrere LEDs auf, die jeweils eine individuelle Einzeloptik erhalten. Das heißt also, dass die bekannte Linse 101 Licht von einer LED abbildet. Die bekannte Linse 103 bildet Licht von einer weiteren LED ab. Die bekannte Linse 105 bildet Licht einer weiteren LED ab.
Fig. 2 zeigt vier bekannte Linsen 201, 203, 205, 207 in einer viereckigen Anordnung. Analog zu Fig. 1 bilden die bekannten Linsen 201, 203, 205, 207 jeweils individuell Licht einer einzigen LED ab.
Aufgrund des bekannten Konzepts, dass jede LED eine
individuelle Einzeloptik, hier die bekannten Linsen 101, 103, 105, 201, 203, 205, 207 erhält, müssen die LEDs in der Regel einen relativ großen Abstand zueinander haben. Eine
Miniaturisierung, wie sie zum Beispiel für
Blitzlichtanwendungen in mobilen Endgeräten benötigt wird, ist somit schwer bis gar nicht möglich.
Fig. 3 zeigt eine Linse 301 nach einer Ausführungsform in einer schrägen Draufsicht auf eine Vorderseite 303 der Linse 301.
Die Linse 301 weist eine der Vorderseite 303
gegenüberliegende Rückseite 305 auf. Die Vorderseite 303 der Linse 301 bezeichnet allgemein die Seite der Linse 301, die im montierten Zustand, also wenn die Linse 301 Teil der optoelektronischen Leuchtvorrichtung ist, einem Betrachter zugewandt ist. Die Rückseite 305 ist
allgemein in diesem montierten Zustand dem Betrachter
abgewandt .
Die Linse 301 weist einen Grundkörper 307 auf. Der
Grundkörper 307 umfasst eine Lichteinfallsfläche 309, durch welche Licht in den Grundkörper 307 einfallen oder eintreten kann. Der Grundkörper 307 weist eine Lichtaustrittsfläche 311 auf, durch welche in den Grundkörper 307 eingefallenes Licht austreten kann. Hierbei ist die Lichteinfallsfläche 309 Teil der Rückseite
305 der Linse 301. Die Lichtaustrittsfläche 311 ist Teil der Vorderseite 303 der Linse 301.
Die Lichtaustrittsfläche 311 umfasst eine Mikrolinsenstruktur 313. Die Mikrolinsenstruktur 313 weist mehrere Mikrolinsen 315 auf.
Diese Mikrolinsen 315 können Licht optisch abbilden. Abhängig von Linseneigenschaften der Mikrolinsen 315 kann somit in vorteilhafter Weise eine vorbestimmte Abstrahlcharakteristik von Licht eingestellt oder erzielt werden.
Der Grundkörper 307 weist ferner einen Montageflansch 317 auf, der die Mikrolinsenstruktur 313 umlaufend gebildet ist. Der Montageflansch 317 weist eine Vierecksform aufweisend abgerundete Ecken auf. Der Montageflansch 317 wird für eine Montage der Linse 301 auf ein Gehäuse einer
optoelektronischen Leuchtvorrichtung verwendet, was
nachstehend noch weiter ausgeführt wird.
Der Grundkörper 307 weist bezogen auf die
Lichtaustrittsfläche 311 eine Vertiefung 319 auf. Das heißt also, dass die Lichtaustrittsfläche 311 eine Vertiefung 319 aufweist. Diese Vertiefung 319 kann zum Beispiel als eine Kavität bezeichnet werden.
Die Vertiefung 319 ist mittig auf der Lichtaustrittsfläche 311 gebildet.
In einem hier nicht im Detail gezeigten Bodenbereich der Kavität 319 sind vier Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327 angeordnet, die jeweils mehrere Prismenringe 329
umfassen.
Die Prismenringe 329 und die Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327 werden nachstehend noch weiter erläutert.
Der Grundkörper 307 weist ferner mehrere Facetten 331 auf, die Licht in Richtung der Mikrolinsen 315 kollimieren können, was nachstehend noch weiter erläutert wird.
Eine Kontur der Kavität 319 bezogen auf die
Lichtaustrittsfläche 311 weist eine Rosettenform auf. Diese Rosettenform umfasst vier bogenförmige Abschnitte 333, 335, 337 und 339 auf. Hierbei entspricht die Anzahl der
bogenförmige Abschnitte 333, 335, 337, 339 eine Anzahl der Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327. Das heißt also, dass zum Beispiel bei einem Vorsehen von zwei
Rückreflexionsbereichen zwei bogenförmige Abschnitte gebildet sind. Bei vier Rückreflexionsbereichen sind zum Beispiel vier bogenförmige Abschnitte gebildet.
Der Grundkörper 307 ist zum Beispiel als ein
Spritzgussbauteil gebildet.
Fig. 4 zeigt die Linse 301 aus Fig. 3 in einer schrägen
Draufsicht auf die Rückseite 305.
In dieser Ansicht ist eine Montageflanschfläche 401 des
Montageflansches 317 zu erkennen. In einem montierten Zustand sitzt diese Montageflanschfläche 401 auf einer entsprechend ausgebildeten Montagefläche eines Gehäuses auf.
Die Facetten 331 verlaufen konisch zulaufend in Richtung der Lichteinfallsfläche 309.
Die Lichteinfallsfläche 309 umfasst vier Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409. Die vier Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 sind jeweils als eine Kollimatorlinse gebildet. Die Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 weisen jeweils eine optische Achse auf (nicht gezeigt) , die durch den Mittelpunkt der in Fig. 3 gezeigten konzentrischen Prismenringe 329 der vier Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327 verläuft.
Somit können die vier Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 jeweils Licht in Richtung der zugeordneten
Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327 kollimieren. Die Rückreflexionsbereiche 321, 323, 325, 327 reflektieren dieses kollimierte Licht wieder zurück in Richtung der
entsprechenden Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409.
Die Lichteinfallsfläche 309 umfasst ferner einen
Lichteinfallsbereich 411, der verschieden von den vier
Kollimatorsegmenten 403, 405, 407, 409 gebildet ist. Der Lichteinfallsbereich 411 bildet eine umlaufende
Begrenzungswand einer Vertiefung 413, in welcher die vier Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 angeordnet oder
gebildet sind. Eine Kontur dieser Vertiefung 413 entspricht einer Kontur der bogenförmigen Abschnitte 333, 335, 337, 339. Somit weist die Vertiefung 413 eine rosettenförmige Kontur auf.
Licht, welches durch den Lichteinfallsbereich 411 in den Grundkörper 307 einfällt, wird auf die Facetten 331 einfallen und von dort Richtung der Mikrolinsen 315 reflektiert werden, was im Folgenden noch weiter ausgeführt wird.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt der Linse 301 nach Fig. 3 in einer seitlichen Schnittansicht. Mit eingezeichnet ist ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil 501. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil 501 weist eine lichtemittierende Fläche 503 auf, die der Lichteinfallsfläche 309 zugewandt ist. Hierbei ist die lichtemittierende Fläche 503 dem Kollimatorsegment 403 zugewandt. Die relative Anordnung des optoelektronischen Halbleiterbauteils 501 relativ zum Kollimatorsegment 403 ist idealerweise derart, dass eine optische Achse 505 des
Kollimatorsegments 503 durch einen Normalenvektor 507
verläuft, wobei dieser Normalenvektor 507 durch einen
Mittelpunkt 509 der lichtemittierenden Fläche 503 verläuft. Das heißt also, dass es keinen lateralen Versatz zwischen dem Normalenvektor 507 und der optischen Achse 505 gibt. Das heißt also, dass idealerweise die optische Achse 505 durch den Mittelpunkt 509 verläuft.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann es dennoch eine
Abweichung von dieser idealen Anordnung geben. Somit ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass der entsprechende
Versatz maximal 30% einer Seitenlänge des optoelektronischen Halbleiterbauteils 501 beträgt. Diese Seitenlänge ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 511 gekennzeichnet. Es hat sich gezeigt, dass ein solch maximaler Versatz erlaubt oder zugelassen sein kann, ohne dass eine Kollimation durch das Kollimatorsegment 403 wesentlich vermindert oder
beeinträchtigt wird. Durch das Zulassen einer solchen
Toleranz kann also in vorteilhafter Weise eine Ausbeute bei einer Fertigung von optoelektronischen Leuchtvorrichtungen erhöht werden.
In Fig. 5 ist lediglich ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil 501 gezeigt, welches dem Kollimatorsegment 403 zugeordnet ist. Das heißt also, dass das
Kollimatorsegment 403 Licht kollimiert, welches mittels der lichtemittierenden Fläche 503 emittiert wird. Es ist aber vorgesehen, dass auch die drei weiteren Kollimatorsegmente 405, 407, 409 jeweils Licht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils kollimieren. Das heißt also, dass noch drei weitere optoelektronische
Halbleiterbauteile (nicht gezeigt) vorgesehen sind, die analog zu dem Halbleiterbauteil 501 entsprechend einem der Kollimatorsegmente 405, 407, 409 zugeordnet und relativ zur entsprechenden optischen Achse dieser Kollimatorsegmente angeordnet sind.
Somit ist also eine optoelektronische Leuchtvorrichtung umfassend die Linse 301 und vier optoelektronische
Halbleiterbauteile gebildet. Das Licht, welches mittels der Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 kollimiert wird, wird dann mittels der Prismenringe 329 zurück in Richtung der Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 reflektiert, was nachstehend noch ausgeführt wird. In der Schnittansicht sind die Prismen 513 der Prismenringe 329 zu erkennen. Auch diese werden nachfolgend noch näher
beschrieben werden.
Das Bezugszeichen 515 zeigt auf einen Ausschnitt, der in Fig. 6 vergrößert dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt einen ersten Strahlpfad in dem in Fig. 5
gezeigten Ausschnitt 515 in einer vergrößerten Ansicht.
Das in das Kollimatorsegment 403 einfallende Licht ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 601
dargestellt. Das einfallende Licht 601 wird kollimiert. Das kollimierte Licht ist mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 603 dargestellt. Das Kollimatorsegment 403 kollimiert also das einfallende Licht 601 in Richtung der Prismen 513.
Die Prismen 513 weisen jeweils eine Basisfläche 609 und zwei Prismenflächen 605, 607 auf. Die Prismen 513 weisen als
Grundfläche ein gleichschenkliges Dreieck auf. Die beiden gleichen Schenkel dieser Grundfläche sind hier der Einfachheit halber ebenfalls mit den Bezugszeichen 605 und 607 gekennzeichnet. Die durch die beiden Prismenflächen 605, 607 gebildete Spitze zeigt in Richtung des Kollimatorsegments 403.
Das kollimierte Licht 603 wird an der Prismenfläche 607 in Richtung einer Prismenfläche 605 eines benachbart
angeordneten Prismas 513 reflektiert. Dieses reflektierte Licht ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 611 gekennzeichnet. Das reflektierte Licht 611 wird dann von der Prismenfläche 605 des benachbarten Prismas 513 zurück in Richtung des Kollimatorsegments 403 reflektiert. Dieses reflektierte Licht ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem
Bezugszeichen 613 gekennzeichnet. Das reflektierte Licht 613 wird dann vom Kollimatorsegment 403 kollimiert, wenn dieses reflektierte Licht 613 das Kollimatorsegment 403 verlässt und wieder aus dem Grundkörper 307, also aus der
Lichteinfallsfläche 309, austritt. Dieses ausgetretene oder kollimierte Licht ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 615 gekennzeichnet.
Fig. 7 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Linse nach Fig. 3.
Entsprechend der Fig. 5 ist das optoelektronische
Halbleiterbauteil 501 eingezeichnet, wobei die optische Achse 505 durch den normalen Vektor 507 verläuft. Des Weiteren ist ein weiteres optoelektronisches Halbleiterbauteil 701 aufweisend eine lichtemittierende Fläche 703 eingezeichnet. Dieses ist analog zu dem Bauteil 501 entsprechend dem
Kollimatorsegment 405 zugeordnet, was im Zusammenhang mit Fig. 5 bereits beschrieben wurde.
Ferner ist der Strahlpfad gemäß Fig. 6 zumindest teilweise in Fig. 7 eingezeichnet. Fig. 7 zeigt somit anschaulich eine Funktion der Linse 301. Licht, welches von den optoelektronischen Halbleiterbauteilen 501, 701 in Richtung der Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 emittiert wird, wird zwar kollimiert, dann aber mittels der Prismen 513 wieder zurück in Richtung der
Halbleiterbauteile 501, 701 reflektiert. Das heißt also, dass dieses Licht zwar in den Grundkörper 307 eintritt. Es
verlässt aber nicht den Grundkörper 307 über die
Lichtaustrittsfläche 311, sondern vielmehr wieder über die Lichteinfallsfläche 309, genauer über das entsprechende
Kollimatorsegment. Es findet also in den Prismenringen eine Rückreflexion per Totalreflexion statt.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite 305 eines Ausschnitts der Linse 301.
Fig. 8 zeigt einen zweiten Strahlpfad von Licht, welches von der lichtemittierenden Fläche 503 des Halbleiterbauteils 501 in Richtung des Lichteinfallsbereichs 411 emittiert wird. Das heißt also, dass dieses Licht nicht durch das
Kollimatorsegment 403 kollimiert wird. Das Licht, welches in den Lichteinfallsbereich 411 einfällt, ist symbolisch mittels zwei Pfeilen mit den Bezugszeichen 801 gekennzeichnet. Dieses einfallende Licht 801 trifft auf die Facetten 331 und wird von diesen in Richtung der in Fig. 8 nicht gezeigten Mikrolinsenstruktur 313 reflektiert und kollimiert. Die
Facetten 331 weisen eine Krümmung auf, um das einfallende Licht 801 in zwei Raumrichtungen zu kollimieren. Das
kollimierte Licht ist symbolisch mittels zwei Pfeilen mit den Bezugszeichen 803 gekennzeichnet. Das heißt also, dass die Facetten 331 das einfallende Licht 801 sowohl Richtung der Mikrolinsenstruktur 313 reflektieren als auch kollimieren. Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt der Linse nach Fig. 3 in einer seitlichen Schnittansicht, um den im Zusammenhang mit der Fig. 8 erläuterten zweiten Strahlpfad weiter darzustellen. Das einfallende Licht 801 wird gebrochen, wenn es durch den Lichteinfallsbereich 411 in den Grundkörper 307 einfällt. Dieses gebrochene Licht wird symbolisch mittels zwei Pfeilen mit den Bezugszeichen 901 dargestellt. Wenn dieses gebrochene Licht 901 auf die Facetten 331 trifft, wird es von diesen in Richtung der Mikrolinsenstruktur 313 reflektiert und
kollimiert. Die Mikrolinsenstruktur 313 bildet dieses
kollimierte Licht 803 ab. Dieses abgebildete Licht ist symbolisch mit zwei Pfeilen mit den Bezugszeichen 903
gekennzeichnet.
Das heißt also, dass Licht, welches mittels der
lichtemittierenden Fläche 503 emittiert wird und nicht durch das Kollimatorsegment 403 in den Grundkörper 307 einfällt, sondern in den Grundkörper durch den Lichteinfallsbereich 411 einfällt, aufgrund der Brechung am Lichteinfallsbereich 411 in Richtung der Facetten 311 umgelenkt und von dort in
Richtung der Mikrolinsenstruktur 313 reflektiert und von dieser optisch abgebildet wird und dann durch die
Mikrolinsenstruktur 313 den Grundkörper 307 der Linse 301 verlässt .
Fig. 10 zeigt ein Gehäuse 1001 in einer schrägen Draufsicht von oben.
Das Gehäuse 1001 ist zum Beispiel als ein Lichtkasten
gebildet. Das Gehäuse 1001 weist eine Quaderform auf und umfasst somit vier Seitenwände 1003, 1005, 1007 und 1009, die einen Innenraum 1011 umschließen. Das Gehäuse weist ferner eine Aussparung 1013 auf, die an einer Oberseite des Gehäuses 1001 gebildet ist.
Dieser Aussparung 1013 gegenüberliegend ist eine weitere Aussparung 1015 vorgesehen. In dieser weiteren Aussparung 1015 sind vier optoelektronische Halbleiterbauteile 1017,
1019, 1021, 1023 angeordnet, die in einer Rechteckanordnung angeordnet sind. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 1017 weist eine lichtemittierende Fläche 1025 auf. Das Halbleiterbauteil 1019 weist eine lichtemittierende Fläche 1027 auf. Das
Halbleiterbauteil 1021 weist eine lichtemittierende Fläche 1029 auf. Das Halbleiterbauteil 1023 weist eine
lichtemittierende Fläche 1031 auf.
Diese lichtemittierenden Flächen 1025, 1027, 1029, 1031 sind der Aussparung 1013 zugewandt angeordnet.
Die vier Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023 sind auf einer gemeinsamen Trägeroberfläche 1033 eines Trägers 1035 angeordnet. Das heißt, dass das Gehäuse 1001 auf die
Trägeroberfläche 1033 mit der weiteren Aussparung 1015 gesteckt oder angeordnet wird, sodass im montierten Zustand die vier Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023 in der weiteren Aussparung 1015 angeordnet sind.
Die vier Seitenwände 1003, 1005, 1007, 1009 weisen jeweils eine Fläche 1037 auf, die dem Innenraum 1011 zugewandt ist. Diese Flächen 1013 weisen zum Beispiel eine
Reflexionsbeschichtung auf. Diese Flächen 1037 bilden somit einen Reflektor für das emittierte Licht der
Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023. Diese Flächen 1037 sind also derart gebildet oder angeordnet, dass sie das emittierte Licht in Richtung der Aussparung 1013
reflektieren. Sie weisen zum Beispiel einen Winkel bezogen auf die lichemittierenden Flächen auf, der größer als 90° Grad ist.
Das Gehäuse 1001 umfasst ferner eine Montagefläche 1039, die die Aussparung 1013 umläuft. Auf diese Montagefläche 1039 wird die Montageflanschfläche 401 des Montageflansches 413 der Linse 301 gesetzt. Somit sind die lichtemittierenden Flächen 1025, 1027, 1029, 1031 der Lichteinfallsfläche 309 der Linse 301 zugewandt. Eine jeweilige Abstandsfläche zwischen den einzelnen Halbleiterbauteilen 1017, 1019, 1021, 1023 weist zum Beispiel eine Reflexionsbeschichtung auf. Das heißt, dass zwischen zwei Halbleiterbauteilen eine Fläche gebildet ist, die eine Reflexionsbeschichtung aufweisen kann.
Die vier Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023 emittieren nach einer Ausführungsform Licht jeweils mit einer
unterschiedlichen Farbe. Insbesondere emittieren zumindest zwei dieser Halbleiterbauteile jeweils Licht mit einer unterschiedlichen Farbe.
Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt der Linse 301 nach Fig. 3 in einer seitlichen Schnittansicht.
Vergrößert dargestellt sind die Prismen 513. Ein Winkel zwischen der Prismenfläche 607 und der optischen Achse 505 des zugeordneten Kollimatorsegments ist mit dem Bezugszeichen 1101 gekennzeichnet. Der Winkel 1101 liegt vorzugsweise zwischen 40° und 50°.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Prismenfläche 607 und/oder die Prismenfläche 605 eine Krümmung aufweist. Die Krümmung ist zum Beispiel eine sphärische oder asphärische Krümmung. Die Krümmung ist zum Beispiel eine konvexe oder konkave Krümmung.
Fig. 12 zeigt die Linse 301 nach Fig. 3 in einer Draufsicht auf die Vorderseite 303.
Die Mikrolinsen 315 sind zum Beispiel in Ringen angeordnet. Das heißt also, dass zum Beispiel Linsenringe 1201, 1203, 1205, 1207 gebildet sind. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Asphärenkoeffizienten der Mikrolinsen 315 von Linsenring 1201, 1203, 1205, 1207 zu Linsenring 1201, 1203, 1205, 1207 unterschiedlich sind. Insbesondere kann ein
Asphärenkoeffizient der Mikrolinsen 315 eine toroidische oder x-y-polynomiale Variation aufweisen. Toroidisch bedeutet hier insbesondere folgendes:
Die jeweilige Linsenoberfläche der Mikrolinsen 315 ist als Ausschnitt aus einem Torus (also Linse mit unterschiedlichen Brennweiten in x- und y-Richtung) gebildet. x-y-Polynom bedeutet hier insbesondere folgendes: Die
jeweilige Linsenform der Mikrolinsen 315 ist nach folgender analytischer Beschreibung gebildet:
Figure imgf000027_0001
wobei N die Anzahl der Polynomkoeffizienten in der Reihe und Ai der Koeffizient auf dem i-ten erweiterten Polynomterm ist. Die Polynome sind eine Potenzreihe in x und y. Der erste Term ist x, dann y, dann x*x, x*y, y*y usw. Es gibt zwei Terme der ersten Ordnung, drei Terme der zweiten Ordnung, vier Terme der dritten Ordnung, usw.
Die Linsen 315 sind zum Beispiel entlang der jeweiligen optischen Achse der Kollimatorsegmente 403, 405, 407, 409 angeordnet, also insbesondere entlang des zugehörigen
bogenförmigen Abschnitts 333, 335, 337, 339. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann eine stochastische Anordnung der Mikrolinsen 315 vorgesehen sein. Eine stochastische
Anordnung bezeichnet hier insbesondere eine zufällige
Anordnung der Linsenmittelpunkte der Mikrolinsen 315 in der Ebene. Insbesondere kann eine markenspezifische Anordnung der Mikrolinsen 315 vorgesehen sein. Markenspezifisch heißt insbesondere, dass ein bestimmtes Logo oder Muster durch die Mikrolinsen 315 gebildet wird. Das heißt also, dass die
Mikrolinsen 315 derart angeordnet sind, dass sie ein
bestimmtes Markenlogo oder ein bestimmtes Muster bilden.
Fig. 13 zeigt ein mobiles Endgerät 1301. Das mobile Endgerät 1301 umfasst eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung 1303, wie sie zum Beispiel vorstehend beschrieben ist. Das mobile Endgerät 1301 ist zum Beispiel ein Smartphone oder ein Mobilfunkgerät.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 1303 kann zum
Beispiel als ein Blitzlicht gebildet sein. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die optoelektronische Leuchtvorrichtung die Anordnung gemäß Fig. 10 umfasst. Das heißt also insbesondere, dass in dem mobilen Endgerät 1301 ein Gehäuse 1001 umfassend den gemeinsamen Träger 1035 sowie vier Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023 vorgesehen ist. Es ist dann
insbesondere vorgesehen, dass die Linse 301, wie sie
vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben ist, auf dem Gehäuse 1001 angeordnet ist.
Bei einem solchen Blitzlicht ist in vorteilhafter Weise eine effiziente Farbmischung ermöglicht. Insbesondere kann das Problem einer Farbmischung gelöst werden. Das heißt, dass eine Abstrahlung in alle Winkelbereiche eine gleiche Farbe aufweist, egal welche der Halbleiterbauteile 1017, 1019, 1021, 1023 ein- oder ausgeschaltet sind. Hier würde eine konventionelle Optik, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist, Licht eines LED-Chips, also eine
Farbe, nur in eine bestimmte Raumrichtung abbilden. Des
Weiteren würde aufgrund der Verwendung einer individuellen Einzeloptik für jedes Halbleiterbauteil zu einem großen
Platzbedarf führen, insofern die einzelnen Halbleiterbauteile einen signifikanten Abstand zwischen sich aufweisen müssen, damit ausreichend Platz für die individuellen Einzeloptiken ist .
Da aber erfindungsgemäß eine Linse vorgesehen ist, wie sie vorstehend beschrieben ist, können die Halbleiterbauteile mit einem relativ zum bekannten Stand der Technik viel geringeren Abstand zueinander angeordnet werden. Es kann also zum
Beispiel ein geometrisch und/oder aufbautechnisch kleinstmöglicher Abstand zwischen den einzelnen
Halbleiterbauteilen gewählt werden. Zum Beispiel kann eine Seitenlänge eines Halbleiterbauteils 1 mm betragen. Ein
Abstand zwischen zwei Halbleiterbauteilen kann zum Beispiel zwischen 50 ym und 100 ym liegen.
Nach einer Ausführungsform sind mindestens zwei
Halbleiterbauteile vorgesehen, die jeweils Licht
unterschiedlicher Farbe emittieren.
Nach einer Ausführungsform werden die Halbleiterbauteile in einem Gehäuse, insbesondere in einem Lichtkasten, mit
hochreflektiven Wänden (Reflexionsbeschichtung der Flächen der Seitenwände, die dem Innenraum zugewandt sind) verbaut.
Über der oder den lichtemittierenden Fläche (n) ist nach einer Ausführungsform eine erfindungsgemäße Linse positioniert, die insbesondere folgende Merkmale aufweist: 1. Es sind kollimierende Linsensegmente direkt über den lichtemittierenden Flächen der Halbleiterbauteile vorgesehen. Insbesondere können Hauptachsen (Normalenvektor) der
lichtemittierenden Flächen und der optischen Achse der kollimierenden Linsensegmente (Kollimatorsegmente) leicht seitlich versetzt zueinander sein (maximal 30% der
Seitenlänge eines Halbleiterbauteils) .
2. Über den Linsensegmenten in einer auf der
Linsenvorderseite angebrachten Kavität oder Vertiefung sind totalreflektierende Prismenringe vorgesehen, die bewirken, dass das Licht, was die Kollimatorsegmente verlässt, wieder zurück in Richtung der lichtemittierenden Flächen der
Halbleiterbauteile gelenkt wird. Insbesondere weist die Linse keine reflektierende Beschichtung (Reflexionsbeschichtung) auf, auch nicht in Teilbereichen. Das heißt also
insbesondere, dass die Linse, insbesondere der Grundkörper, frei von einer Reflexionsbeschichtung ist. 3. Das Licht, welches nicht auf die Kollimatorsegmente trifft, wird in Richtung auf einen Reflektorbereich der Linse abgelenkt. Dieses Licht, welches nicht auf die
Kollimatorsegmente trifft, fällt in den Grundkörper über den Lichteinfallsbereich ein. Die Ablenkung in Richtung des
Reflektorbereichs der Linse wird mittels einer Brechung des Lichts an der Grenzfläche Umgebung des Grundkörpers - Lichteinfallsbereich bewirkt. Der Reflektorbereich der Linse weist insbesondere kollimierende Facetten auf. Es findet also eine Kollimation dieses Lichts und eine Umlenkung in Richtung der Vorderseite der Linse statt. Auf der Vorderseite
umfassend die Lichtaustrittsfläche ist insbesondere eine Mikrolinsenstruktur aufweisend mehrere Mikrolinsen
angeordnet. Die Mikrolinsenstruktur, die allgemein auch als ein Linsenarray bezeichnet werden kann, ist insbesondere so dimensioniert, dass jedes auf einer Teillinse des Arrays ankommende Lichtbündel über den gesamten Abstrahlungsbereich homogen verteilt wird. Die Vorteile des vorstehend beschriebenen Konzepts liegen insbesondere in einer kompakten Bauweise, da die
Halbleiterbauteile dichtmöglichst platziert werden können.
Insbesondere sind die Halbleiterbauteile von außen nicht mehr erkennbar, was einen homogenen optischen Eindruck hervorrufen kann .
Insbesondere ist eine markenspezifische Anordnung der
Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur ermöglicht.
Insbesondere kann die Linse mittels eines Spritzgussprozesses kostengünstig hergestellt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
BEZUGSZEICHENLISTE
101 Linse
103 Linse
105 Linse
201 Linse
203 Linse
205 Linse
207 Linse
301 Linse
303 Vorderseite
305 Rückseite
307 Grundkörper
309 Lichteinfallsfläche
311 Lichtaustrittsfläche
313 Mikrolinsenstruktur
315 Mikrolinsen
317 Montageflansch
319 Vertiefung
321 Rückreflexionsbereich
323 Rückreflexionsbereich
325 Rückreflexionsbereich
327 Rückreflexionsbereich
329 Prismenringe
331 Facette
333 bogenförmiger Abschnitt
335 bogenförmiger Abschnitt
337 bogenförmiger Abschnitt
339 bogenförmiger Abschnitt
401 Montageflanschfläche
403 Kollimatorsegment
405 Kollimatorsegment
407 Kollimatorsegment
409 Kollimatorsegment
411 Lichteinfallsbereich
413 Vertiefung
501 optoelektronisches Halbleiterbauteil
503 lichtemittierende Fläche 505 optische Achse
507 Normalenvektor
509 Mittelpunkt
511 Seitenlänge
513 Prisma
515 Ausschnitt
601 einfallende Licht
603 kollimierte Licht
605 Prismenfläche
607 Prismenfläche
609 Basisfläche
611 reflektierte Licht
613 reflektierte Licht
615 kollimierte Licht
701 optoelektronisches Halbleiterbauteil
703 lichtemittierende Fläche
801 einfallendes Licht
803 kollimierte Licht
901 gebrochene Licht
903 abgebildete Licht
1001 Gehäuse
1003 Seitenwand
1005 Seitenwand
1007 Seitenwand
1009 Seitenwand
1011 Innenraum
1013 Aussparung
1015 weitere Aussparung
1017 optoelektronisches Halbleiterbauteil 1019 optoelektronisches Halbleiterbauteil
1021 optoelektronisches Halbleiterbauteil
1023 optoelektronisches Halbleiterbauteil
1025 lichtemittierende Fläche
1027 lichtemittierende Fläche
1029 lichtemittierende Fläche
1031 lichtemittierende Fläche
1033 Trägeroberfläche
1035 Träger 1037 Fläche
1039 Montagefläche
1101 Winkel
1201 Linsenring
1203 Linsenring
1205 Linsenring
1207 Linsenring
1301 mobiles Endgerät
1303 optoelektronische Leucht orrichtung

Claims

PATENTA S PRUCHE
Linse (301), umfassend:
- einen Grundkörper (307),
- wobei der Grundkörper (307) eine Lichteinfallsfläche
(309) aufweist, durch welche Licht in den Grundkörper (307) einfallen kann,
- wobei der Grundkörper (307) eine Lichtaustrittsfläche
(311) aufweist, durch welche in den Grundkörper (307) eingefallenes Licht austreten kann,
- wobei die Lichtaustrittsfläche (311) eine
Mikrolinsenstruktur (313) aufweisend mehrere Mikrolinsen (315) umfasst,
- wobei die Lichteinfallsfläche (309) zumindest zwei
Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) zum Kollimieren von Licht aufweist,
- wobei die Lichteinfallsfläche (309) einen verschieden von den Kollimatorsegmenten (403, 405, 407, 409)
gebildeten Lichteintrittsbereich aufweist,
- wobei der Grundkörper (307) zumindest zwei
Rückreflexionsbereiche (321, 323, 325, 327) aufweist, die jeweils einem der zwei Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) zugeordnet sind, zum Rückreflektieren des mittels des entsprechenden Kollimatorsegments (403, 405, 407, 409) kollimierten Lichts (603) in Richtung des entsprechenden Kollimatorsegments (403, 405, 407, 409),
- wobei der Grundkörper (307) einen Reflexionsbereich zum Reflektieren von durch den Lichteinfallsbereich
eingefallenes Licht in Richtung der Mikrolinsenstruktur (313) aufweist, so dass das reflektierte Licht durch die Mikrolinsenstruktur (313) aus dem Grundkörper (307) austreten kann.
Linse (301) nach Anspruch 1, wobei die
Rückreflexionsbereiche (321, 323, 325, 327) jeweils einen oder mehrere relativ zur optischen Achse des dem
entsprechenden Rückreflexionsbereich (321, 323, 325, 327) zugeordneten Kollimatorsegments (403, 405, 407, 409) konzentrische Prismenringe umfassend mehrere Prismen für eine Totalreflexion des kollimierten Lichts (603)
umfassen .
Linse (301) nach Anspruch 2, wobei ein Winkel zwischen einer jeweiligen Prismenfläche (607) der Prismen des einen oder der mehreren Prismenringe und der entsprechenden optischen Achse des zugeordneten Kollimatorsegments (403, 405, 407, 409) zwischen 40° und 50° beträgt.
Linse (301) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine jeweilige Prismenfläche (607) der Prismen eine Krümmung,
insbesondere eine sphärische, eine asphärische, eine konvexe oder eine konkave Krümmung, aufweist.
Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikrolinsen (315) als asphärische rotationssymmetrische Mikrolinsen (315) jeweils aufweisend einen gleichen
Asphärenkoeffizienten oder zumindest teilweise
unterschiedliche Asphärenkoeffizienten gebildet sind.
Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikrolinsenstruktur (313) derart gebildet ist, dass jedes auf eine Mikrolinse (315) der Mikrolinsenstruktur (313) mittels des reflektierten Lichts gebildete einfallende Lichtbündel nach dem Austreten aus dem Grundkörper (307) über einen vorbestimmten Abstrahlungsbereich eine homogene Verteilung aufweist.
Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Reflexionsbereich mehrere das eingefallene Licht in
Richtung der Mikrolinsenstruktur (313) kollimierende
Facetten (331) umfasst. Linse (301) nach Anspruch 7, wobei die Facetten (331) jeweils eine Krümmung aufweisen.
9. Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (307) frei von einer Reflexionsbeschichtung ist .
10. Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (307) als ein Spritzgussbauteil gebildet ist .
11. Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (307) einen um die Mikrolinsenstruktur (313) umlaufenden Montageflansch (317) zum Montieren des Grundkörpers (307) auf ein Gehäuse umfasst.
12. Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) jeweils als Kollimatorlinse gebildet sind.
13. Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) in einer mittels des Lichteinfallsbereichs begrenzten Vertiefung (413) des Grundkörpers (307) gebildet sind.
14. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303), umfassend:
- eine Linse (301) nach einem der vorherigen Ansprüche, und
- mehrere optoelektronischen Halbleiterbauteile (501,
1017, 1019, 1021, 1023) jeweils aufweisend eine der Lichteinfallsfläche (309) zugewandte lichtemittierende Fläche (503, 1025, 1027, 1029, 1031), wobei
- die mehreren Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) jeweils einem der Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) zugeordnet sind, so dass mittels der
jeweiligen lichtemittierende Fläche (503, 1025, 1027, 1029, 1031) der Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) emittierte Licht teilweise vom zugeordneten Kollimatorsegment (403, 405, 407, 409) kollimiert, das kollimierte Licht (603) mittels des entsprechenden Rückreflexionsbereichs (321, 323, 325, 327) zurück in Richtung Kollimatorsegment (403, 405, 407, 409)
reflektiert und mittels des Kollimatorsegments (403, 405, 407, 409) in Richtung der lichtemittierenden Fläche (503, 1025, 1027, 1029, 1031) kollimiert werden kann und so dass das mittels der jeweiligen lichtemittierenden
Fläche (503, 1025, 1027, 1029, 1031) der
Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023)
emittierte Licht teilweise durch den
Lichteinfallsbereich in den Grundkörper (307) einfallen, mittels des Rückreflexionsbereichs (321, 323, 325, 327) in Richtung der Mikrolinsenstruktur (313) reflektiert und durch die Mikrolinsenstruktur (313) aus dem
Grundkörper (307) austreten kann. 15. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach Anspruch 14, wobei eine jeweilige zwischen den Halbleiterbauteilen (501, 1017, 1019, 1021, 1023) gebildete Abstandsfläche eine Reflexionsbeschichtung zum Reflektieren von Licht in Richtung der Lichteinfallsfläche (309) aufweist.
16. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach Anspruch 14 oder 15, wobei ein Gehäuse (1001) aufweisend eine
Aussparung (1013) vorgesehen ist, wobei die
Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) in dem Gehäuse mit den lichtemittierenden Flächen (503, 1025,
1027, 1029, 1031) der Aussparung (1013) zugewandt
angeordnet sind, wobei die Aussparung (1013) mittels des Grundkörpers (307) bedeckt ist. 17. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach Anspruch
16, wobei das Gehäuse (1001) mehrere einen
Gehäuseinnenraum (1011) umschließende Gehäuseseitenwände (1003, 1005, 1007, 1009) umfasst, wobei eine jeweilige dem
Gehäuseinnenraum (1011) zugewandte Fläche der
Gehäuseseitenwände (1003, 1005, 1007, 1009) eine
Reflexionsbeschichtung aufweist.
18. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach Anspruch 16, aufweisend die Linse (301) nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse (1001) eine die Aussparung (1013) umlaufende
Montagefläche aufweist, wobei der Montageflansch (317) des Grundkörpers (307) auf der Montagefläche angeordnet ist.
19. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) rechteckig, hexagonal oder zirkulär angeordnet sind.
20. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) ausgebildet sind, Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu emittieren.
21. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei eine jeweilige optische Achse der Kollimatorsegmente (403, 405, 407, 409) und ein jeweiliger durch einen Mittelpunkt der lichtemittierenden Flächen (503, 1025, 1027, 1029, 1031) verlaufender
Normalenvektor einen lateralen Versatz zueinander
aufweisen, der maximal 30% einer Seitenlänge der
entsprechenden lichtemittierenden Fläche (503, 1025, 1027, 1029, 1031) beträgt.
22. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Leuchtvorrichtung als Blitzlicht ausgebildet ist.
23. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei eine jeweilige Seitenlänge der Halbleiterbauteile (501, 1017, 1019, 1021, 1023) maximal 1 mm beträgt und/oder wobei ein jeweiliger Abstand zwischen zwei Halbleiterbauteilen (501, 1017, 1019, 1021, 1023) zwischen 50 ym und 100 ym beträgt.
24. Mobiles Endgerät (1301), aufweisend die
optoelektronische Leuchtvorrichtung (1303) nach einem der Ansprüche 14 bis 23.
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