光電組件和照明設備的制作方法

文檔序號：11636251閱讀：230來源：國知局

本發(fā)明涉及根據(jù)專利權利要求1所述的光電組件并且涉及根據(jù)專利權利要求18所述的照明設備。

本專利申請要求德國專利申請102014116687.6的優(yōu)先權，該德國專利申請的公開內容被通過引用合并于此。

已知的是使用光電組件（例如發(fā)光二極管組件）以用于照明目的。在這種情況下，已知的是利用光學元件配備光電組件，所述光學元件用于被使用于照明的光的束構形。

本發(fā)明的一個目的是提供一種光電組件。該目的是借助于包括權利要求1的特征的光電組件來實現(xiàn)的。本發(fā)明的進一步的目的是提供一種照明設備。該目的是借助于包括權利要求18的特征的設備來實現(xiàn)的。在從屬權利要求中指明了各種發(fā)展。

光電組件包括光電半導體芯片以及光學元件。光學元件包括被配置為把由半導體芯片發(fā)射的光分裂成兩個束的棱鏡結構。

由該光電組件生成的兩個束可以被用于對兩個分離的空間區(qū)域或面積區(qū)域進行照明。由于所述兩個束是從由僅僅一個光電半導體芯片發(fā)射的光生成的，因此有利地實質上排除這兩個束關于彼此的在亮度的比率上的改變。通過示例的方式，溫度改變并不帶來這兩個束的亮度的比率上的改變。特別是，可能有利地實現(xiàn)的是，可由光電組件生成的這兩個束總是具有實質上相同的亮度。

通過利用光學元件的棱鏡結構分裂由光電組件的光電半導體芯片發(fā)射的光從而可能實現(xiàn)的是，通過分裂所發(fā)射的光而生成的兩個束具有與由光電半導體芯片發(fā)射的光（在把所述光分裂成兩個束之前）實質上相同的發(fā)射特性。

在光電組件的一個實施例中，棱鏡結構包括被彼此并排布置的多個單獨的棱鏡結構。這使得如下是可能的：形成具有小的結構高度的所述光電組件的光學元件的棱鏡結構，這使得具有緊湊的外部尺寸的光電組件的實施例是可能的。

在光電組件的一個實施例中，光學元件包括透鏡結構。透鏡結構可以帶來對于如下的束構形：由光電組件的半導體芯片發(fā)射的光；以及從所發(fā)射的光生成的束。通過示例的方式，透鏡結構可以用來集中由光電半導體芯片發(fā)射的光。從所發(fā)射的光生成的束于是還可以具有窄角度特性。

在光電組件的一個實施例中，以凸狀方式形成透鏡結構。通過示例的方式，透鏡結構可以被形成為凸狀球形透鏡。然而，透鏡結構還可以例如被形成為任意形狀透鏡，如橢圓形透鏡或者與此不同。

在光電組件的一個實施例中，棱鏡結構和透鏡結構被布置在光學元件的共同表面上并且一個被疊置于另一個之上。在這種情況下，棱鏡結構和透鏡結構的疊置可以被形成為棱鏡結構的形變。棱鏡結構和透鏡結構在光學元件的共同表面上的布置有利地使得如下是可能的：以平面方式形成光學元件的相對表面或者使其配備有進一步的光學功能。

在光電組件的一個實施例中，光學元件包括被配置為使兩個束在共同的方向上偏轉的束偏轉結構。這有利地使得如下是可能的：使由光電組件生成的束偏轉到要被照明的目標區(qū)域的方向上。

在光電組件的一個實施例中，束偏轉結構被配置為光學元件的表面相對于與半導體芯片的輻射發(fā)射方向垂直的方向的傾斜。有利地，光學元件的束偏轉結構由此使得如下是可能的：使由光電組件生成的束偏轉到從半導體芯片的輻射發(fā)射方向偏離的方向上。這有利地使得如下是可能的：以如下這樣的方式布置光電組件——要被束照明的目標區(qū)域被定位在相對于半導體芯片的輻射發(fā)射方向傾斜的方向上。

在光電組件的一個實施例中，棱鏡結構被配置為使各束在第一方向上相對于彼此偏轉。在這種情況下，束偏轉結構被配置為使各束在與第一方向垂直的第二方向上聯(lián)合地偏轉。這有利地使得光電組件對于要被光電組件照明的目標區(qū)域的幾何形狀的特別靈活的適配是可能的。

在光電組件的一個實施例中，棱鏡結構和束偏轉結構被布置在光學元件的共同表面上并且一個被疊置于另一個之上。在這種情況下，束偏轉結構可以是通過棱鏡結構的傾斜來形成的。棱鏡結構和束偏轉結構在光學元件的共同表面上的布置有利地使得如下是可能的：以平面方式形成光學元件的相對表面或者使其配備有進一步的光學功能。

在光電組件的一個實施例中，棱鏡結構的每個單獨的棱鏡結構被再劃分成在縱向方向上的多個區(qū)段。在這種情況下，每個棱鏡結構的單獨的區(qū)段被在半導體芯片的輻射發(fā)射方向上相對于彼此偏移。這使得形成棱鏡結構的傾斜是可能的，所述傾斜形成具有小的結構高度的束偏轉結構。這是憑借如下事實實現(xiàn)的：棱鏡結構的每個單獨的棱鏡結構的每個單獨的區(qū)段被單獨地傾斜。有利地，光電組件的光學元件可以由此具有小的高度，這使得能夠形成具有緊湊的外部尺寸的光電組件。

在光電組件的一個實施例中，透鏡結構和束偏轉結構被布置在光學元件的共同表面上并且一個被疊置于另一個之上。在這種情況下，束偏轉結構可以例如是通過透鏡結構的傾斜來形成的。透鏡結構和束偏轉結構在光學元件的共同表面上的布置有利地使得如下是可能的：以平面方式形成光學元件的相對表面或者使其配備有附加的光學功能。

在光電組件的一個實施例中，光學元件包括面對半導體芯片的底側和背對半導體芯片的頂側。在這種情況下，底側、頂側或底側和頂側這兩者可以被形成為光學元件的光學功能表面。

在光電組件的一個實施例中，光學元件的頂側是以平面方式形成的。有利地，光電組件由此例如在拾取和安放處理中是特別簡單地可處置的。此外，光電組件的光學元件的平坦頂側有利地展現(xiàn)出對于污染和損壞的特別小的易感性。

在光電組件的一個實施例中，光學元件的頂側被垂直于半導體芯片的輻射發(fā)射方向而定向。有利地，光電組件可以由此具有規(guī)則的并且簡單的外部幾何形狀。

在光電組件的一個實施例中，光電組件包括外殼。在這種情況下，半導體芯片被布置在外殼上或被布置在外殼中。在這種情況下，光學元件承載于外殼上。光電半導體芯片可以被布置在例如外殼的腔體中。有利地，這造成光電組件的緊湊的實施例。

在光電組件的一個實施例中，光學元件的底側包括外周邊沿。在這種情況下，外周邊沿承載于外殼上。這有利地使得能夠進行光學元件在光電組件的外殼上的簡單固定。在這種情況下，外周邊沿承載在光電組件的外殼上附加地同時確保順從于光學元件的想要的定向。

在光電組件的一個實施例中，半導體芯片被配置為發(fā)射包括從紅外譜范圍起的波長的光。有利地，光電組件由此適合于其中利用可見光的照明是不想要的照明目的。

一種照明設備包括上面提到的類型的光電組件。可由光電組件生成的兩個束有利地使得能夠對兩個分離的空間區(qū)域或面積區(qū)域進行照明。在這種情況下，有利地確?？偸且韵嗤牧炼缺嚷剩ɡ?，以相同的亮度）來照射這兩個空間區(qū)域或面積區(qū)域。

關聯(lián)于與附圖相關聯(lián)地更詳細地解釋的示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的上面描述的性質、特征和優(yōu)點以及其中實現(xiàn)它們的方式將變得更清楚并且被更清楚地理解。在此在示意性的圖解中，在每種情況下：

圖1示出包括光電組件（該光電組件包括第一光學元件）的照明設備的一部分的透視圖；

圖2示出光電組件的截面?zhèn)纫晥D；

圖3示出第二光學元件的透視圖；

圖4示出第三光學元件的透視圖；

圖5示出第四光學元件的透視圖；

圖6示出第五光學元件的第一透視圖；

圖7示出第五光學元件的進一步的透視圖；

圖8示出第五光學元件的第一截面視圖；以及

圖9示出第五光學元件的進一步的截面視圖。

圖1示出光電組件100的示意性透視圖解。圖2示出光電組件100的示意性截面?zhèn)纫晥D。光電組件100形成照明設備110的一部分。

光電組件100包括外殼200，外殼200包括頂側201和與頂側201相對的底側202。外殼200可以是例如借助于模制方法從塑料材料生產(chǎn)的。然而，外殼200還可以包括陶瓷材料或某些其它材料并且/或者是通過某些其它方法生產(chǎn)的。

光電組件100的電接觸焊盤可以被布置在外殼200的底側202上。光電組件100可以被提供為例如用于表面安裝（例如通過回流焊接而用于表面安裝）的smt組件。然而，光電組件100的接觸焊盤還可以被不同地形成并且被布置在不同的位置。

在其頂側201處，外殼200包括腔體210，腔體210延伸到外殼200內并且是朝向頂側201開口的。腔體210在外殼200的頂側201處的開口由外周邊沿220界定。

光電半導體芯片300被布置在外殼200的腔體210的基部上。光電半導體芯片300被配置為發(fā)射電磁輻射，例如可見光或者包括從紅外譜范圍起的波長的光。光電半導體芯片300優(yōu)先地被配置為發(fā)光二極管芯片（led芯片）。

光電半導體芯片300包括輻射發(fā)射面310。光電半導體芯片300被配置為在其輻射發(fā)射面310處在輻射發(fā)射方向320上發(fā)射光330。輻射發(fā)射方向310優(yōu)先地被垂直于輻射發(fā)射面310定向并且被引導以使得由光電半導體芯片300發(fā)射的光330可以在外殼200的頂側201處從腔體210出射。除了輻射發(fā)射面310之外，光電半導體芯片300可以包括進一步的輻射發(fā)射面。特別是，光電半導體芯片300可以被配置為體發(fā)射器。還可以存在多個光電半導體芯片。

由光電半導體芯片300發(fā)射的光330可以在輻射發(fā)射面310處被發(fā)射為繞輻射發(fā)射方向320而居中的發(fā)散光椎。外殼200的腔體210的壁可以充當用于由光電半導體芯片300發(fā)射的光330的反射器。為此目的，外殼200的腔體210的壁可以包括反射涂覆，例如，包括金或鋁的涂覆或者涂覆可以由反射材料構成。

可能的是形成不具有腔體210的外殼200。在這種情況下，光電半導體芯片300可以被布置在例如外殼200的頂側201上。光電半導體芯片300還可以替換地被整體地或部分地嵌入到外殼200的材料中。

光電組件100包括第一光學元件400。第一光學元件400包括頂側401和與頂側401相對的底側402。底側402是以平面方式形成的。第一光學元件400包括光學上透明的材料，例如玻璃或硅酮，環(huán)氧樹脂或某些其它塑料。

第一光學元件400被布置在外殼200的在腔體210之上的頂側201上。在這種情況下，形成在第一光學元件400的底側402上的底側402的外周邊沿403承載于外殼200的頂側201上的邊沿220上。

如果外殼200不包括腔體210并且光電半導體芯片300被布置在外殼200的頂側201上，則那么第一光學元件400優(yōu)選地被布置在外殼200和第一光學元件400之間。

第一光學元件400在其頂側401上包括棱鏡結構500。棱鏡結構500被形成為沿著縱向方向延伸的具有三角形橫截面的屋蓋形狀的條，并且在第一光學元件400的頂側401上包括第一外部面501和第二外部面502。第一外部面501和第二外部面502被相對于彼此成一角度地布置。

光電組件100的第一光學元件400的棱鏡結構500被提供用于把由光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。在這種情況下，第一束340是在第一光學元件400的棱鏡結構500的第一外部面501處發(fā)射的。第二束350是在第一光學元件400的棱鏡結構500的第二外部面502處發(fā)射的。在這種情況下，第一束340和第二束350是在不同的空間方向上發(fā)射的。第一束340和第二束350相對于光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320的偏轉是在分裂方向360上執(zhí)行的。在光電組件100的第一光學元件400的情況下，分裂方向360被布置在平行于光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320定向的平面中。

第一束340和第二束350優(yōu)選地包括實質上與由光電半導體芯片300發(fā)射的光330（在把所述光分裂成第一束340和第二束350之前）相同的發(fā)射特性。

在照明設備110中由光電組件100發(fā)射的束340、350在每種情況下可以用于對面積區(qū)域或空間區(qū)域進行照明。在這種情況下，由光電組件100發(fā)射的束340、350之間的角度可以例如被設定大小以使得由束340、350在距光電組件100例如20cm到40cm的距離處生成的光點處在彼此相距5cm和15cm之間的距離。

下面將參照圖3到圖9解釋進一步的光學元件，該進一步的光學元件可以替代第一光學元件400而被提供在光學組件100中。所述進一步的光學元件包括與第一光學元件400的對應部。圖3至圖9中的相同的并且相同地動作的組件部分被提供有與圖1和圖2中相同的參照標記，并且在每種情況下將不再詳細討論。

圖3示出第二光學元件410的示意性的透視圖解。第二光學元件410在其頂側401上包括棱鏡結構500，棱鏡結構500被提供用于在分裂方向360上把由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。

在第二光學元件410的情況下，棱鏡結構500包括被彼此并排地布置的多個單獨的棱鏡結構510。每個單獨的棱鏡結構510形成為被在縱向方向上定向的具有三角形橫截面的屋蓋形狀的條。每個單獨的棱鏡結構510包括第一外部面501和相對于第一外部面501成一角度而定向的第二外部面502。在這種情況下，所有單獨的棱鏡結構510的第一外部面501被彼此平行地布置。對應地，所有單獨的棱鏡結構510的第二外部面502也被彼此平行地定向。各單獨的棱鏡結構510被相對于各單獨的棱鏡結構510的縱向方向橫向地在分裂方向360上彼此并排地布置。

與第一光學元件400的棱鏡結構500相比，第二光學元件410的棱鏡結構500的各單獨的棱鏡結構510在每種情況下包括在平行于輻射發(fā)射方向320測量的方向上的更小的高度。作為結果，第二光學元件410整體上包括與第一光學元件400相比更小的高度。

第二光學元件410的棱鏡結構500—所述棱鏡結構包括各單獨的棱鏡結構510—被布置在第二光學元件410的頂側401上。

第二光學元件410的底側402被以平面方式形成并且在光電組件100的外殼200上的第二光學元件410的布置中被垂直于光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320定向。

在圖中并未示出的第二光學元件410的變形中，包括各單獨的棱鏡結構510的棱鏡結構500被布置在第一光學元件400的底側402上并且由外周邊沿403界定。在該變形中第二光學元件410的頂側401可以以平面方式形成。在第二光學元件410的該變形中，同樣，第二光學元件410的棱鏡結構500用于把由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。

圖4示出第三光學元件420的示意性透視圖解。第三光學元件420同樣地包括棱鏡結構500，該棱鏡結構500包括多個單獨的棱鏡結構510。然而，在第三光學元件420的情況下，棱鏡結構500被布置在第三光學元件420的底側402上并且由外周邊沿403橫向地界定。第三光學元件420的頂側401被以平面方式形成并且如果第三光學元件420被布置在光電組件100的外殼200的頂側201上則實質上垂直于光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320定向。

除了棱鏡結構500以外，第三光學元件420還包括透鏡結構600。透鏡結構600用于對由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330和從所發(fā)射的光330形成的束340、350進行構形。通過示例的方式，透鏡結構600可以用于集中由光電半導體芯片300發(fā)射的光330，以便還用于集中從所發(fā)射的光330生成的束340、350。在這種情況下，透鏡結構600被配置為會聚透鏡，例如被配置為凸狀會聚透鏡，特別是例如被配置為凸狀球面會聚透鏡。然而，透鏡結構600還可以包括不同的透鏡形式。

透鏡結構600和棱鏡結構500這兩者被布置在第三光學元件420的底側402上并且一個被疊置于另一個之上。作為結果，透鏡結構600使第三光學元件420的棱鏡結構500的各單獨的棱鏡結構510形變。棱鏡結構500的各單獨的棱鏡結構510并不是以直線形方式形成的，而是相反地按照疊置在棱鏡結構500上的透鏡結構600而形變的。作為結果，各單獨的棱鏡結構510的第一外部面501和第二外部面502也不形成連續(xù)地平坦的面。第三光學元件420的透鏡結構600包括凸狀的旋轉對稱形狀，例如球面形狀，也就是說，在第三光學元件420的底側402的中心區(qū)域中向外彎曲。第三光學元件420的棱鏡結構500的各單獨的棱鏡結構510循從該彎曲，也就是說棱鏡結構600的外部輪廓。

圖5示出第四光學元件430的示意性的透視的并且部分地透明的圖解。第四光學元件430如第三光學元件420那樣被配置在其底側402上，也就是說包括棱鏡結構500和疊置在棱鏡結構500上的透鏡結構600，其中棱鏡結構500包括各單獨的棱鏡結構510。第四光學元件430的棱鏡結構500進而被配置為在分裂方向360上把由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。

在其頂側401上，第四光學元件430包括束偏轉結構700。束偏轉結構700被配置為使由第四光學元件430的棱鏡結構500分裂的兩個束340、350在共同的偏轉方向720上偏轉。在第四光學元件430的情況下，偏轉方向720垂直于分裂方向360定向，但是也可以與分裂方向360形成與直角不同的角度。

在第四光學元件430的頂側401上的束偏轉結構700被形成為第四光學元件430的頂側401的傾斜710。由于傾斜410的原因，在第四光學元件430的頂側401上的第四光學元件430的表面并不是垂直于光電組件100的光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320定向，而是相對于輻射發(fā)射方向320傾斜。

因而，第四光學元件430包括三個光學功能。第四光學元件430的透鏡結構600帶來對由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330的束構形，并且因此還帶來對第一束340和第二束350的束構形，例如對所發(fā)射的光330和束340、350的集中。包括各單獨的棱鏡結構510的棱鏡結構500把由光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。第四光學元件430的束偏轉結構700使第一束340和第二束350在偏轉方向720上聯(lián)合地偏轉。

第四光學元件430的棱鏡結構500和透鏡結構600被聯(lián)合地布置在第四光學元件430的底側402上并且一個被疊置于另一個之上。在第四光學元件430的頂側401上形成束偏轉結構700。然而，還將可能的是例如在第四光學元件430的頂側401或底側402上聯(lián)合地形成棱鏡結構500、透鏡結構600和束偏轉結構700并且將它們的一個疊置于另一個之上。同樣地將可能的是將束偏轉結構700與棱鏡結構500或透鏡結構600組合并且把束偏轉結構700與棱鏡結構500或透鏡結構600的疊置布置在第四光學元件430的頂側401或底側402上。

圖6示出第五光學元件440的頂側401的示意性透視圖。圖7示出第五光學元件440的底側402的示意性透視圖。圖8從第一觀看方向示出第五光學元件440的示意性側視圖。圖9從垂直于第一觀看方向的第二觀看方向示出第五光學元件440的示意性側視圖。

第五光學元件440在其頂側401上包括棱鏡結構500，所述棱鏡結構被提供用于在分裂方向360上把由光電組件100的光電半導體芯片300發(fā)射的光330分裂成第一束340和第二束350。棱鏡結構500進而包括被在分裂方向360上彼此并排布置并且在垂直于分裂方向360的縱向方向上延伸的多個單獨的棱鏡結構510。每個單獨的棱鏡結構510包括第一外部面501和第二外部面502，第二外部面502被相對于第一外部面501成一角度地布置。

與第二光學元件410的棱鏡結構500的情況下不同，第五光學元件440的棱鏡結構500的各單獨的棱鏡結構510在每種情況下被沿著它們的縱向方向再劃分為多個單獨的區(qū)段520。棱鏡結構500的每個單獨的棱鏡結構510的每個區(qū)段520包括形成第五光學元件440的束偏轉結構700的傾斜710。第五光學元件440的束偏轉結構700因此同樣地被布置在第五光學元件440的頂側401上并且被疊置在棱鏡結構500上。第五光學元件440的束偏轉結構700被配置為使由棱鏡結構500分裂的束340、350在偏轉方向720上聯(lián)合地偏轉，偏轉方向720是垂直于分裂方向360并且因此平行于各單獨的棱鏡結構510的縱向方向定向的。

第五光學元件440的棱鏡結構500的所有單獨的棱鏡結構510的所有單獨的區(qū)段520包括傾斜710。在此，單獨的棱鏡結構510的各單獨的區(qū)段520在每種情況下以如下這樣的方式在光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320上相對于彼此偏移：各單獨的棱鏡結構510的傾斜的外部面501、502包括鋸齒形狀的偏移，如在圖9中的側視圖中可辨別出的那樣。作為結果，在平行于光電半導體芯片300的輻射發(fā)射方向320的方向上的棱鏡結構500和束偏轉結構700的疊置高度與在沒有各單獨的棱鏡結構510的各單獨的區(qū)段520的偏移的情況下各單獨的棱鏡結構510的連續(xù)傾斜710相比被減小。

在第五光學元件440的底側402上形成透鏡結構600。在底側402上的透鏡結構600進而由外周邊沿403橫向地界定，所述外周邊沿403承載在第五光學元件440的布置中的在光電組件100的外殼200的頂側201上的外殼200的邊沿220上。

第五光學元件440的透鏡結構600進而用于由光電半導體芯片300發(fā)射的光330的束構形，并且因此還用于從所發(fā)射的光330獲得的束340、350的束構形。透鏡結構600被配置為在第五光學元件440的底側402上向外彎曲的旋轉對稱的凸透鏡結構。然而，還將可能的是，利用不同的形狀來配置透鏡結構600，特別是例如將透鏡結構600配置為任意形狀透鏡、配置為球面透鏡或配置為橢圓形透鏡。

已經(jīng)基于優(yōu)選的示例性實施例更詳細地圖解和描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不局限于所公開的示例。相反，本領域技術人員可以在不脫離本發(fā)明的保護范圍的情況下從中得出其它變化。

參照標記列表

100光電組件

110照明設備

200外殼

201頂側

202底側

210腔體

220邊沿

300光電半導體芯片

310輻射發(fā)射面

320輻射發(fā)射方向