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DE102009017946A1 - Linse, optoelektronisches Bauelement aufweisend eine Linse und Verfahren zur Herstellung einer Linse - Google Patents

Linse, optoelektronisches Bauelement aufweisend eine Linse und Verfahren zur Herstellung einer Linse Download PDF

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DE102009017946A1
DE102009017946A1 DE200910017946 DE102009017946A DE102009017946A1 DE 102009017946 A1 DE102009017946 A1 DE 102009017946A1 DE 200910017946 DE200910017946 DE 200910017946 DE 102009017946 A DE102009017946 A DE 102009017946A DE 102009017946 A1 DE102009017946 A1 DE 102009017946A1
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DE
Germany
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lens
potting material
radiation
light source
cavity
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Withdrawn
Application number
DE200910017946
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English (en)
Inventor
Thomas Bemmerl
Ulrich Dr. Streppel
Bert Dr. Braune
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/DE2010/000251 priority patent/WO2010118718A1/de
Priority to CN2010800169804A priority patent/CN102395913A/zh
Priority to US13/263,104 priority patent/US8848297B2/en
Priority to JP2012505043A priority patent/JP2012524287A/ja
Priority to TW099108275A priority patent/TWI426301B/zh
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Abstract

Es ist eine Linse (1) vorgesehen, die einen Grundkörper (23) und ein Vergussmaterial (4) umfasst. Der Grundkörper (23) weist eine erste Hauptfläche (21), eine zweite Hauptfläche (22) und zumindest eine Kavität (3) auf, die an der ersten Hauptfläche (21) angeordnet ist. Das Vergussmaterial ist in der Kavität (3) angeordnet und weist zumindest einen Diffusor auf, der Strahlung zumindest einen Wellenlängenbereichs streut. Weiter ist ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das eine derartige Linse aufweist. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Linse angegeben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linse mit einem Grundkörper, ein optoelektronisches Bauelement mit einer Lichtquelle und einer derartigen Linse und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Linse.
  • Bei Kombination eines LED-Chips mit einer Linse kann insbesondere bei weißen LED-Chips, die einen Chip und einen Konverter aufweisen, der Effekt auftreten, dass im ausgeschalteten Zustand aufgrund des Konverters der LED-Chip für den Betrachter sichtbar ist, insbesondere gelb erscheint. Dieser Effekt ist insbesondere bei bestimmten Verwendungszwecken nicht erwünscht und sollte mit Vorteil vermieden werden, wobei die Abstrahlung des LED-Chips im eingeschalteten Zustand weiterhin gewährleistet sein sollte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Linse anzugeben, die den oben genannten Anforderungen entspricht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine verbesserte Abstrahlcharakteristik, insbesondere einen homogenen Gesamteindruck, aufweist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Linse mit verbessertem homogenen Gesamteindruck anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch eine Linse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren zur Herstellung einer Linse mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen der Linse, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung der Linse sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß ist eine Linse vorgesehen, die einen Grundkörper und ein Vergussmaterial umfasst. Der Grundkörper weist eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche und zumindest eine Kavität auf, die an der ersten Hauptfläche angeordnet ist. Das Vergussmaterial ist in der Kavität des Grundkörpers angeordnet und weist zumindest einen Diffusor auf, der Strahlung zumindest eines Wellenlängenbereichs streut.
  • Die Linse weist insbesondere zumindest zwei Teilbereiche auf: den Grundkörper und die Kavität mit darin angeordnetem Vergussmaterial.
  • Der Grundkörper weist eine Linsenform auf, die eine Lichtführung von in die Linse eintretender Strahlung ermöglicht. Beispielsweise ist der Grundkörper nach Art einer Sammellinse oder einer Fresnel-Linse ausgebildet. Vorzugsweise weist der Grundkörper keinen Diffusor auf, so dass in den Grundkörper eintretende Strahlung im Grundkörper geleitet wird, ohne Streuprozessen zu unterliegen.
  • Strahlung, die in das Vergussmaterial eintritt, wird dagegen an dem Diffusor gestreut. Vorzugsweise wird Strahlung an dem Diffusor diffus gestreut.
  • Die Linse weist demnach zumindest zwei Teilbereiche auf, die sich insbesondere durch den Streugrad des Materials unterscheiden. Dadurch ermöglichen sich zumindest zwei in der Anzahl der Streuprozesse unterscheidende Strahlengänge in der Linse. Das homogene optische Erscheinungsbild der Linse kann so je nach spezieller Anordnung der Kavität im Grundkörper an Anforderungen des Linsensdesigns angepasst sein. Eine Minimierung von optischen Auskoppelverlusten unter Beibehaltung der Abstrahlcharakteristik ermöglicht sich mit Vorteil.
  • Eine derartige Linse weist aufgrund der zumindest zwei Teilbereiche demnach zumindest zwei Lichtpfade auf, die sich insbesondere anhand der Streuprozesse unterscheiden. Eine Linse, die bereichsweise unterschiedliche Eigenschaften betreffend Streuung und Refraktion aufweist, kann so mit Vorteil erzielt werden.
  • Ferner kann der Volumen-Anteil der Linse, der einen Diffusor aufweist, minimiert werden. Insbesondere ist nicht zwingend notwendig, dass der gesamte Grundkörper einen Diffusor aufweist, sondern lediglich das Vergussmaterial in der Linse, insbesondere direkt oberhalb der Lichtquelle, bei dem diese Anforderung erwünscht ist.
  • Vorzugsweise ist die Kavität vollständig von dem Vergussmaterial ausgefüllt. Insbesondere schließt das Vergussmaterial bevorzugt bündig mit der ersten Hauptfläche des Grundkörpers ab. Vorzugsweise sind keine Erhöhungen oder Vertiefungen zwischen Vergussmaterial und erster Hauptfläche ausgebildet. Die erste Hauptfläche des Grundkörpers geht insbesondere nahtlos und bündig in die von dem Grundkörper abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials über. Eine durchgängige Grenzfläche zwischen Linse und umgebendem Medium, die insbesondere im Übergang zwischen Vergussmaterial und Grundkörper keine Unebenheiten aufweist, kann so mit Vorteil erzielt werden.
  • Alternativ kann die von dem Grundkörper abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials eine Krümmung aufweisen, insbesondere eine konkave oder konvexe Wölbung. In diesem Fall kann im Übergang zwischen Vergussmaterial und Grundkörper eine Unebenheit, beispielsweise eine Stufe, auftreten. Ein bündiges Abschließen des Vergussmaterials mit der ersten Hauptfläche des Grundkörpers ist in diesem Fall nicht zwingend notwendig.
  • Der Anteil des Vergussmaterials an der Linse beträgt vorzugsweise nicht mehr als 20%, bevorzugt nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%. Der Anteil des Gründkörpers an der Linse beträgt somit vorzugsweise mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90%, besonders bevorzugt mehr als 95%.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Vergussmaterial Epoxidharz. Der Grundkörper der Linse weist bevorzugt Silikon, Epoxid oder eine Mischung aus Silikon und Epoxid auf. Alternativ kann der Grundkörper Thermoplast- oder Duroplast-Materialien wie beispielsweise PMMA (PMMA: Polymethylmethacrylat) oder PC (PC: Polycarbonate) enthalten. In diesem Fall ist der Grundkörper mit Vorteil mittels eines Spritzgussverfahrens herstellbar.
  • Vorzugsweise ist der Brechungsindex des Materials des Grundkörpers dem Brechungsindex des Vergussmaterials ähnlich. Insbesondere unterscheidet sich der Brechungsindex des Materials des Grundkörpers von dem Brechungsindex des Vergussmaterials um nicht mehr als 10%. Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Grundkörper und das Vergussmaterial dasselbe Material enthalten. Durch einen ähnlichen oder gar gleichen Brechungsindex des Materials des Grundkörpers und des Vergussmaterials wird einfallende Strahlung nicht oder kaum an der Grenzfläche zwischen Grundkörper und Vergussmaterial gebrochen oder reflektiert. Vorteilhaft ermöglicht sich so eine gezielte Lichtführung der Strahlung in der Linse.
  • Bevorzugt stehen das Vergussmaterial und der Grundkörper in direktem Kontakt. Insbesondere grenzen der Grundkörper und das Vergussmaterial direkt aneinander an und es besteht kein Raum oder Spalt an der Grenzfläche zwischen Grundkörper und Vergussmaterial.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Hauptfläche zumindest stellenweise eine Krümmung auf. Insbesondere ist die erste Hauptfläche nicht eben ausgebildet. Beispielsweise weist die erste Hauptfläche eine konkave Krümmung oder eine konvexe Krümmung auf. Beispielsweise ist die erste Hauptfläche stellenweise gewölbt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Hauptfläche Auskoppelstrukturen auf. Beispielsweise sind die Auskoppelstrukturen Aufrauungen der zweiten Hauptfläche.
  • Durch die Aufrauung der zweiten Hauptfläche kann Strahlung, die die Linse durchdringt, bei Austritt aus der Linse an der zweiten Hauptfläche gestreut werden. Bevorzugt wird Strahlung an der Aufrauung der zweiten Hauptfläche diffus gestreut. Dadurch weist Strahlung, die von einer derartigen Linse geleitet wird, eine verbesserte, insbesondere homogene Abstrahlcharakteristik bei Austritt aus der Linse auf.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest einen reflektierenden Teilbereich auf.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper zwei reflektierende Teilbereiche auf. Bevorzugt sind die zwei reflektierenden Teilbereiche an der ersten Hauptfläche angeordnet und von der Kavität beabstandet. Der reflektierende Teilbereich des Grundkörpers kann insbesondere ein Vorsprung sein, der eine solche Form aufweist, dass Strahlung, die in den reflektierenden Teilbereich eintritt, beispielsweise an einer Grenzfläche des reflektierenden Teilbereichs reflektiert wird. Alternativ kann der reflektierende Teilbereich Flächen aufweisen, die mit einem reflektierenden Material beschichtet sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper zumindest stellenweise nach Art einer Fresnel-Linse ausgebildet. Eine Fresnel-Linse weist insbesondere an einer der Hauptflächen eine Mehrzahl von Stufen auf. Bevorzugt weist die erste Hauptfläche die Mehrzahl von Stufen auf. Besonders bevorzugt bildet die erste Stufe der Fresnel-Linse die Kavität des Grundkörpers.
  • Die erste Stufe der Fresnel-Linse ist insbesondere die an der ersten Hauptfläche der Linse mittigste Stufe.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest eine weitere Kavität auf, die an der ersten Hauptfläche angeordnet ist und ein Vergussmaterial enthält, das zumindest einen Diffusor aufweist. Die Anzahl der weiteren Kavitäten mit darin enthaltenem Vergussmaterial richtet sich vorzugsweise an die jeweilige Anforderung und/oder Verwendung der Linse. Ein selektives Diffusieren beliebiger Linsenareale je nach vorgegebener Homogenitätsanforderung und Designanforderung der Linse ermöglicht sich so mit Vorteil.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der Grundkörper zumindest einen Konverter. Der Konverter wandelt insbesondere Licht einer Wellenlänge in Licht einer anderen Wellenlänge um. Beispielsweise wandelt der Konverter blaue Strahlung zumindest teilweise in gelbe Strahlung um, die sich dann zusammen mit der blauen Strahlung vermischt und weiße Mischstrahlung ermöglicht.
  • Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das zumindest eine Linse und zumindest eine Lichtquelle aufweist, wobei die Lichtquelle auf der Seite der ersten Hauptfläche angeordnet ist. Die Linse des optoelektronischen Bauelements ist dabei so ausgebildet, wie es in Verbindung mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen offenbart ist. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Linse offenbarten Merkmale sind auch für die Linse des optoelektronischen Bauelements offenbart und umgekehrt.
  • Die Lichtquelle ist insbesondere auf der Seite der ersten Hauptfläche angeordnet. Die erste Hauptfläche bildet somit eine Strahlungseintrittsfläche für von der Lichtquelle emittierte Strahlung. Die zweite Hauptfläche der Linse bildet eine Strahlungsaustrittsfläche für die von der Lichtquelle emittierte und durch die Linse geleitete Strahlung. Die Strahlungseintrittsfläche weist demnach die Kavität mit darin enthaltenem Vergussmaterial auf.
  • Insbesondere ist das den Diffusor enthaltene Vergussmaterial dem Grundkörper so vorgeordnet, dass Strahlung, die das Vergussmaterial durchdringt, anschließend in dem Grundkörper geleitet wird. Das Vergussmaterial ist somit zwischen Lichtquelle und Grundkörper angeordnet. Streuprozesse der von der Lichtquelle emittierten Strahlung finden somit vor Eintritt in den Grundkörper, und somit vor Lichtführung in der Linse statt.
  • Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Abstrahlcharakteristik von Bauelementen in der Kombination mit einer klarsichtigen Linse störende Intensitätsspitzen in der räumlichen Abstrahlung aufweist. Um solche störenden Intensitätsspitzen zu vermeiden, macht das hier beschriebene Bauelement von der Idee Gebrauch, ein mit Diffusor enthaltenes Vergussmaterial mit einem klarsichtigen Grundkörper zu kombinieren. Durch die ungerichtete Streuung der Strahlung an dem Diffusor werden die störenden Intensitätsspitzen in der Abstrahlcharakteristik mit Vorteil vermieden. Durch die Streuung der emittierten Strahlung an dem Diffusor wird weiter die Farbhomogenität verbessert und die elektromagnetische Strahlung in ihren Intensitäten geglättet.
  • Farbhomogenität ist insbesondere die Stabilität des Farborts über die räumliche Abstrahlung durch die Oberfläche des Bauelements.
  • Insbesondere kann durch eine derartige Linse der Effekt vermieden werden, dass im ausgeschalteten Zustand des Bauelements die Lichtquelle für einen Betrachter sichtbar ist, insbesondere gelb erscheint. Dieser Effekt tritt insbesondere bei weiß emittierenden LED-Chips auf, die einen Chip und einen Konverter aufweisen. Das Bauelement aufweisend eine Linse und eine Lichtquelle ist demnach so ausgeführt, dass die Lichtquelle, insbesondere ein weiß emittierender LED-Chip, im ausgeschalteten Zustand des Bauelements nicht sichtbar ist.
  • Gleichzeitig erfüllt eine derartige Linse die Anforderung, im eingeschalteten Zustand die Abstrahlung des LED-Chips weiter zu gewährleisten. Diese Vorteile werden insbesondere durch das in der Kavität des Grundkörpers eingebrachte Vergussmaterial mit darin enthaltenem Diffuser ermöglicht.
  • Durch die Anordnung der Kavität seitens der Lichtquelle ist das Vergussmaterial an keiner Außenseite des Bauelements angeordnet. Dadurch ist das Vergussmaterial mit darin enthaltenem Diffusor mit Vorteil vor mechanischen und/oder chemischen Einflüssen geschützt. Unter mechanischen und/oder chemischen Einflüssen fallen beispielsweise Stöße, Eindringen von Flüssigkeit in das Vergussmaterial oder Zerkratzen des Vergussmaterials.
  • Vorzugsweise ist die Lichtquelle der Kavität des Grundkörpers direkt gegenüber angeordnet. Bevorzugt ist die laterale Ausdehnung der Kavität kleiner oder gleich der lateralen Ausdehnung der Lichtquelle.
  • Die laterale Ausdehnung ist insbesondere die Ausdehnung, die sich entlang der ersten Hauptfläche erstreckt.
  • Durch eine sich direkt gegenüberliegende Anordnung und eine derartige laterale Ausdehnung zueinander können insbesondere sogenannte Hotspots in der Abstrahlcharakteristik des Bauelements vermieden werden. Eine homogene Abstrahlcharakteristik ermöglicht sich mit Vorteil.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelements ist die Lichtquelle außerhalb der Kavität des Grundkörpers angeordnet. Insbesondere ist die Lichtquelle von der Linse beabstandet angeordnet.
  • Alternativ kann die Lichtquelle innerhalb der Kavität des Grundkörpers angeordnet sein. In diesem Fall umschließt das Vergussmaterial die Lichtquelle vollständig.
  • Bevorzugt ist die Lichtquelle eine Licht emittierende Diode (LED).
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Linse angegeben. Mittels des Verfahrens ist eine Linse herstellbar, wie es in Verbindung mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen offenbart ist. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Linse oder dem Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Vergussmaterial mittels Dispenstechnik in die Kavität eingebracht. Das Vergussmaterial wird dazu in Tröpfchenform eingebracht. Beispielsweise findet hierzu eine Spritze oder eine Pipette Verwendung.
  • Der Diffusor wird vorzugsweise vor Einbringen des Vergussmaterials in die Kavität mit dem Vergussmaterial vermengt. Vorzugsweise wird der Diffusor derart im Vergussmaterial verteilt, dass die Konzentration des Diffusors in dem Vergussmaterial gleichmäßig verteilt ist. Dadurch kann insbesondere eine isotrope Streuung von Strahlung, die auf das Vergussmaterial trifft und in dieses eindringt, erzielt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens liegt die Temperatur des Vergussmaterials bei dem Verfahrensschritt des Dispensens unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers. So kann eine Schädigung oder gar Zerstörung des Materials des Grundkörpers während der Herstellung der Linse vermieden werden.
  • Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Linse, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1 bis 3 jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements,
  • 4 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linse während des Verfahrensschrittes des Dispensens, und
  • 5A, 5B jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linse.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements aufweisend eine Linse 1 und eine Lichtquelle 5. Die Linse 1 weist eine erste Hauptfläche 21 und eine zweite Hauptfläche 22 auf. Die Lichtquelle 5 ist insbesondere der ersten Hauptfläche 21 vorgeordnet. Die erste Hauptfläche 21 ist demnach eine Strahlungseintrittsfläche für von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung. Die zweite Hauptfläche 22 ist eine Strahlungsaustrittsfläche für von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung.
  • Die Lichtquelle 5 ist vorzugsweise ein Halbleiterkörper und weist eine aktive Schicht auf. Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Der Halbleiterkörper ist bevorzugt ein Leuchtdiodenchip, insbesondere eine Licht emittierende Diode. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper ein Dünnfilmhalbleiterkörper. Als Dünnfilmhalbleiterkörper wird im Rahmen der Anmeldung ein Halbleiterkörper angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge, die den Halbleiterkörper umfasst, beispielsweise epitaktisch aufgewachsen wurde, abgelöst worden ist.
  • Die Schichten des Halbleiterkörpers basieren bevorzugt auf einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial. Ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff III/V-Verbindungshalbleitermaterial die Gruppe der binären, ternären und quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, insbesondere Nitrid- und Phosphidverbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre und quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
  • Die Lichtquelle 5 weist ferner eine Strahlungsaustrittsseite auf, durch die in der Lichtquelle erzeugte Strahlung die Lichtquelle 5 verlassen kann. Die Strahlungsaustrittsseite der Lichtquelle 5 ist insbesondere der Strahlungseintrittsfläche 21 der Linse zugewandt. Vorzugsweise tritt kein oder kaum Licht durch Seitenflächen der Lichtquelle 5 aus.
  • Die Linse 1 weist einen Grundkörper 23 auf, in dem eine Kavität 3 ausgebildet ist. Die Kavität 3 ist an der ersten Hauptfläche 21 angeordnet und insbesondere der Lichtquelle 5 zugewandt.
  • Vorzugsweise liegt die Kavität 3 der Strahlungsaustrittsseite der Lichtquelle 5 direkt gegenüber. Besonders bevorzugt ist die laterale Ausdehnung der Kavität 3 kleiner oder gleich der lateralen Ausdehnung der Lichtquelle 5.
  • In der Kavität ist ein Vergussmaterial 4 angeordnet, das zumindest einen Diffusor aufweist, der Strahlung zumindest eines Wellenlängenbereichs streut. Insbesondere weist der Diffusor die Eigenschaft auf, von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung zu streuen.
  • Die Lichtquelle 5 ist vorzugsweise außerhalb der Kavität 3 des Grundkörpers 23 angeordnet. Bevorzugt ist die Lichtquelle 5 von der Linse 1 beabstandet angeordnet. Die Lichtquelle 5 wird somit vorzugsweise nicht von dem Vergussmaterial 4 umschlossen, sondern ist von dem Vergussmaterial 4 beabstandet. Die Linse 1 ist insbesondere ein eigenständiges Bestandteil des optoelektronischen Bauelements und kann vorzugsweise separat hergestellt werden.
  • Die Kavität 3 ist vorzugsweise vollständig mit dem Vergussmaterial 4 ausgefüllt. Die Füllhöhe des Vergussmaterials 4 in der Kavität 3 ist demnach derart bemessen, dass nach Aushärten des Vergussmaterials 4 die Oberfläche des Vergussmaterials 4 vorzugsweise bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers 23, insbesondere mit der ersten Hauptfläche 21, abschließt. An den Rändern des Übergangs Vergussmaterial 4 und Grundkörper 23, insbesondere zwischen Vergussmaterial 4 und erster Hauptfläche 21, bildet sich somit keine Stufe oder Unebenheit aus.
  • Durch eine Linse 1, die einen Grundkörper 23 und ein Vergussmaterial 4 mit darin enthaltenem Diffusor aufweist, verbessert sich insbesondere die Lichtführung in der Linse 1. Insbesondere verbessert sich die Abstrahlcharakteristik des Bauelements. Ein homogenes ermöglicht sich so mit Vorteil.
  • Insbesondere wird durch die Linse 1 aufweisend einen Grundkörper 23 und ein Vergussmaterial 4 mit darin enthaltenem Diffusor der Effekt vermieden, dass im ausgeschalteten Zustand des Bauelements die Lichtquelle 5 für einen Betrachter sichtbar ist, insbesondere gelb erscheint. Gleichzeitig erfüllt die Linse 1 die Anforderung, im eingeschalteten Zustand die Abstrahlung der Lichtquelle 5 weiter zu gewährleisten, insbesondere die emittierte Strahlung der Lichtquelle 5 nicht abzuschatten. Die Linse 1 weist somit die Eigenschaft auf, dass im ausgeschalteten Zustand des Bauelements die Lichtquelle 5 für den Betrachter nicht sichtbar ist, wobei die Linse 1 im eingeschalteten Zustand des Bauelements für die von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung strahlungsdurchlässige Eigenschaften aufweist und gleichzeitig die Abstrahlcharakteristik des Bauelements verbessert.
  • Insbesondere kann die Linse 1 aufgrund des Aufbaus aus Grundkörper 23 und Vergussmaterial 4 verschiedene Teilbereiche aufweisen, die jeweils unterschiedliche Lichtpfade ermöglichen. Strahlung, die durch die erste Hauptfläche 21 in den Grundkörper 23 der Linse 1 eintritt, wird ohne Streuprozesse in der Linse 1 an die zweite Hauptfläche 22 geleitet und kann an der zweiten Hauptfläche 22 aus der Linse 1 austreten. Strahlung, die in das Vergussmaterial 4 an der ersten Hauptfläche 21 eintritt, wird in dem Vergussmaterial 4, insbesondere an dem darin angeordneten Diffusor, gestreut. Bevorzugt wird Strahlung in dem Vergussmaterial 4 diffus gestreut. Die in dem Vergussmaterial 4 diffus gestreute Strahlung wird anschließend in dem Grundkörper 23 zur zweiten Hauptfläche 22 geleitet und tritt dort aus der Linse 1 aus.
  • Da die Kavität mit darin enthaltenem Vergussmaterial 4 der Strahlungsaustrittsseite der Lichtquelle 5 direkt gegenüber angeordnet ist, können durch die diffusen Streuprozesse in dem Vergussmaterial 4 Hotspots in der Abstrahlcharakteristik des Bauelements reduziert oder gar vermieden werden. Insbesondere kann durch die diffuse Streuung eine homogene Verteilung der Strahlung, die von der Lichtquelle 5 emittiert wird und durch die Linse 1 tritt, ermöglicht werden.
  • In 1 sind zwei Beispiele möglicher Strahlengänge dargestellt. Strahlung 7, die auf die erste Hauptfläche 21 auftrifft, tritt an der ersten Hauptfläche 21 in den Grundkörper 23 ein, wird in dem Grundkörper 23 zur zweiten Hauptfläche 22 geleitet, ohne in dem Grundkörper gestreut zu werden, und verlässt die Linse 1 an der zweiten Hauptfläche 22. Insbesondere tritt die Strahlung 7 nicht durch das Vergussmaterial 4 und wird daher in der Linse 1 nicht gestreut.
  • Strahlung 6, die an der ersten Hauptfläche 21 in das Vergussmaterial 4 eintritt, wird an dem Diffusor in dem Vergussmaterial 4 diffus gestreut. Die diffuse Streustrahlung 6a, 6b, 6c, 6d tritt aus dem Vergussmaterial 4 in den Grundkörper 23, wird dort zur zweiten Hauptfläche 22 geleitet, und tritt an der zweiten Hauptfläche 22 als diffus gestreute Strahlung 6a, 6b, 6c, 6d aus.
  • Die Linse 1 weist demnach zwei Lichtpfade auf, einen Lichtpfad, bei dem Strahlung keinen Streuprozessen unterliegt und einen zweiten Lichtpfad, der durch die Kavität und dem darin enthaltenen Vergussmaterial 4 führt und in diesem Streuprozesse erfährt. Dadurch kann eine homogene Abstrahlcharakteristik der Strahlung, die aus der Linse 1 austritt, erzielt werden. Insbesondere kann die Linse 1 durch gezielte Anordnung der Kavität 3 in dem Grundkörper 23 so ausgebildet sein, dass sie vorgegebene Homogenitätsanforderungen und Designanforderungen erfüllt.
  • Der Grundkörper 23 kann insbesondere eine Mehrzahl von Kavitäten 3 aufweisen, die jeweils ein Vergussmaterial 4 mit darin enthaltenem Diffusor aufweisen (nicht dargestellt). Dadurch ermöglicht sich ein selektives Diffusieren beliebiger Linsenareale je nach vorgegebener Homogenitätsanforderung.
  • Das Vergussmaterial 4 ist bevorzugt Epoxidharz. Der Grundkörper 23 weist bevorzugt Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung aus Silikon und Epoxid auf. Alternativ kann der Grundkörper 23 zumindest ein Thermoplast-Material wie beispielsweise PMMA (PMMA: Polymethylmethacrylat) oder PC (PC: Polycarbonate) enthalten.
  • Der Brechungsindex des Materials des Vergussmaterials 4 ist vorzugsweise ähnlich dem Brechungsindex des Materials des Grundkörpers 23. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Vergussmaterial 4 und der Grundkörper 23 dasselbe Material enthalten. Dadurch wird mit Vorteil die von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung nicht an der Grenzfläche Vergussmaterial 4 und Grundkörper 23 gebrochen oder reflektiert. Optische Auskoppelverluste können so mit Vorteil minimiert werden.
  • Da die Kavität 3 mit darin enthaltenem Vergussmaterial 4 auf der der Lichtquelle 5 zugewandten Seite der Linse 1 angeordnet ist, ist das Vergussmaterial 4 keiner mechanischen und/oder chemischen Belastung ausgesetzt. Unter einer mechanischen oder chemischen Belastung sind insbesondere mechanische oder chemische Umwelteinflüsse zu verstehen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Stöße und/oder ein Verkratzen.
  • Durch ein Anordnen eines Vergussmaterials 4 mit darin enthaltenem Diffusor in einer Kavität der Linse 1 ist es für das Material des Grundkörpers 23 mit Vorteil nicht zwingend notwendig, ebenfalls streuende Eigenschaften aufzuweisen. Eine Minimierung des Anteils der Linse 1, der lichtstreuende Eigenschaften aufweist, ist so mit Vorteil möglich.
  • Die Linse kann ferner einen Konverter zur Strahlungskonversion der von der Lichtquelle 5 emittierten Strahlung aufweisen (nicht dargestellt). Dadurch ermöglicht sich vorzugsweise die Emission einer Mischstrahlung des Bauelements, insbesondere die Emission weißen Lichts.
  • Die erste Hauptfläche 21 weist vorzugsweise zumindest stellenweise eine Krümmung oder eine Wölbung auf. Insbesondere ist die erste Hauptfläche 21 gebogen ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Hauptfläche 21 eine zur Verwendung als Sammellinse ausgebildete Krümmung aufweisen. Die Krümmung der ersten Hauptfläche 21 richtet insbesondere nach dem Verwendungszweck der Linse 1.
  • 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass die zweite Hauptfläche 22 Auskoppelstrukturen aufweist. Insbesondere weist die zweite Hauptfläche 22 eine Aufrauung 8 auf. Von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung, die in der Linse 1 geleitet wird, wird dadurch vor Austritt aus der Linse 1 an der zweiten Hauptfläche 22 diffus gestreut. Dadurch verbessert sich weiter die Abstrahlcharakteristik des Bauelements. Insbesondere ermöglicht sich so eine verbesserte homogene Abstrahlcharakteristik des Bauelements.
  • Beispiele möglicher Strahlengänge durch die Linse 1 sind wie in 1 durch Pfeile 6, 7, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c dargestellt.
  • Der nicht durch das Vergussmaterial 4 tretende Strahl 7, der in der Linse 1 ungestreut geleitet wird, wird an der zweiten Hauptfläche 22, insbesondere an der Aufrauung 8, diffus gestreut, sodass sich der Strahl 7 in eine Mehrzahl von Streustrahlen 7a, 7b, 7c aufteilt. Der durch das Vergussmaterial 4 tretende Strahl 6, der in dem Vergussmaterial 4 so gestreut wird, dass bereits vor Lichtführung in der Linse 1 eine Mehrzahl von Streustrahlen 6a, 6b, 6c entstehen, wird ebenfalls an der Aufrauung 8 jeweils so gestreut, dass die Streustrahlen 6a, 6b, 6c sich jeweils in weitere Streustrahlen zerlegen.
  • Strahlung, die also nicht durch das Vergussmaterial 4 tritt, wird erst an der zweiten Hauptfläche 22 diffus gestreut. Strahlung, die durch das Vergussmaterial 4 tritt, wird dagegen in dem Vergussmaterial 4, an dem Diffusor und an der zweiten Hauptfläche 22 gestreut. Eine homogene Abstrahlcharakteristik der durch die Linse 1 tretenden Strahlung 6, 7 ermöglicht sich so mit Vorteil.
  • Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass der Grundkörper 23 reflektierende Teilbereiche 9a, 9b aufweist. Insbesondere sind die reflektierenden Teilbereiche 9a, 9b an der ersten Hauptfläche 21 und lateral beabstandet von der Kavität 3 angeordnet.
  • Die lateralen Teilbereiche 9a, 9b können vorzugsweise eine derartige Höhe aufweisen, dass sie die Lichtquelle 5 umschließen.
  • Von der Lichtquelle 5 emittierte Strahlung kann so an den reflektierenden Teilbereichen 9a, 9b reflektiert werden, dass sich das Erscheinungsbild, insbesondere die Abstrahlcharakteristik des Bauelements weiter verbessert.
  • Beispiele möglicher Strahlengänge sind wieder durch Pfeile 6, 6a, 6b, 6c, 6d, 7, 7a, 7b gezeigt.
  • Beispielsweise tritt ein von der Lichtquelle 5 emittierter Strahl 7 in einen der reflektierenden Teilbereiche 9a ein, wird in dem reflektierenden Teilbereich 9a als Strahl 7a geleitet, trifft auf die erste Hauptfläche 21, die insbesondere reflektierende Eigenschaften aufweist, wird an dieser Hauptfläche 21 so reflektiert, dass der Strahl in Richtung zweiter Hauptfläche 22 geführt wird und an der zweiten Hauptfläche 22 als Strahl 7b aus der Linse 1 austritt. Dieser Strahl 7 wird demnach nicht durch das Vergussmaterial 4 geleitet und erfährt somit in der Linse 1 keine Streuprozesse.
  • Ein von der Lichtquelle 5 emittierter Strahl 6, der in das Vergussmaterial 4 eintritt, und nicht einen der reflektierenden Teilbereiche 9a, 9b durchläuft, wird dagegen wie in dem Ausführungsbeispiel zu 1 an dem Diffusor diffus gestreut und erfährt keine Reflektionsprozesse.
  • Die reflektierenden Eigenschaften der reflektierenden Teilbereiche 9a, 9b können beispielsweise mittels einer auf der ersten Hauptfläche 21 aufgebrachten reflektierenden Beschichtung 10 realisiert werden. Alternativ kann durch den Brechungsindexunterschied zwischen reflektierenden Teilbereichen 9a, 9b und umgebenden Medium eine Reflexion erzielt werden.
  • Das Ausführungsbeispiel der 4 stellt einen Querschnitt einer Linse 1 im Herstellungsprozess dar. Insbesondere ist die Linse des Ausführungsbeispiels der 4 nach Art einer Fresnel-Linse ausgebildet. Eine Fresnel-Linse weist insbesondere an einer Hauptfläche, in diesem Fall der ersten Hauptfläche 21, eine Mehrzahl von Stufen 12a, 12b, 12c auf. Die zweite Hauptfläche 22 kann eben ausgebildet sein.
  • Die Kavität des Grundkörpers 23 wird vorzugsweise durch die erste Stufe 12a der Fresnel-Linse gebildet. Die erste Stufe 12a der Fresnel-Linse ist insbesondere die mittigste Stufe der Linse.
  • Insbesondere weist die erste Stufe 12a eine Höhe H auf, die mit dem Vergussmaterial 4 gefüllt wird.
  • Alternativ kann die Füllhöhe des Vergussmaterials 4 kleiner als die Höhe H der ersten Stufe 12a sein (nicht dargestellt). In diesem Fall füllt das Vergussmaterial 4 nicht vollständig die Höhe H der ersten Stufe 12a aus, sodass Strahlung in die Fresnel-Struktur, insbesondere in die erste Stufe 12a, eingeleitet werden kann, was mit Vorteil zu einer verbesserten Effizienz der Optik beiträgt.
  • Das Vergussmaterial 4 wird vorzugsweise mittels Dispenstechnik in die Kavität eingebracht. Dazu wird das Vergussmaterial 4 beispielsweise in die Kavität 3 eingetröpfelt. Das Eintropfen kann beispielsweise mittels einer Spritze 11 oder einer Pipette 11 durchgeführt werden.
  • Die Temperatur des Vergussmaterials 4 beim Verfahrensschritt des Dispensens liegt vorzugsweise unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers 23. Das Vergussmaterial 4 wird anschließend mittels Kühlung ausgehärtet.
  • Ferner kann das Vergussmaterial 4 mittels eines Jetting-Prozesses in die Kavität 3 eingebracht werden (nicht dargestellt).
  • In den 5A und 5B ist jeweils eine Linse 1 umfassend einen Grundkörper 23 und ein Vergussmaterial 4 dargestellt.
  • Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Linse schließt in den Ausführungsbeispielen der 5A und 5B das Vergussmaterial 4 nicht mit der ersten Hauptfläche 21 des Grundkörpers 23 bündig ab. Insbesondere weist die von dem Grundkörper 23 abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials 4 eine Krümmung auf. Beispielsweise kann die von dem Grundkörper 23 abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials 4 nach Art einer Sammellinse oder einer Zerstreuungslinse ausgebildet sein, je nach Verwendungszweck der Linse 1.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 5A weist die vom Grundkörper 23 abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials 4 eine konkave Krümmung auf. 5B dagegen zeigt eine Linse 1, bei der die vom Grundkörper 23 abgewandte Oberfläche des Vergussmaterials 4 eine konvexe Krümmung aufweist.
  • Durch eine Krümmung der vom Grundkörper 23 abgewandten Oberfläche des Vergussmaterials 4 kann in diesem Bereich der Linse 1 eine vorbestimmte, insbesondere erwünschte Lichtführung erzielt werden. Insbesondere kann beispielsweise bereichsweise eine Bündelung von Strahlung oder eine Zerstreuung von Strahlung erzielt werden.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen aus Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Linse (1) umfassend – einen Grundkörper (23), der eine erste Hauptfläche (21), eine zweite Hauptfläche (22) und zumindest eine Kavität (3) aufweist, die an der ersten Hauptfläche (21) angeordnet ist, und – ein Vergussmaterial (4), das in der Kavität (3) angeordnet ist und zumindest einen Diffusor aufweist, der Strahlung zumindest eines Wellenlängenbereichs streut.
  2. Linse (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Hauptfläche (21) zumindest stellenweise eine Krümmung aufweist.
  3. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vergussmaterial (4) bündig mit der ersten Hauptfläche (21) abschließt.
  4. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (22) Auskoppelstrukturen (8) aufweist.
  5. Linse (1) nach Anspruch 4, wobei die Auskoppelstrukturen (8) Aufrauungen der zweiten Hauptfläche (22) sind.
  6. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (23) zumindest einen reflektierenden Teilbereich (9a, 9b) aufweist.
  7. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (23) zumindest stellenweise nach Art einer Fresnel-Linse ausgebildet ist.
  8. Linse (1) nach Anspruch 7, wobei die erste Stufe (12a) der Fresnel-Linse die Kavität bildet.
  9. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (23) weitere Kavitäten (3) aufweist, in denen jeweils ein weiteres Vergussmaterial (4) angeordnet ist, das zumindest einen Diffusor aufweist.
  10. Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vergussmaterial (4) Epoxidharz ist.
  11. Optoelektronisches Bauelement, aufweisend – zumindest eine Linse (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und – zumindest eine Lichtquelle (5), die auf der Seite der ersten Hauptfläche (21) angeordnet ist.
  12. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11, wobei die Lichtquelle (5) außerhalb der Kavität (3) des Grundkörpers (23) angeordnet ist.
  13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die zumindest eine Lichtquelle (5) eine LED ist.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Linse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Vergussmaterial (4) mittels Dispenstechnik in die Kavität (3) eingebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Temperatur des Vergussmaterials (4) beim Verfahrensschritt des Dispensens unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers (23) liegt.
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