WO2020002244A1 - Bauelement - Google Patents

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WO2020002244A1 PCT/EP2019/066680 EP2019066680W WO2020002244A1 WO 2020002244 A1 WO2020002244 A1 WO 2020002244A1 EP 2019066680 W EP2019066680 W EP 2019066680W WO 2020002244 A1 WO2020002244 A1 WO 2020002244A1
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component
layer
emitting element
structured
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PCT/EP2019/066680
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Thomas Feichtinger
Stefan SAX
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TDK Electronics AG
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    • H10H20/872—Periodic patterns for optical field-shaping, e.g. photonic bandgap structures

Definitions

  • the present invention relates to a component which has a light-emitting element.
  • the component can be, for example, an LED matrix or an LED array with an integrated carrier, which has both a carrier substrate and the light-emitting elements.
  • Adjust the radiation characteristics of the light-emitting elements may be desired, for example. Furthermore, a space requirement for a
  • a component is proposed that a light-emitting element and a structured layer arranged on the light-emitting element with an optical
  • the structured layer is designed in particular on the basis of its optical functionality To change the radiation characteristics of the light-emitting element.
  • the radiation pattern can be adapted to the respective application. For example, at
  • Headlights in a vehicle a parallel bundled radiation of light in one direction to the front
  • a diffuse radiation characteristic is preferred in other applications, for example when the component is used as a flash in a smartphone.
  • the structured layer can in particular contribute to the fact that a large proportion of the light emitted by the light-emitting element is emitted in the desired manner.
  • the structured layer can thus contribute to an improvement in the light yield.
  • the structured layer can be a thin film.
  • the structured layer can accordingly become one
  • the light-emitting element can in particular be a light-emitting diode.
  • the light-emitting element can also be an arrangement of
  • Each of these areas can have one light-emitting diode or a plurality of light-emitting diodes.
  • the light-emitting element can be a matrix or an array of light-emitting diodes.
  • the light-emitting element can, for example, emit light in a blue frequency spectrum.
  • the structured layer can in particular be designed such that it is separated from the light-emitting element
  • the optical functionalities can thus be collimation, dispersion or expansion.
  • structured layer can have one or more of these optical functionalities.
  • optical crosstalk In the case of components which have a plurality of light-emitting elements, so-called optical crosstalk can occur. This results in a spatial radiation behavior typical of light-emitting elements
  • This undesirable optical crosstalk can be avoided by bundling the emitted light.
  • the optical functionality of the structured layer can in particular be selected such that such an optical crosstalk does not occur.
  • the structured layer can do this
  • the respective optical functionality of the structured layer is selected depending on the intended application of the component.
  • the structured layer can have a first area with a first optical functionality and a second area with a second optical functionality, the second optical functionality being different from the first optical functionality. Accordingly, the structured layer allow multiple optical functionalities at the same time.
  • the first optical functionality can be a collimation, a dispersion and / or an expansion.
  • the second optical functionality can be a collimation, a dispersion and / or an expansion.
  • Optical functionality can also be a collimation, a dispersion and / or an expansion.
  • Each of the first and the second optical functionalities can thus have one or more of these functionalities.
  • the first area can be just above the
  • the light-emitting element can be arranged and the second region can be arranged to the side of the light-emitting element and not cover the light-emitting element. Accordingly, another of the patterned layer may be over the light emitting element
  • Functionality can be realized as in areas in which the structured layer does not cover the light-emitting element.
  • the light can be collimated in the first area and scattered in the second area. This allows a particularly good bundling of the
  • the scattered light component can be kept particularly low by scattering in the second area.
  • both the first region and the second region of the structured layer can be above the
  • Such a structured layer can be particularly advantageous if the
  • the light-emitting element has multiple light sources.
  • the light sources can be understood as individual pixels and, due to the different structuring in the individual areas of the structured layer, each pixel can be assigned a desired optical functionality.
  • the structured layer can form a Fresnel lens.
  • a Fresnel lens has a very small volume and can accordingly miniaturize the
  • the structured layer can have a plurality of sublayers which differ from one another in their physical properties and / or their chemical properties and / or their functional properties.
  • one of the sub-layers can be an adhesion-promoting carrier layer.
  • a further sub-layer can have the structuring of the structured layer.
  • the structured layer can be structured on an upper side of the structured layer facing away from the light-emitting element and / or on a lower side of the structured layer facing the light-emitting element. Both the top and the bottom can either be complete or only
  • the structured layer can envelop the light-emitting element. Accordingly, the structured layer can be arranged on all outer surfaces of the light-emitting element. Such an arrangement of the structured layer can be particularly useful in applications in which a diffuse radiation characteristic is desired.
  • a layer thickness of the structured layer can be between 1 ⁇ m and 1000 ⁇ m. A layer thickness below 1 ⁇ m does not appear to make sense, since otherwise the layer can hardly be structured. The layer thickness should not be greater than 1000 ⁇ m in order to enable miniaturization of the component. Because the thin structured
  • Layer at least part of a functionality
  • Primary optics can at least be reduced.
  • the structured layer can thus contribute to miniaturization.
  • a light conversion layer can be arranged between the structured layer and the light-emitting element.
  • the light conversion layer can be configured to change the spectrum of light that passes through it.
  • the light conversion layer can convert blue light into white light.
  • the light conversion layer can have phosphorus.
  • the light conversion layer can be formed as a partial layer of the structured layer.
  • the light conversion layer can be formed by an adhesion-promoting partial layer of the structured layer which, for example, has a substrate film with integrated phosphorus.
  • At least one optical component can be arranged on an upper side of the structured layer, which faces away from the light-emitting element.
  • Component can be a collimator.
  • the structured layer can be designed for that
  • the structured layer have a pre-collimator function that interacts with the collimator.
  • the component can have a carrier substrate on which the light-emitting element is arranged, at least one further light-emitting element being arranged on the carrier substrate.
  • the light-emitting elements can be arranged in a matrix or an array. Between the light emitting element and the other
  • light-emitting element can be an intermediate layer
  • the intermediate layer can perform various functions. It can contribute to the attachment of the structured layer and can serve as an alignment device. Alternatively or
  • the intermediate layer can be designed to absorb light coupled into it.
  • Intermediate layer can be designed, inter alia, from the light-emitting elements into the intermediate layer
  • the intermediate layer can be covered by the structured layer.
  • an additional light conversion layer can also be arranged above the intermediate layer.
  • An upper surface of the intermediate layer, which faces away from the carrier sub, can have a depression which is such is shaped such that light coupled into the intermediate layer in the direction of the light-emitting element
  • Carrier substrate is reflected.
  • a partition wall can be arranged between the light-emitting element and the further light-emitting element.
  • the partition can be made of the same material as the carrier substrate.
  • the partition wall can prevent light from adjacent light-emitting elements from being superimposed. Accordingly, the partition can avoid or reduce undesirable optical cross talk.
  • the partition wall can form an angle between 10 ° and 80 ° with a surface of the carrier substrate.
  • the partition wall can be arranged obliquely on the surface of the carrier substrate.
  • the partition can have the shape of a cross section
  • Elements are emitted laterally, are reflected in a direction away from the carrier substrate. This allows the light to be focused.
  • the partition can be covered with a reflective layer.
  • the reflective layer can be a metallization.
  • the reflective layer can increase the proportion of light reflected by the partition.
  • the intermediate layer can be an optically transparent
  • the light-emitting element can be a
  • the structured layer can be arranged in several
  • the structured layer covering a first region with a first optical
  • a locally different optical functionality of the individual surfaces can be formed by the structured layer.
  • Each surface can act as a pixel, pointing at one viewer from the other
  • the light-emitting surfaces can be optically decoupled from one another. It can thus be avoided that the surfaces interfere with each other in their radiation characteristics.
  • At least two of the areas from the arrangement of the multiple light-emitting areas can vary in size
  • the present invention is based on the
  • FIG. 1 shows a side view of a component which has a plurality of light-emitting elements.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the
  • Figure 3 shows a third embodiment of the
  • Figure 4 shows a detailed view of part of the
  • FIG. 5 shows another embodiment of the
  • FIG. 6 shows another embodiment of the
  • Figure 7 shows a further embodiment of the
  • FIG. 1 shows a side view of a component 1 which has a plurality of light-emitting elements 2.
  • Component 1 is a lighting system.
  • the plurality of light-emitting elements 2 are arranged in a matrix or an array.
  • the lighting system can be used, for example, in a headlight of a vehicle or in a flash of a portable device, for example a cell phone.
  • the component 1 has a carrier substrate 3.
  • the light-emitting elements 2 are arranged on the carrier substrate 3.
  • the carrier substrate 3 has a multilayer structure.
  • the carrier substrate 3 is configured in such a way that the light-emitting elements 2 can be controlled separately from one another.
  • the light-emitting elements 2 can emit light.
  • a light conversion layer 4 is arranged on an upper side 2a of the light-emitting elements 2, which points away from the carrier substrate 3.
  • the light conversion layer 4 is designed to convert the light emitted by the light-emitting elements 2 in such a way that the spectrum of the emitted radiation changes.
  • the light conversion layer 4 can have phosphorus.
  • the light conversion layer 4 is designed to convert a blue spectrum emitted by the blue light-emitting diode into a white one
  • An intermediate space is arranged in each case between two adjacent light-emitting elements 2 on the carrier substrate 3. This intermediate space is filled with an intermediate layer 5.
  • the intermediate layer 5 can, for example, have silicone or consist of silicone. In the exemplary embodiment shown here, the intermediate layer 5 is designed to emit light from the light-emitting elements 2 into the
  • Intermediate layer 5 is coupled to absorb. In this way there is a side emission of light
  • the intermediate layer 5 can have a filler material in addition to the silicone, as a result of which the
  • the Intermediate layer 5 avoids optical coupling of the light-emitting elements 2 adjacent to one another.
  • Such an optical coupling is also called crosstalk
  • the intermediate layer 5 can be designed as a waveguide. Accordingly, the
  • Intermediate layer 5 to transmit coupled light in the desired manner.
  • the intermediate layer 5 can guide the light coupled into it to the carrier substrate 3.
  • the material of the intermediate layer 5 becomes such
  • Expansion coefficient of the light-emitting elements 2 deviates in order to prevent the occurrence of mechanical stresses in the event of temperature changes.
  • 5 fillers can be added to the material of the intermediate layer.
  • the component 1 has a structured layer 6 with an optical functionality.
  • the structured layer 6 is on an upper side 4a of the light conversion layer 4, which faces away from the carrier substrate 3, and on an upper side 5a of the intermediate layer 5, which of the
  • Carrier substrate 3 points away.
  • the structured layer 6 covers the light-emitting element 2 and an intermediate space between two adjacent light-emitting elements 2.
  • the structured layer 6 is of this type
  • the structured layer 6 collimates the emitted one
  • the structured layer 6 is structured such that it forms a Fresnel lens.
  • the structured layer 6 is a film. It has a thickness of less than 1000 ⁇ m. Due to their thin construction, no additional mechanical components are required to fix them. Rather, the intermediate layer 5 bears in the space between two neighboring ones
  • the intermediate layer 5 can also be used as
  • Alignment device can be called.
  • the component 1 has a plurality of optical components 7.
  • the optical components 7 are the optical components 7 .
  • the optical components 7 are on an upper side 6a of the structured layer 6, which of the
  • Carrier substrate 3 and the light-emitting element 2 points away.
  • a collimator is arranged on the top 2a of each light-emitting element 2. The collimator also helps to ensure that
  • Light-emitting element 2 is arranged, supports the function of the optical component 7.
  • the structured layer 6 and the optical component 7 can in the shown in Figure 1
  • the structured layer 6 can in an alternative
  • Embodiment also have a different optical functionality.
  • the structured layer 6 could also be configured by the light-emitting one
  • Figure 2 shows a second embodiment of the
  • the structured layer 6 in the second embodiment differs from that shown previously
  • Has region 8 in which the structured layer 6 is structured such that it has a first optical functionality, and has a second region 9, in which the
  • structured layer 6 is structured such that it has a second optical functionality that differs from the first functionality.
  • the first region 8 is in each case the region of the structured layer 6 which covers a light-emitting element 2.
  • the second area 9 is the area of the structured layer 6 that covers the spaces between two adjacent light-emitting elements 2. The second region 9 is therefore not directly above a light-emitting element 2
  • the structured layer 6 can have a plurality of first regions 8 with the first optical functionality and a plurality of second ones
  • the structured layer 6 is structured such that it is separated from the light-emitting one Element 2 emitted light collimates.
  • the structured layer 6 can be structured in the first region 8 to form a Fresnel lens.
  • the structuring in the first region 8 is shown in FIG.
  • the structured layer 6 is structured such that it scatters light emitted by the light-emitting element 2. A diffuse light is thereby generated in the second region 9.
  • the structured layer 6 is structured such that it scatters light emitted by the light-emitting element 2. A diffuse light is thereby generated in the second region 9.
  • structured layer 6 for example, irregularly
  • the component 1 according to the second exemplary embodiment can furthermore have an optical component 7 which, as shown in the first exemplary embodiment, is arranged on the upper side 6a of the structured layer 6. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, however, such an optical component 7 is not provided.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the component 1.
  • the third exemplary embodiment differs from the second exemplary embodiment with regard to the configuration of the intermediate layer 5.
  • the intermediate layer 5 closes on its upper side 5a, which points away from the carrier substrate 3, flush with the light conversion layer 4 and is flat.
  • the intermediate layer 5 has a depression 10 on its upper side 5a.
  • An oblique interface 11 is formed between the intermediate layer 5 and the structured layer 6 through the depression 10.
  • a material of the carrier substrate 3 can be selected such that it has a high degree of absorption and in this way the emitted light
  • This configuration of the intermediate layer 5 contributes to the proportion of the scattered light in the
  • additional light conversion layer 12 is provided, which covers parts of the upper side 6a of the structured layer 6.
  • the additional light conversion layer 12 here covers the second region 9 of the structured layer 6.
  • the additional light conversion layer 12 is therefor
  • the additional light conversion layer 12 is provided for that light from the Light-emitting elements 2 is laterally coupled into the intermediate layer 5 and is then emitted on the upper side 6a of the structured layer 5 without having to pass through the light conversion layers 4.
  • the additional light conversion layer 12 can also have phosphorus. It is used to convert a remaining part of the blue light spectrum into white light.
  • Light conversion layer 12 can also be provided in the first and second exemplary embodiments. In further alternative exemplary embodiments, it is conceivable for the light-emitting element 2 to be partially or completely enveloped with the light conversion layer 4. At a
  • the light conversion layer 4 could be arranged on all outer sides of the light-emitting element 2, apart from an underside of the
  • Carrier substrate 3 rests.
  • the underside of the light-emitting element 2 is additionally covered with the light conversion layer 4.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a part of the component
  • the carrier substrate 3 is a multilayer ceramic substrate.
  • the light-emitting element 2 is a light-emitting diode which is designed to emit light in a blue light spectrum.
  • the light conversion layer 4, the phosphor, is arranged directly on the light-emitting diode having.
  • the structured layer 6 is arranged on an upper side 4a of the light conversion layer 4, which points away from the light-emitting element 2.
  • the structured layer 6 has a lower partial layer 13 and an upper partial layer 14.
  • the lower sub-layer 13 lies directly on the light conversion layer 4.
  • the lower sub-layer 13 is an adhesion-promoting carrier layer. For example, you can use one or more of the
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the upper sub-layer 14 is on the lower side
  • Sub-layer 13 arranged facing away from the light-emitting element 2.
  • the structured layer 6 is structured in the upper partial layer 14.
  • the structuring can be produced by embossing, a thermal printing process or by lasering the upper partial layer 14.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the
  • Component 1 In the embodiment shown in FIG. 5, the light conversion layer 4 and the lower sub-layer 13 of the structured layer 6 have been combined into a single layer 13 '. It is a layer that has a material that is a
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the component 1.
  • the component 1 has a light-emitting element 2 which consists of a plurality of light-emitting surfaces. In Figure 6, two of these surfaces are shown as an example.
  • the structured layer 6 covers the surfaces of the light-emitting element 2.
  • the structured layer 6 has a first region 8 with a first optical
  • the first region 8 is arranged over a first surface of the light-emitting element 2 and the second region 9 is arranged over a second surface of the light-emitting element 2.
  • the two surfaces act as pixels and, due to the different structuring of layer 6, show different radiation characteristics.
  • the two areas are of different sizes.
  • the areas can be the same size.
  • the component can have more than two surfaces
  • Each of the surfaces shown can be a single light-emitting diode or an array consisting of several as a light source
  • Figure 7 shows a further embodiment of the
  • the component 1 has several
  • Carrier substrate 3 are arranged.
  • the carrier substrate 3 is a multilayer substrate that is designed to control each of the light-emitting elements 2 separately.
  • a partition 15 is arranged between two mutually adjacent light-emitting elements 2.
  • the partition 15 can be made of the same material as that
  • the partition 15 is oblique to one
  • the partition wall 15 is arranged at an angle of 45 ° to the surface of the carrier substrate 3.
  • the partition 15 has the shape of a triangle with a cut-off tip.
  • the side faces of the triangle are arranged obliquely to the side faces of the light-emitting elements 2.
  • the partition wall 15 extends from the carrier substrate 3 to a light conversion layer 4.
  • a reflective layer 16 is on the partition
  • the reflective layer 16 can be a metal layer, for example.
  • An intermediate space between the light-emitting elements 2 and the partition 15 is filled with an intermediate layer 5.
  • the intermediate layer 5 consists of an optically transparent filler.
  • the partition wall 15 divides an area between two adjacent light-emitting elements 2 into two separate intermediate spaces, which are each filled with an intermediate layer 5.
  • Intermediate layer 5 is coupled, meets the oblique arranged partition 15 and is reflected by the reflective layer 16.
  • the partition 15 is arranged such that the light in a direction away from the
  • Carrier substrate 3 is reflected.
  • the light is also reflected away from the adjacent light-emitting element 2.
  • the partition wall 15 causes the light that is emitted by the light-emitting elements 2 to be bundled.
  • Light from adjacent light-emitting elements 2 overlaps less strongly and the undesired optical cross-talk can be avoided or at least reduced.
  • the light-emitting elements 2 can be any light-emitting elements 2.
  • Light emitting diodes act that light in a blue
  • the component 1 has a light conversion layer 4, which covers the light-emitting elements 2, the intermediate layer 5 and the partition 15.
  • the light conversion layer 4 has phosphorus and is designed to convert the blue light into white light.
  • the light conversion layer 4 is covered with a structured layer 6.
  • the structured layer 6 has an optical functionality and can be, for example, a Fresnel lens with an optical pre-collimator function.
  • the structured layer 6 can also form other optical functions.
  • the structured layer 6 can be designed such that it collimates, disperses and / or expands light emitted by the light-emitting elements 2. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement (1), aufweisend ein lichtemittierendes Element (2), und eine auf dem lichtemittierenden Element (2) angeordnete strukturierte Schicht (6) mit einer optischen Funktionalität.

Description

Beschreibung
BAUELEMENT
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, das ein lichtemittierendes Element aufweist. Bei dem Bauelement kann es sich beispielsweise um eine LED-Matrix oder ein LED-Array mit integriertem Träger handeln, das sowohl ein Träger substrat als auch die lichtemittierenden Elemente aufweist.
Ein solches Bauelement sollte es ermöglichen, die
Abstrahlcharakteristik der lichtemittierenden Elemente anzupassen. Abhängig von der vorgesehenen Anwendung kann beispielsweise eine Bündelung des abgestrahlten Lichtes gewünscht sein. Ferner sollte ein Platzbedarf für eine
Primäroptik möglichst gering gehalten werden, um eine
Miniaturisierung des Bauelementes zu ermöglichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
vorteilhaftes Bauelement anzugeben, das vorzugsweise
zumindest eine der oben genannten Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Bauelement vorgeschlagen, dass ein lichtemittie rendes Element und eine auf dem lichtemittierenden Element angeordnete strukturierte Schicht mit einer optischen
Funktionalität aufweist.
Die strukturierte Schicht ist insbesondere aufgrund ihrer optischen Funktionalität dazu ausgestaltet, die Abstrahlcharakteristik des lichtemittierenden Elements zu verändern. Durch eine geeignete Wahl der strukturierten
Schicht kann die Abstrahlcharakteristik an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Beispielsweise ist bei
Scheinwerfern in einem Fahrzeug eine parallele gebündelte Abstrahlung des Lichtes in eine Richtung nach vorne
gewünscht. Bei anderen Anwendungen, beispielsweise bei der Anwendung des Bauelementes als Blitz in einem Smartphone, ist dagegen eine diffuse Abstrahlcharakteristik bevorzugt.
Die strukturierte Schicht kann insbesondere dazu beitragen, dass ein großer Anteil des von dem lichtemittierenden Element abgestrahlten Lichtes in gewünschter Weise abgestrahlt wird. Dadurch kann die strukturierte Schicht zu einer Verbesserung der Lichtausbeute beitragen.
Die strukturierte Schicht kann eine dünne Folie sein. Die strukturierte Schicht kann dementsprechend zu einer
Miniaturisierung des Bauelementes und einer mit dem
lichtemittierenden Element verbundenen Optik beitragen.
Bei dem lichtemittierenden Element kann es sich insbesondere um eine Leuchtdiode handeln. Alternativ kann es sich bei dem lichtemittierenden Element auch um eine Anordnung von
mehreren lichtemittierenden Flächen handeln. Jede dieser Flächen kann eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden aufweisen. Beispielsweise kann das lichtemittierende Element eine Matrix oder ein Array aus Leuchtdioden sein.
Das lichtemittierende Element kann beispielsweise Licht in einem blauen Frequenzspektrum abstrahlen. Die strukturierte Schicht kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, dass sie von dem lichtemittierenden Element
abgestrahltes Licht kollimiert, zerstreut und/oder aufweitet. Bei den optischen Funktionalitäten kann es sich somit um Kollimation, Zerstreuung oder Aufweitung handeln. Die
strukturierte Schicht kann eine oder auch mehrere dieser optischen Funktionalitäten aufweisen.
Bei Bauelementen, die mehrere lichtemittierende Elemente aufweisen, kann es zu einem sogenannten Optical Crosstalk kommen. Dabei entsteht aufgrund eines für lichtemittierende Elemente typischen räumlichen Strahlverhaltens eine
Überlagerung der von den lichtemittierenden Elementen
abgestrahlten Strahlung. Es kommt zu einer Überlagerung der jeweiligen Bildpunkte benachbarter lichtemittierender
Elemente und damit unter Umständen zu Einschränkungen in der Auflösung und dem Kontrast des Bauelements. Durch eine
Bündelung des abgestrahlten Lichts kann dieser unerwünschte Optical Crosstalk vermieden werden. Die optische Funktionali tät der strukturierten Schicht kann insbesondere derart gewählt sein, dass ein solcher Optical Crosstalk nicht auftritt. Dazu kann die strukturierte Schicht derart
ausgestaltet sein, dass sie Licht kollimiert.
Die jeweilige optische Funktionalität der strukturierten Schicht wird abhängig von der vorgesehenen Anwendung des Bauelementes ausgewählt.
Die strukturierte Schicht kann einen ersten Bereich mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweisen, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet. Dementsprechend kann die strukturierte Schicht mehrere optische Funktionalitäten gleichzeitig ermöglichen.
Die erste optische Funktionalität kann eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung sein. Die zweite
optische Funktionalität kann ebenfalls eine Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung sein. Jede der ersten und der zweiten optischen Funktionalitäten kann somit eine oder mehrere dieser Funktionalitäten aufweisen.
Der erste Bereich kann unmittelbar über dem
lichtemittierenden Element angeordnet sein und der zweite Bereich kann seitlich von dem lichtemittierenden Element angeordnet sein und das lichtemittierende Element nicht überdecken. Dementsprechend kann über dem lichtemittierenden Element von der strukturierten Schicht eine andere
Funktionalität realisiert werden als in Bereichen, in denen die strukturierte Schicht das lichtemittierende Element nicht überdeckt. Beispielsweise kann das Licht im ersten Bereich kollimiert werden und im zweiten Bereich zerstreut werden. Dadurch lässt sich eine besonders gute Bündelung des
abgestrahlten Lichtes erreichen, wobei der Streulichtanteil durch die Zerstreuung im zweiten Bereich besonders gering gehalten werden kann.
Alternativ können sowohl der erste Bereich als auch der zweite Bereich der strukturierten Schicht über dem
lichtemittierenden Element angeordnet sein. Dadurch kann es ermöglicht werden, lokal unterschiedliche optische
Funktionalitäten auf dem lichtemittierenden Element
auszubilden. Eine derartig ausgebildete strukturierte Schicht kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das
lichtemittierende Element mehrere Lichtquellen aufweist. Dabei können die Lichtquellen als einzelne Pixel aufgefasst werden und durch die unterschiedliche Strukturierung in den einzelnen Bereichen der strukturierten Schicht kann jedem Pixel eine gewünschte optische Funktionalität zugewiesen werden .
Die strukturierte Schicht kann eine Fresnel-Linse bilden.
Eine Fresnel-Linse weist ein sehr geringes Volumen auf und kann dementsprechend zu einer Miniaturisierung des
Bauelementes beitragen.
Die strukturierte Schicht kann mehrere Teilschichten aufwei sen, die sich in ihrem physikalischen Eigenschaften und/oder ihren chemischen Eigenschaften und/oder ihren funktionellen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann eine der Teilschichten eine haftvermittelnde Trägerschicht sein. Eine weitere Teilschicht kann die Strukturierung der strukturierten Schicht aufweisen.
Eine Strukturierung der strukturierten Schicht kann auf einer von dem lichtemittierenden Element abgewandten Oberseite der strukturierten Schicht und/oder auf einer dem lichtemittie renden Element zugewandten Unterseite der strukturierten Schicht angeordnet sein. Dabei können sowohl die Oberseite als auch die Unterseite entweder vollständig oder nur
partiell strukturiert sein.
Die strukturierte Schicht kann das lichtemittierende Element umhüllen. Dementsprechend kann die strukturierte Schicht auf sämtlichen Außenflächen des lichtemittierten Elements angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der strukturierten Schicht kann insbesondere bei Anwendungen sinnvoll sein, bei denen eine diffuse Abstrahlcharakteristik gewünscht ist. Eine Schichtdicke der strukturierten Schicht kann zwischen 1 ym und 1000 ym liegen. Eine Schichtdicke unterhalb von 1 ym erscheint nicht sinnvoll, da ansonsten eine Strukturierung der Schicht kaum vornehmbar ist. Die Schichtdicke sollte nicht größer als 1000 ym sein, um eine Miniaturisierung des Bauelementes zu ermöglichen. Da die dünne strukturierte
Schicht zumindest einen Teil der Funktionalität einer
Primäroptik übernimmt, kann auf eine weitere Primäroptik entweder vollständig verzichtet werden oder die weitere
Primäroptik kann zumindest verkleinert werden. Somit kann die strukturierte Schicht zur Miniaturisierung beitragen.
Zwischen der strukturierten Schicht und dem lichtemittie renden Element kann eine Licht-Konversionsschicht angeordnet sein. Die Licht-Konversionsschicht kann dazu ausgestaltet sein das Spektrum eines Lichts, das durch sie hindurch tritt, zu verändern. Beispielsweise kann die Licht-Konversions schicht blaues Licht in weißes Licht umwandeln. Die Licht- Konversionsschicht kann Phosphor aufweisen. In einigen
Ausführungsbeispielen kann die Licht-Konversionsschicht als Teilschicht der strukturierten Schicht ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Licht-Konversionsschicht von einer haftvermittelnden Teilschicht der strukturierten Schicht gebildet sein, die zum Beispiel einen Substratfilm mit integriertem Phosphor aufweist.
Auf einer Oberseite der strukturierten Schicht, die von dem lichtemittierenden Element weg weist, kann zumindest eine optische Komponente angeordnet sein. Bei der optischen
Komponente kann es sich um einen Kollimator handeln. Die strukturierte Schicht kann dazu ausgestaltet sein, die
Funktionalität der optischen Komponenten weiter zu
unterstützen. Beispielsweise könnte die strukturierte Schicht eine Pre-Kollimatorfunktion haben, die mit dem Kollimator zusammenwirkt .
Das Bauelement kann ein Trägersubstrat aufweisen, auf dem das lichtemittierende Element angeordnet ist, wobei zumindest ein weiteres lichtemittierendes Element auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Die lichtemittierenden Elemente können dabei zu einer Matrix oder einem Array angeordnet sein. Zwischen dem lichtemittierenden Element und dem weiteren
lichtemittierenden Element kann eine Zwischenschicht
angeordnet sein.
Die Zwischenschicht kann verschiedene Funktionen übernehmen. Sie kann zur Befestigung der strukturierten Schicht beitragen und als Alignment-Vorrichtung dienen. Alternativ oder
ergänzend kann sie als Waveguide wirken und dazu ausgestaltet sein, seitlich von den lichtemittierenden Elementen
abgestrahltes Licht weiterzuleiten. Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht dazu ausgestaltet sein, in sie eingekoppeltes Licht zu absorbieren. Somit kann die
Zwischenschicht unter anderem dazu ausgestaltet sein, von den lichtemittierenden Elementen in die Zwischenschicht
eingekoppeltes Licht zu absorbieren, zu reflektieren, zu streuen oder zu konvertieren.
Die Zwischenschicht kann von der strukturierten Schicht bedeckt sein. Auf einer Oberseite der strukturierten Schicht, die von der Zwischenschicht weg weist, kann ferner über der Zwischenschicht eine zusätzliche Licht-Konversionsschicht angeordnet sein.
Eine Oberseite der Zwischenschicht, die von dem Trägersubs trat weg weist, kann eine Vertiefung aufweisen, die derart geformt ist, dass von dem lichtemittierenden Elementen in die Zwischenschicht eingekoppeltes Licht in Richtung des
Trägersubstrat reflektiert wird.
Eine Trennwand kann zwischen dem lichtemittierenden Element und dem weiteren lichtemittierenden Element angeordnet sein. Die Trennwand kann dabei aus dem gleichen Material bestehen wie das Trägersubstrat. Die Trennwand kann vermeiden, dass Licht benachbarter lichtemittierender Elemente überlagert wird. Dementsprechend kann die Trennwand unerwünschten optischen Cross-Talk vermeiden oder reduzieren.
Die Trennwand kann mit einer Oberfläche des Trägersubstrats einen Winkel zwischen 10° und 80° einschließen. Die Trennwand kann schräg auf der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet sein. Die Trennwand kann im Querschnitt die Form eines
Dreiecks, insbesondere eines Dreiecks mit einer
abgeschnittenen Spitze, aufweisen. Durch die schräg stehende Trennwand kann Licht, das von den lichtemittierenden
Elementen seitlich abgestrahlt wird, in eine Richtung weg von dem Trägersubstrat reflektiert werden. Dadurch kann das Licht gebündelt werden.
Die Trennwand kann mit einer reflektierenden Schicht bedeckt sein. Bei der reflektierenden Schicht kann es sich um eine Metallisierung handeln. Die reflektierende Schicht kann den Anteil des von der Trennwand reflektierten Lichts erhöhen.
Die Zwischenschicht kann einen optisch transparenten
Füllstoff aufweisen. Es kann sich bei dem lichtemittierendes Element um eine
Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen handeln.
Die strukturierte Schicht kann die Anordnung mehrerer
lichtemittierender Flächen bedeckt, wobei die strukturierte Schicht einen ersten Bereich mit einer ersten optischen
Funktionalität und einen zweiten Bereich mit einer zweiten optischen Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen Funktionalität unterscheidet, wobei der erste Bereich eine erste Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt und der zweite Bereich eine zweite Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt.
Dementsprechend kann durch die strukturierte Schicht eine lokal unterschiedliche optische Funktionalität der einzelnen Flächen ausgebildet werden. Jede Fläche kann dabei als Pixel wirken, die auf einen Betrachter einen voneinander
verschiedenen optischen Eindruck erzeugen.
Durch die unterschiedliche Strukturierung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs der strukturierten Schicht können die lichtemittierenden Flächen voneinander optisch entkoppelt werden. Es kann somit vermieden werden, dass die Flächen sich in ihrer Abstrahlcharakteristik gegenseitig stören.
Zumindest zwei der Flächen aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen können sich in ihrer Größe
voneinander unterscheiden. Beispielsweise bei Scheinwerfern, die im Automotive Bereich eingesetzt werden, sind
lichtemittierende Flächen unterschiedlicher Größe üblich. Das Bauelement könnte sich somit für den Einsatz in einem
derartigen Scheinwerfer eignen. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der
Figuren näher beschrieben:
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Bauelementes, das mehrere lichtemittierende Elemente aufweist.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
Bauelementes .
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des
Bauelementes .
Figur 4 zeigt eine Detailansicht eines Teils des
Bauelementes .
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelementes .
Figur 6 zeigt ern weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelements .
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelements .
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Bauelementes 1, das mehrere lichtemittierende Elemente 2 aufweist. Bei dem
Bauelement 1 handelt es sich um ein Lichtsystem. Die mehreren lichtemittierenden Elemente 2 sind dabei zu einer Matrix oder einem Array angeordnet. Das Lichtsystem kann beispielsweise in einem Scheinwerfer eines Fahrzeuges oder in einem Blitz eines tragbaren Gerätes, beispielsweise eines Mobiltelefons , verwendet werden. Das Bauelement 1 weist ein Trägersubstrat 3 auf. Auf dem Trägersubstrat 3 sind die lichtemittierenden Elemente 2 angeordnet. Das Trägersubstrat 3 weist einen Vielschicht aufbau auf. Das Trägersubstrat 3 ist derart ausgestaltet, dass die lichtemittierenden Elemente 2 separat voneinander angesteuert werden können.
Bei den lichtemittierenden Elementen 2 kann es sich
beispielsweise um Leuchtdioden handeln, die ein Licht mit einem blauen Farbspektrum abstrahlen. Auf einer Oberseite 2a der lichtemittierenden Elemente 2, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, ist eine Licht-Konversionsschicht 4 angeordnet. Die Licht-Konversionsschicht 4 ist dazu ausgestaltet, das von den lichtemittierenden Elementen 2 abgestrahlte Licht derart zu konvertieren, das sich das Spektrum der abgestrahlten Strahlung ändert. Beispielsweise kann die Licht-Konversions schicht 4 Phosphor aufweisen. In diesem Fall ist die Licht- Konversionsschicht 4 dazu ausgestaltet, ein von der blauen Leuchtdiode abgestrahltes blaues Spektrum in ein weißes
Lichtspektrum umzuwandeln.
Zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 auf dem Trägersubstrat 3 ist jeweils ein Zwischenraum angeordnet. Dieser Zwischenraum ist mit einer Zwischenschicht 5 gefüllt. Die Zwischenschicht 5 kann beispielsweise Silikon aufweisen oder aus Silikon bestehen. Die Zwischenschicht 5 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu ausgestaltet, Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 in die
Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird, zu absorbieren. Auf diese Weise wird eine seitliche Abstrahlung von Licht
unterbunden. Die Zwischenschicht 5 kann zusätzlich zu dem Silikon ein Füllmaterial aufweisen, wodurch die
Absorptionsfähigkeit der Zwischenschicht 5 erhöht wird. Die Zwischenschicht 5 vermeidet eine optische Kopplung der zueinander benachbarten lichtemittierenden Elemente 2.
Eine solche optische Kopplung wird auch als Crosstalk
bezeichnet. Der Crosstalk zwischen den benachbarten
lichtemittierenden Elementen 2 wird durch die Zwischenschicht 5 vermieden.
Alternativ oder ergänzend kann die Zwischenschicht 5 als Waveguide ausgestaltet sein. Dementsprechend kann die
Zwischenschicht 5 dazu ausgestaltet sein, in die
Zwischenschicht 5 eingekoppelte Licht in gewünschter Weise weiterzuleiten. Beispielsweise kann die Zwischenschicht 5 das in sie eingekoppelte Licht zum Trägersubstrat 3 hin leiten.
Ferner wird das Material der Zwischenschicht 5 derart
gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der
Zwischenschicht 5 nicht wesentlich von dem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der lichtemittierenden Elemente 2 abweicht, um bei Temperaturänderungen das Entstehen von mechanischen Spannungen zu verhindern. Zur Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten können dem Material der Zwischenschicht 5 Füllstoffe beigemischt werden.
Ferner weist das Bauelement 1 eine strukturierte Schicht 6 mit einer optischen Funktionalität auf. Die strukturierte Schicht 6 ist auf einer Oberseite 4a der Licht-Konversions schicht 4, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, und auf einer Oberseite 5a der Zwischenschicht 5, die von dem
Trägersubstrat 3 weg weist, angeordnet. Die strukturierte Schicht 6 überdeckt das lichtemittierende Element 2 und einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2. Die strukturierte Schicht 6 ist derart
strukturiert, dass sie die Abstrahlcharakteristik des von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahlten Lichtes verändern kann. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kollimiert die strukturierte Schicht 6 das abgestrahlte
Licht. Sie hat dementsprechend die Funktion eines optischen Pre-Kollimators . Insbesondere ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie eine Fresnel-Linse bildet.
Die strukturierte Schicht 6 ist eine Folie. Sie weist eine Dicke von weniger als 1000 ym auf. Aufgrund ihrer dünnen Bauweise sind keine zusätzlichen mechanischen Komponenten zu ihrer Fixierung notwendig. Vielmehr trägt die Zwischenschicht 5, die in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten
lichtemittierenden Elementen 2 angeordnet ist, zur
Befestigung und Ausrichtung der strukturierten Schicht 6 bei. Die Zwischenschicht 5 kann dementsprechend auch als
Alignement-Vorrichtung bezeichnet werden.
Das Bauelement 1 weist mehrere optische Komponenten 7 auf.
Bei den optischen Komponenten 7 handelt es sich um
Kollimatoren. Die optischen Komponenten 7 sind auf einer Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6, die von dem
Trägersubstrat 3 und dem lichtemittierenden Element 2 weg weist, angeordnet. Dabei ist auf der Oberseite 2a jedes lichtemittierenden Elements 2 ein Kollimator angeordnet. Der Kollimator trägt ebenfalls dazu bei, dass von dem
lichtemittierenden Element 2 abgestrahlte Licht zu
kollimieren. Die strukturierte Schicht 6, die auf dem
lichtemittierenden Element 2 angeordnet ist, unterstützt dabei die Funktion der optischen Komponente 7. Durch das Zusammenwirken der strukturierten Schicht 6 und der optischen Komponente 7 kann in dem in Figur 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel eine sehr gute Kollimation des
abgestrahlten Lichts erreicht werden. Die strukturierte Schicht 6 kann in einem alternativen
Ausführungsbeispiel auch eine andere optische Funktionalität aufweisen. Beispielsweise könnte die strukturierte Schicht 6 auch dazu ausgestaltet sein, von dem lichtemittierenden
Element 2 abgestrahltes Licht zu zerstreuen oder aufzuweiten.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
Bauelementes 1.
Die strukturierte Schicht 6 in dem zweiten Ausführungs beispiel unterscheidet sich von der vorher gezeigten
strukturierten Schicht 6 dadurch, dass sie einen ersten
Bereich 8 aufweist, in dem die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert ist, dass sie eine erste optische Funktionalität hat, und einen zweiten Bereich 9 aufweist, in dem die
strukturierte Schicht 6 derart strukturiert ist, dass sie eine zweite optische Funktionalität hat, die sich von der ersten Funktionalität unterscheidet. Der erste Bereich 8 ist dabei jeweils der Bereich der strukturierten Schicht 6, der ein lichtemittierendes Element 2 bedeckt. Der zweite Bereich 9 ist dabei der Bereich der strukturierten Schicht 6, der die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 überdeckt. Der zweite Bereich 9 ist somit nicht unmittelbar über einem lichtemittierenden Element 2
angeordnet .
Die strukturierte Schicht 6 kann mehrere erste Bereiche 8 mit der ersten optischen Funktionalität und mehrere zweite
Bereiche 9 mit der zweiten optischen Funktionalität
aufweisen .
In dem ersten Bereich 8 ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahltes Licht kollimiert. Insbesondere kann die strukturierte Schicht 6 in dem ersten Bereich 8 zu einer Fresnel-Linse strukturiert sein. Zur besseren Darstellung ist in Figur 2 die Strukturierung im ersten Bereich 8
überdimensional groß dargestellt. In dem zweiten Bereich 9 ist die strukturierte Schicht 6 derart strukturiert, dass sie von dem lichtemittierenden Element 2 abgestrahltes Licht zerstreut. Dadurch wird ein diffuses Licht in dem zweiten Bereich 9 erzeugt. Im zweiten Bereich 9 kann die
strukturierte Schicht 6 beispielsweise unregelmäßig
strukturiert sein oder aufgeraut sein.
Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 in eine senkrechte Richtung, d.h. weg von dem Trägersubstrat 3, abgestrahlt wird, erreicht den ersten Bereich 8 der
strukturierten Schicht 6. Dieses Licht wird dementsprechend kollimiert. Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 seitlich in die Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird, gelangt größtenteils in den zweiten Bereich 9 der strukturierten Schicht 6 und wird dementsprechend zerstreut. Durch die
Kollimation des senkrecht abgestrahlten Lichts und die
Zerstreuung des seitlich abgestrahlten Lichts wird eine
Abstrahlcharakteristik des Bauteils 1 geschaffen, die nur sehr wenig Streulicht aufweist.
Das Bauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ferner eine optische Komponente 7 aufweisen, die wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt auf der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6 angeordnet ist. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist allerdings eine derartige optische Komponente 7 nicht vorgesehen. Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Bauelementes 1. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Ausgestaltung der Zwischenschicht 5. Die Zwischenschicht 5 schließt gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel an ihrer Oberseite 5a, die von dem Trägersubstrat 3 weg weist, bündig mit der Licht-Konversionsschicht 4 ab und ist flach ausgestaltet. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht 5 dagegen an ihrer Oberseite 5a eine Vertiefung 10 auf. Durch die Vertiefung 10 wird eine schräge Grenzfläche 11 zwischen der Zwischenschicht 5 und der strukturierten Schicht 6 gebildet.
An der schrägen Grenzfläche 11 wird von dem lichtemittie renden Element 2 oder von der Licht-Konversionsschicht 4 seitlich abgestrahltes Licht in Richtung des Trägersubstrats 3 reflektiert. Dabei kann ein Material des Trägersubstrats 3 derart gewählt sein, dass es einen hohen Absorptionsgrad aufweist und auf diese Weise das abgestrahlte Licht
absorbiert. Diese Ausgestaltung der Zwischenschicht 5 trägt dazu bei, den Anteil des Streulichts in der
Abstrahlcharakteristik möglichst gering zu halten.
Ferner ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine
zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 vorgesehen, die Teile der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 6 bedeckt.
Insbesondere bedeckt die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 hier den zweiten Bereich 9 der strukturierten Schicht 6. Die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 ist dazu
ausgestaltet, ein Spektrum eines in sie eingekoppelten
Lichtes zu verändern. Insbesondere ist die zusätzliche Licht- Konversionsschicht 12 dazu vorgesehen Licht, das von den lichtemittierenden Elementen 2 seitlich in die Zwischen schicht 5 eingekoppelt wird und das dann an der Oberseite 6a der strukturierten Schicht 5 abgestrahlt wird ohne durch die Licht-Konversionsschichten 4 hindurchgetreten zu sein, zu konvertieren. Die zusätzliche Licht-Konversionsschicht 12 kann ebenfalls Phosphor aufweisen. Sie dient somit dazu, einen Restanteil des blauen Lichtspektrums in weißes Licht zu konvertieren .
Die im dritten Ausführungsbeispiel gezeigte zusätzliche
Licht-Konversionsschicht 12 kann auch bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden. In weiteren alternativen Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass lichtemittierende Element 2 teilweise oder vollständig mit der Licht-Konversionsschicht 4 zu umhüllen. Bei einer
teilweisen Umhüllung könnte die Licht-Konversionsschicht 4 auf sämtlichen Außenseiten des lichtemittierenden Elementes 2 angeordnet sein, abgesehen von einer Unterseite des
lichtemittierenden Elementes 2, die unmittelbar auf dem
Trägersubstrat 3 aufliegt. Bei der vollständigen Umhüllung des lichtemittierenden Elementes 2 mit der Licht- Konversionsschicht 4 wird zusätzlich auch die Unterseite des lichtemittierenden Elementes 2 mit der Licht- Konversionsschicht 4 bedeckt.
Figur 4 zeigt eine Detailansicht eines Teils des Bauelementes
1.
Das Trägersubstrat 3 ist ein Vielschicht Keramiksubstrat. Bei dem lichtemittierenden Element 2 handelt es sich um eine Leuchtdiode, die dazu ausgestaltet ist, Licht in einem blauen Lichtspektrum abzustrahlen. Unmittelbar auf der Leuchtdiode ist die Licht-Konversionsschicht 4 angeordnet, die Phosphor aufweist. Auf einer Oberseite 4a der Licht-Konversionsschicht 4, die von dem lichtemittierenden Element 2 weg weist, ist die strukturierte Schicht 6 angeordnet.
Die strukturierte Schicht 6 weist eine untere Teilschicht 13 und eine obere Teilschicht 14 auf. Die untere Teilschicht 13 liegt unmittelbar auf der Licht-Konversionsschicht 4 auf. Die untere Teilschicht 13 ist eine haftvermittelnde Träger schicht. Sie kann beispielsweise eines oder mehrere der
Materialien ausgewählt aus Polycarbonate (PC) , Polymethyl- methacrylat (PMMA) und Polyethylenterephthalat (PET)
aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Die obere Teilschicht 14 ist auf der Seite der unteren
Teilschicht 13 angeordnet, die von dem lichtemittierenden Element 2 weg weist. In der oberen Teilschicht 14 ist die Strukturierung der strukturierten Schicht 6 vorgenommen. Die Strukturierung kann durch Einprägen, sogenanntes Embossing, durch ein thermisches Druckverfahren oder durch ein Lasern der oberen Teilschicht 14 erzeugt werden.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelementes 1. Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungs beispiel sind die Licht-Konversionsschicht 4 und die untere Teilschicht 13 der strukturierten Schicht 6 zu einer einzigen Schicht 13' zusammengefasst worden. Es handelt sich dabei um eine Schicht, die ein Material aufweist, das eine
haftvermittelnde Trägerfunktion für die obere Teilschicht der strukturierten Schicht hat, beispielsweise PC, PMMA oder PET, und die ferner ein Material aufweist, das zur Lichtkonversion beiträgt, beispielsweise Phosphor. Es handelt sich somit um einen Substratfilm mit integriertem Phosphor. Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bauelements 1. Das Bauelement 1 weist ein lichtemittierendes Element 2 auf, das aus mehreren lichtemittierenden Flächen besteht. In Figur 6 sind beispielhaft zwei dieser Flächen gezeigt. Die strukturierte Schicht 6 bedeckt die Flächen des lichtemittierenden Elements 2. Die strukturierte Schicht 6 weist einen ersten Bereich 8 mit einer ersten optischen
Funktionalität und einen zweiten Bereich 9 mit einer zweiten optischen Funktionalität auf. Die optischen Funktionalitäten des ersten Bereichs 8 und des zweiten Bereichs 9
unterscheiden sich voneinander. Der erste Bereich 8 ist über einer ersten Fläche des lichtemittierenden Elements 2 angeordnet und der zweite Bereich 9 ist über einer zweiten Fläche des lichtemittierenden Elements 2 angeordnet. Die beiden Flächen wirken dabei als Pixel und zeigen auf Grund der unterschiedlichen Strukturierung der Schicht 6 eine unterschiedliche AbstrahlCharakteristik .
Die beiden Flächen sind unterschiedlich groß. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Flächen gleich groß sein. Das Bauelement kann mehr als zwei Flächen
aufweisen, die sich in ihrer Fläche voneinander unterscheiden können .
Jede der gezeigten Flächen kann als Lichtquelle eine einzige Leuchtdiode oder ein Array bestehend aus mehreren
Leuchtdioden aufweisen.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Bauelements 1. Das Bauelement 1 weist mehrere
lichtemittierende Elemente 2 auf, die auf einem
Trägersubstrat 3 angeordnet sind. Das Trägersubstrat 3 ist ein Vielschichtsubstrat, das dazu ausgestaltet ist, jedes der lichtemittierenden Elemente 2 separat anzusteuern.
Zwischen zwei zueinander benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 ist eine Trennwand 15 angeordnet. Die Trennwand 15 kann aus dem gleichen Material bestehen wie das
Trägersubstrat 3. Die Trennwand 15 ist schräg zu einer
Oberfläche des Trägersubstrats 3 angeordnet. In dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 15 in einem Winkel von 45° zu der Oberfläche des Trägersubstrats 3 angeordnet .
Die Trennwand 15 weist die Form eines Dreiecks mit einer abgeschnittenen Spitze auf. Die Seitenflächen des Dreiecks sind dabei schräg zu den Seitenflächen der lichtemittierenden Elemente 2 angeordnet. Die Trennwand 15 erstreckt sich von dem Trägersubstrat 3 bis zu einer Licht-Konversionsschicht 4.
Auf der Trennwand ist eine reflektierende Schicht 16
angeordnet. Die reflektierende Schicht 16 kann beispielsweise eine Metallschicht sein.
Ein Zwischenraum zwischen den lichtemittierenden Elementen 2 und der Trennwand 15 ist mit einer Zwischenschicht 5 gefüllt. Die Zwischenschicht 5 besteht aus einem optisch transparenten Füllstoff. Die Trennwand 15 trennt einen Bereich zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Elementen 2 in zwei separate Zwischenräume, die jeweils mit einer Zwischenschicht 5 gefüllt sind.
Licht, das von einem der lichtemittierenden Elemente 2 in eine seitliche Richtung abgestrahlt wird und in die
Zwischenschicht 5 eingekoppelt wird, trifft auf die schräge angeordnete Trennwand 15 und wird von der reflektierenden Schicht 16 reflektiert. Die Trennwand 15 ist dabei derart angeordnet, dass das Licht in eine Richtung weg von dem
Trägersubstrat 3 reflektiert wird. Dabei wird das Licht auch weg von dem benachbarten lichtemittierenden Element 2 reflektiert. Dadurch bewirkt die Trennwand 15, dass das Licht, das von den lichtemittierenden Elemente 2 abgestrahlt wird, gebündelt wird. Licht benachbarter lichtemittierender Elemente 2 überlagert sich weniger stark und der unerwünschte optische Cross-Talk kann vermieden oder zumindest reduziert werden .
Bei den lichtemittierenden Elementen 2 kann es sich um
Leuchtdioden handeln, die Licht in einem blauen
Frequenzspektrum abstrahlen. Das Bauelement 1 weist eine Licht-Konversionsschicht 4 auf, die die lichtemittierenden Elemente 2, die Zwischenschicht 5 und die Trennwand 15 überdeckt. Die Licht-Konversionsschicht 4 weist Phosphor auf und ist dazu ausgestaltet, das blaue Licht in weißes Licht umzuwandeln .
Die Licht-Konversionsschicht 4 ist mit einer strukturierten Schicht 6 bedeckt. Die strukturierte Schicht 6 weist eine optische Funktionalität auf und kann beispielsweise eine Fresnel Linse mit optischer Pre-Kollimatorfunktion sein. Die strukturierte Schicht 6 kann auch andere optischen Funktionen ausbilden. Beispielsweise kann die strukturierte Schicht 6 derart ausgestaltet sein, dass sie von den lichtemittierenden Elementen 2 abgestrahltes Licht kollimiert, zerstreut und/oder aufweitet. Bezugszeichenliste
1 Bauelement
2 lichtemittierendes Element
2a Oberseite des lichtemittierenden Elements
3 Trägersubstrat
4 Licht-Konversionsschicht
4a Oberseite der Licht-Konversionsschicht
5 Zwischenschicht
5a Oberseite der Zwischenschicht
6 strukturierte Schicht
6a Oberseite der strukturierten Schicht
7 optische Komponente
8 erster Bereich der strukturierten Schicht
9 zweiter Bereich der strukturierten Schicht
10 Vertiefung
11 schräge Grenzfläche
12 zusätzliche Licht-Konversionsschicht
13 untere Teilschicht
13 ' Schicht
14 obere Teilschicht
15 Trennwand
16 reflektierende Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement (1), aufweisend
ein lichtemittierendes Element (2), und
eine auf dem lichtemittierenden Element (2) angeordnete strukturierte Schicht (6) mit einer optischen
Funktionalität .
2. Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die strukturierte Schicht (6) derart ausgestaltet ist, dass sie von dem lichtemittierenden Element (2) abgestrahltes Licht kollimiert, zerstreut und/oder aufweitet,
und/oder
wobei die strukturiert Schicht (6) eine Fresnel-Linse bildet .
3. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die strukturierte Schicht (6) einen ersten Bereich (8) mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich (9) mit einer zweiten optischen
Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische
Funktionalität sich von der ersten optischen
Funktionalität unterscheidet.
4. Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die erste optische Funktionalität eine
Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung ist,
und
wobei die zweite optische Funktionalität eine
Kollimation, eine Zerstreuung und/oder eine Aufweitung ist .
5. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der erste Bereich (8) unmittelbar über dem
lichtemittierenden Element (2) angeordnet ist und wobei der zweite Bereich (9) seitlich von dem
lichtemittierenden Element (2) angeordnet ist und das lichtemittierende Element (2) nicht überdeckt,
oder
wobei der erste Bereich (8) und der zweite Bereich (9) unmittelbar über dem lichtemittierenden Element (2) angeordnet sind.
6. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die strukturierte Schicht (6) mehrere
Teilschichten (13, 13', 14) aufweist, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften und/oder ihren chemischen Eigenschaften und/oder ihren funktionellen Eigenschaften voneinander unterscheiden.
7. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei eine Strukturierung der strukturierten Schicht (6) auf einer von dem lichtemittierenden Element (2)
abgewandten Oberseite (6a) der strukturierten Schicht (6) angeordnet ist,
und/oder
wobei die Strukturierung der strukturierten Schicht (6) auf einer dem lichtemittierenden Element (2) zugewandten Unterseite der strukturierten Schicht (6) angeordnet ist .
8. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die strukturierte Schicht (6) das
lichtemittierende Element (2) umhüllt.
9. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Schichtdicke der strukturierten Schicht (6) zwischen 1 ym und 1000 ym liegt.
10. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zwischen der strukturierten Schicht (6) und dem lichtemittierenden Element (2) eine Licht-Konversions schicht (4) angeordnet ist.
11. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei auf einer Oberseite (6a) der strukturierten
Schicht (6), die von dem lichtemittierenden Element (2) weg weist, zumindest eine optische Komponente angeordnet ist .
12. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Bauelement (1) ein Trägersubstrat (3)
aufweist, auf dem das lichtemittierende Element (2) angeordnet ist,
wobei zumindest ein weiteres lichtemittierendes Element (2) auf dem Trägersubstrat angeordnet ist,
und
wobei zwischen dem lichtemittierenden Element (2) und dem weiteren lichtemittierenden Element (2) eine
Zwischenschicht (5) angeordnet ist.
13. Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die Zwischenschicht (5) dazu ausgestaltet ist, von den lichtemittierenden Elementen (2) in die
Zwischenschicht (5) eingekoppeltes Licht zu absorbieren, zu reflektieren, zu streuen oder zu konvertieren.
14. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Zwischenschicht (5) von der strukturierten Schicht (6) bedeckt ist,
und
wobei auf einer Oberseite (6a) der strukturierten
Schicht (6), die von der Zwischenschicht (5) weg weist, über der Zwischenschicht (5) eine zusätzliche Licht- Konversionsschicht (12) angeordnet ist.
15. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei eine Oberseite der Zwischenschicht (5a) , die vom Trägersubstrat (3) weg weist, eine Vertiefung (10) aufweist, die derart geformt ist, dass von den
lichtemittierenden Elementen (2) in die Zwischenschicht (5) eingekoppeltes Licht in Richtung des Trägersubstrats (3) reflektiert wird.
16. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13,
wobei eine Trennwand (15) zwischen dem
lichtemittierenden Element (2) und dem weiteren
lichtemittierenden Element (2) angeordnet ist.
17. Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die Trennwand (15) mit einer Oberfläche des
Trägersubstrats einen Winkel zwischen 10° und 80° einschließt .
18. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die Trennwand (15) mit einer reflektierenden
Schicht (16) bedeckt ist.
19. Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Zwischenschicht (5) einen optisch transparenten Füllstoff aufweist.
20. Bauelement (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem lichtemittierendes Element (2) um eine Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen handelt .
21. Bauelement (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die strukturierte Schicht (6) die Anordnung mehrerer lichtemittierender Flächen bedeckt und
wobei die strukturierte Schicht (6) einen ersten Bereich (8) mit einer ersten optischen Funktionalität und einen zweiten Bereich (9) mit einer zweiten optischen
Funktionalität aufweist, wobei die zweite optische Funktionalität sich von der ersten optischen
Funktionalität unterscheidet,
wobei der erste Bereich (8) eine erste Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen bedeckt und der zweite Bereich (9) eine zweite Fläche aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden
Flächen bedeckt.
22. Bauelement gemäß Anspruch 20 oder Anspruch 21,
wobei zumindest zwei der Flächen aus der Anordnung der mehreren lichtemittierenden Flächen sich in ihrer Größe voneinander unterscheiden.
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