WO2018197636A2 - Beleuchtungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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    • H10W90/00—Package configurations

Definitions

  • a lighting device is specified.
  • Lighting device specified One object to be solved is, inter alia, to provide a lighting device which has an improved efficiency.
  • a lighting device is to be specified, by means of which an area to be illuminated can be illuminated with a particularly high contrast.
  • Another object to be solved is to provide a method for producing such a lighting device.
  • the lighting device is
  • a headlight in particular a vehicle headlight, a lighting device that can be used in a headlight, or a device for general lighting, for example for
  • the lighting device may be part of a projector. That is, the lighting device may be used as a light source and / or imaging unit in a projector or other optical display device.
  • Lighting device is set up in the
  • the lighting device comprises a light-emitting element.
  • the light-emitting element may, for example, comprise at least one radiation-emitting semiconductor chip.
  • the light-emitting element comprises at least one
  • the light-emitting element is a Lambert's emitter.
  • the light emitting element may also comprise passively illuminating materials, such as conversion agents, or reflective materials.
  • the light-emitting element is a light-emitting
  • Semiconductor chip which has a plurality of emission regions, which can be operated separately from each other and / or the light-emitting element may comprise a plurality of semiconductor chips, which are arranged side by side in a lateral plane and separate from each other
  • the light-emitting element is formed with a laser diode, which in
  • Radiation downstream of a conversion means is arranged. During normal operation of the light-emitting element, it is then possible, for example, to illuminate different areas of the conversion means successively by means of the laser diode.
  • the conversion means is to
  • Lighting device an optical device.
  • the optical device is adapted from the
  • the optical device comprises at least a first optical element.
  • the optical device comprises, in addition to the first optical element, further optical elements which are set up for this purpose
  • the optical device comprises a second optical element.
  • the optical device may comprise a third optical element.
  • the optical device may comprise exclusively refractive optical elements by means of which the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting element is influenced.
  • the optical device may additionally comprise reflective and / or diffractive optical elements.
  • each of the first, second and third optical elements is a lens.
  • the first optical element is a first lens
  • the second optical element is a second lens
  • the third optical element is a third lens.
  • the optical detector In accordance with at least one embodiment, the optical detector
  • the emission direction is, for example, the main emission direction along which the intensity of the emitted light enters
  • the Main emission direction parallel to an optical axis of the optical device.
  • the optical device intended operation at least a majority of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting element through the optical device.
  • at least 50%, preferably at least 70%, of the substance emitted by the light-emitting element pass through
  • the first lens is arranged on a side of the optical device facing the light-emitting element.
  • the first lens may be the optical element of the optical device that emits the light emitted from the light-emitting element
  • electromagnetic radiation passes through first.
  • the first lens is directly downstream of the light-emitting element in the emission direction, so that the emitted electromagnetic radiation passes through no further optical elements before it strikes the first lens.
  • a material which has a different refractive index from the material of the first lens is arranged between the first lens and the light-emitting element.
  • the first lens and the light-emitting element are not in direct mechanical contact with each other.
  • the first lens and the light-emitting element are mechanically firmly connected to one another by means of a connection means.
  • the connecting means then has a different refractive index from the lens.
  • the light-emitting element is a gaseous material arranged.
  • air is arranged between the first lens and the light-emitting element.
  • gases such as argon and / or nitrogen may be disposed between the first lens and the light-emitting element.
  • the space between the first lens and the light-emitting element is in particular filled with a material which has a smaller refractive index than the material with which the first lens is formed.
  • Lighting device has a first surface of the first lens facing the light-emitting element
  • the light-emitting element facing away from the second surface of the first lens has a radius of curvature of at least 200 mm.
  • the radius of curvature of the first and second surfaces is at least 500 mm, in particular at least 1000 mm.
  • the first surface is a concave curved surface and the second surface is a convex curved surface.
  • the first lens has a same first radius of curvature along its entire first surface within the scope of the manufacturing tolerance.
  • the first lens in the context of
  • Lighting device a light emitting element and an optical device having a first lens, wherein in the lighting device, the optical device, the light emitting element in a radiation direction
  • the light-emitting element facing side of the optical Device is disposed between the first lens and the light-emitting element, a material which is one of the material of the first lens
  • a first surface of the first lens facing the light-emitting element has a first radius of curvature of at least 200 mm and a second surface of the first lens facing away from the light-emitting element has a second radius of curvature of at least 200 mm.
  • One of the illumination devices described here is based, inter alia, on the following considerations.
  • the emission characteristic of a light-emitting element and / or by means of a light-emitting element is based, inter alia, on the following considerations.
  • the light-emitting element is followed by an optical device.
  • the lighting device described here makes use of, inter alia, the idea of using the first lens
  • the first lens is a refractive optical element which has a particularly small curvature of the surfaces, so that it can be arranged in a particularly simple manner downstream of the light-emitting element.
  • the first lens may be arranged downstream of the light-emitting element in the emission direction.
  • Lighting device of a particularly compact design as in the first lens of the optical device both the function of a refractive optical element, which part an optical device, as well as the function of a cover glass is integrated.
  • Illumination device has the light-emitting element on a side facing the optical element
  • the emission surface may be, for example, the surface of a conversion agent or the
  • the emission surface may be the surfaces of a plurality of light-emitting components
  • the emission surface may be the surface of a single light emitting device, which in particular has a plurality of light emitting
  • Areas comprises, for example, which can be operated separately from each other.
  • the plurality of areas comprises, for example, which can be operated separately from each other.
  • Emission surface to be an imaginary surface, which is not necessarily formed as a contiguous surface, but composed of the surfaces of a plurality of emitting elements.
  • the emission surface is a rectangular, in particular square, surface.
  • the emission surface may be in the form of any polygon.
  • the emission surface has an edge length which is measured along an edge of the polygon.
  • the first lens has a thickness, wherein the thickness is at least twice as large as an edge length of the emission surface, in particular a largest edge length of the emission surface.
  • the first lens may have a thickness measured along the optical axis of the optical device.
  • the thickness of the first lens is at least twice as large, in particular at least three times as large, for example at least five times as large as the edge length, in particular the largest cation length, of the emission surface.
  • the thickness is
  • At least 10 mm in particular at least 20 mm.
  • an aberration of the optical device can be compensated.
  • Lighting device is the first lens with a
  • the first lens is formed exclusively with a material whose refractive index is at least 1.6, in particular at least 1.7.
  • the material of the first lens is heavy flint glass, for example N-SF11, NSF57HT, N-SF66, NSF57HT, N-SF57HT or a material having equivalent optical properties.
  • the material of the first lens is a lead-free glass.
  • Lighting device is the first lens with a
  • the Abbeiere is a maximum of 50.
  • the material with which the first lens is formed a Abbezier of a maximum of 40, on.
  • chromatic aberrations are particularly well compensated by means of a first lens formed with a low Abbe number material.
  • the beam offset compensates for spherical along the optical axis of the optical device
  • electromagnetic radiation at the first and second surfaces are refracted. For example, different light rays coming from a common point meet
  • the adjustment of the thickness of the first lens allows for compensation of the spherical aberration.
  • Lighting device the first surface and / or the second surface are planar. Are the first area
  • the flat surfaces are perpendicular to the optical axis of the first lens.
  • spacings are particularly precisely adjustable by means of flat surfaces.
  • the first and the second surface are parallel to each other.
  • the first and the second surface have a radius of curvature of infinity, so that both surfaces are planar.
  • a first lens with a first and second plane surface can be aligned in a particularly simplified manner relative to the light-emitting element.
  • lateral displacement of the first lens - transverse or perpendicular to the optical axis of the first lens - relative to the light emitting element does not result in degradation of the imaging performance of the optical device.
  • Lighting device is on the side of the optical device on which the light-emitting element is arranged, an angle between a main beam and the optical axis of a maximum of 2 °.
  • the optical device may be an optical device that is telecentric on the side facing the light-emitting element.
  • each point on the emission surface has a principal ray which is approximately parallel to the optical axis of the optical device before this main ray strikes the first surface of the first lens.
  • a telecentric optical device allows a particularly high contrast in the illumination of different areas by means of the lighting device.
  • the numerical aperture of the optical device is at least 0.5.
  • the numerical aperture of the optical device is at least 0.7.
  • a large numerical aperture of the optical device allows a particularly large proportion of the light emitted from the light-emitting element
  • the distance between the emission surface and the first surface is at most the length of the edge length of the emission surface.
  • the distance between the emission surface and the first surface is at most half the length of the edge length of the emission surface.
  • the distance between the emission surface and the first surface is maximum 1 mm, in particular a maximum of 0.5 mm. advantageously,
  • optical device passes through optical device, and thus can be used for illumination.
  • Lighting device is arranged on a side facing away from the light emitting element side of the optical device, a second lens, wherein the second lens is formed with a material whose Abbeiere is at least 55.
  • the material with which the second lens is formed may be a material having a low glass transition temperature.
  • the material of the second lens has a glass transition temperature of at most 550 ° C.
  • the second lens is formed with one of the following materials: crown glass, borosilicate glass, soda lime glass, B270, P-BK7, doctan, PMMA, Zeonex F52R.
  • the second lens may be formed as a pressed glass lens or with pressed plastic. Such a second lens is particularly inexpensive and easy to produce.
  • the second lens may be an aspherical lens, by means of which an anamorphic optical image
  • the second lens may have a larger diameter than the first lens.
  • the diameter of the lenses is measured perpendicular to the optical axis of the lenses.
  • the larger second lens may be formed with a less expensive material than the first lens.
  • Lighting device the light-emitting element is arranged in a housing, wherein the housing and the first lens are mechanically fixed to each other.
  • the housing surrounds the light-emitting
  • the light-emitting element is integrally connected to the housing.
  • the light-emitting element is on a side facing away from the optical device
  • the housing surrounds the light-emitting element from all sides that do not face the optical device.
  • the housing is formed, for example, with an epoxy material, a silicone material, a plastic, a printed circuit board and / or with a glass material.
  • the first lens may be mechanically fixedly connected to the housing by means of a non-positive, a positive and / or a material connection.
  • the non-positive connection is realized by means of a clamping device.
  • the housing and the first lens may be adhesively bonded to one another by gluing, bonding or by means of a glass solder.
  • the region in which the first lens is in direct contact with the housing does not overlap with the emission surface.
  • the direct connection of the first lens and the housing allows a particularly robust and compact construction of the lighting device. According to at least one embodiment of the
  • Lighting device is disposed between the emission surface and the first surface of a gaseous material, in particular air. For example, on the side of the light-emitting element facing the first lens no
  • the transition of air to the material of the first lens enables a particularly high refraction of the light emitted by the light-emitting element
  • Lighting device the first lens on its first and / or second surface on an anti-reflection layer.
  • the antireflection coating is
  • the antireflection layer with magnesium fluoride, silicon dioxide (Si0 2 ), titanium dioxide
  • Lighting device is the first lens at least partially coated with an absorption layer.
  • the first lens is at its side surfaces, which extend transversely to the first and second surfaces of the first lens and connect them to one another
  • the absorption layer is adapted to absorb electromagnetic radiation, in particular electromagnetic radiation generated by the light-emitting element. Furthermore, the absorption layer may also be partially arranged on the first and / or second surface of the first lens. In particular, an aperture of the optical device can be formed by means of the absorption layer. Advantageously, it absorbs
  • the light emitting element comprises a pixelated light emitting semiconductor chip or the light emitting element comprises a plurality
  • a light-emitting semiconductor chip includes a plurality of light-emitting regions which can be operated separately from each other.
  • the light emitting areas are in a lateral plane
  • the individual light-emitting regions of the light-emitting semiconductor chip are
  • the individual light-emitting areas are set up in normal operation generate electromagnetic radiation of a common color location.
  • the light-emitting regions may have a conversion means, which is arranged to generate the light-emitting regions
  • Emission area of the light-emitting element can all the light-emitting areas of the pixelized
  • the light-emitting element may include a plurality of light-emitting semiconductor chips.
  • the light-emitting semiconductor chips can be configured non-pixelated.
  • the light-emitting semiconductor chips can be configured non-pixelated.
  • the light-emitting semiconductor chips separately controllable.
  • the light-emitting semiconductor chips separately controllable.
  • the light-emitting semiconductor chips separately controllable.
  • the light-emitting diode As example, the light-emitting diode
  • light emitting element may include all light emitting semiconductor chips.
  • a pixelated light-emitting semiconductor chip comprises at least 16, in particular at least 1024 emission regions.
  • the light-emitting element comprises at least 16, in particular at least 1024,
  • the light-emitting semiconductor chips may be connected in a lateral plane to the
  • Corner points of a regular rectangular grid may be arranged. For example, each light-emitting
  • Semiconductor chip, or each light emitting area of a pixelized semiconductor chips have an edge length of at least 0.5 ym to a maximum of 500 ym.
  • Lighting device which such a
  • Lighting device the light-emitting element is materially connected to a drive device.
  • the drive device is on a side facing away from the optical device of the
  • the drive device is arranged between the light-emitting element and the housing.
  • the driving device and the light-emitting element may be, for example
  • the light-emitting element and the drive device can be electrically and mechanically connected to one another by means of a conductive adhesive or a solder.
  • the drive device is configured, for example, to electrically conduct the light-emitting element
  • the drive device is adapted to the light-emitting element by means of a
  • the drive device may be a
  • Microcontroller act in the form of a silicon chip.
  • the drive device a Include drivers for the light-emitting element.
  • the drive device comprises a
  • the drive device and or the light-emitting element can be read.
  • the drive device may comprise, for example, a memory, in particular a register. Further, the driving device and the
  • the further passive element can be set up, for example, to electrically connect the activation device to individual electrical contacts of the light-emitting element.
  • the emission surface has a dielectric layer structure.
  • Layer structure is on the semiconductor chip or on the
  • the layer structure is formed with a plurality of dielectric layers.
  • the dielectric layers are
  • Titanium dioxide (TiO 2) formed. The with silica and
  • Titanium oxide formed dielectric layers are Titanium oxide formed dielectric layers.
  • the Layer thickness of the dielectric layers in each case between 40 nm and 180 nm.
  • the dielectric layer structure forms a Bragg mirror, which is adapted to electromagnetic radiation as a function of their exit angle from the
  • the exit angle is measured relative to the normal on an exit surface.
  • the exit surface is the area of the semiconductor chip through which at least a majority of the emitted
  • the exit surface comprises a
  • Outlet angle whose amount is less than 45 °, increases and for exit angle whose amount is greater than 45 °, reduced.
  • the layer structure increases the luminous flux of electromagnetic radiation with small exit angles and reduces the luminous flux of
  • a method of manufacturing a lighting device With the method, in particular, a lighting device described here can be produced. That is, all for the
  • Lighting features disclosed are also disclosed for the method and vice versa. According to at least one embodiment of the method for producing a lighting device, the
  • the light-emitting elements are, for example, Lambert's emitters, which are set up to generate electromagnetic radiation during normal operation.
  • the light-emitting elements are each materially connected to a drive device
  • the light-emitting elements are each arranged in a first composite of housings.
  • the composite of housings includes a plurality of housings juxtaposed in a lateral plane.
  • the light-emitting elements are materially bonded to the composite of housings
  • the light-emitting elements may be soldered or by means of a soldering process
  • Process step B) precisely one light-emitting element is arranged in each housing of the composite of housings.
  • Process step C) provides a plurality of first lenses in a second composite.
  • the first lenses within the second composite are juxtaposed in a lateral direction.
  • the second composite is a glass pane with two plane-parallel surfaces.
  • the second composite perpendicular to its main extension direction, has a thickness which corresponds to the thickness of the first lens.
  • a method step D) the first and the second composite are produced
  • first and the second composite by means of a
  • Adhesive method a glass soldering method or a
  • a method step E in a method step E) the first and the second composite are produced
  • the light-emitting element is associated with exactly one lens and a housing.
  • the first and the second composite by means of a sawing process, a
  • first and the second composite are separated in a common method step.
  • FIG. 1 and 3D are schematic sectional views of a lighting device described herein;
  • Figures 2A, 2B, 2C, 2D and 2E are schematic
  • FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D and 3E schematically show various stages of the method for producing a
  • FIGS. 5A and 5B schematically show the intensity of the
  • FIG. 5C schematically shows the cumulative luminous flux of the emitted electromagnetic radiation as a function of Exit angle from the semiconductor chip a
  • FIG. 6 is a tabular representation of the layer thickness and the material of dielectric layers of a
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a lighting device 1 described here comprising a light emitting element 20 and an optical device 10 with a first lens 101.
  • the optical device 10 is the light emitting element 20 in one
  • the first lens 101 is arranged on a side of the optical device 10 facing away from the light-emitting element 20, a second lens 102 is provided.
  • a third lens 103 is disposed. In the
  • the light-emitting element 20 emits electromagnetic radiation that passes through the first 101, the third 103 and the second 102 lens of the optical device 10 in this order.
  • the light emitting element 20 is a Lambertian emitter.
  • the light-emitting element comprises a pixelated
  • the light-emitting element 20 comprises a laser, which in the beam path
  • Conversion agent is arranged downstream. Between the first lens 101 and the light-emitting
  • Element 20 is arranged a material which is different from the material of the first lens 101
  • the material disposed between the light-emitting element 20 and the first lens 101 has a smaller one
  • Refractive index as the material of the first lens.
  • the light-emitting element 20 and the first lens 101 is a gaseous material
  • Surface 101a of the first lens 101 has a radius of curvature of at least 200 mm.
  • the first surface 101a is concavely curved or planar.
  • the second surface 101b is convexly curved or planar.
  • the first surface 101 a and / or the second surface 101 b are designed plan.
  • the first surface 101a is parallel to the second surface 101b.
  • the third lens 103 is a biconvex lens.
  • the third lens 103 may have any other curvatures.
  • the third lens is formed for example with F52R Zeon.
  • the second lens 102 is an aspherical lens. For example, anamorphic imaging of the light-emitting element is realized by means of the second lens 102.
  • the second lens is formed, for example, with F52R Zeon.
  • the diameter d3 of the third lens 103 is larger than the diameter d1 of the first lens 101.
  • the diameter d2 of the second lens 102 is larger than the diameter d1 of the first lens 101.
  • the diameter d2 of the second lens is 54 mm.
  • FIG. 2A shows a schematic sectional view of a light-emitting element 20, a housing 30 and a first lens 101 of one described here
  • the light-emitting element 20 is disposed in the housing 30.
  • the light-emitting element 20 is mechanically fixed to the housing 30 on its side facing away from the first lens 101
  • the light-emitting element 20 is connected to the housing 30 by means of a solder connection or an adhesive connection.
  • the light-emitting element 20 On the side of the light-emitting element 20 facing the first lens 101, the light-emitting element 20 has an emitting surface 20a on. During normal operation, the light-emitting element 20 emits electromagnetic radiation L generated in the light-emitting element 20 through the
  • the emission surface 20a points in
  • the edge length K is 4 mm.
  • the first lens 101 is arranged downstream of the light-emitting element 20 in the emission direction A.
  • the first lens 101 has a thickness D along an optical axis 11 of the first lens 101.
  • the thickness D of the first lens 101 is at least twice as large as the edge length K of the emitting surface 20a.
  • the thickness D is at least three times as large as the edge length K.
  • the thickness D is 15 mm.
  • the thickness D of the first lens 101 is along the
  • the thickness D of the first lens 101 is selected such that the beam offset along the optical axis of the optical device 10 is spherical
  • the first lens is a material
  • the Abbeiere the material with which the first lens 101 is formed, a maximum of 50, in particular a maximum of 40.
  • the first lens 101 is formed with a heavy flint glass, in particular N-SF11, NSF57HT or N-SF66.
  • FIG. 2B shows a sectional view of a housing 30 of a light-emitting element 20 and a first lens 101 of a lighting device 1.
  • the light-emitting Element 20 has a plurality of emission regions which, for example, are part of a common pixelated one
  • Emission regions of the light-emitting element 20 produced in a common process.
  • the emission regions of the light-emitting element emit
  • the emission regions each have at least one edge length of 0.5 ym to a maximum of 500 ym in the lateral direction.
  • the light-emitting element comprises
  • electromagnetic radiation emitted from different points of the emission surface 20a has different principal rays H, respectively.
  • Main rays H extend between the emission surface 20a and the first surface 101a substantially parallel to the optical axis 11 of the optical device 10. Specifically, an angle between the optical axis 11 and a main ray H is at most 2 °.
  • the optical device 10 is an optical system disposed on the side of the light-emitting element
  • the optical device 10 has a numerical
  • the optical device 10 of at least 50%, preferably at least 70%, of the light-emitting element 20 emitted electromagnetic radiation L through.
  • Figure 2C shows a sectional view of a housing 30, a light-emitting element 20 and a first lens 101.
  • the housing 30 and the first lens 101 are mechanically fixed to each other.
  • the housing 30 and the first lens 101 are materially mechanically bonded together.
  • the first lens 101 and the housing 30 are mechanically fixed to each other by means of a glass soldering method, a soldering method or an adhesive method.
  • the first lens 101 is at least partially coated with an absorption layer 120.
  • Absorption layer 120 covers at least the side surfaces of the first lens 101 which connect the first surface 101a and the second surface 101b with each other. In addition, the absorption layer may partially cover the surface 101a and the second surface 101b.
  • the absorption layer 120 is configured to absorb electromagnetic radiation L emitted from the light-emitting element. In particular, the absorption layer 120 reflects from the
  • light-emitting element 20 does not emit electromagnetic radiation.
  • the light-emitting element 20 may, for example, comprise a multiplicity of light-emitting semiconductor chips, for example light-emitting diode chips, arranged side by side in a lateral plane at the nodes of a regular semiconductor chip
  • Rectangular grid are arranged.
  • the light-emitting semiconductor chips of the light-emitting element 20 are set up in normal operation electromagnetic radiation of a different
  • Color locus to produce For example, in the
  • the edge length of a light-emitting semiconductor chip at least 0.5 ym and a maximum of 500 ym.
  • FIG. 2D shows a schematic sectional view of a light-emitting element, a housing 30, a first lens 101 and a drive device 5
  • Drive device 5 is on the side facing away from the first lens 101 of the light-emitting element 20th
  • the light-emitting element 20 is mechanically connected to the housing 30 by means of the drive device 5.
  • the drive device 5 is to
  • the drive device 5 comprises a
  • the drive device 5 can receive and / or transmit data.
  • the drive device 5 comprises a memory.
  • drive data for operating the drive device 5 for operating the memory
  • the first lens comprises an antireflection coating 110 on the first surface 101a and on the second surface 101b.
  • the antireflection coating 110 is provided, for example, with FIG. 1
  • the anti-reflection layer 110 reduces the reflection of electromagnetic radiation generated in the light-emitting element at the first 101a and the second 101b surface.
  • the contrast of the light-emitting element is reduced.
  • Lighting device 1 increased.
  • FIG. 2E shows a sectional view of a first lens 101, a housing 130, a light-emitting element 20 and a driving device 5.
  • Element 20 comprises a conversion means 21 which is adapted to emit electromagnetic radiation emitted by a semiconductor chip 200 into electromagnetic radiation of a wavelength range having longer wavelengths
  • Drive device 5 are mechanically connected to each other by means of a contact structure 51.
  • the contact structure is further configured to connect the light-emitting element 20 and the drive device 5 to one another in an electrically conductive manner.
  • the drive device 5 has an interface 52 via which the drive device 5 can be electrically conductively contacted. For example, data can be transmitted to the drive device 5 or data can be read out by the drive device 5.
  • FIG. 3A shows a method for producing a
  • the light-emitting elements 20 are each arranged on a drive device 5.
  • the first composite 33 of housings 30 has a plurality of recesses in which the light-emitting elements 20 are arranged. Thus, the light-emitting elements 20 are only at their
  • FIG. 3B shows a method for producing a
  • Lighting device according to the method steps C) and D).
  • method step C a multiplicity of first lenses 101 were provided in a second composite 111.
  • the first lenses 101 are arranged side by side in a lateral plane and are in direct contact with each other.
  • method step D the first composite 33 and the second composite 111 were joined together mechanically.
  • the first composite 33 and the second composite 111 are, for example, by means of an adhesive method, a soldering method or a
  • FIG. 3C shows how, in a method step E)
  • Housing 33 and the first lens 101 are separated along dividing lines 4.
  • the first lenses 101 and the housing 33 are severed in a common process step.
  • the first composite 33 and the second composite 111 are singulated by means of a sawing process, an etching process or a laser separation process.
  • FIG. 3D shows the method for producing a
  • Lighting device according to a method step F), in which further optical components of the optical
  • Elements 20 are subordinated.
  • a second lens 102 and a third lens 103 are arranged on the side of the first lens 101 facing away from the light-emitting element 20.
  • the second lens 102 and / or the third lens 103 are formed, for example, with a material whose Abbe number is greater than 55.
  • the second lens 102 and / or the third lens 103 are formed with a low glass transition temperature material.
  • the second lens 102 and or the third lens 103 are formed with one of the following materials: crown glass, borosilicate glass,
  • FIG. 3E shows a view to that shown in FIG. 3D
  • Layer structure 22 is at the exit surface of
  • dielectric layer structure 22 the emission surface of the light-emitting element 20.
  • Layer structure 22 forms a Bragg mirror, which reflects electromagnetic radiation L as a function of its exit angle W.
  • the Bragg mirror which reflects electromagnetic radiation L as a function of its exit angle W.
  • FIG. 4A shows a schematic sectional illustration of a light-emitting element 20, a contact structure 51 and a drive device 5, as they are in FIG
  • the light-emitting element 20 comprises a plurality of semiconductor chips 25.
  • the semiconductor chips 25 are formed by means of semiconductor structures which are produced separately from one another and which can be set up to respectively generate light L of different wavelength ranges.
  • Element 20 is connected by means of a contact structure 51 with the
  • Control device 5 mechanically and electrically connected.
  • Semiconductor chips 25 electrically conductive with the
  • each semiconductor chip 25 has a first contact 601, which is connected to the drive device 5 via a common electrical line of the contact structure 51. Via a second contact 602 of each semiconductor chip 25, these are each operable separately from one another.
  • FIG. 4B shows a schematic sectional illustration of a light-emitting element 20 described here and a drive device 5, as they may be used in an exemplary embodiment of a lighting device described here.
  • the light-emitting element 20 comprises a light-emitting region of the first type 201, a
  • the light-emitting region is provided with a first conductive region 1100, a second conductive region 1200 and a active zone 1300 formed.
  • the light-emitting regions are respectively energized via the first conductive region 1100 and via the second conductive region 1200, so that light is generated in the active zone 1300.
  • the light-emitting regions 201, 202, 203 emit light L in the intended operation through the side facing away from the drive circuit 50.
  • the individual light-emitting regions 201, 202, 203 are produced, for example, in a common production method and have the same material composition and a uniform layer structure.
  • light L of the same color locus is generated in the active zones 1300 of light-emitting areas of different types 201, 202, 203.
  • the light-emitting element 10 is mechanically fixedly connected to the drive device 5.
  • the drive device 5 The light-emitting element 10 is mechanically fixedly connected to the drive device 5.
  • Drive device 5 formed with a semiconductor material and connected to the light-emitting element 20 by means of a bonding method or a soldering process.
  • Element 20 materially connected to each other, so that the connection can be solved only with destruction of the element 20 or the drive device 5.
  • Drive device 60 has a plurality of transistors 600, by means of which the individual light-emitting
  • each light emitting area 201, 202, 203 is via a first contact 601
  • the drive device 50 has a second contact 602, by means of which all the light-emitting regions of the light-emitting element 20 are electrically conductively contacted.
  • Conversion means 210, 220, 230 arranged.
  • the conversion means 210, 220, 230 are arranged downstream of the light emitting region of the second type 202 downstream in the emission direction a second conversion means 220 and downstream of the third light emitting region 203 in the emission direction a third conversion means 230.
  • the conversion means 210, 220, 230 are arranged to at least partially generate the light L of each light-emitting region generated in the active zone 1300 into light L of another
  • first, second and third conversion means are arranged to differentiate light generated in the light-emitting regions of different types 201, 202, 203 into light
  • the first conductive region 1100, the second conductive region 1200, and the active region 1300 are different
  • separation trenches 800 are completely severed by means of separation trenches 800.
  • separation trenches by means of a lithographic method or a
  • the graph shown is the intensity distribution of a light-emitting element 20 with a downstream
  • FIGS. 5A and 5B is a graph of the relative intensity I of the emitted from the semiconductor chip 25 electromagnetic radiation L as a function of the exit angle W of the electromagnetic radiation L from the semiconductor chip one
  • Conversion agent 21 has an average thickness of 20 ym.
  • the color location of the emitted electromagnetic radiation L is adjusted such that the white electromagnetic radiation L in a CIE standard color system has a Cy value of 0.35.
  • FIG. 5A describes the intensity profile of a light-emitting element 20, as described in connection with FIG. 3D.
  • FIG. 5B describes, by way of example, the intensity profile of a light-emitting element 20, as described by way of example in connection with FIG. 3E.
  • Light-emitting element 20 whose intensity profile is shown in Figure 5A, is formed from the conversion means 21.
  • the light-emitting element 20, whose intensity profile is shown in Figure 5A, is formed from the conversion means 21.
  • the intensity I of the light-emitting element 20 shown in FIG. 5B is greater than the relative intensity I of the light-emitting element 20 shown in FIG. 5A.
  • Exit angle W is shown in FIG. 5C.
  • the curve 20a: 21 describes the light flux F of a light-emitting element 20, as shown for example in FIG. 3D.
  • the curve 20a: 22 describes the light flux F of a light-emitting element 20, as shown for example in FIG.
  • FIG. 3E is shown. Specifically, the radiating surface 20 a is formed with the dielectric layer stack 22, so that electromagnetic radiation L emitted from the light-emitting element 20 passes through an outer surface of the dielectric layer stack 22.
  • the cumulative light flux F of a light-emitting element 20 with a dielectric layer structure 22 is greater than that
  • the dielectric layer structure 22 forms a Bragg mirror which is adapted to reflect electromagnetic radiation L as a function of its exit angle W from the semiconductor chip 25.
  • Exit angle W increases the reflectivity of the dielectric layer structure 22.
  • the dielectric layer structure 22 of the cumulative luminous flux F for outlet angle W which are smaller than 60 °, increased and for exit angle W, whose amount is greater than 60 °, reduced.
  • the proportion of the emitted electromagnetic radiation L increases with an exit angle W of less than 60 °.
  • the proportion of the emitted electromagnetic radiation L with an exit angle W of more than 60 ° is reduced.
  • dielectric layer structure 22 In each case the material from which the layers 22-i are formed is listed in the middle column. The right-hand column lists the respective layer thickness T of the individual layers 22-i in nanometers.
  • the layer structure 22 comprises twelve dielectric layers 22-i.
  • the dielectric layers 22-i are alternately formed with silicon dioxide (SiO 2) and titanium dioxide (TiO 2).
  • the layers 22-i each have a thickness between 40 nm and 180 nm.

Landscapes

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (1) umfassend ein lichtemittierendes Element (20) und eine optische Vorrichtung (10) mit einer ersten Linse (101), bei der - die optische Vorrichtung (10) dem lichtemittierenden Element (20) in einer Abstrahlrichtung (A) nachgeordnet ist, - die erste Linse (101) auf einer dem lichtemittierenden Element (20) zugewandten Seite der optischen Vorrichtung (10) angeordnet ist, - zwischen der ersten Linse (101) und dem lichtemittierenden Element (20) ein Material angeordnet ist, welches einen von dem Material der ersten Linse (101) unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, und - eine dem lichtemittierenden Element (20) zugewandte erste Fläche (101a) der ersten Linse (101) einen Krümmungsradius (R1) von zumindest 200 mm aufweist und eine dem lichtemittierenden Element (20) abgewandte zweite Fläche (101b) der ersten Linse (101) einen Krümmungsradius (R2) von zumindest 200 mm aufweist.

Description

Beschreibung
BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER
BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG
Die Patentanmeldung DE 102013110272 AI beschreibt eine
Beieuchtungs orrichtung .
Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, die eine verbesserte Effizienz aufweist. Darüber hinaus soll eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben werden, mittels der ein zu beleuchtender Bereich mit einem besonders hohen Kontrast beleuchtet werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung handelt es sich
beispielsweise um einen Scheinwerfer, insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer, eine Beleuchtungsvorrichtung, die in einen Scheinwerfer eingesetzt werden kann, oder um eine Vorrichtung zur Allgemeinbeleuchtung, zum Beispiel zum
Beleuchten von Gebäuden oder Räumen. Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung Teil eines Projektors sein. Das heißt, die Beleuchtungsvorrichtung kann als Lichtquelle und/oder bildgebende Einheit in einem Projektor oder einem anderen optischen Anzeigegerät Verwendung finden. Die
Beleuchtungsvorrichtung ist dazu eingerichtet im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht insbesondere im sichtbaren
Wellenlängenbereich zu emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein lichtemittierendes Element. Das lichtemittierende Element kann beispielsweise zumindest einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip umfassen. Zum Beispiel umfasst das lichtemittierende Element zumindest eine
Leuchtdiode oder zumindest eine Laserdiode Das
lichtemittierende Element ist dazu eingerichtet im
bestimmungsgemäßen Betrieb Licht zu erzeugen. Insbesondere handelt es sich bei dem lichtemittierenden Element um einen Lambert ' sehen Emitter.
Insbesondere kann das lichtemittierende Element auch passiv leuchtende Materialien, wie beispielsweise Konversionsmittel, oder reflektierende Materialien umfassen. Beispielsweise ist das lichtemittierende Element ein lichtemittierender
Halbleiterchip, welcher eine Vielzahl von Emissionsbereichen aufweist, die separat voneinander betrieben werden können und/oder das lichtemittierende Element kann eine Vielzahl von Halbleiterchips umfassen, die in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet sind und separat voneinander
betrieben werden können. Alternativ ist das lichtemittierende Element mit einer Laserdiode gebildet, welcher in
Abstrahlrichtung ein Konversionsmittel nachgeordnet ist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des lichtemittierenden Elements können dann beispielsweise unterschiedliche Bereiche des Konversionsmittels nacheinander mittels der Laserdiode beleuchtet werden. Das Konversionsmittel ist dazu
eingerichtet, das von der Laserdiode emittierte Licht in Licht eines längeren Wellenlängenbereiches umzuwandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Beleuchtungsvorrichtung eine optische Vorrichtung. Beispielsweise durchläuft zumindest ein Großteil der von dem lichtemittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung die optische Vorrichtung. Insbesondere ist die optische Vorrichtung dazu eingerichtet von dem
lichtemittierenden Element emittierte elektromagnetische Strahlung mittels Refraktion, Diffraktion und/oder Reflektion zu beeinflussen. Die optische Vorrichtung umfasst zumindest ein erstes optisches Element. Beispielsweise umfasst die optische Vorrichtung neben dem ersten optischen Element weitere optische Elemente, die dazu eingerichtet sind
elektromagnetische Strahlung, insbesondere die von dem lichtemittierenden Element emittierte elektromagnetische Strahlung, zu beeinflussen. Insbesondere umfasst die optische Vorrichtung ein zweites optisches Element. Weiter kann die optische Vorrichtung ein drittes optisches Element umfassen. Beispielsweise kann die optische Vorrichtung ausschließlich refraktive optische Elemente umfassen, mittels denen die von dem lichtemittierenden Element emittierte elektromagnetische Strahlung beeinflusst wird. Alternativ kann die optische Vorrichtung zusätzlich reflektierende und/oder diffraktive optische Elemente umfassen. Zum Beispiel handelt es sich bei dem ersten, dem zweiten und dem dritten optischen Element jeweils um eine Linse. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten optischen Element um eine erste Linse, bei dem zweiten optischen Element um eine zweite Linse und bei dem dritten optischen Element um eine dritte Linse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die optische
Vorrichtung dem lichtemittierenden Element in einer
Abstrahlrichtung nachgeordnet. Bei der Abstrahlrichtung handelt es sich zum Beispiel um die Hauptabstrahlrichtung, entlang der die Intensität des abgestrahlten Lichts ein
Maximum aufweist. Zum Beispiel verläuft die Hauptabstrahlrichtung parallel zu einer optischen Achse der optischen Vorrichtung. Beispielsweise kann im
bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest ein Großteil der von dem lichtemittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung die optische Vorrichtung durchlaufen. Insbesondere durchlaufen zumindest 50%, bevorzugt zumindest 70%, der von dem lichtemittierenden Element emittierten
elektromagnetischen Strahlung die optische Vorrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Linse an einer dem lichtemittierenden Element zugewandten Seite der optischen Vorrichtung angeordnet. Die erste Linse kann das optische Element der optischen Vorrichtung sein, welches die von dem lichtemittierenden Element emittierte
elektromagnetische Strahlung als erstes durchläuft.
Beispielsweise ist die erste Linse dem lichtemittierenden Element in Abstrahlrichtung direkt nachgeordnet, sodass die emittierte elektromagnetische Strahlung keine weiteren optischen Elemente durchläuft, bevor diese auf die erste Linse trifft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der ersten Linse und dem lichtemittierenden Element ein Material angeordnet, welches einen von dem Material der ersten Linse unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Insbesondere stehen die erste Linse und das lichtemittierende Element nicht in direktem mechanischem Kontakt zueinander.
Beispielsweise sind die erste Linse und das lichtemittierende Element mittels eines Verbindungsmittels mechanisch fest miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel weist dann einen von der Linse unterschiedlichen Brechungsindex auf.
Alternativ ist zwischen der ersten Linse und dem
lichtemittierenden Element ein gasförmiges Material angeordnet. Insbesondere ist zwischen der ersten Linse und dem lichtemittierenden Element Luft angeordnet. Alternativ können zwischen der ersten Linse und dem lichtemittierenden Element Gase wie beispielsweise Argon und/oder Stickstoff angeordnet sein. Der Raum zwischen der ersten Linse und dem lichtemittierende Element ist insbesondere mit einem Material befüllt, das einen kleineren Brechungsindex als das Material aufweist mit dem die erste Linse gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung weist eine dem lichtemittierenden Element zugewandte erste Fläche der ersten Linse einen
Krümmungsradius von zumindest 200 mm auf und eine dem
lichtemittierenden Element abgewandte zweite Fläche der ersten Linse einen Krümmungsradius von zumindest 200 mm auf. Insbesondere beträgt der Krümmungsradius der ersten und zweiten Fläche zumindest 500 mm, insbesondere zumindest 1000 mm. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Fläche um eine konkav gekrümmte Fläche und bei der zweiten Fläche und eine konvex gekrümmte Fläche. Insbesondere weist die erste Linse im Rahmen der Herstellungstoleranz an ihrer gesamten ersten Fläche einen gleichen ersten Krümmungsradius auf.
Insbesondere weist die erste Linse im Rahmen der
Herstellungstoleranz an ihrer gesamten zweiten Fläche einen gleichen zweiten Krümmungsradius auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Beleuchtungsvorrichtung ein lichtemittierendes Element und eine optische Vorrichtung mit einer ersten Linse, wobei bei der Beleuchtungsvorrichtung die optische Vorrichtung dem lichtemittierenden Element in einer Abstrahlrichtung
nachgeordnet ist, die erste Linse auf einer dem
lichtemittierenden Element zugewandten Seite der optischen Vorrichtung angeordnet ist, zwischen der ersten Linse und dem lichtemittierenden Element ein Material angeordnet ist, welches einen von dem Material der ersten Linse
unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, und eine dem lichtemittierenden Element zugewandte erste Fläche der ersten Linse einen ersten Krümmungsradius von zumindest 200 mm aufweist und eine dem lichtemittierenden Element abgewandte zweite Fläche der ersten Linse einen zweiten Krümmungsradius von zumindest 200 mm aufweist.
Einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Um die Abstrahlcharakteristik eines lichtemittierenden Elements anzupassen und/oder um mittels eines lichtemittierenden
Elements möglichst effizient einen Bereich zu beleuchten, wird dem lichtemittierenden Element eine optische Vorrichtung nachgeordnet .
Die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, die erste Linse dem
lichtemittierenden Element direkt nachzuordnen.
Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Linse um ein refraktives optisches Element, welches eine besonders geringe Krümmung der Oberflächen aufweist, sodass dieses besonders einfach dem lichtemittierenden Element nachgeordnet werden kann. Beispielsweise kann die erste Linse anstelle eines Deckglases oder eines Schutzglases dem lichtemittierenden Element in Abstrahlrichtung nachgeordnet sein. Vorteilhafterweise weist eine derartige
Beleuchtungsvorrichtung eine besonders kompakte Bauweise auf, da in die erste Linse der optischen Vorrichtung sowohl die Funktion eines refraktiven optischen Elements, welches Teil einer optischen Vorrichtung ist, als auch die Funktion eines Deckglases integriert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung weist das lichtemittierende Element auf einer dem optischen Element zugewandten Seite eine
Emissionsfläche einer aktiven oder passiven
lichtemittierenden Komponente auf, durch welche im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Die Emissionsfläche kann beispielsweise die Oberfläche eines Konversionsmittels sein oder die
Lichtaustrittsfläche eines einzelnen oder mehrerer
lichtemittierender Bauteile. Ferner kann die Emissionsfläche die Oberflächen mehrerer lichtemittierender Bauteile
umfassen, die in einer lateralen Ebene nebeneinander
angeordnet sind. Alternativ kann die Emissionsfläche die Oberfläche eines einzelnen lichtemittierenden Bauteils sein, welches insbesondere eine Vielzahl lichtemittierender
Bereiche umfasst, die beispielsweise separat voneinander betrieben werden können. Insbesondere kann die
Emissionsfläche eine imaginäre Fläche sein, welche nicht zwangsläufig als eine zusammenhängende Fläche ausgebildet ist, sondern sich aus den Oberflächen mehrerer emittierender Elemente zusammensetzt. Beispielsweise liegen alle Flächen des lichtemittierenden Elements, welche der optischen
Vorrichtung zugewandt sind und durch welche
elektromagnetische Strahlung emittiert wird, zumindest zum Teil in der Emissionsfläche. Beispielsweise handelt es sich bei der Emissionsfläche um eine rechteckige, insbesondere quadratische, Fläche. Alternativ kann die Emissionsfläche die Form eines beliebigen Polygons aufweisen. Insbesondere weist die Emissionsfläche eine Kantenlänge auf, welche entlang einer Kante des Polygons gemessen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Linse eine Dicke auf, wobei die Dicke zumindest doppelt so groß wie eine Kantenlänge der Emissionsfläche ist, insbesondere eine größte Kantentenlänge der Emissionsfläche. Die erste Linse kann eine Dicke aufweisen, welche entlang der optischen Achse der optischen Vorrichtung gemessen wird. Die Dicke der ersten Linse ist zumindest doppelt so groß, insbesondere zumindest dreifach so groß, beispielsweise zumindest fünffach so groß, wie die Kantenlänge, insbesondere die größte Katentenlänge, der Emissionsfläche. Beispielsweise beträgt die Dicke
zumindest 10 mm, insbesondere zumindest 20 mm.
Vorteilhafterweise kann mittels der Anpassung der Dicke der ersten Linse beispielsweise eine Aberration der optischen Vorrichtung kompensiert werden. Weiter bietet eine erste
Linse, welche die genannte Dicke aufweist, einen besonders guten Schutz des lichtemittierenden Elements vor
Umwelteinflüssen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist die erste Linse mit einem
Material gebildet, dessen Brechungsindex zumindest 1,6 beträgt. Insbesondere ist die erste Linse ausschließlich mit einem Material gebildet, dessen Brechungsindex zumindest 1,6, insbesondere zumindest 1,7, beträgt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material der ersten Linse um Schwerflintglas, beispielsweise N-SF11, NSF57HT, N-SF66, NSF57HT, N-SF57HT oder ein Material mit äquivalenten optischen Eigenschaften. Insbesondere ist das Material der ersten Linse ein bleifreies Glas. Vorteilhafterweise können mittels einer ersten Linse, welche mit einem derartigen Material gebildet ist, besonders gut die optischen Eigenschaften der optischen Vorrichtung angepasst werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist die erste Linse mit einem
Material gebildet, dessen Abbezahl maximal 50 beträgt.
Insbesondere weist das Material, mit dem die erste Linse gebildet ist, eine Abbezahl von maximal 40, auf.
Vorteilhafterweise sind chromatische Abberationen mittels einer ersten Linse, die mit einem Material mit niedriger Abbezahl gebildet ist, besonders gut kompensierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kompensiert, aufgrund der Dicke der ersten Linse, der Strahlversatz entlang der optischen Achse der optischen Vorrichtung sphärische
Aberrationen innerhalb der optischen Vorrichtung zumindest teilweise. Bei dem Durchlaufen der ersten Linse kann die von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierte
elektromagnetische Strahlung an der ersten und zweiten Fläche gebrochen werden. Beispielsweise treffen unterschiedliche Lichtstrahlen, die von einem gemeinsamen Punkt der
Emissionsfläche emittiert werden, unter einem
unterschiedlichen Winkel zur optischen Achse der optischen Vorrichtung auf die erste Fläche der ersten Linse. Strahlen, welche unter einem größeren Winkel zur optischen Achse auf die erste Fläche auftreffen, weisen nach dem Durchlaufen der ersten Linse, aufgrund der Brechung an der ersten und zweiten Fläche, einen größeren Versatz entlang der optischen Achse auf, als Strahlen die unter einem kleineren Winkel zur optischen Achse auf die erste Fläche auftreffen. Je größer die Dicke der Linse ist, desto größer ist der Unterschied des Versatzes entlang der optischen Achse, von Strahlen die unter einem unterschiedlichen Winkel auf die erste Fläche der Linse treffen. Mittels Anpassung der Dicke der ersten Linse kann der Versatz zwischen den unterschiedlichen Strahlen, die von einem gemeinsamen Punkt der Emissionsfläche emittiert werden, angepasst werden, sodass die sphärische Aberration, welche durch weitere optische Elemente der optischen Vorrichtung erzeugt werden kann, kompensiert werden kann.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Anpassung der Dicke der ersten Linse eine Kompensation der sphärischen Aberration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung sind die erste Fläche und/oder die zweite Fläche plan ausgebildet. Sind die erste Fläche
und/oder die zweite Fläche plan ausgebildet, so weisen diese im Rahmen der Herstellungstoleranz einen Krümmungsradius von unendlich auf. Beispielsweise verlaufen die planen Flächen senkrecht zur optischen Achse der ersten Linse.
Vorteilhafterweise sind plane Oberflächen besonders einfach und präzise herstellbar. Weiter kann die erste Linse
besonders einfach zum lichtemittierenden Element ausgerichtet werden, da mittels planer Flächen Abstände besonders genau einstellbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung verlaufen die erste und die zweite Fläche parallel zueinander. Insbesondere weisen die erste und die zweite Fläche einen Krümmungsradius von unendlich auf, sodass beide Flächen plan ausgebildet sind.
Vorteilhafterweise kann eine erste Linse mit einer ersten und zweiten planen Fläche besonders vereinfacht relativ zu dem lichtemittierenden Element ausgerichtet werden. Insbesondere führt ein lateraler Versatz der ersten Linse - quer oder senkrecht zur optischen Achs der ersten Linse - relativ zum lichtemittierenden Element zu keiner Verschlechterung der Abbildungsleistung der optischen Vorrichtung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung beträgt auf der Seite der optischen Vorrichtung, auf der das lichtemittierende Element angeordnet ist, ein Winkel zwischen einem Hauptstrahl und der optischen Achse maximal 2°. Bei der optischen Vorrichtung kann es sich um eine optische Vorrichtung handeln, welche auf der dem lichtemittierenden Element zugewandten Seite telezentrisch ausgebildet ist. Beispielsweise weist jeder Punkt auf der Emissionsfläche einen Hauptstrahl auf, welcher annähernd parallel zur optischen Achse der optischen Vorrichtung verläuft, bevor dieser Hauptstrahl auf die erste Fläche der ersten Linse trifft. Vorteilhafterweise ermöglicht eine telezentrische optische Vorrichtung einen besonders hohen Kontrast bei der Beleuchtung unterschiedlicher Bereiche mittels der Beleuchtungsvorrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung beträgt die numerische Apertur der optischen Vorrichtung zumindest 0,5. Insbesondere beträgt die numerische Apertur der optischen Vorrichtung zumindest 0,7. Vorteilhafterweise ermöglicht eine große numerische Apertur der optischen Vorrichtung einen besonders großen Anteil der vom lichtemittierenden Element emittierten
elektromagnetischen Strahlung zur Beleuchtung mittels der Beleuchtungsvorrichtung zu nutzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Emissionsfläche und der ersten Fläche maximal die Länge der Kantenlänge der Emissionsfläche. Insbesondere beträgt der Abstand zwischen der Emissionsfläche und der ersten Fläche maximal die Hälfte der Länge der Kantenlänge der Emissionsfläche. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Emissionsfläche und der ersten Fläche maximal 1 mm, insbesondere maximal 0,5 mm. Vorteilhafterweise
ermöglicht ein besonders geringer Abstand zwischen dem lichtemittierenden Element und der ersten Linse, dass ein besonders großer Anteil der von dem lichtemittierenden
Element emittierten elektromagnetischen Strahlung die
optische Vorrichtung durchläuft, und somit zur Beleuchtung nutzbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist auf einer dem lichtemittierenden Element abgewandten Seite der optischen Vorrichtung eine zweite Linse angeordnet, wobei die zweite Linse mit einem Material gebildet ist, dessen Abbezahl zumindest 55 beträgt. Das Material mit dem die zweite Linse gebildet ist kann ein Material mit einer geringen Glasübergangstemperatur sein. Beispielsweise weist das Material der zweiten Linse eine Glasübergangstemperatur von maximal 550 °C auf. Insbesondere ist die zweite Linse mit einem der folgenden Materialien gebildet: Kronglas, Borosilikatglas , Kalknatronglas, B270, P- BK7, Doctan, PMMA, Zeonex F52R. Insbesondere kann die zweite Linse als Pressglaslinse oder mit gepresstem Kunststoff gebildet sein. Eine derartige zweite Linse ist besonders kostengünstig und einfach herstellbar. Insbesondere kann es sich bei der zweiten Linse um eine asphärische Linse handeln, mittels der eine anamorphotisch abbildende optische
Vorrichtung realisiert wird.
Die zweite Linse kann einen größeren Durchmesser als die erste Linse aufweisen. Der Durchmesser der Linsen wird dabei senkrecht zur optischen Achse der Linsen gemessen.
Insbesondere ist im bestimmungsgemäßen Betrieb des
lichtemittierenden Elements die Leuchtdichte der von dem lichtemittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung in der zweiten Linse geringer als in der ersten Linse. Vorteilhafterweise kann die größere zweite Linse mit einem kostengünstigeren Material als die erste Linse gebildet sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist das lichtemittierende Element in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse und die erste Linse mechanisch fest miteinander verbunden sind.
Beispielsweise umgibt das Gehäuse das lichtemittierende
Element in lateralen Richtungen vollständig. Insbesondere ist das lichtemittierende Element stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Beispielsweise ist das lichtemittierende Element an einer der optischen Vorrichtung abgewandten Seite
mechanisch fest mit dem Gehäuse verbunden. Beispielsweise umgibt das Gehäuse das lichtemittierende Element von allen Seiten, welche nicht der optischen Vorrichtung zugewandt sind. Das Gehäuse ist beispielsweise mit einem Epoxy- Material, einem Silikon-Material, einem Kunststoff, einer gedruckten Leiterplatte und/oder mit einem Glasmaterial gebildet .
Die erste Linse kann mittels einer kraftschlüssigen, einer formschlüssigen und/oder einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuse mechanisch fest verbunden sein.
Beispielsweise wird die kraftschlüssige Verbindung mittels einer Klemmvorrichtung realisiert. Alternativ oder zusätzlich können das Gehäuse und die erste Linse mittels Klebens, mittels Bondens oder mittels eines Glaslots stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Insbesondere überlappt in einer vertikalen Richtung, senkrecht zur lateralen Richtung, der Bereich in dem die erste Linse in direktem Kontakt mit dem Gehäuse steht, nicht mit der Emissionsfläche. Vorteilhafterweise ermöglicht die direkte Verbindung der ersten Linse und des Gehäuses eine besonders robuste und kompakte Bauweise der Beleuchtungsvorrichtung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist zwischen der Emissionsfläche und der ersten Fläche ein gasförmiges Material, insbesondere Luft, angeordnet. Beispielsweise ist auf der der ersten Linse zugewandten Seite des lichtemittierenden Elements kein
Vergussmaterial angeordnet. Insbesondere ist das
lichtemittierende Element höchstens oder ausschließlich in lateralen Richtungen von einem Vergussmaterial umgeben.
Vorteilhafterweise ermöglicht der Übergang von Luft zu dem Material der ersten Linse eine besonders starke Brechung der von dem lichtemittierenden Element emittierten
elektromagnetischen Strahlung an der Grenzfläche der ersten Linse .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung weist die erste Linse auf ihrer ersten und/oder zweiten Fläche eine Antireflexionsschicht auf. Bei der Antireflexionsschicht handelt es sich
beispielsweise um eine Schicht mit einer konstanten
Schichtdicke. Beispielsweise ist die Antireflexionsschicht mit Magnesiumfluorid, Siliziumdioxid (Si02) , Titandioxid
, (T1O2) oder Aluminiumoxid (A10) gebildet. Vorteilhafterweise wird ein besonders geringer Anteil der von dem
lichtemittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung an der ersten oder zweiten Fläche der ersten Linse reflektiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist die erste Linse zumindest teilweise mit einer Absorptionsschicht beschichtet.
Insbesondere ist die erste Linse an ihren Seitenflächen, welche quer zur ersten und zweiten Fläche der ersten Linse verlaufen und diese miteinander verbinden, mit einer
Absorptionsschicht beschichtet. Die Absorptionsschicht ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung insbesondere vom lichtemittierenden Element erzeugte elektromagnetische Strahlung zu absorbieren. Weiter kann die Absorptionsschicht auch teilweise auf der ersten und/oder zweiten Fläche der ersten Linse angeordnet sein. Insbesondere kann mittels der Absorptionsschicht eine Apertur der optischen Vorrichtung gebildet sein. Vorteilhafterweise absorbiert die
Absorptionsschicht einen Teil der elektromagnetischen
Strahlung, welcher den Kontrast der Beleuchtung mindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung umfasst das lichtemittierende Element einen pixelierten lichtemittierenden Halbleiterchip oder das lichtemittierende Element umfasst eine Vielzahl
lichtemittierender Halbleiterchips. Ein pixelierter
lichtemittierender Halbleiterchip umfasst beispielsweise eine Vielzahl von lichtemittierenden Bereichen, welche separat voneinander betrieben werden können. Insbesondere sind die lichtemittierenden Bereiche in einer lateralen Ebene
nebeneinander angeordnet. Beispielsweise sind die
lichtemittierenden Bereiche an den Eckpunkten eines
regelmäßigen Rechteckgitters in einer lateralen Ebene
nebeneinander angeordnet. Die einzelnen lichtemittierenden Bereiche des lichtemittierenden Halbleiterchips sind
beispielsweise in einem gemeinsamen Prozess hergestellt und weisen zum Beispiel gleichartige aktive Bereiche auf.
Insbesondere sind die einzelnen lichtemittierenden Bereiche dazu eingerichtet im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung eines gemeinsamen Farbortes zu erzeugen. Insbesondere können die lichtemittierenden Bereiche ein Konversionsmittel aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, die in den lichtemittierenden Bereichen erzeugte
elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Die
Emissionsfläche des lichtemittierenden Elements kann alle lichtemittierenden Bereiche des pixelierten
lichtemittierenden Halbleiterchips umfassen.
Alternativ kann das lichtemittierende Element eine Vielzahl lichtemittierender Halbleiterchips umfassen. Insbesondere können die die lichtemittierenden Halbleiterchips nicht- pixeliert ausgestaltet sein. Beispielsweise sind die
lichtemittierenden Halbleiterchips separat voneinander ansteuerbar. Insbesondere sind die lichtemittierenden
Halbleiterchips nicht in einem gemeinsamen Verfahren
hergestellt. Beispielsweise sind die lichtemittierenden
Halbleiterchips dazu eingerichtet im bestimmungsgemäßen
Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher
Farborte zu erzeugen. Die Emissionsfläche des
lichtemittierenden Elements kann alle lichtemittierenden Halbleiterchips umfassen. Insbesondere umfasst ein pixelierter lichtemittierender Halbleiterchip zumindest 16, insbesondere zumindest 1024 Emissionsbereiche. Alternativ umfasst das lichtemittierende Element zumindest 16, insbesondere zumindest 1024,
lichtemittierende Halbleiterchips. Die lichtemittierenden Halbleiterchips können in einer lateralen Ebene an den
Eckpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters angeordnet sein. Beispielsweise weist jeder lichtemittierende
Halbleiterchip, oder jeder lichtemittierende Bereich eines pixelierten Halbleiterchips eine Kantenlänge von zumindest 0,5 ym bis maximal 500 ym auf.
Vorteilhafterweise kann mittels einer
Beleuchtungsvorrichtung, welche ein derartiges
lichtemittierendes Element mit mehreren separat ansteuerbaren Halbleiterchips oder mit einem pixelierten Halbleiterchip aufweist, eine selektive Beleuchtung einzelner Bereiche realisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung ist das lichtemittierende Element Stoffschlüssig mit einer Ansteuervorrichtung verbunden.
Beispielsweise ist die Ansteuervorrichtung auf einer der optischen Vorrichtung abgewandten Seite des
lichtemittierenden Elements angeordnet. Insbesondere ist die Ansteuervorrichtung zwischen dem lichtemittierenden Element und dem Gehäuse angeordnet. Die Ansteuervorrichtung und das lichtemittierende Element können beispielsweise
stoffschlüssig mechanisch miteinander verbunden sein.
Insbesondere können das lichtemittierende Element und die Ansteuervorrichtung mittels eines Leitklebers oder eines Lots elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sein. Die Ansteuervorrichtung ist beispielsweise dazu eingerichtet, das lichtemittierende Element elektrisch leitend zu
kontaktieren und im bestimmungsgemäßen Betrieb zu bestromen. Insbesondere ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet das lichtemittierende Element mittels eines
pulsweitenmodulierten Signals anzusteuern und zu betreiben. Bei der Ansteuervorrichtung kann es sich um einen
MikroController zum Beispiel in Form eines Siliziumchips handeln. Insbesondere kann die Ansteuervorrichtung einen Treiber für das lichtemittierende Element umfassen.
Insbesondere umfasst die Ansteuervorrichtung eine
Schnittstelle, über welche Daten an die Ansteuervorrichtung übertragen werden können oder Daten von der
Ansteuervorrichtung und oder des lichtemittierenden Elements ausgelesen werden können. Weiter kann die Ansteuervorrichtung beispielsweise einen Speicher, insbesondere ein Register, umfassen . Weiter können die Ansteuervorrichtung und das
lichtemittierende Element mittels eines weiteren passiven Elements elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sein. Das weitere passive Element kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Ansteuervorrichtung mit einzelnen elektrischen Kontakten des lichtemittierenden Elements elektrisch leitend zu verbinden. Vorteilhafterweise
ermöglicht die Integration einer Ansteuervorrichtung in die Beleuchtungsvorrichtung eine besonders kompakte Bauweise der BeieuchtungsVorrichtung .
Gemäß einer Ausführungsform weist die Emissionsfläche eine dielektrische Schichtstruktur auf. Die dielektrische
Schichtstruktur ist auf dem Halbleiterchip oder auf dem
Konversionsmittel angeordnet, insbesondere direkt angeordnet. Die Schichtstruktur ist mit einer Vielzahl von dielektrischen Schichten gebildet. Die dielektrischen Schichten sind
beispielsweise jeweils mit Siliziumdioxid (Si02) oder
Titandioxid (Ti02) gebildet. Die mit Siliziumoxid und
Titanoxid gebildeten dielektrischen Schichten sind
alternierend angeordnet. Beispielsweise umfasst die
Schichtstruktur zumindest 5, bevorzugt zumindest 10
dielektrische Schichten. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke der dielektrischen Schichten jeweils zwischen einschließlich 40 nm und 180 nm.
Die dielektrische Schichtstruktur bildet einen Bragg-Spiegel , welcher dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit von deren Austrittswinkel aus dem
Halbleiterchip zu reflektieren. Der Austrittswinkel wird relativ zur Normalen auf eine Austrittfläche gemessen. Die Austrittsfläche die die Fläche des Halbleiterchips, durch welche zumindest ein Großteil der Emittierten
elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterchip
austritt. Insbesondere umfasst die Austrittfläche eine
Facette des Halbleiterchips. Beispielsweise steigt die
Reflektivität der dielektrischen Schichtstruktur mit
zunehmendem Austrittswinkel.
Vorteilhafterweise wird mittels der dielektrischen
Schichtstruktur der kumulierte Lichtstrom für
Austrittswinkel, deren Betrag kleiner als 45° ist, vergrößert und für Austrittswinkel deren Betrag größer als 45° ist, verkleinert. Mit anderen Worten erhöht die Schichtstruktur den Lichtstrom von elektromagnetischer Strahlung mit kleinen Austrittswinkeln und verringert den Lichtstrom von
elektromagnetischer Strahlung mit großen Austrittswinkeln.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für die
Beleuchtungsvorrichtung offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung umfasst das
Verfahren einen Verfahrensschritt A) , in welchem
lichtemittierende Elemente bereitgestellt werden. Bei den lichtemittierenden Elementen handelt es sich beispielsweise um Lambert' sehe Emitter, die dazu eingerichtet sind im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Beispielsweise sind die lichtemittierenden Elemente jeweils stoffschlüssig mit einer Ansteuervorrichtung
verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung werden in einem Verfahrensschritt B) die lichtemittierenden Elemente jeweils in einem ersten Verbund von Gehäusen angeordnet.
Beispielsweise umfasst der Verbund von Gehäusen eine Vielzahl von Gehäusen, die in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere werden die lichtemittierenden Elemente stoffschlüssig mit dem Verbund von Gehäusen
mechanisch fest verbunden. Die lichtemittierenden Elemente können mittels eines Lötverfahrens oder mittels eines
Klebeverfahrens mit dem Verbund von Gehäusen mechanisch fest verbunden werden. Beispielsweise wird in dem
Verfahrensschritt B) genau ein lichtemittierendes Element in jedem Gehäuse des Verbunds von Gehäusen angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung wird in einem
Verfahrensschritt C) eine Vielzahl erster Linsen in einem zweiten Verbund bereitgestellt. Beispielsweise sind die ersten Linsen innerhalb des zweiten Verbundes in einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Verbund um eine Glasscheibe mit zwei planparallelen Flächen. Beispielsweise weist der zweite Verbund senkrecht zu seiner Haupterstreckungsrichtung eine Dicke auf, welche der Dicke der ersten Linse entspricht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung werden in einem Verfahrensschritt D) der erste und der zweite Verbund
Stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise werden der erste und der zweite Verbund mittels eines
Klebeverfahrens, eines Glaslotverfahrens oder eines
Lötverfahrens mechanisch fest miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung werden in einem Verfahrensschritt E) der erste und der zweite Verbund
vereinzelt, wobei nach dem Vereinzeln jedem
lichtemittierenden Element genau eine Linse und ein Gehäuse zugeordnet ist. Beispielsweise werden der erste und der zweite Verbund mittels eines Sägeprozesses, eines
Ätzprozesses oder eines Laserschneideprozesses vereinzelt.
Insbesondere werden der erste und der zweite Verbund in einem gemeinsamen Verfahrensschritt vereinzelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung werden weitere optische Komponenten der optischen Vorrichtung in
Abstrahlrichtung der lichtemittierenden Elemente angeordnet. Beispielsweise werden zweite und/oder dritte Linsen in
Abstrahlrichtung der lichtemittierenden Elemente der ersten Linse nachgeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung wird mittels des Verfahrens eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung hergestellt .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Beleuchtungsvorrichtung und des
Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: die Figuren 1 und 3D schematische Schnittansichten einer hier beschriebenen BeleuchtungsVorrichtung; die Figuren 2A, 2B, 2C, 2D und 2E schematische
Schnittansichten eines lichtemittierenden Elements, eines Gehäuses und einer ersten Linse, die Teil einer
Beleuchtungsvorrichtung sind; die Figuren 3A, 3B, 3C, 3D und 3E schematisch verschiedene Stadien des Verfahrens zum Herstellen einer
BeleuchtungsVorrichtung,· die Figuren 4A und 4B eine schematische Schnittansicht eines lichtemittierenden Elements und einer Ansteuervorrichtung die Teil einer Beleuchtungsvorrichtung sind; die Figuren 5A und 5B schematisch die Intensität der
emittierten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit von deren Austrittswinkel aus dem Halbleiterchip einer
BeleuchtungsVorrichtung,·
die Figur 5C schematisch den kumulierten Lichtfluss der emittierten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit vom Austrittswinkel aus dem Halbleiterchip einer
Beleuchtungsvorrichtung; und die Figur 6 eine tabellarische Darstellung der Schichtdicke und des Materials dielektrischer Schichten einer
dielektrischen Schichtstruktur eines Halbleiterchips.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung 1 umfassend ein lichtemittierendes Element 20 und eine optische Vorrichtung 10 mit einer ersten Linse 101. Die optische Vorrichtung 10 ist dem lichtemittierenden Element 20 in einer
Abstrahlrichtung A nachgeordnet. An einer dem
lichtemittierenden Element zugewandten Seite der optischen Vorrichtung 10 ist die erste Linse 101 angeordnet. An einer dem lichtemittierenden Element 20 abgewandten Seite der optischen Vorrichtung 10 ist eine zweite Linse 102
angeordnet. Zwischen der ersten Linse 101 und der zweiten Linse 102 ist eine dritte Linse 103 angeordnet. Im
bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert das lichtemittierende Element 20 elektromagnetische Strahlung, welche die erste 101, die dritte 103 und die zweite 102 Linse der optischen Vorrichtung 10 in dieser Reihenfolge durchläuft. Bei dem lichtemittierenden Element 20 handelt es sich um einen Lambert ' sehen Emitter. Beispielsweise umfasst das lichtemittierende Element einen pixelierten
lichtemittierenden Halbleiterchip oder eine Vielzahl
lichtemittierender Halbleiterchips, die separat voneinander ansteuerbar sind. Alternativ umfasst das lichtemittierende Element 20 einen Laser, welchem im Strahlengang ein
Konversionsmittel nachgeordnet ist. Zwischen der ersten Linse 101 und dem lichtemittierenden
Element 20 ist ein Material angeordnet, welches einen von dem Material der ersten Linse 101 unterschiedlichen
Brechungsindex aufweist. Insbesondere weist das Material, welches zwischen dem lichtemittierenden Element 20 und der ersten Linse 101 angeordnet ist, einen geringeren
Brechungsindex als das Material der ersten Linse auf.
Beispielsweise ist zwischen dem lichtemittierenden Element 20 und der ersten Linse 101 ein gasförmiges Material,
insbesondere Argon, Luft oder Stickstoff, angeordnet.
Insbesondere beträgt der Abstand des lichtemittierenden
Elements zur ersten Linse maximal die Länge der Kantenlänge K der Emissionsfläche 20a.
Eine dem lichtemittierenden Element 20 zugewandte erste
Fläche 101a der ersten Linse 101 weist einen Krümmungsradius von zumindest 200 mm auf. Insbesondere ist die erste Fläche 101a konkav gekrümmt oder plan ausgebildet. Eine dem
lichtemittierenden Element 20 abgewandte zweite Fläche 101b der ersten Linse 101 weist einen Krümmungsradius von
zumindest 200 mm auf. Insbesondere ist die zweite Fläche 101b konvex gekrümmt oder plan ausgebildet. Insbesondere sind die erste Fläche 101a und/oder die zweite Fläche 101b plan ausgestaltet. Beispielsweise verläuft die erste Fläche 101a parallel zur zweiten Fläche 101b. Bei der dritten Linse 103 handelt es sich um eine bikonvexe Linse. Alternativ kann die dritte Linse 103 beliebige andere Krümmungen aufweisen. Die dritte Linse ist zum Beispiel mit F52R Zeon gebildet. Bei der zweiten Linse 102 handelt es sich um eine asphärische Linse. Beispielsweise wird mittels der zweiten Linse 102 eine anamorphotische Abbildung des lichtemittierenden Elements realisiert. Die zweite Linse ist zum Beispiel mit F52R Zeon gebildet .
Der Durchmesser d3 der dritten Linse 103 ist größer als der Durchmesser dl der ersten Linse 101. Der Durchmesser d2 der zweiten Linse 102 ist größer als der Durchmesser dl der ersten Linse 101. Insbesondere beträgt der Durchmesser d2 der zweiten Linse 54 mm.
Die Figur 2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Elements 20, eines Gehäuses 30 und einer ersten Linse 101 einer hier beschriebenen
Beleuchtungsvorrichtung 1. Das lichtemittierende Element 20 ist in dem Gehäuse 30 angeordnet. Insbesondere ist das lichtemittierende Element 20 an seiner der ersten Linse 101 abgewandten Seite mechanisch fest mit dem Gehäuse 30
verbunden. Beispielsweise ist das lichtemittierende Element 20 mittels einer Lotverbindung oder einer Klebeverbindung mit dem Gehäuse 30 verbunden. Auf der der ersten Linse 101 zugewandten Seite des lichtemittierenden Elements 20 weist das lichtemittierende Element 20 eine Emissionsfläche 20a auf. Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert das lichtemittierende Element 20 im lichtemittierenden Element 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung L durch die
Emissionsfläche 20a. Die Emissionsfläche 20a weist in
lateraler Richtung eine Kantenlänge K auf. Beispielsweise beträgt die Kantenlänge K 4 mm.
Die erste Linse 101 ist dem lichtemittierenden Element 20 in Abstrahlrichtung A nachgeordnet. Die erste Linse 101 weist entlang einer optischen Achse 11 der ersten Linse 101 eine Dicke D auf. Die Dicke D der ersten Linse 101 ist zumindest doppelt so groß wie die Kantenlänge K der Emissionsfläche 20a. Insbesondere ist die Dicke D zumindest dreimal so groß wie die Kantenlänge K. Beispielsweise beträgt die Dicke D 15 mm. Die Dicke D der ersten Linse 101 wird entlang der
optischen Achse 11 von der ersten Fläche 101a bis zur zweiten Fläche 101b gemessen. Insbesondere ist die Dicke D der ersten Linse 101 so gewählt, dass der Strahlversatz entlang der optischen Achse der optischen Vorrichtung 10 sphärische
Aberrationen, welche in der optischen Vorrichtung 10
entstehen, zumindest teilweise kompensiert.
Beispielsweise ist die erste Linse mit einem Material
gebildet, dessen Brechungsindex zumindest 1,6 beträgt.
Insbesondere ist die Abbezahl des Materials, mit dem die erste Linse 101 gebildet ist, maximal 50, insbesondere maximal 40. Beispielsweise ist die erste Linse 101 mit einem Schwerflintglas, insbesondere N-SF11, NSF57HT oder N-SF66 gebildet .
Die Figur 2B zeigt eine Schnittansicht eines Gehäuses 30 eines lichtemittierenden Elements 20 und einer ersten Linse 101 einer Beleuchtungsvorrichtung 1. Das lichtemittierende Element 20 weist mehrere Emissionsbereiche auf, die beispielsweise Teil eines gemeinsamen pixelierten
Halbleiterchips sind. Insbesondere sind die einzelnen
Emissionsbereiche des lichtemittierenden Elements 20 in einem gemeinsamen Verfahren hergestellt. Beispielsweise emittieren die Emissionsbereiche des lichtemittierenden Elements
elektromagnetische Strahlung eines gleichen Farborts. Die Emissionsbereiche weisen in lateraler Richtung jeweils zumindest eine Kantenlänge von 0,5 ym bis maximal 500 ym auf. Beispielsweise umfasst das lichtemittierende Element
zumindest 16 Emissionsbereiche, insbesondere zumindest 1024 Emissionsbereiche, die in einer lateralen Ebene nebeneinander an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters angeordnet sind.
Insbesondere weist elektromagnetische Strahlung, welche von unterschiedlichen Punkten der Emissionsfläche 20a emittiert wird, jeweils unterschiedliche Hauptstrahlen H auf. Die
Hauptstrahlen H verlaufen im zwischen der Emissionsfläche 20a und der ersten Fläche 101a im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 11 der optischen Vorrichtung 10. Insbesondere beträgt ein Winkel zwischen der optischen Achse 11 und einem Hauptstrahl H höchstens 2°. Beispielsweise handelt es sich bei der optischen Vorrichtung 10 um ein optisches System, welches auf der Seite des lichtemittierenden Elements
telezentrisch ausgebildet ist.
Insbesondere beträgt ein Abstand G zwischen der
Emissionsfläche 20a und der ersten Fläche 101a maximal 1 mm. Weiter weist die optische Vorrichtung 10 eine numerische
Apertur von zumindest 0,5, insbesondere von zumindest 0,7, auf. Beispielsweise wird die optische Vorrichtung 10 von zumindest 50 %, bevorzugt von zumindest 70 %, der von dem lichtemittierenden Element 20 emittierten elektromagnetischen Strahlung L durchlaufen.
Die Figur 2C zeigt eine Schnittansicht eines Gehäuses 30, eines lichtemittierenden Elements 20 und einer ersten Linse 101. Das Gehäuse 30 und die erste Linse 101 sind mechanisch fest miteinander verbunden. Beispielsweise sind das Gehäuse 30 und die erste Linse 101 Stoffschlüssig mechanisch fest miteinander verbunden. Insbesondere sind die erste Linse 101 und das Gehäuse 30 mittels eines Glaslotverfahrens, eines Lotverfahrens oder eines Klebeverfahrens mechanisch fest miteinander verbunden.
Vorliegend ist die erste Linse 101 zumindest teilweise mit einer Absorptionsschicht 120 beschichtet. Die
Absorptionsschicht 120 bedeckt zumindest die Seitenflächen der ersten Linse 101, welche die erste Fläche 101a und die zweite Fläche 101b miteinander verbinden. Zusätzlich kann die Absorptionsschicht die Fläche 101a und die zweite Fläche 101b teilweise bedecken. Die Absorptionsschicht 120 ist dazu eingerichtet, von dem lichtemittierenden Element emittierte elektromagnetische Strahlung L zu absorbieren. Insbesondere reflektiert die Absorptionsschicht 120 von dem
lichtemittierenden Element 20 emittierte elektromagnetische Strahlung nicht.
Das lichtemittierende Element 20 kann beispielsweise eine Vielzahl lichtemittierender Halbleiterchips, zum Beispiel Leuchtdiodenchips, umfassen, die in einer lateralen Ebene nebeneinander an den Knotenpunkten eines regelmäßigen
Rechteckgitters angeordnet sind. Insbesondere sind die lichtemittierenden Halbleiterchips des lichtemittierenden Elements 20 dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung eines unterschiedlichen
Farbortes zu erzeugen. Beispielsweise beträgt in der
lateralen Richtung die Kantenlänge eines lichtemittierenden Halbleiterchips zumindest 0,5 ym und maximal 500 ym.
Insbesondere können die einzelnen Halbleiterchips
Konversionsmittel 21 aufweisen, die dazu eingerichtet sind, in den Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines längeren
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Alternativ kann den
Halbleiterchips ein gemeinsames Konversionsmittel 21 in
Abstrahlrichtung nachgeordnet sein, welches dazu eingerichtet ist, die in den Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs umzuwandeln .
Die Figur 2D zeigt eine schematische Schnittansicht eines lichtemittierenden Elements, eines Gehäuses 30, einer ersten Linse 101 und einer Ansteuervorrichtung 5. Die
Ansteuervorrichtung 5 ist auf der der ersten Linse 101 abgewandten Seite des lichtemittierenden Elements 20
angeordnet. Insbesondere ist das lichtemittierende Element 20 mittels der Ansteuervorrichtung 5 mechanisch mit dem Gehäuse 30 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 5 ist dazu
eingerichtet, das lichtemittierende Element 20 im
bestimmungsgemäßen Betrieb anzusteuern und zu betreiben.
Beispielsweise umfasst die Ansteuervorrichtung 5 eine
Schnittstelle, über welche die Ansteuervorrichtung 5 Daten empfangen und/oder senden kann. Insbesondere umfasst die Ansteuervorrichtung 5 einen Speicher. Beispielsweise sind in dem Speicher Ansteuerdaten zum Betreiben des
lichtemittierenden Elements hinterlegt. Weiter umfasst die erste Linse an der ersten Fläche 101a und an der zweiten Fläche 101b eine Antireflexionsschicht 110. Die Antireflexionsschicht 110 ist beispielsweise mit
Magnesiumfluorid gebildet. Die Antireflexionsschicht 110 reduziert die Reflexion von im lichtemittierenden Element erzeugte elektromagnetische Strahlung an der ersten 101a und der zweiten 101b Fläche. Vorteilhafterweise wird mittels der Antireflexionsschicht 110 der Kontrast der
Beleuchtungsvorrichtung 1 erhöht.
Die Figur 2E zeigt eine Schnittansicht einer ersten Linse 101, eines Gehäuses 130, eines lichtemittierenden Elements 20 und einer Ansteuervorrichtung 5. Das lichtemittierenden
Element 20 umfasst ein Konversionsmittel 21, welches dazu eingerichtet ist, von einem Halbleiterchip 200 emittierte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines Wellenlängenbereichs mit größeren Wellenlängen
umzuwandeln. Das lichtemittierende Element 20 und die
Ansteuervorrichtung 5 sind mittels einer Kontaktstruktur 51 mechanisch miteinander verbunden. Die Kontaktstruktur ist weiter dazu eingerichtet, das lichtemittierende Element 20 und die Ansteuervorrichtung 5 elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Weiter weist die Ansteuervorrichtung 5 eine Schnittstelle 52 auf, über welche die Ansteuervorrichtung 5 elektrisch leitend kontaktierbar ist. Beispielsweise können Daten an die Ansteuervorrichtung 5 übertragen werden oder Daten von der Ansteuervorrichtung 5 ausgelesen werden.
Die Figur 3A zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer
Beleuchtungsvorrichtung nach dem Durchführen eines
Verfahrensschritts A) , in welchem lichtemittierende Elemente 20 bereitgestellt wurden. Die lichtemittierenden Elemente 20 sind jeweils auf einer Ansteuervorrichtung 5 angeordnet. Weiter wurden in einem Verfahrensschritt B) die
lichtemittierenden Elemente 20 in einem ersten Verbund 33 von Gehäusen 30 angeordnet. Der erste Verbund 33 von Gehäusen 30 weist eine Vielzahl von Aussparungen auf, in denen die lichtemittierenden Elemente 20 angeordnet werden. Somit sind die lichtemittierenden Elemente 20 lediglich an ihrer
Emissionsfläche 20a nicht von dem im zugeordneten Gehäuse überdeckt . Die Figur 3B zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer
Beleuchtungsvorrichtung nach den Verfahrensschritten C) und D) . Im Verfahrensschritt C) wurde eine Vielzahl erster Linsen 101 in einem zweiten Verbund 111 bereitgestellt. Die ersten Linsen 101 sind in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet und stehen in direktem Kontakt zueinander. In dem Verfahrensschritt D) wurden der erste Verbund 33 und der zweite Verbund 111 mechanisch fest miteinander verbunden. Insbesondere wird der zweite Verbund 111 von ersten Linsen 101 auf der Seite der Emissionsfläche 20a des
lichtemittierenden Elements 20 angeordnet. Der erste Verbund 33 und der zweite Verbund 111 werden beispielsweise mittels eines Klebeverfahrens, eines Lötverfahrens oder eines
Bondverfahrens Stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Figur 3C zeigt, wie in einem Verfahrensschritt E) die
Gehäuse 33 und die ersten Linsen 101 entlang von Trennlinien 4 vereinzelt werden. Beispielsweise werden die ersten Linsen 101 und die Gehäuse 33 in einem gemeinsamen Verfahrensschritt durchtrennt. Beispielsweise werden der erste Verbund 33 und der zweite Verbund 111 mittels eines Sägeprozesses, eines Ätzprozesses oder eines Lasertrennprozesses vereinzelt. Die Figur 3D zeigt das Verfahren zum Herstellen einer
Beleuchtungsvorrichtung nach einem Verfahrensschritt F) , in welchem weitere optische Komponenten der optischen
Vorrichtung in Abstrahlrichtung der lichtemittierenden
Elemente 20 nachgeordnet werden. Insbesondere werden eine zweite Linse 102 und eine dritte Linse 103 auf der dem lichtemittierenden Element 20 abgewandten Seite der ersten Linse 101 angeordnet. Die zweite Linse 102 und/oder die dritte Linse 103 sind beispielsweise mit einem Material gebildet, dessen Abbezahl größer 55 ist. Insbesondere sind die zweite Linse 102 und/oder die dritte Linse 103 mit einem Material mit niedriger Glasübergangstemperatur gebildet. Beispielsweise beträgt die Glasübergangstemperatur des
Materials der zweiten Linse 102 und oder der dritten Linse 103 weniger als 550 °C. Beispielsweise sind die zweite Linse 102 und oder die dritte Linse 103 mit einem der folgenden Materialien gebildet: Kronglas, Borosilikatglas ,
Kalknatronglas, B270, P-BK7, Doctan, PMMA, Zeonex F52R. Die Figur 3E zeigt eine zu dem in der Figur 3D gezeigten
Ausführungsbeispiel alternative Ausführungsform, bei der das lichtemittierende Element 20 zusätzlich eine dielektrische Schichtenstruktur 22 umfasst. Die dielektrische
Schichtenstruktur 22 ist an der Austrittsfläche des
Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere bildet die
dielektrische Schichtenstruktur 22 die Abstrahlfläche des lichtemittierenden Elements 20. Die dielektrische
Schichtenstruktur 22 bildet einen Bragg-Spiegel , welcher elektromagnetische Strahlung L in Abhängigkeit von deren Austrittswinkel W reflektiert. Beispielsweise ist die
Reflektivität der dielektrischen Schichtenstruktur 22 für elektromagnetische Strahlung L umso größer, je größer der Austrittswinkel W der elektromagnetischen Strahlung. Die Figur 4A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Elements 20, einer Kontaktstruktur 51 und einer Ansteuervorrichtung 5 wie sie in einem
Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen
Beleuchtungsvorrichtung zum Einsatz kommen können. Das lichtemittierende Element 20 umfasst mehrere Halbleiterchips 25. Die Halbleiterchips 25 sind mittels separat voneinander hergestellten Halbleiterstrukturen gebildet, welche dazu eingerichtet sein können, jeweils Licht L unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu erzeugen. Das lichtemittierende
Element 20 ist mittels einer Kontaktstruktur 51 mit der
Ansteuervorrichtung 5 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind mittels der Kontaktstruktur 51 die elektrischen Kontakte 601, 602 der einzelnen
Halbleiterchips 25 elektrisch leitend mit der
Ansteuervorrichtung 5 verbunden. Insbesondere weist jeder Halbleiterchip 25 einen ersten Kontakt 601 auf, welcher über eine gemeinsame elektrische Leitung der Kontaktstruktur 51 mit der Ansteuervorrichtung 5 verbunden ist. Über einen zweiten Kontakt 602 eines jeden Halbleiterchips 25 sind diese jeweils separat voneinander betreibbar.
Die Figur 4B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Elements 20 und einer Ansteuervorrichtung 5 wie sie in einem Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung zum Einsatz kommen können. Das lichtemittierende Element 20 umfasst einen lichtemittierenden Bereich erster Art 201, einen
lichtemittierenden Bereich zweiter Art 202 und einen
lichtemittierenden Bereich dritter Art 203. Jeder
lichtemittierende Bereich ist mit einem ersten leitenden Bereich 1100, einem zweiten leitenden Bereich 1200 und einer aktiven Zone 1300 gebildet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden die lichtemittierenden Bereiche jeweils über den ersten leitenden Bereich 1100 und über den zweiten leitenden Bereich 1200 bestromt, so dass in der aktiven Zone 1300 Licht erzeugt wird. Insbesondere emittieren die lichtemittierenden Bereiche 201, 202, 203 im bestimmungsgemäßen Betrieb Licht L durch die der Ansteuerschaltung 50 abgewandten Seite. Die einzelnen lichtemittierenden Bereiche 201, 202, 203 sind beispielsweise in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren hergestellt und weisen eine gleiche Materialzusammensetzung und einen gleichen Schichtaufbau auf. Insbesondere wird in den aktiven Zonen 1300 von lichtemittierenden Bereichen unterschiedlicher Art 201, 202, 203 Licht L eines gleichen Farbortes erzeugt.
Das lichtemittierende Element 10 ist mechanisch fest mit der Ansteuervorrichtung 5 verbunden. Insbesondere ist die
Ansteuervorrichtung 5 mit einem Halbleitermaterial gebildet und mittels eines Bondverfahrens oder eines Lötverfahrens mit dem lichtemittierenden Element 20 verbunden. Beispielsweise sind die Ansteuerschaltung 60 und das lichtemittierende
Element 20 Stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass die Verbindung nur unter Zerstörung des Elements 20 oder der Ansteuervorrichtung 5 gelöst werden kann. Die
Ansteuervorrichtung 60 weist eine Vielzahl von Transistoren 600 auf, mittels denen die einzelnen lichtemittierenden
Bereiche des lichtemittierenden Elements 20 angesteuert werden können. Insbesondere ist jeder lichtemittierender Bereich 201, 202, 203 über einen ersten Kontakt 601
elektrisch leitend mit einem Transistor 600 verbunden. Weiter weist die Ansteuervorrichtung 50 einen zweiten Kontakt 602 auf, mittels dem alle lichtemittierenden Bereiche des lichtemittierenden Elements 20 elektrisch leitend kontaktiert sind .
Auf der der Ansteuervorrichtung 5 abgewandten Seite des lichtemittierenden Bereiche 201, 202, 203 sind
Konversionsmittel 210, 220, 230 angeordnet. Insbesondere ist dem lichtemittierenden Bereich erster Art 201 in
Abstrahlrichtung ein erstes Konversionsmittel 210
nachgeordnet, dem lichtemittierenden Bereich zweiter Art 202 in Abstrahlrichtung ein zweites Konversionsmittel 220 nachgeordnet und dem lichtemittierenden Bereich dritter Art 203 in Abstrahlrichtung ein drittes Konversionsmittel 230 nachgeordnet. Beispielsweise sind die Konversionsmittel 210, 220, 230 dazu eingerichtet, das in der aktiven Zone 1300 erzeugte Licht L eines jeden lichtemittierenden Bereichs zumindest teilweise in Licht L eines anderen
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Insbesondere sind erste, zweite und dritte Konversionsmittel dazu eingerichtet, in den lichtemittierenden Bereichen unterschiedlicher Art 201, 202, 203 erzeugtes Licht in Licht unterschiedlicher
Wellenlängenbereiche zu konvertieren.
Der erste leitende Bereich 1100, der zweite leitende Bereich 1200 und die aktive Zone 1300 unterschiedlicher
lichtemittierender Bereiche sind mittels Trenngräben 800 vollständig durchtrennt. Beispielsweise sind die Trenngräben mittels eines lithographischen Verfahrens oder einer
Laserschneideverfahrens hergestellt . Sowohl in dem in Figur 5A als auch in dem in Figur 5B
dargestellten Graph ist die Intensitätsverteilung eines lichtemittierenden Elements 20 mit einem nachgeordneten
Konversionsmittel 21 dargestellt. In den Figuren 5A und 5B ist jeweils ein Graph der relativen Intensität I der von dem Halbleiterchip 25 emittierten elektromagnetischen Strahlung L in Abhängigkeit vom Austrittswinkel W der elektromagnetischen Strahlung L aus dem Halbleiterchip einer
Beleuchtungsvorrichtung dargestellt. Dabei wird der
Austrittwinkel W relativ zur Abstrahlrichtung A, insbesondere relativ zur Hauptabstrahlrichtung, gemessen.
In der aktiven Zone 1300 des Halbleiterchips 25, dessen
Intensitätsverteilung in den Figuren 5A und 5B dargestellt ist, wird im bestimmungsgemäßen Betrieb beispielsweise blaue elektromagnetische Strahlung erzeugt und diese wird mittels eines Konversionsmittels 21 teilweise umgewandelt, sodass das lichtemittierende Element 20 weiße elektromagnetische
Strahlung L emittiert. Beispielsweise weist das
Konversionsmittel 21 eine mittlere Dicke von 20 ym auf.
Insbesondere wird mittels der Dicke des Konversionsmittels der Farbort der emittierten elektromagnetischen Strahlung L so angepasst, dass die weiße elektromagnetische Strahlung L in einem CIE-Normfarbsystem einen Cy-Wert von 0,35 aufweist.
Die Figur 5A beschreibt beispielhaft den Intensitätsverlauf eines lichtemittierenden Elements 20, wie es im Zusammenhang mit der Figur 3D beschrieben ist. Die Figur 5B beschreibt beispielhaft den Intensitätsverlauf eines lichtemittierenden Elements 20, wie es beispielhaft im Zusammenhang mit der Figur 3E beschrieben ist. Die Emissionsfläche 20a des
lichtemittierenden Elements 20, dessen Intensitätsverlauf in Figur 5A dargestellt ist, ist aus dem Konversionsmittel 21 gebildet. Das lichtemittierende Element 20, dessen
Intensitätsverlauf in Figur 5B dargestellt ist, umfasst zusätzlich eine dielektrische Schichtstruktur 22, welche auf dem Konversionsmittel 21 angeordnet ist. Für einen betragsmäßigen Austrittswinkelwinkel W von weniger als 30° ist der Verlauf der relativen Intensität I in Figur 5A und 5B im Wesentlichen identisch. In einem betragsmäßigen Austrittswinkel W zwischen 30° und 90° fällt die relative
Intensität I des in Figur 5B dargestellten lichtemittierenden Elements 20 stärker ab, als die relative Intensität I des in Figur 5A dargestellten lichtemittierenden Elements 20. Die Auswirkung der dielektrischen Schichtstruktur 22 auf den Lichtfluss F (Einheit: Lumen [Im]) in Abhängigkeit vom
Austrittswinkel W ist in Figur 5C dargestellt. Die Kurve 20a:21 beschreibt den Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20, wie es beispielsweise in Figur 3D dargestellt ist. Insbesondere ist die Abstrahlfläche 20a mit dem
Konversionsmittel 21 gebildet, sodass von dem
lichtemittierenden Element 20 emittierte elektromagnetische Strahlung L durch eine Außenfläche des Konversionsmittels 21 austritt. Die Kurve 20a:22 beschreibt den Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20, wie es beispielsweise in
Figur 3E dargestellt ist. Insbesondere ist die Abstrahlfläche 20a mit dem dielektrischen Schichtenstapel 22 gebildet, sodass von dem lichtemittierenden Element 20 emittierte elektromagnetische Strahlung L durch eine Außenfläche des dielektrischen Schichtenstapels 22.
In einem Austrittswinkels W zwischen 0° und 60° ist der kumulierte Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20 mit dielektrischer Schichtstruktur 22 größer als der
kumulierte Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20 ohne dielektrische Schichtstruktur 22. Für Austrittswinkel W zwischen 60° und 90° ist der kumulierte Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20 mit dielektrischer Schichtstruktur 22 kleiner als der kumulierte Lichtfluss F eines lichtemittierenden Elements 20 ohne dielektrische
Schichtstruktur 22. Die dielektrische Schichtstruktur 22 bildet einen Bragg- Spiegel, welcher dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung L in Abhängigkeit von deren Austrittswinkel W aus dem Halbleiterchip 25 zu reflektieren. Für zunehmenden
Austrittswinkel W steigt die Reflektivität der dielektrischen Schichtstruktur 22. Vorteilhafterweise wird mittels der dielektrischen Schichtstruktur 22 der kumulierte Lichtstrom F für Austrittwinkel W, die kleiner als 60° sind, vergrößert und für Austrittswinkel W, deren Betrag größer als 60° ist, verkleinert. Mit anderen Worten wird mittels der
dielektrischen Schichtstruktur 22 der Anteil der emittierten elektromagnetischen Strahlung L mit einem Austrittswinkel W von weniger als 60° erhöht. Ferner wird mittels der
dielektrischen Schichtstruktur 22 der Anteil der emittierten elektromagnetischen Strahlung L mit einem Austrittwinkel W von mehr als 60° verringert.
In der Figur 6 ist tabellarisch ein beispielhafter Aufbau einer dielektrischen Schichtstruktur 22 beschrieben. Die dielektrische Schichtstruktur 22 umfasst eine Vielzahl dielektrischer Schichten 22-1 bis 22-12. In der linken Spalte sind die einzelnen Schichten 22-i (i = 1 ... 12) der
dielektrischen Schichtstruktur 22 benannt. In der mittleren Spalte ist jeweils das Material, aus dem die Schichten 22-i jeweils gebildet sind, aufgelistet. In der rechten Spalte ist die jeweilige Schichtdicke T der einzelnen Schichten 22-i in Nanometern aufgelistet. Die Schichtstruktur 22 umfasst zwölf dielektrische Schichten 22-i. Die dielektrischen Schichten 22-i sind alternierend mit Siliziumdioxid (Si02) und Titandioxid (Ti02) gebildet. Die Schichten 22-i weisen jeweils eine Dicke zwischen 40 nm und 180 nm auf.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102017109083.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichen
I Beleuchtungsvorrichtung
4 Trennlinie
5 Ansteuervorrichtung
10 optische Vorrichtung
II optische Achse
101 erste Linse
101a erste Fläche
101b zweite Fläche
102 zweite Linse
103 dritte Linse
120 Absorptionsschicht
110 Antireflexionsschicht
111 Zweiter Verbund
1100 erster leitender Bereich
1200 zweiter leitender Bereich
1300 aktive Zone
20 lichtemittierendes Element
20a Emissionsfläche
21 Konversionsmittel
22 dielektrische Schichtstruktur
22-i, 22-1, 22-2, 22-3, 22-4, 22-5, 22-6, 22-7, 22-8, 22-9, 22-10, 22-11, 22-12 dielektrische Schicht
25 Halbleiterchip
201 lichtemittierender Bereich erster Art
202 lichtemittierender Bereich zweiter Art
203 lichtemittierender Bereich dritter Art
210 erstes Konversionsmittel
220 zweites Konversionsmittel
230 drittes Konversionsmittel
30 Gehäuse
33 erster Verbund 51 Kontaktstruktur
600 Transistor
601 erster Kontakt
602 zweiter Kontakt
800 Trenngraben
K Kantenlänge
D Dicke
H Hauptstrahl
A Abstrahlrichtung
L elektromagnetische Strahlung
G Abstand von Emissionsfläche zu erster Fläche
I Intensität
F Lichtfluss
T Schichtdicke
W Austrittswinkel
dl Durchmesser der ersten Linse
d2 Durchmesser der zweiten Linse
d3 Durchmesser der dritten Linse

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsvorrichtung (1) umfassend ein
lichtemittierendes Element (20) und eine optische
Vorrichtung (10) mit einer ersten Linse (101), bei der
- die optische Vorrichtung (10) dem lichtemittierenden Element (20) in einer Abstrahlrichtung (A) nachgeordnet ist,
- die erste Linse (101) auf einer dem
lichtemittierenden Element (20) zugewandten Seite der optischen Vorrichtung (10) angeordnet ist,
- zwischen der ersten Linse (101) und dem
lichtemittierenden Element (20) ein Material angeordnet ist, welches einen von dem Material der ersten Linse (101) unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, und
- eine dem lichtemittierenden Element (20) zugewandte erste Fläche (101a) der ersten Linse (101) einen
Krümmungsradius (Rl) von zumindest 200 mm aufweist und eine dem lichtemittierenden Element (20) abgewandte zweite Fläche (101b) der ersten Linse (101) einen
Krümmungsradius (R2) von zumindest 200 mm aufweist.
2. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß dem vorherigen
Anspruch, bei der
- das lichtemittierende Element (20) auf einer dem optischen Element (10) zugewandten Seite eine
Emissionsfläche (20a) aufweist, und
- die erste Linse (101) eine Dicke (D) aufweist, wobei die Dicke (D) zumindest doppelt so groß wie eine
Kantenlänge (K) der Emissionsfläche (20a) ist.
3. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Linse (101) mit einem Material gebildet ist, dessen Brechungsindex (nl) zumindest 1,6 beträgt.
4. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Linse (101) mit einem Material gebildet ist, dessen Abbezahl maximal 50 beträgt .
5. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der aufgrund der Dicke (D) der ersten Linse (101) der Strahlversatz entlang der optischen Achse (11) der optischen Vorrichtung (10) sphärische Aberrationen innerhalb der optischen Vorrichtung (10) zumindest teilweise kompensiert.
6. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Fläche (101a) und/oder die zweite Fläche (101b) plan sind.
7. Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der die erste (101a) und die zweite (101b) Fläche parallel zueinander verlaufen.
8. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der auf der Seite der optischen
Vorrichtung (10) auf der das lichtemittierenden Element (20) angeordnet ist, ein Winkel zwischen einem
Hauptstrahl (H) und der optischen Achse (11) maximal 2° beträgt .
9. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die numerische Apertur der optischen Vorrichtung (10) zumindest 0,5 beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der ein Abstand (G) zwischen der
Emissionsfläche (20a) und der ersten Fläche (101a) maximal die Länge der Kantenlänge (K) der
Emissionsfläche beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der auf einer dem lichtemittierenden Element (20) abgewandten Seite der optischen
Vorrichtung (10) eine zweite Linse (102) angeordnet ist, wobei
die zweite Linse (102) mit einem Material gebildet ist, dessen Abbezahl größer 55 ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der das lichtemittierende Element (20) in einem Gehäuse (30) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (30) und die erste Linse (101) mechanisch fest
miteinander verbunden sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, bei der zwischen der Emissionsfläche (20a) und der ersten Fläche (101a) ein gasförmiges Material angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Linse (101) auf ihrer ersten (101a) und/oder zweiten (101b) Fläche eine
Antireflexionsschicht (110) aufweist.
15. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die erste Linse (101) zumindest teilweise mit einer Absorptionsschicht (120)
beschichtet ist.
16. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der das lichtemittierende Element (20) einen pixelierten lichtemittierenden Halbleiterchip (25) umfasst oder eine Vielzahl lichtemittierender Halbleiterchips (25) umfasst.
17. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei der das lichtemittierende Element (20) Stoffschlüssig mit einer Ansteuervorrichtung (5) verbunden ist.
18. Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Emissionsfläche (20a) mit einer dielektrischen Schichtstruktur (22) gebildet ist.
19. Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung
(1), mit den folgenden Verfahrensschritten:
A) Bereitstellen von lichtemittierende Elementen (20);
B) Anordnen der lichtemittierenden Elemente (20) jeweils in einem ersten Verbund (33) von Gehäusen (30)
C) Bereitstellen einer Vielzahl erster Linsen (101) in einem zweiten Verbund (111);
D) stoffschlüssiges Verbinden des ersten (33) und zweiten Verbunds (111) miteinander;
E) Vereinzeln der Gehäuse (30) und der ersten Linsen (101), wobei nach dem Vereinzeln jedem
lichtemittierenden Element (20) genau eine Linse (101) und ein Gehäuse (30) zugeordnet ist F) Anordnen weiterer optischer Komponenten (102, 103) der optischen Vorrichtung in Abstrahlrichtung (A) der lichtemittierenden Elemente (20).
Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei mittels des Verfahrens eine Beleuchtungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt wird.
PCT/EP2018/060785 2017-04-27 2018-04-26 Beleuchtungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer beleuchtungsvorrichtung Ceased WO2018197636A2 (de)

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