專利名稱：光學元件、發(fā)射輻射的組件和用于制造光學元件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學元件和一種具有光學元件的發(fā)射輻射的組件。 此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造光學元件的方法。
背景技術：
本專利申請要求德國專利申請102006046301.3的優(yōu)先權，該申請 的公開內容通過回引被結合于此。
由公開文獻DE 199 45 675 Al已知了一種可表面安裝的LED殼體， 在該殼體中布置有LED芯片。在該芯片的后面布置有包括熱塑性材料 的透鏡。
在熱塑性材料的情況下，例如在焊接過程期間出現(xiàn)熱負荷時，存在 透鏡變形的危險，此外還存在透鏡變模糊的危險。這些影響會對透鏡的 光學特性產生負面作用
發(fā)明內容
'
本發(fā)明的任務在于，說明一種光學元件，該光學元件盡管有熱負荷 仍具有比較穩(wěn)定的光學特性。該任務通過一種根據權利要求1所述的光 學元件來解決。
此外，本發(fā)明的任務在于，說明一種發(fā)射輻射的組件，該發(fā)射輻射 的組件盡管有熱負荷仍具有比較穩(wěn)定的光學特性。該任務通過一種根據 權利要求19所述的發(fā)射輻射的組件來解決。
另一任務在于，說明一種方法，借助該方法可以以簡單的方式來制 造所述光學元件。該任務通過一種根據權利要求29所述的方法來解決。
該光學元件和該發(fā)射輻射的組件的有利的改進方案以及該方法的 有利的擴展方案在從屬權利要求中予以說明。
根據本發(fā)明的光學元件具有包括基本材料的基體和包括填充材料的填充體，其中該填充體附著在該基體上。
優(yōu)選地，該光學元件被設置用于輻射的成形。例如所述光學元件可 以是投影光學系統(tǒng)。
特別優(yōu)選地，該基體形成該光學元件的外部區(qū)域，而填充體則形成 該光學元件的內部區(qū)域。
進一步優(yōu)選地，該基本材料與該填充材料不同。這具有的優(yōu)點是， 根據對基體和填充體所提出的不同要求，可以使用合適的材料。
在該光學元件的一種特殊的變型方案中，該基體具有用填充材料填 充的空腔，其中該填充體的形狀通過該空腔來確定。有利地，借助于對 該基體的填充可以提供一種光學元件，其基體和填充體以不可逆的方式 相互連接。借助于該基體和該填充體，該光學元件具有光學特性可以不 同的兩個區(qū)域。
在該光學元件的一種優(yōu)選的變型方案中，該基體具有旋轉體的形 狀。尤其是該填充體也可以具有旋轉體的形狀。例如，該光學元件的輪 廓可以是近似圓拱頂式的。在此，該基體的輪廓可以至少逐段地類似于
球缺(Kugelsegment)或者橢圓缺。例如，該基體可以大致按照球殼段 (Kugelschalensegment)的方式成形。該基體尤其是可以具有帶有開口 區(qū)的半球殼的形狀，所述開口區(qū)用于用填充材料填充該基體。該填充體 于是大致具有半球內部的形狀。替代地，該填充體的形狀可以近似地對 應于被該基體環(huán)形包圍的倒截錐。
該填充體和該基體尤其是具有共同的對稱軸。優(yōu)選地，該開口區(qū)也 具有該對稱軸。特別優(yōu)選地，該開口區(qū)與該基體的包圍該開口區(qū)的表面 一起形成該光學元件的輻射穿透面。
此外，該輻射穿透面可以具有凹入彎曲的或者平的部分區(qū)域和凸出 彎曲的部分區(qū)域，所述凸出彎曲的部分區(qū)域至少部分地包圍與光軸具有 一定間距的所述凹入彎曲的部分區(qū)域，其中該光軸延伸穿過該凹入彎曲 的部分區(qū)域。特別地，該開口區(qū)可以是凹入彎曲的，且包圍的表面可以 是凸出彎曲的。
根據一種優(yōu)選的實施方式，該填充材料對于要成形的輻射來說是可 穿透的。這具有的優(yōu)點是，輻射可以穿過該填充體且該填充體可以因此有助于輻射成形。
優(yōu)選地，該填充材料包括透明的填料或者樹脂。例如，該填充材料 可以包括硅材料。此外，可以使用硅膠，其在循環(huán)穩(wěn)定性、在焊接過程 中的加熱、老化穩(wěn)定性和輻射穩(wěn)定性方面尤其是在熱負荷或者機械負荷 的情況下被證明是有利的。在熱作用下，該開口區(qū)允許該填充材料膨脹。 因為該基體形成該光學元件的光學臨界區(qū)，所以該填充體的變形導致該 光學元件的光學特性的可以忽略不計的變化。
其它合適的填充材料例如為混合材料，比如環(huán)氧樹脂和硅樹脂的混 合物，因為它們相對于硅樹脂所具有的優(yōu)點是完全硬化時間較短和可脫 模性較好，且相對于環(huán)氧樹脂所具有的優(yōu)點是UV穩(wěn)定性被提高。
根據另一擴展方案，該基本材料對于要成形的輻射來說是可穿透 的。因此輻射可以穿過該基體且該基體可以因此有助于輻射成形?；?br> 材料例如可以包括玻璃。優(yōu)選地使用玻璃材料，該玻璃材料在高于300 。C的溫度下是穩(wěn)定的，也就是說，在這些溫度下既不必擔心例如變模糊 (Triibung)或者褪色的材料變化，也不必擔心變形。這些溫度可以存在 數小時。
此外，該基本材料可以包括塑料材料。優(yōu)選地，該基本材料是熱塑 性塑料。例如聚碳酸酯(PC )或者聚均苯四甲酰亞胺 (Polymethacrylmethylimide (PMMI))適合作為熱塑性塑料。 根據本發(fā)明的光學元件可以是折射、衍射或色散元件。 優(yōu)選地，例如為發(fā)射輻射的半導體組件的一部分的該光學元件可在 20(TC與30(TC之間的溫度下被焊接。在該溫度范圍內，既不必擔心例 如變模糊或者褪色的材料變化，也不必擔心變形。這些溫度典型地出現(xiàn) 幾分鐘。
根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件具有如到目前為止所述的光學元件 和至少一個嵌入到填充體中的發(fā)射輻射的半導體本體。
有利地，借助該填充體不僅可以獲得光學作用，而且此外可以獲得 對該半導體本體的保護作用。該填充體可以充當填料。
根據一種特殊的擴展方案，該半導體本體具有基于氮化物化合物半 導體的半導體材料。"基于氮化物化合物半導體"在此意味著，有源外延層序列或者所述有源外延層序列的至少一層包括氮化物in/v化合物
半導體材料、優(yōu)選地AlnGamIni—n.mN，其中，0《n《l，0《m《 l且n + m《1。在此，該材料不一定必須具有按照上述公式的數學上 精確的組成。更確切地說，該材料可以具有一種或者多種摻雜材料以及 基本上不改變AlnGamIni_n.mN材料的表征物理特性的附加成分。但是為 了簡便起見，上述公式僅包含晶格(Al、 Ga、 In、 N)的主要成分，即 使這些成分可以部分地被微量的其他材料替代。
優(yōu)選地，該填充材料的折射率與該基本材料的折射率相匹配，并且 進而與該半導體材料的折射率相匹配。該填充材料尤其是具有1.3至1.7 的折射率。
根據另一擴展方案，該半導體本體是薄膜發(fā)光二極管芯片。該薄膜 發(fā)光二極管芯片的特征特別是在于下列表征特征中的至少一個
一在產生輻射的外延層序列的朝向載體元件的第一主面上施加或 者構造反射層，該反射層將在該外延層序列中產生的電磁輻射的至少一 部分反射回該外延層序列中；
一該外延層序列具有在20 )Lim或者更小的范圍內的厚度、尤其是 在10pm的范圍內的厚度；以及
—該外延層序列包括至少一個具有至少一個面的半導體層，所述至 少一個面具有混合結構(Durchmischungsstruktur)，該混合結構在理想
情況下導致光近似各態(tài)歷經地分布在外延的外延層序列中，也就是說， 它具有盡可能各態(tài)歷經隨機的散射特性。
薄膜發(fā)光二極管芯片的基本原理例如在I. Schnitzer等人于1993年 10月18日發(fā)表在Appl. Phys. Lett. 63 (16)第2174 - 2176上的文獻中 被加以說明，其就此而言的公開內容通過回引結合于此。
薄膜發(fā)光二極管芯片非常近似地是朗伯特表面輻射器，并且因此特 別好地適合在探照燈中使用。
在根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件中，發(fā)射輻射的半導體本體適宜地 被布置在載體上。該載體例如可以是包括譬如陶瓷材料的板。該載體尤 其是可以具有用于給該半導體本體供電的電連接區(qū)。
在該發(fā)射輻射的組件的一種優(yōu)選的變型方案中，該基體被施加在載體上。例如，該基體的輪廓可以類似于兩個朝向彼此的"S"，也就是 說，該輪廓線具有兩個拐點。在此，只有該基體的邊緣側末端位于載體 上，而剩余基體在載體上凸起。替代地，該基體的輪廓可以類似于兩個 朝向彼此的圓弓、尤其是兩個四分之一圓。
在一種特別優(yōu)選的變型方案中，該基體借助于該填充材料與載體相 連接。該基體尤其是借助于該填充材料而附著在載體上。有利地，由此 能夠節(jié)省粘合劑或省去粘合劑的施加。
根據另一實施方式，該基體在朝向載體的一側上具有至少一個用于 固定該光學元件的凸起的固定元件。該固定元件例如可以按照銷釘的方 式來構造。該固定元件可以用于將該光學元件固定在載體或者被布置在 該載體之后的另一元件(例如散熱片)中。該載體或該另一元件尤其是 具有用于機械固定所述固定元件的合適的插入裝置。
此外，在該光學元件與該載體之間可以布置間隔墊片
(Abstandshalter)，該間隔墊片優(yōu)選地環(huán)形包圍該半導體本體。該間隔 墊片能夠防止該光學元件的過度的加熱。同時，環(huán)形的間隔墊片可以充 當用于將該半導體本體嵌入填充材料內的填充框架。
優(yōu)選地，散熱片被設置為另一元件，其用于從該組件中運走熱量并 且例如包括Al。這減少該光學元件變形或者材料變化的危險，并因此 減少例如輻射特性或者耦合輸出效率(Ausk叩peleffizienz)的光學特性 受損害的危險。
優(yōu)選地，該發(fā)射輻射的組件具有SMT( Surface Mounted Technologie
(表面安裝技術))結構。這使得能夠比較簡單地安裝該組件。
可以設想，該組件具有至少三個半導體本體，它們分別發(fā)射紅光、
綠光和藍光。所產生的光可以借助于該光學元件被混合。
根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件適于背景照明目的和照明目的。 根據本發(fā)明的光學元件可以以簡單的方式來制造。優(yōu)選地，首先使
具有可填充的空腔的基體成形。借助于該基體的開口區(qū)，可以將例如包
括凝膠的填充材料填入到該空腔中，由此形成填充體。 該基體例如可以借助于深沖法由玻璃材料成形。 有利地，由于該玻璃材料的熱穩(wěn)定性，光學臨界基體的光學特性即使在強輸熱的情況下也基本上被保持。
此外，該基體可以借助于壓鑄法或者壓力鑄造法由塑料材料來制
造。例如，該基體可以由熱塑性材料來制造，而該填充體由硅材料形成。 在加熱的情況下，該填充材料能夠有利地向開口區(qū)的方向膨脹。 根據用于制造根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件的一種優(yōu)選的變型方
案，將己經制成的基體施加在載體上。該開口區(qū)的尺寸可以與所要安裝
的半導體本體的數目相匹配，使得所述半導體本體能夠穿過開口區(qū)被安裝。


根據本發(fā)明的光學元件或發(fā)射輻射的組件的其它優(yōu)選特征、有利的 擴展方案和改進方案以及優(yōu)點從下面結合圖1和2被更詳細闡述的實施 例中得出。其中
圖1示出根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件的第一實施例的示意性橫 截面圖2示出根據本發(fā)明的發(fā)射輻射的組件的第二實施例的示意性橫 截面圖。
具體實施例方式
在圖1中示意性示出的發(fā)射輻射的組件10中，以橫截面示出一個 光學元件1和兩個發(fā)射輻射的半導體本體4。半導體本體4被嵌入到具 有填充材料7的填充體3中。填充體3僅部分地被基體2包圍。在半導 體本體4的區(qū)域中，基體2具有開口區(qū)6。由此半導體本體4在基體2 被安裝后能夠穿過開口區(qū)6而被布置在載體5上。此外，開口區(qū)6用于 用填充材料7填充基體2，該填充材料在填充時優(yōu)選地為凝膠(gelartig)。 在此，基體2是形狀穩(wěn)定的?；w2和載體5限定填滿填充材料7的空 腔。由此形成填充體3。填充體3對由半導體本體4產生的輻射來說是 可穿透的。
在該實施方式中，布置在基體2與載體5之間的填充材料7具有附 著作用并因此可以充當將基體2或光學元件1與載體5結合的粘合劑。填充材料7優(yōu)選地包括硅膠。
光學元件10的輻射穿透面由基體2的包圍開口區(qū)6的表面和填充 體3的布置在開口區(qū)6之內的表面組成。
在該實施例中，基體2具有玻璃材料并可以借助于深沖法來制造。 該玻璃材料特別適于光學臨界區(qū)，因為該材料本身在溫度大于300'C的 情況下是形狀穩(wěn)定和材料穩(wěn)定的。該溫度在制造和安裝發(fā)射輻射的組件 10時可以出現(xiàn)多達數小時。
在所示的情況下，載體5是優(yōu)選地具有陶瓷材料的板，所述陶瓷材 料具有用于充分地冷卻組件10的有利的熱特性。光學元件10在載體5 上圓拱頂式地凸起。基體2的輪廓尤其是類似于兩個朝向彼此的"S"， 也就是說，該輪廓線具有兩個拐點。僅基體2的邊緣側末端接觸載體5。
載體5可以具有電連接區(qū)以便給與所述電連接區(qū)導電連接的半導 體本體4供電。
有利地，根據該實施例的填充體3具有保護作用并因此可以充當半 導體本體4的填料(Verguss)。
圖2示出具有載體5和光學元件1的發(fā)射輻射的組件10，該光學 元件在朝向載體5的一側具有固定元件11。這些固定元件被設置用于 將光學元件l固定在另一元件9內。該另一元件9具有凹陷部，銷釘式 成形的固定件11嵌接到該凹陷部內。固定元件11優(yōu)選地與基體2整體 地構成。該制造例如可以借助于壓鑄來進行，其中基體2和固定元件 11優(yōu)選地由熱塑性材料來制造。
因為與玻璃材料相比，熱塑性材料在加熱的情況下更容易變形，所 以發(fā)射輻射的組件10有利地具有散熱片以便排出熱量。特別是其上布 置有載體5的所述另一元件9為散熱片。如所示的那樣，該散熱片可以 為優(yōu)選地包括金屬(例如A1)的板。
光學元件1可以借助于間隔墊片12與載體5隔開。替代地，光學 元件l可以位于載體5上，其中于是基體2在圓周側包圍半導體本體4。 間隔墊片12與由基體2在內側限定的空腔一樣用填充材料7填滿。在 該實施例中，填充材料7也可以包括硅膠。除了光學作用外，還可以借 助于其中布置有半導體本體4的填充體3來獲得對半導體本體4的保護作用。
填充材料7的折射率優(yōu)選地與基本材料13的折射率相匹配并與用 于半導體本體4的半導體材料的折射率相匹配。
盡管對組件10進行冷卻，但是在圖2中所示的實施例中，光學元 件l仍會發(fā)生變形。有利地，填充體3可以穿過開口區(qū)6向上膨脹。
本發(fā)明不受借助實施例所作的說明的限制。更確切地說，本發(fā)明包 括任何新的特征以及特征的任何組合，這尤其包括權利要求中的特征的 任何組合，即使該特征或者該組合本身未在權利要求或者實施例中予以 明確說明。
權利要求
1.一種光學元件(1)，具有包括基本材料(13)的基體(2)和包括填充材料(7)的填充體(3)，其中所述填充體附著在所述基體(2)上。
2. 按照權利要求l所述的光學元件(1)，其中所述光學元件(1)被 設置用于輻射成形。
3. 按照權利要求1或2所述的光學元件(1)，其中所述基本材料(13) 與所述填充材料(7)不同。
4. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述基體(2) 具有用所述填充材料(7)填充的空腔，其中所述填充體(3)的形狀通 過該空腔確定。
5. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述基體(2)具有旋轉體的形狀。
6. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述填充體G)具有旋轉體的形狀。
7. 按照權利要求5和6所述的光學元件(1)，其中所述填充體(3) 和所述基體(3)具有共同的對稱軸。
8. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述基體(2) 具有開口區(qū)(6)以便用所述填充材料(7)進行填充，所述開口區(qū)(6) 與所述基體(2)的包圍所述開口區(qū)(6)的表面一起形成所述光學元件(1)的輻射穿透面(8)。
9. 按照權利要求2至7之一所述的光學元件(1)，其中所述填充材料 (7)對于要成形的輻射來說是可穿透的。
10. 按照權利要求9所述的光學元件(1)，其中所述填充材料(7) 包括硅材料。
11. 按照權利要求2至10之一所述的光學元件(1)，其中所述基本 材料(13)對于要成形的輻射來說是可穿透的。
12. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述基本 材料(13)包括玻璃。
13. 按照權利要求l至ll之一所述的光學元件(1)，其中所述基本 材料(13)包括塑料材料。
14. 按照權利要求13所述的光學元件(1)，其中所述基本材料(13) 包括熱塑性材料。
15. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(1)，其中所述基體 (2)按照球殼段的方式來構造。
16. 按照權利要求1至14之一所述的光學元件(1),其中所述基體 (2)被構造為環(huán)形。
17. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(l)，該光學元件(l) 為折射、衍射或者色散元件。
18. 按照前述權利要求之一所述的光學元件(l)，該光學元件(l) 能夠在20(TC與30(TC之間的溫度下被焊接。
19. 一種發(fā)射輻射的組件(10)，其具有按照權利要求1至18之一 所述的光學元件(1)和至少一個發(fā)射輻射的半導體本體(4)。
20. 按照權利要求19所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述發(fā)射 輻射的半導體本體(4)被嵌入到所述填充體(3)中。
21. 按照權利要求19或20所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述 填充材料(7)的折射率與所述基本材料(13)的折射率相匹配。
22. 按照權利要求19至21之一所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中 所述填充材料(7)的折射率與用于所述半導體本體(4)的半導體材料 的折射率相匹配。
23. 按照權利要求19至22之一所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中 所述發(fā)射輻射的半導體本體(4)被布置在所述載體(5)上。
24. 按照權利要求23所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述基體 (2)被施加在所述載體(5)上。
25. 按照權利要求24所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述基體 (2)借助于所述填充材料(7)與所述載體(5)相連接。
26. 按照權利要求24或25所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述 基體(2)借助于所述填充材料(7)附著在所述載體(5)上。
27. 按照權利要求19至23之一所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述基體(2)在朝向所述載體(5)的一側具有至少一個凸起的固定元 件(11)。
28. 按照權利要求27所述的發(fā)射輻射的組件(10)，其中所述固定 元件(11)被設置用于將所述光學元件(1)與所述載體(5)或者與布 置在所述載體(5)之后的另一元件(9)相連接。
29. —種用于制造按照權利要求1至18之一所述的光學元件(1) 的方法，該方法具有以下步驟-構造基體(2)，-將填充材料(7)填入所述基體(2)中，由此形成填充體(3)。
30. 按照權利要求29所述的方法，其中所述基體(2)由基本材料 (13)借助于深沖法來制造。
31. 按照權利要求29所述的方法，其中所述基體(2)由基本材料 (13)借助于壓鑄來制造。
全文摘要
說明了一種光學元件(1)，其具有包括基本材料(13)的基體(2)和包括填充材料(7)的填充體(3)，其中該填充體附著在基體(2)上。此外，還說明了一種發(fā)射輻射的組件(10)和用于制造光學元件(1)的方法。
文檔編號H01L33/54GK101553937SQ200780035948
公開日2009年10月7日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者S·格羅特希 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司