專利名稱：光電子器件和照明設備的制作方法
光電子器件和照明設備
本申請要求德國專利申請102006030253.2和102006050880.7的優(yōu)先 權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
本發(fā)明涉及一種光電子器件和一種照明設備。
光電子器件經(jīng)常被用來照明矩形的面。例如，一^開了用于平面屏幕的 背光照明裝置，這些背光照明裝置具有多個光電子器件。然而，光電子器 件通常具有旋轉(zhuǎn)對稱的輻射特性。借助這種光電子器件不可能實現(xiàn)矩形面 的均勻照明，因為旋轉(zhuǎn)對稱的輻射錐體出于原理上的、數(shù)學的原因而不能 疊加為使得面被均勻地照明。
如果例如將器件設置成六邊形圖案以便在所照明的面的中間區(qū)域中 實現(xiàn)盡可能均勻的照明強度分布，則在被照明的面的邊緣處出現(xiàn)不均勻 性。通過將器件設置成矩形圖案可以改進被照明的面的邊緣處照明的均勻 性。于是，相對于設置成六邊形圖案，在面的中間區(qū)域中照明的均勻性劣 化并且照明強度分布具有波動，這些波動以與光電子器件的布置相同的圖 案分布。
為了減小這種不均勻性，器件彼此必須以非常小的間隔設置。背光照 明裝置因此包含比為實現(xiàn)所希望的發(fā)光強度所需的器件明顯更多的光電 子器件。
替換地，來自背光照明裝置的輻射可以通過具有高反射率和低透射性 的漫射板來耦合輸出。這樣，在背光照明裝置中強制多次散射并且以效率 為代價來提高耦合輸出的光的均勻性。于是，需要附加的光電子器件，以 便實現(xiàn)所希望的背光照明裝置的發(fā)光強度。
在另 一種用于減小不均勻性的方法中，借助散射透鏡來使器件的輻射 錐體強烈地擴寬。然而，在此可實現(xiàn)的均勻性對許多應用而言仍不充分。 此外，該方法對制造公差和安裝公差提出了極高的要求。
因此，本發(fā)明的任務是提出一種光電子器件，該器件適于均勻地對面 進行背光照明。本發(fā)明的另一任務是提出一種照明裝置，其發(fā)射具有改進 的均勻性的電磁輻射并且是特別高效的。
6該任務通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子器件以及通過根據(jù)權(quán)利要
求20所述的照明裝置來實現(xiàn)。
光電子器件或照明裝置的有利的實施形式和改進方案在從屬權(quán)利要 求中予以說明，其公開內(nèi)^it過引用詳細地結(jié)合于本說明書中。
一種根據(jù)本發(fā)明的光電子器件具有光學有源區(qū)。光學有源區(qū)包括至少 一個半導體芯片和至少一個射束成形元件，所述射束成形元件具有光軸。
該光學有源區(qū)具有關于垂直于光軸的坐標系的象限對稱性 (Quadrantensymmetrie )。半導體芯片被i殳置用于產(chǎn)生電磁輻射。由半 導體芯片在工作中所發(fā)射的電磁輻射的至少 一部分通過射束成形元件射 出。
換言之，即存在具有兩個、尤其是彼此垂直的坐標軸的坐標系，這兩 個坐標軸垂直于光軸并且其交點在光軸上。光學有源區(qū)關于通過光軸和與 該光軸垂直的坐標系的所述坐標軸中的每一個所張成的平面鏡像對稱。換 言之，光學有源區(qū)在通過光軸和與其垂直的坐標系的第一坐標軸所張成的 平面上的鏡像中以及在通過光軸和與其垂直的坐標系的第二坐標軸所張 成的平面上的鏡像中轉(zhuǎn)變?yōu)槠浔旧怼?br> 在光學有源區(qū)也關于彼此直角設置的第一和第二坐標軸的角平分線 鏡像對稱的情況下，光學有源區(qū)在至少一個實施形式中也關于繞光軸的旋 轉(zhuǎn)具有四重徑向?qū)ΨQ。也就是說，在這樣的情況下，在繞光軸旋轉(zhuǎn)90。時 其轉(zhuǎn)變?yōu)槠浔旧?。然而有利的是，光學有源區(qū)并非是旋轉(zhuǎn)對稱的。也就是 說，并非在繞光軸旋轉(zhuǎn)任意角度時都轉(zhuǎn)變?yōu)槠浔旧?，而是例如僅僅在旋轉(zhuǎn) 180。的角或者其數(shù)倍時或者旋轉(zhuǎn)角度卯。或者其數(shù)倍時轉(zhuǎn)變?yōu)槠浔旧怼?br> 有利的是，由光電子器件發(fā)射的電磁輻射的分布因此同樣不是旋轉(zhuǎn)對 稱的。更確切的說，光電子器件有利地發(fā)射具有象限對稱的發(fā)光強度分布 的電磁輻射。
射束成形元件在光軸的方向上優(yōu)選設置在半導體芯片之后。在一個合 乎目的的優(yōu)選的實施形式中，來自光電子器件的輻射耦合輸出至少基本上 在遠離半導體芯片的半空間中通過射束成形元件來進行。從光電子器件耦 合輸出的射束與光軸于是優(yōu)選成小于等于90。的角度。優(yōu)選的是，該角度 小于卯。。
換言之，從光電子器件耦合輸出的輻射發(fā)射到"輻射錐體"中，該輻射 錐體的對稱軸優(yōu)選是器件的射束成形元件的光軸。輻射錐體在此并不具有旋轉(zhuǎn)對稱的橫截面而是具有象PM"稱的橫截面。
在光電子器件的一個實施形式中，射束成形元件具有象限對稱性。然而在此并非整個射束成形元件都需要具有象限對稱性。更為確切地說，射
緣區(qū)域)可以具有旋轉(zhuǎn)對稱的形狀或者任意其他形狀。然而重要的是，射束成形元件的被照明的區(qū)域或者該被照明的區(qū)域的至少 一部分具有象限對稱性，其中由至少一個半導體芯片在工作中發(fā)射的電磁輻射的至少一部分通過所述被照明的區(qū)域射出并且優(yōu)選來自光電子器件的輻射通過所述被照明的區(qū)域耦合輸出。
例如，在沿著光軸的射束成形元件的俯視圖中，射束成形元件、被照
明的區(qū)域或者被照明的區(qū)域的一部分具有其角衫L倒圓的矩形形狀。
合乎目的地，光軸穿過矩形的中點并且垂直于光軸的坐標系的坐標軸指向邊中心。角的倒圓在該實施形式中延伸直至邊中心，4吏得在該實施例中，邊在其整個長度上彎曲。然而在該實施形式中，邊中心優(yōu)選具有切線，該切線垂直于坐標軸。在與邊中心對置的邊上切線特別優(yōu)選是平行的。在該情況中，射束成形元件的象限對稱的區(qū)域的形狀也可以稱作枕形或者稱作"扁平的圓"。
在一個實施形式中，射束成形元件包括透鏡或者射束成形元件是透鏡。該透鏡例如具有為自由形狀面的輻射入射面和/或輻射出射面。輻射入射面在此是透鏡的朝著半導體芯片的主面，輻射出射面是透鏡的與半導體芯片背離的主面。
在一個實施形式中，輻射出射面是平滑的面。優(yōu)選地，輻射入射面也是平滑的面，尤其是平坦的面。特別地，為平滑面的輻射出射面和/或輻射入射面不具有臺階和/或彎折。
例如，輻射入射面和/或輻射出射面是可區(qū)分的面。優(yōu)選地，該面可
通過一個多項式來表示，該多項式是x和y的函數(shù)。x和y在此對應于沿著垂直于光軸的坐標系的第一軸和第二軸的坐標。于是，多項式的值根據(jù)在平面中的位置說明了該面距離由坐標系所張成的平面在光軸的方向上的距離。多項式僅僅包含x和y的偶數(shù)階的項，使得有利地實現(xiàn)了象P艮對稱的面。
在該實施形式的一種變形方案中，輻射出射面和/或輻射入射面具有多個區(qū)域，其分別通過x和y多項式(然而是具有不同系數(shù)的多項式)來描述。在區(qū)域之間的過渡優(yōu)選是連續(xù)的，特別優(yōu)選的是一階導數(shù)也是連續(xù)的，即這些區(qū)域在過渡處分別具有相同的斜率，使得該平面在過渡處沒有彎折。
根據(jù)一個實施形式，輻射出射面具有中間區(qū)域，光軸穿過該中間區(qū)域并且該中間區(qū)域是凹面地彎曲的、平整的或者略凸面地彎曲的。
例如，中間區(qū)域在輻射出射面的俯視圖中具有其角被倒圓的矩形形狀。如上面已描述的那樣，這也包括其中邊在其整個長度上彎曲的形狀。在一個實施形式中，倒圓的矩形具有部分區(qū)域，這些部分區(qū)域包括邊的中點并且凹面地彎曲。換言之，在該實施形式中倒圓的矩形具有腰部地實施。
優(yōu)選地，輻射出射面也包括邊緣區(qū)域，該邊緣區(qū)域與光軸間距地至少部分地、然而尤其是完全地包圍中間區(qū)域，并且該邊緣區(qū)域凸面地彎曲。
在一個實施形式中，邊緣區(qū)域具有比中間區(qū)域更大的曲率，例如邊緣區(qū)域的曲率是中間區(qū)域曲率的兩倍。在另一實施形式中，邊緣區(qū)域的曲率
隨著距光軸的距離增大而增加。例如，邊緣區(qū)域具有與光軸相鄰并且具有第一凸面的曲率的第一部分和比第一部分距光軸更遠的并且具有第二凸面的曲率的第二部分，其中第二凸面的曲率大于第一凸面的曲率。
在一個實施形式中，邊緣區(qū)域、尤其是邊緣區(qū)域的第一部分和/或第
二部分在輻射出射面的俯視圖中具有其角祐:倒圓的矩形形狀。
與基本上沿著光軸耦合輸出的輻射的強度相比，具有凹面的、平的或
射面或輻射入射面的構(gòu)型有利地提高了以相對于光軸成一角度地從光電子器件耦合輸出的電磁輻射的強度。由光電子器件照明的面因此有利地被增大。
此外有利的是，通過輻射出射面和/或輻射入射面的與旋轉(zhuǎn)對稱的形狀不同的構(gòu)型，以象p艮對稱的照明強度分布來照亮在與光電子器件間隔并且優(yōu)選垂直于光軸走向的面上的面區(qū)域。
在光電子器件的一個實施形式中，光軸穿過半導體芯片。優(yōu)選地，半導體芯片的主延伸平面垂直于光軸。
在另一實施形式中，對射束成形元件替換地或者附加地，半導體芯片具有象限對稱性。例如，半導體芯片具有矩形或者方形的基本面，并且光軸穿過基本面的中心點。半導體芯片的基本面通常平行于其主延伸平面。
9在另一實施形式中，光電子器件包括多個半導體芯片，所述半導體芯片象P財稱地設置。換言之，其上設置有半導體芯片的位置整體上具有象限對稱性。半導體芯片優(yōu)選固定在安裝面上，光軸穿過該安裝面并且優(yōu)選垂直于光軸。在這樣的情況下，半導體芯片在安裝面上的安裝位置優(yōu)選整體上具有象限對稱性。
在一個實施形式中，半導體芯片設置在殼體中。優(yōu)選地，殼體包括反射器。在一個實施形式中，對半導體芯片和/或射束成形元件替換地或者附加地，該>^射器具有象限對稱性。殼體包括例如帶有>^射性的壁的凹處作為反射器，半導體芯片設置在該凹處中。
射束成形元件優(yōu)選與殼體分離地制造，并且例如借助至少一個定位元件和/或至少一個保持裝置固定在殼體上。該定位元件和/或保持裝置例如設置在射束成形元件的邊緣區(qū)域中。在至少一個實施形式中，該射束成形
元件不具有象FW"稱性。借助與殼體分離制造的射束成形元件可有利地實
現(xiàn)光電子器件的簡單且低成本的制造。同時，制造公差被保持較小并且實現(xiàn)特別精確地定位半導體芯片和射束成形元件。
在一個實施形式中，光電子器件包括至少 一個具有在紅色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片，至少一個具有在綠色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片和/或至少 一個具有在藍色光譜范圍中的發(fā)射最大值的半
導體芯片。
在另一實施形式中，光電子器件包括第一半導體芯片，其在工作中發(fā)射具有第一光鐠分布的電磁輻射；以及第二半導體芯片，其在工作中發(fā)射第二光譜分布的電磁輻射。優(yōu)選地，光電子器件也包括第三半導體芯片，其在工作中發(fā)射具有第三光鐠分布的電磁輻射。第一、第二或第三光鐠分布例如具有在紅色、綠色或藍色光鐠范圍中的最大值。
在一個實施形式中，光電子器件在工作中發(fā)射具有白色色覺的光。例如,對此該器件包括:至少一個在紅色光鐠范圍中進行發(fā)射的半導體芯片、至少一個在綠色光鐠范圍中進行發(fā)射的半導體芯片以及至少一個在藍色光鐠范圍中進行發(fā)射的半導體芯片。
如果該光電子器件包括多個在工作中發(fā)射相同光譜分布的電磁輻射的半導體芯片，則這些半導體芯片特別優(yōu)選象PMt稱地設置。換言之，設置有半導體芯片的位置整體上具有象限對稱性。
根據(jù)本發(fā)明的照明設備包括至少 一個光電子器件，例如根據(jù)上面描述的實施例中至少之一的光電子器件，該光電子器件具有光學有源區(qū)，該光學有源區(qū)具有象限對稱性。
在一個實施形式中，照明設備包括側(cè)面(例如側(cè)壁的內(nèi)表面)，所述側(cè)壁優(yōu)選>^射性地，尤其是金屬化地實施。金屬化的側(cè)面反射性地實施并且將入射到側(cè)壁上的輻射至少基本上定向地向回反射。
側(cè)面優(yōu)選平行于射束成形元件的光軸走向。在通過與光軸垂直的坐標系的坐標軸所張成的平面中，側(cè)面優(yōu)選至少部分包圍該光電子器件。特別優(yōu)選地，側(cè)面完全包圍該器件。
在一個實施形式中，每兩個對置的側(cè)面彼此平行地設置，并且優(yōu)選以相對于其他兩個側(cè)壁成直角地設置。在一個有利的實施形式中，側(cè)壁總體上在沿光軸的俯視圖中形成矩形或者方形。
在一個實施形式中，側(cè)面在沿光軸的俯視圖中形成具有如下長寬比的
矩形該長寬比對應于倒圓的矩形的長寬比，該長寬比描述了射束成形元件或者其照明的區(qū)域、透鏡的中間區(qū)域和/或透鏡的外部區(qū)域。
在一個實施形式中，側(cè)面與光軸的距離選擇為使得電磁輻射的從光電子器件耦合輸出并且直接射到照明設備的發(fā)光面的部分、以及電磁輻射的從器件耦合輸出并且從側(cè)面朝向發(fā)光面的部分一起產(chǎn)生在發(fā)光面上的均勻的照明強度分布。
照明設備的發(fā)光面在此是照明設備的主面，該主面在光軸方向上設置在光電子器件的輻射出射面之后。優(yōu)選地，發(fā)光面垂直于光軸。光電子器件發(fā)射的電磁輻射的至少一部分通itiC光面耦合輸出。
在均勻的照明強度分布的情況下，照明強庋基本上與在發(fā)光面上的位置無關。
在另一實施形式中，照明i殳備包括多個光電子器件，其光軸優(yōu)g本上彼此平行地設置。
有利的是，光電子器件的數(shù)目小于在傳統(tǒng)的照明設備的情況下的數(shù)目，然而從該照明設^合輸出的電磁輻射特別均勻。這樣有利的是，不損3UL出的輻射的光強度和均勻性地實現(xiàn)了如下照明設備這些照明設備在相同的結(jié)構(gòu)高度的情況下(即在半導體芯片與發(fā)光面的相同距離的情況下)以較少數(shù)目的半導體芯片就足夠，或者在這些照明設備中(在半導體芯片數(shù)目相同的情況下)降低了結(jié)構(gòu)高度。在一個有利的實施形式中，結(jié)構(gòu)高度小于或者等于30mm，例如該照明設備具有在10mm至30mm之間的結(jié)構(gòu)高度(包括邊界)。
例如，光電子器件設置在安裝面上，尤其是設置在平面的安裝面上。合乎目的地，光電子器件的光軸于是垂直于安裝面，并且與光軸垂直的坐標系張成的平面平行于安裝面。
優(yōu)選的是，在垂直于光軸的平面中，例如在照明設備的發(fā)光面中，相鄰光電子器件的輻射錐體相交。
在一個合乎目的的實施形式中，光電子器件設置在格柵的格柵點上。換言之，這些器件位于所設想的格柵的格柵線的交點上，該^^柵例如在安裝面上走向。
^^柵優(yōu)選具有平行四邊形形狀的、矩形的或者方形的M單元。然而，柵格線也可以彎曲地走向。優(yōu)選地，格柵線的第一組平行于與光軸垂直的光電子器件的坐標系的第一坐標軸走向，而格柵線的第二組平行于與光軸垂直的光電子器件的坐標系的第二軸線走向。特別優(yōu)選地，多個(尤其是所有)光電子器件的相應的坐標系的坐標軸都通過這樣的方式對齊。這樣有利地實現(xiàn)了在發(fā)光面上的特別均勻的照明強度。
在一個實施形式中，光電子器件的輻射錐體與設置在緊鄰的格柵位置上的光電子器件的錐體疊加。在另一實施形式中，器件的輻射錐體附加地
至少與沿著一個方向i殳置的再下一個的光電子器件的錐體疊加。沿著該方向，于是至少每五個光電子器件的輻射錐體疊加，而沿著其中只有緊鄰的器件的輻射錐體疊加的方向，每三個輻射錐體疊加。在遠離地設置的器件的輻射維體情況下，優(yōu)選不發(fā)生或者僅僅發(fā)生小的疊加。
在此本發(fā)明利用如下思想，即各個器件的照明強度沿著垂直于光軸的坐標系的第一坐標軸和沿著第二坐標軸在該方向上疊加成總照明強度，其中總照明強度優(yōu)選是恒定的。由于輻射出射面的象限對稱的形狀，在發(fā)光面的其他方向上也獲得恒定的照明強度。
換言之，總照明強度作為坐標x和y的函lt&本上是恒定的(E (x，y) =E。)，其中x方向沿著第一坐標軸走向而y方向沿著第二坐標軸走向?？傉彰鲝姸韧ㄟ^各個由i和j指示的器件的照明強度ew(x,y)的疊加來形成。這些器件具有相同或者至少近似相同的輻射特征。因此，存在如下函數(shù)e (x， y):位于位置(Xi， yi)處的各個(尤其是任意)器件的照明強度 eg (x, y)可以借助該函數(shù)來表示，并且ei，j (x， y) =e (x-xp y國y!)成立。例如當e的x相關性(x-Abhaengigkeit)的形式與y無關并且e的y相關性的形式與x無關時，形成象限對稱的輻射特征。于是，存在函數(shù) ex和ey以及常數(shù)e。，使得e (x, y) =ex (x) 'ey (y) .e。成立。此外，函 數(shù)ex和目的地選擇為使得i:iex (x-Xi) ax以及2> (y-")三Cy，其 中Cx和Cy是兩個常數(shù)。例如，如果器件在x方向以相同的間距Dx設置， 則對于該函數(shù)的一個例子是對于xE卜Dx; Dx，ex(x) =l+cos(x/Dx*tt); 對于其他情況，ex(x)=0。各個器件的照明強度于是整體疊加為恒定的 值
E (x, y) -Zi,jeij(x，y" Zge(x畫Xi，y畫y^
eoL，jex(x-Xi)'ey(y國yi)- eoZi[ex(x畫Xj).》ey(y-yO=
eo'CyZi,ex(x-Xi) = e。'Cy.Cx三常數(shù)。
如果多于相應的直接相鄰的光電子器件的照明強度在一個方向上疊 加，則照明設備有利地僅僅在小的程度上對公差(例如在器件的制造和安 裝中會出現(xiàn)的公差)敏感。盡管存在這樣的公差，但是照明設備的發(fā)光面 有利地具有均勻的照明強度分布。
例如，其中射束成形元件的輻射出射面作為僅僅具有偶指數(shù)和優(yōu)選與 半導體芯片的輻射特征和/或照明設備的幾何結(jié)構(gòu)相匹配的系數(shù)的x和y 的多項式制成的器件實現(xiàn)了象限對稱的照明強度分布，該照明強度分布尤 其適于？ 1起照明設備的實際恒定的照明強度分布。
在照明設備的另一實施形式中，光電子器件被側(cè)面(例如側(cè)壁的內(nèi)表 面)包圍，這些側(cè)面尤其A^射性地實施。優(yōu)選地，側(cè)面在安裝面的平面 中完全環(huán)繞器件。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的照明設備中，通常使用漫反射的側(cè)面， 而側(cè)面在此優(yōu)選被金屬化，使得其將射到其上的輻射定向地>^射。合乎目 的地，側(cè)面平行于器件的光軸走向。優(yōu)選地，側(cè)面平行于^^柵(在其柵格 點上設置有器件)的一組格柵線走向。
有利地，通過金屬化的側(cè)面延續(xù)了格柵的周期性。
有利的是,借助反射性的側(cè)面在照明設備的發(fā)光面的邊緣處也實現(xiàn)了 照明強度的特別良好的均勻性。
在一個實施形式中，(尤其^1每個)側(cè)面在此距其相鄰的并且與其平 行的格柵線的距離對應于格柵的基本單元的邊長的 一半。
總之，在一個合乎目的的實施形式中，側(cè)壁在沿著光軸的俯視圖中形 成了矩形或者方形。在一個實施形式中，側(cè)壁形成具有如下長寬比的矩形
13該長寬比對應于倒圓的矩形的長寬比，其中該倒圓的矩形描述了射束成形 元件或者射束成形元件的被照明的區(qū)域、透鏡的中間區(qū)域和/或器件的透 鏡的外部區(qū)域。
在一個實施形式中，照明設備包括第一光電子器件，其在工作中發(fā) 射具有第一光譜分布的電磁輻射；以及第二光電子器件，其在工作中發(fā)射 具有第二光鐠分布的電磁輻射。優(yōu)選地，照明設備也包括第三光電子器件， 其在工作中發(fā)射具有第三光鐠分布的電磁輻射。
該照明設備例如包括具有在紅色光i普范圍中的發(fā)射最大值的光電子 器件、具有在綠色光語范圍中的發(fā)射最大值的光電子器件和/或具有在藍 色光譜范圍中的發(fā)射最大值的光電子器件。
例如,該照明i殳備包括多個分別發(fā)射紅光、綠光或藍光的光電子器件， 使得其在工作中發(fā)射具有白色色覺的光?？商鎿Q地，照明設備也可以包含 多個光電子器件，這些光電子器件在工作中發(fā)射具有白色色覺的光。
光電子器件(尤其A4L射具有相同光鐠分布的電磁輻射的器件)有利 地設置為使得由其發(fā)射的電磁輻射在垂直于光軸的平面中(例如在發(fā)光面 中)具有基本上均勻的照明強度分布。也就是說，照明強度與在平面內(nèi)的 位置無關。因此有利的是，在工作中發(fā)射具有不同光鐠分布的電磁輻射的 光電子器件可彼此任意地設置，然而在整個發(fā)光面中，不同的顏色仍然均 勻混合。例如，在工作中發(fā)射不同光鐠分布的電磁輻射的光電子器件在安 裝面上彼此偏移。在一個實施形式中，發(fā)射紅光、綠光或者藍光的光電子 器件設置在彼此偏移的格柵上。
在照明i殳備的一個實施形式中，由光電子器件發(fā)射的輻射中的至少一 部分穿過漫射面被耦合輸出。該漫射面可以是義光面，或者漫射面與發(fā)光 面相鄰。漫射面可以實施為漫射板或者漫射膜。合乎目的地，漫射面被光 電子器件均勻地背光照明。
在一個實施形式中，照明該:備是背光照明裝置，例如用于液晶顯示器 (Liquid Crystal Display或者縮寫為LCD)的背光照明裝置。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和有利的實施形式以及擴展方案從以下結(jié)合

圖1 至13所描述的實施例中得到。
其中
圖1示出了根據(jù)第一實施例的光電子器件的示意性橫截面，
14圖2A至2C示出了射束成形元件的不同例子的示意性橫截面， 圖3A至3C示出了射束成形元件的不同例子的示意性縱截面， 圖4A示出了具有示例性光路的圖3A的射束成形元件的示意性側(cè)視
圖，
圖4B示出了圖4A的射束成形元件的示意性透視圖，
圖5以偽彩色圖(Falschfarbendarstellung)示出了根據(jù)第一實施例 的光電子器件的相對照明強度分布，
圖6示出了才艮據(jù)第二實施例的光電子器件，
圖7A示出了根據(jù)第三實施例的光電子器件，
圖7B示出了才艮據(jù)圖7A的實施例的光電子器件的一個變形方案，
圖8示出了才艮據(jù)第四實施例的光電子器件，
圖9示出了根據(jù)第一實施例的照明設備，
圖10示出了根據(jù)第二實施例的照明設備，
圖11示出了根據(jù)第三實施例的照明設備，
圖12A示出了才艮據(jù)圖10的實施例的照明i殳備的光電子器件的相對照 明強度分布，
圖12B示出了才艮據(jù)圖10的實施例的照明i殳備的三個相鄰器件的相對 照明強度分布，
圖12C示出了祁4t圖10的實施例的照明i更備的九個相鄰光電子器件 的相對照明強度分布，以及
圖13示出了沿著線y-O的才艮據(jù)圖12B的三個光電子器件的相對照明 強度分布。
在實施例和附圖中，相同或者作用相同的組成部分分別設置有相同的 參考標記。所示的要素和其彼此間的大小比例基本上不應視為合乎比例。 更確切地說，為了更為清楚和/或為了更好的理解，M素可以被夸大厚 度和/或彎曲地或者變形地示出。
在圖1中所示的才艮據(jù)第一實施例的光電子器件1具有光學有源區(qū) 100。該光學有源區(qū)100包括半導體芯片2和射束成形元件3，該射束成 形元件在此為透鏡。半導體芯片2具有層序列，該層序列包含半導體材料。例如，半導體 材料是III-V化合物半導體材料，例如AlInGaN。該層序列包括有源層 20，該有源層設置用于產(chǎn)生電磁輻射，其通過箭頭4來表示。
包含III-V化合物半導體材料的層序列在本文的上下文中是有源的、 即電致發(fā)光的外延層序列，其中至少一個層(例如有源層20)包含III/V 化合物半導體材料，例如氮化物-III-化合物半導體材料，如 AlnGanJnLn.JV，其中0$11￡1, 0￡m$l且n+mSl。在此，該材料并非一定 具有根據(jù)上式的數(shù)學上精確的組分。更為確切地說，可以具有一種或者多 種摻雜材料以及附加的組成部分。出于簡單的原因，上式僅包含晶格的主 要組成部分(A1、 Ga、 In、 N)，即使它們會部分被少量的其他材料所取 代。
半導體芯片2所發(fā)射的電磁輻射4的一部分通過輻射入射面301耦合 輸入到射束成形元件3中，并且盡可能完全地通過輻射出射面302又從其 耦合輸出。輻射入射面301是射束成形元件3的朝著半導體芯片2的主面， 輻射出射面302是射束成形元件3的與半導體芯片2背離的主面。
輻射入射面301是平坦的并且垂直于射束成形元件3的光軸5。輻射 出射面302具有凹面彎曲的中間區(qū)域312，光軸5穿過該中間區(qū)域。凹面 彎曲的中間區(qū)域312被凸面彎曲的外部區(qū)域322完全包圍。
這也對應于圖2A中所示的射束成形元件3的實施形式?？商鎿Q地， 中間區(qū)域也可以是平的或者凸面彎曲，譬如在圖2B或2C中所示。尤其 是在凸面彎曲的中間區(qū)域312中，該中間區(qū)域的曲率優(yōu)選小于外部區(qū)域 322的曲率。
在中間區(qū)域312過渡到外部區(qū)域322中的區(qū)域中，兩個區(qū)域優(yōu)選都具 有相同的曲率，4吏得形成平滑的過渡。
在輻射出射面302的沿著光軸5的俯視圖中，射束成形元件3具有帶 倒圓的角的方形的形狀，如通過沿圖3A中的平面A-A的縱截面(參見圖 2A)所示。在圖3A中也繪制了平面B-B，沿著該平面得到祁*據(jù)圖2A至 2C的橫截面。
在圖3B中示出了射束成形元件3的一個可替換的實施形式的示意性 縱截面。在該實施形式中，中間區(qū)域312和外部區(qū)域322都具有帶倒圓的 角的矩形形狀。
在才艮據(jù)圖3C的射束成形元件3的實施形式中，射束成形元件3的中間區(qū)域312又是帶倒圓的角的方形，然而該方形在邊的中點周圍的區(qū)域中 形成腰部(taillieren)。
在圖3A至3C中，繪制有垂直于光軸5的坐標系的第一坐標軸6和 第二坐標軸7。坐標系的第一坐標軸6和第二坐標軸7彼此垂直并且在光 軸5中相交。射束成形元件3關于在通過坐標系的第一坐標軸6和光軸5 的平面上的鏡像以及關于在通過第二坐標軸7和光軸5的平面上的鏡〗象而 鏡像對稱。這稱作象PMf稱性。
在圖2A和3A的實施例中，射束成形元件3的輻射出射面302通過 多項式z ( x ， y ) =10 ( 0.2 ( x/10 ) 2+0.2 ( y/10 ) 2-1.3 ( x/10 ) 4-1.3 (y/10) 4-1.0 (x/10) 2 (y/10) 2)來描述，其中z方向平行于光軸5 走向。x方向和y方向平行于第一或第二軸線6、 7走向。坐標系的原點 (x=0， y=0， z^)和輻射出射面302與光軸5的交點重合(參見圖2A)。 射束成形元件3的高度H、即輻射入射面301與輻射出射面302的一個點 之間的最大距離為例如5mm。
通過射束成形元件3的輻射出射面302的構(gòu)型，將半導體芯片2在工 作中發(fā)射的電磁輻射4的、通過輻射入射面301耦合輸入到射束成形元件 3的一部分折射偏離光軸5。 i^t圖1中以;M^圖4A的側(cè)視圖和圖4B的 透視圖中以電磁輻射的示例性射束4來示出。由此，例如在垂直于光軸設 置的、與輻射出射面302間隔地^1置在射束成形元件3之后的平面8上照 明如下的面相對于被不帶射束成形元件3的半導體芯片2照明的面，該 面^L有利地增大。
在圖5中示例性地和示意性地示出了面8上的照明強度分布。借助射 束成形元件3，照明強度分布也關于通過第一坐標軸6 (x軸)和第二坐 標軸7 (y軸)所張成的坐標系象限對稱。
在圖6所示的光電子器件1的第二實施例中，射束成形元件3旋轉(zhuǎn)對 稱地實施。而半導體芯片2具有關于垂直于光軸5的坐標系的象限對稱性， 其中該坐標系通過坐標軸6和7形成。
在該實施例的一個改進方案中，光學有源區(qū)包括多個象限對稱地設置 的半導體芯片2。例如，在根據(jù)圖7A的第三實施例中，在每個象限I、 II、 III和IV中設置有半導體芯片2。
然而也可能的是,半導體芯片2和射束成形元件3都具有象限對稱性。
在圖7B中示出了才艮據(jù)圖7A的實施例的光電子器件1的一種變形方案，才艮據(jù)該變形方案，光電子器件l包括多個半導體芯片2，這些半導體 芯片具有在紅色光譜范圍中的發(fā)射最大值，在圖中通過字母"R，，來表示。 附加地，器件l還包括多個具有在藍色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體 芯片2和多個具有在綠色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片2,在圖 中通過字母"B，，或"G，，來表示。半導體芯片設置在共同的安裝面13上。
多個具有在紅色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片2具有關于 垂直于光軸5的帶有坐標軸6和7的坐標系的象限對稱性。坐標系的坐標 軸6、 7平行于安裝面13走向。
多個具有在藍色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片2和多個具 有在綠色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片2也具有相同的象PM^ 稱性。
在圖8所示的光電子器件1的第四實施例中，半導體芯片2設置在殼 體9中。半導體芯片2位于殼體9的凹處910的底部區(qū)域中。凹處910的 側(cè)壁911 >^射性地構(gòu)建。
光學有源區(qū)l在此包括半導體芯片2、固定在殼體9上的射束成形元 件3和>^射性的側(cè)壁911。
殼體9在此包括熱端子件930，其中該熱端子件具有安裝面，在該安 裝面上固定有半導體芯片2。安裝面同時形成凹處910的底部。此外，殼 體9具有兩個電端子導體920，半導體芯片2與所述電端子導體導電地相 連。例如，熱端子件930由金屬構(gòu)成，并且與半導體芯片2的朝著安裝面 的下側(cè)以及第一電端子導體導電連接。半導體芯片的與下側(cè)對置的上側(cè)例 如借助掩^線與第二電端子導體連接。熱端子件930能夠有利地實現(xiàn)半導 體芯片的有效的熱導出。例如，由此所保證的是，半導體芯片2和射束成 形元件3在工作中不改變或者僅僅微小地改變其相互布置，并且光電子器 件1在工作中具有時間上恒定的射束輪廓。
射束成形元件3借助配合到殼體9中的導向元件31以及借助保持裝 置(未示出)與殼體9固定在一起。
;flL據(jù)圖9的第一實施例的照明i殳備包括光電子器件1，其光學有源區(qū) 100具有關于垂直于光軸5的、帶有第一坐標軸6和第二坐標軸7的直角 坐標系的象限對稱性。
此外，照明設備IO包括側(cè)壁ll,這些側(cè)壁平行于光軸5走向。在通 過坐標系的坐標軸6、 7張成的、在此也為半導體芯片2的主延伸平面的平面中，側(cè)壁ll完全包圍光電子器件l.
每兩個對置的側(cè)壁11彼此平行并且相對于另外兩個側(cè)壁11成直角地
設置?？傊?，側(cè)壁11在沿光軸5的俯視圖中形成方形。
側(cè)壁11至少在其朝著光電子器件1的側(cè)上被金屬化。也就是說，它 們被反射性地實施并且將入射到其上的輻射定向地向回反射。側(cè)壁11距 光軸5的距離優(yōu)選選擇為使得從光電子器件1的光出射面302耦合輸出 并且直接射到照明設備10的發(fā)光面12上的電磁輻射4的部分、以及從器 件1的光出射面302耦合輸出的射到反射性的側(cè)壁11上并且被其指向發(fā) 光面12的電磁輻射4的部分一起形成在發(fā)光面12上的均勻發(fā)光強度分 布。
在此，照明設備10的發(fā)光面12是照明設備10的主面，其在光軸5 的方向上設置在光電子器件1的輻射出射面302之后。優(yōu)選地，發(fā)光面 12垂直于光軸5。合乎目的的是，通it^L光面12將光電子器件1發(fā)射的 電磁輻射4的至少一部^合輸出。
在均勻的照明強度分布情況下，照明強度尤其是與發(fā)光面12上的位 置無關。
根據(jù)圖IO所示的第二實施例的照明設備IO包括多個光電子器件l。 器件1設置在平的安裝面13上。器件1的光軸5垂直于安裝面13。
光電子器件1設置在安裝面13的(假想的)格柵14的格柵點上，特 別是器件1的光軸5穿過格柵點。格柵線在此與垂直于光軸5的坐標系的 第一坐標軸6 (x方向)或第二坐標軸7 (y方向)重合，光電子器件1 的光學有源區(qū)100相對于這些坐標系分別具有象限對稱性。
光電子器件l的距離選擇為使得沿著x方向和沿著y方向，相應的 兩個相鄰的光電子器件1的輻射錐體疊加。
這例如在圖13中針對x方向示出。在該圖中，示出了三個沿x方向 相鄰的光電子器件1的照明強度15、 16、 17，照明強度由光電子器件在 照明設備10的發(fā)光面12上產(chǎn)生。
通過光電子器件1在平行于光軸5的平面上的照明強度16的鏡像， 獲得了相鄰的器件1的照明強度15,其中所述平面在相鄰的器件1之間 居中地走向并且垂直于該距離，在圖13中通過線C-C表示。換言之， 相鄰的器件1的輻射錐體相對于該平面C - C鏡像對稱地設置。附加地，器件1的距離Dx選擇為使得疊加的輻射錐體的照明強度15、 16或者16、 17關于在平行于x-y平面的、通it^目鄰器件的照明強度的 交點的面D-D上的鏡^^方面對稱。有利地，照明強度15、 16或者16、 17相互補充為恒定的值，并且沿著x方向?qū)崿F(xiàn)了恒定的照明強度分布18。
器件1沿y方向的布置類似地進行。這樣，尤其是由于光電子器件1 的象限對稱，實現(xiàn)了在整個發(fā)光面12上基本上均勻的、即尤其是與發(fā)光 面12上的位置無關的照明強度分布18。照明設備10的高度，換言之， 照明設備10垂直于發(fā)光面12的伸展在此僅為10mm至30mm之間(其 中包括邊界)。
這在圖12A至12C中再次被闡明，圖12A以發(fā)光面12的俯視圖示 出了照明裝置10的各個光電子器件1的照明強度分布16。在此，坐標軸 不僅在x方向而且在y方向上都標準化為格柵14的邊長Dx或Dy。照明 強度分布16如器件1的光學有源區(qū)100 —樣具有在紙平面中象限對稱的 形狀，該形狀與旋轉(zhuǎn)對稱的形狀《 1不同。照明強度16在點0.0處為最 大并且朝外下降。
圖12B示出了三個在x方向上相鄰的光電子器件1的照明強度15、 16、 17的疊加。圖13對應于沿著圖12B的線y = 0的"橫截面"。器件1 的輻射錐體疊加為使得在發(fā)光面12上產(chǎn)生沿著x方向均勻的發(fā)光強度 18。各個器件1的照明強度ey (x， y)在此如發(fā)明內(nèi)容部分所描述的那 樣具有余弦形的分布，其中對于xG[Xi-Dx; Xi+Dx，ei5J (x， y)= {l+cos[(X-Xi)/Dx*7c}*ey(y-yj)*e。,對于其他情況，ex(X)=0。
在圖12C中附加地示出了圖12B的三個器件l的照明強度15、 16、 17如何與分別在y方向相鄰的器件1的照明強度疊加。也就^l^兌，圖12C 示出了發(fā)光面12的被九個相鄰的光電子器件1照明的面。在此，器件的 光軸5垂直地位于具有如下相對坐標的位置處(-1， -1)、 (-1， 0)、 (-1， 1)、 (0，國l)、 (0， 0)、 (0, 1)、 (1， -1)、 (1, 0)、 (1, 1)。明顯可看出 的是，在整個被照明的面中實現(xiàn)了均勻的照明強度分布18。
照明i殳備10包括其他側(cè)壁11。如在圖9的第一實施例中的那樣，側(cè) 壁ll反射性地實施，尤其是金屬化地實施。
側(cè)壁形成矩形并且分別與坐標系的第一坐標軸6或者第二坐標軸7 平行。換言之，側(cè)壁在x方向和在y方向尤其是與格柵14的格柵線6、 7 平行地走向。
20在x方向上走向的側(cè)壁11距相鄰的檔^柵線或者第一坐標軸6的距離 對應于格柵14的基本單元140在y方向上的長度的一半，即D/2。類似 地，平行于第二坐標軸7的側(cè)壁11距相鄰的第二坐標軸7的距離對應于 x方向上的格柵距離的一半，即DJ2。側(cè)壁11有利地延續(xù)了格柵的周期 性。這樣，在發(fā)光面12的邊緣處實現(xiàn)了均勻的照明強度18。照明設備IO 的整個發(fā)光面12在工作中優(yōu)選以基本上均勻的照明強度18來發(fā)光。
根據(jù)圖11的第三實施例的照明設備10與上述實施例不同具有格柵 14，該格柵在照明設備IO的邊緣區(qū)域中變形并且在照明設備的中間區(qū)域 中是矩形格柵。借助這種變形的格柵可以單獨地匹配照明強度分布。
本發(fā)明并未通過借助實施例的描述而受到限制。更確切地i兌，本發(fā)明 包括任意新的特征以及特征的任意組合，特別是包含于權(quán)利要求中的特征 的任意組合，即使該特征或者該組合本身沒有明確地在權(quán)利要求中或者實 施例中被明確說明。
2權(quán)利要求
1. 一種光電子器件(1)，其具有光學有源區(qū)(100)，其中該光學有源區(qū)包括至少一個半導體芯片(2)，所述半導體芯片被設計用于產(chǎn)生電磁輻射(4)；射束成形元件(3)，所述半導體芯片在工作中發(fā)射的電磁輻射的至少一部分通過該射束成形元件射出，并且該射束成形元件具有光軸(5)；并且所述光學有源區(qū)具有關于垂直于光軸的坐標系(6，7)的象限對稱性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電子器件，其中射束成形元件(3)的至 少一部分具有象限對稱性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電子器件，其中整個射束成形元件(3) 具有象限對稱性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的光電子器件，其中射束成形元件(3) 的一部分或者射束成形元件在沿著光軸(5)的俯視圖中具有其角^L倒圓 的矩形。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其中射束成形元 件(3 )包括透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電子器件，其中透鏡具有平滑的輻射出 射面(302)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電子器件，其中輻射出射面包括中間區(qū) 域(312),光軸(5)穿過該中間區(qū)域并且該中間區(qū)域凹面彎曲、？Mt凸 面彎曲或者是平坦的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電子器件，其中中間區(qū)域(312)在輻射 出射面(302)的俯視圖中具有其角被倒圓的矩形形狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的光電子器件，其中輻射出射面(302) 包括邊緣區(qū)域(322)，該邊緣區(qū)域與光軸(5)間隔地至少部分包圍中間 區(qū)域(312)并且凸面彎曲。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電子器件，其中邊緣區(qū)域(322)在輻 射出射面(302)的俯視圖中具有其角被倒圓的矩形形狀。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其中光軸(5) 穿過所述至少一個半導體芯片(2)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電子器件，其中所述至少一個半導體 芯片(2)具有象限對稱性。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其具有多個半導 體芯片(2)，所述半導體芯片設置為使得所述半導體芯片整體上具有象限 對稱性。
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其具有殼體(9)， 在該殼體中設置有所述至少一個半導體芯片(2)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光電子器件，其中射束成形元件(3)與 殼體(9)分離地制造并且固定在該殼體上。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其包括至少一個 具有在紅色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片(2)、至少一個具有在 綠色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片和/或至少一個具有在藍色光 譜范圍中的發(fā)射最大值的半導體芯片。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其包括在工作中 發(fā)射具有第一光鐠分布的電磁輻射(4)的第一半導體芯片(2)和在工作 中發(fā)射具有第二光鐠分布的電磁輻射(4)的第二半導體芯片(2)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電子器件，其包括在工作中發(fā)射具有 第三光譜分布的電磁輻射(4)的第三半導體芯片(2)。
19. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光電子器件，其在工作中發(fā)射 具有白色色覺的光。
20. —種照明設備(IO)，其具有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的 光電子器件(1 )。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的照明設備，其具有反射性的側(cè)面(11)， 所述側(cè)面包圍光電子器件(1)并且與射束成形元件(3)的光軸(5)平 行地設置'
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的照明設備，其中反射性的側(cè)面(11)在 沿著光軸(5)的俯視圖中^1置成矩形或者方形形狀。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的照明設備，其具有多個根據(jù)權(quán)利要求l 至19中任一項所述的光電子器件(2 )，所述光電子器件的光軸(5)基本上彼此平行地設置。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的照明設備，其中光電子器件(l)設置為 使得在垂直于光軸(5)的平面(8)中被相鄰的器件所照明的面至少部分 相交。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23至24中任一項所述的照明設備，其中光電子器 件(1)設置在格柵(14)的格柵點上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的照明設備，其中格柵(14)具有平行四 邊形、矩形或者方形的基本單元(140)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23至26中任一項所述的照明設備，其包括反射性 的側(cè)面(11),所述側(cè)面平行于光電子器件(1)的光軸(5)設置并且包 圍光電子器件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26和27所述的照明設備，其中反射性的側(cè)面(11) 平行于格柵(14)的格柵線(6， 7)走向。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的照明設備，其中側(cè)面(11)和相鄰的光 電子器件(1)彼此具有如下距離該距離對應于格柵(14)的基本單元(140)的邊長(Dx， Dy)的一半。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23至29中任一項所述的照明設備，其包括在工作 中發(fā)射具有第一光鐠分布的電磁輻射(4)的第一光電子器件(1)和在工 作中發(fā)射具有第二光鐠分布的電磁輻射U)的第二光電子器件(1)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的照明設備，其包括在工作中發(fā)射具有第 三光譜分布的電磁輻射(4)的第三光電子器件(1)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求20至31中任一項所述的照明設備，其包括至少一 個具有在紅色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的光電子器件(1 )、至少一個具有在綠色光鐠范圍中的發(fā)射最大值的光電子器件和/或至少一個具有在藍色 光語范圍中的發(fā)射最大值的光電子器件。
33. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的照明設備，其在工作中發(fā)射具 有白色色覺的光。
34. 根據(jù)權(quán)利要求20至33中任一項所述的照明設備，其包括漫射面 (12)，由所述光電子器件(1)發(fā)射的輻射(4)的至少一部分通過該漫射面耦合輸出。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的照明設備，其中漫射面(12)被光電子器件(1)均勻地背光照明。
36.根據(jù)權(quán)利要求20至35中任一項所述的照明設備，其是背光照明 裝置，例如是用于液晶顯示器的背光照明裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電子器件(1)，其具有光學有源區(qū)(100)，其中該光學有源區(qū)包括至少一個半導體芯片(2)，所述半導體芯片被設計用于產(chǎn)生電磁輻射(4)；以及射束成形元件(3)，所述半導體芯片在工作中發(fā)射的電磁輻射的至少一部分通過該射束成形元件射出，并且該射束成形元件具有光軸(5)，并且其中該光學有源區(qū)具有關于垂直于光軸的坐標系(6，7)的象限對稱性。本發(fā)明還涉及一種具有這種器件的照明設備。
文檔編號H01L33/58GK101479859SQ200780024220
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者朱利葉斯·穆沙韋克 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司