专利名称：光学元件、发射辐射的组件和用于制造光学元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件和一种具有光学元件的发射辐射的组件。 此外，本发明还涉及一种用于制造光学元件的方法。
背景技术：
本专利申请要求德国专利申请102006046301.3的优先权，该申请 的公开内容通过回引被结合于此。
由公开文献DE 199 45 675 Al已知了一种可表面安装的LED壳体， 在该壳体中布置有LED芯片。在该芯片的后面布置有包括热塑性材料 的透镜。
在热塑性材料的情况下，例如在焊接过程期间出现热负荷时，存在 透镜变形的危险，此外还存在透镜变模糊的危险。这些影响会对透镜的 光学特性产生负面作用
发明内容
'
本发明的任务在于，说明一种光学元件，该光学元件尽管有热负荷 仍具有比较稳定的光学特性。该任务通过一种根据权利要求1所述的光 学元件来解决。
此外，本发明的任务在于，说明一种发射辐射的组件，该发射辐射 的组件尽管有热负荷仍具有比较稳定的光学特性。该任务通过一种根据 权利要求19所述的发射辐射的组件来解决。
另一任务在于，说明一种方法，借助该方法可以以简单的方式来制 造所述光学元件。该任务通过一种根据权利要求29所述的方法来解决。
该光学元件和该发射辐射的组件的有利的改进方案以及该方法的 有利的扩展方案在从属权利要求中予以说明。
根据本发明的光学元件具有包括基本材料的基体和包括填充材料的填充体，其中该填充体附着在该基体上。
优选地，该光学元件被设置用于辐射的成形。例如所述光学元件可 以是投影光学系统。
特别优选地，该基体形成该光学元件的外部区域，而填充体则形成 该光学元件的内部区域。
进一步优选地，该基本材料与该填充材料不同。这具有的优点是， 根据对基体和填充体所提出的不同要求，可以使用合适的材料。
在该光学元件的一种特殊的变型方案中，该基体具有用填充材料填 充的空腔，其中该填充体的形状通过该空腔来确定。有利地，借助于对 该基体的填充可以提供一种光学元件，其基体和填充体以不可逆的方式 相互连接。借助于该基体和该填充体，该光学元件具有光学特性可以不 同的两个区域。
在该光学元件的一种优选的变型方案中，该基体具有旋转体的形 状。尤其是该填充体也可以具有旋转体的形状。例如，该光学元件的轮 廓可以是近似圆拱顶式的。在此，该基体的轮廓可以至少逐段地类似于
球缺(Kugelsegment)或者椭圆缺。例如，该基体可以大致按照球壳段 (Kugelschalensegment)的方式成形。该基体尤其是可以具有带有开口 区的半球壳的形状，所述开口区用于用填充材料填充该基体。该填充体 于是大致具有半球内部的形状。替代地，该填充体的形状可以近似地对 应于被该基体环形包围的倒截锥。
该填充体和该基体尤其是具有共同的对称轴。优选地，该开口区也 具有该对称轴。特别优选地，该开口区与该基体的包围该开口区的表面 一起形成该光学元件的辐射穿透面。
此外，该辐射穿透面可以具有凹入弯曲的或者平的部分区域和凸出 弯曲的部分区域，所述凸出弯曲的部分区域至少部分地包围与光轴具有 一定间距的所述凹入弯曲的部分区域，其中该光轴延伸穿过该凹入弯曲 的部分区域。特别地，该开口区可以是凹入弯曲的，且包围的表面可以 是凸出弯曲的。
根据一种优选的实施方式，该填充材料对于要成形的辐射来说是可 穿透的。这具有的优点是，辐射可以穿过该填充体且该填充体可以因此有助于辐射成形。
优选地，该填充材料包括透明的填料或者树脂。例如，该填充材料 可以包括硅材料。此外，可以使用硅胶，其在循环稳定性、在焊接过程 中的加热、老化稳定性和辐射稳定性方面尤其是在热负荷或者机械负荷 的情况下被证明是有利的。在热作用下，该开口区允许该填充材料膨胀。 因为该基体形成该光学元件的光学临界区，所以该填充体的变形导致该 光学元件的光学特性的可以忽略不计的变化。
其它合适的填充材料例如为混合材料，比如环氧树脂和硅树脂的混 合物，因为它们相对于硅树脂所具有的优点是完全硬化时间较短和可脱 模性较好，且相对于环氧树脂所具有的优点是UV稳定性被提高。
根据另一扩展方案，该基本材料对于要成形的辐射来说是可穿透 的。因此辐射可以穿过该基体且该基体可以因此有助于辐射成形。基本
材料例如可以包括玻璃。优选地使用玻璃材料，该玻璃材料在高于300 。C的温度下是稳定的，也就是说，在这些温度下既不必担心例如变模糊 (Triibung)或者褪色的材料变化，也不必担心变形。这些温度可以存在 数小时。
此外，该基本材料可以包括塑料材料。优选地，该基本材料是热塑 性塑料。例如聚碳酸酯(PC )或者聚均苯四甲酰亚胺 (Polymethacrylmethylimide (PMMI))适合作为热塑性塑料。 根据本发明的光学元件可以是折射、衍射或色散元件。 优选地，例如为发射辐射的半导体组件的一部分的该光学元件可在 20(TC与30(TC之间的温度下被焊接。在该温度范围内，既不必担心例 如变模糊或者褪色的材料变化，也不必担心变形。这些温度典型地出现 几分钟。
根据本发明的发射辐射的组件具有如到目前为止所述的光学元件 和至少一个嵌入到填充体中的发射辐射的半导体本体。
有利地，借助该填充体不仅可以获得光学作用，而且此外可以获得 对该半导体本体的保护作用。该填充体可以充当填料。
根据一种特殊的扩展方案，该半导体本体具有基于氮化物化合物半 导体的半导体材料。"基于氮化物化合物半导体"在此意味着，有源外延层序列或者所述有源外延层序列的至少一层包括氮化物in/v化合物
半导体材料、优选地AlnGamIni—n.mN，其中，0《n《l，0《m《 l且n + m《1。在此，该材料不一定必须具有按照上述公式的数学上 精确的组成。更确切地说，该材料可以具有一种或者多种掺杂材料以及 基本上不改变AlnGamIni_n.mN材料的表征物理特性的附加成分。但是为 了简便起见，上述公式仅包含晶格(Al、 Ga、 In、 N)的主要成分，即 使这些成分可以部分地被微量的其他材料替代。
优选地，该填充材料的折射率与该基本材料的折射率相匹配，并且 进而与该半导体材料的折射率相匹配。该填充材料尤其是具有1.3至1.7 的折射率。
根据另一扩展方案，该半导体本体是薄膜发光二极管芯片。该薄膜 发光二极管芯片的特征特别是在于下列表征特征中的至少一个
一在产生辐射的外延层序列的朝向载体元件的第一主面上施加或 者构造反射层，该反射层将在该外延层序列中产生的电磁辐射的至少一 部分反射回该外延层序列中；
一该外延层序列具有在20 )Lim或者更小的范围内的厚度、尤其是 在10pm的范围内的厚度；以及
—该外延层序列包括至少一个具有至少一个面的半导体层，所述至 少一个面具有混合结构(Durchmischungsstruktur)，该混合结构在理想
情况下导致光近似各态历经地分布在外延的外延层序列中，也就是说， 它具有尽可能各态历经随机的散射特性。
薄膜发光二极管芯片的基本原理例如在I. Schnitzer等人于1993年 10月18日发表在Appl. Phys. Lett. 63 (16)第2174 - 2176上的文献中 被加以说明，其就此而言的公开内容通过回引结合于此。
薄膜发光二极管芯片非常近似地是朗伯特表面辐射器，并且因此特 别好地适合在探照灯中使用。
在根据本发明的发射辐射的组件中，发射辐射的半导体本体适宜地 被布置在载体上。该载体例如可以是包括譬如陶瓷材料的板。该载体尤 其是可以具有用于给该半导体本体供电的电连接区。
在该发射辐射的组件的一种优选的变型方案中，该基体被施加在载体上。例如，该基体的轮廓可以类似于两个朝向彼此的"S"，也就是 说，该轮廓线具有两个拐点。在此，只有该基体的边缘侧末端位于载体 上，而剩余基体在载体上凸起。替代地，该基体的轮廓可以类似于两个 朝向彼此的圆弓、尤其是两个四分之一圆。
在一种特别优选的变型方案中，该基体借助于该填充材料与载体相 连接。该基体尤其是借助于该填充材料而附着在载体上。有利地，由此 能够节省粘合剂或省去粘合剂的施加。
根据另一实施方式，该基体在朝向载体的一侧上具有至少一个用于 固定该光学元件的凸起的固定元件。该固定元件例如可以按照销钉的方 式来构造。该固定元件可以用于将该光学元件固定在载体或者被布置在 该载体之后的另一元件(例如散热片)中。该载体或该另一元件尤其是 具有用于机械固定所述固定元件的合适的插入装置。
此外，在该光学元件与该载体之间可以布置间隔垫片
(Abstandshalter)，该间隔垫片优选地环形包围该半导体本体。该间隔 垫片能够防止该光学元件的过度的加热。同时，环形的间隔垫片可以充 当用于将该半导体本体嵌入填充材料内的填充框架。
优选地，散热片被设置为另一元件，其用于从该组件中运走热量并 且例如包括Al。这减少该光学元件变形或者材料变化的危险，并因此 减少例如辐射特性或者耦合输出效率(Ausk叩peleffizienz)的光学特性 受损害的危险。
优选地，该发射辐射的组件具有SMT( Surface Mounted Technologie
(表面安装技术))结构。这使得能够比较简单地安装该组件。
可以设想，该组件具有至少三个半导体本体，它们分别发射红光、
绿光和蓝光。所产生的光可以借助于该光学元件被混合。
根据本发明的发射辐射的组件适于背景照明目的和照明目的。 根据本发明的光学元件可以以简单的方式来制造。优选地，首先使
具有可填充的空腔的基体成形。借助于该基体的开口区，可以将例如包
括凝胶的填充材料填入到该空腔中，由此形成填充体。 该基体例如可以借助于深冲法由玻璃材料成形。 有利地，由于该玻璃材料的热稳定性，光学临界基体的光学特性即使在强输热的情况下也基本上被保持。
此外，该基体可以借助于压铸法或者压力铸造法由塑料材料来制
造。例如，该基体可以由热塑性材料来制造，而该填充体由硅材料形成。 在加热的情况下，该填充材料能够有利地向开口区的方向膨胀。 根据用于制造根据本发明的发射辐射的组件的一种优选的变型方
案，将己经制成的基体施加在载体上。该开口区的尺寸可以与所要安装
的半导体本体的数目相匹配，使得所述半导体本体能够穿过开口区被安装。
根据本发明的光学元件或发射辐射的组件的其它优选特征、有利的 扩展方案和改进方案以及优点从下面结合图1和2被更详细阐述的实施 例中得出。其中
图1示出根据本发明的发射辐射的组件的第一实施例的示意性横 截面图2示出根据本发明的发射辐射的组件的第二实施例的示意性横 截面图。
具体实施例方式
在图1中示意性示出的发射辐射的组件10中，以横截面示出一个 光学元件1和两个发射辐射的半导体本体4。半导体本体4被嵌入到具 有填充材料7的填充体3中。填充体3仅部分地被基体2包围。在半导 体本体4的区域中，基体2具有开口区6。由此半导体本体4在基体2 被安装后能够穿过开口区6而被布置在载体5上。此外，开口区6用于 用填充材料7填充基体2，该填充材料在填充时优选地为凝胶(gelartig)。 在此，基体2是形状稳定的。基体2和载体5限定填满填充材料7的空 腔。由此形成填充体3。填充体3对由半导体本体4产生的辐射来说是 可穿透的。
在该实施方式中，布置在基体2与载体5之间的填充材料7具有附 着作用并因此可以充当将基体2或光学元件1与载体5结合的粘合剂。填充材料7优选地包括硅胶。
光学元件10的辐射穿透面由基体2的包围开口区6的表面和填充 体3的布置在开口区6之内的表面组成。
在该实施例中，基体2具有玻璃材料并可以借助于深冲法来制造。 该玻璃材料特别适于光学临界区，因为该材料本身在温度大于300'C的 情况下是形状稳定和材料稳定的。该温度在制造和安装发射辐射的组件 10时可以出现多达数小时。
在所示的情况下，载体5是优选地具有陶瓷材料的板，所述陶瓷材 料具有用于充分地冷却组件10的有利的热特性。光学元件10在载体5 上圆拱顶式地凸起。基体2的轮廓尤其是类似于两个朝向彼此的"S"， 也就是说，该轮廓线具有两个拐点。仅基体2的边缘侧末端接触载体5。
载体5可以具有电连接区以便给与所述电连接区导电连接的半导 体本体4供电。
有利地，根据该实施例的填充体3具有保护作用并因此可以充当半 导体本体4的填料(Verguss)。
图2示出具有载体5和光学元件1的发射辐射的组件10，该光学 元件在朝向载体5的一侧具有固定元件11。这些固定元件被设置用于 将光学元件l固定在另一元件9内。该另一元件9具有凹陷部，销钉式 成形的固定件11嵌接到该凹陷部内。固定元件11优选地与基体2整体 地构成。该制造例如可以借助于压铸来进行，其中基体2和固定元件 11优选地由热塑性材料来制造。
因为与玻璃材料相比，热塑性材料在加热的情况下更容易变形，所 以发射辐射的组件10有利地具有散热片以便排出热量。特别是其上布 置有载体5的所述另一元件9为散热片。如所示的那样，该散热片可以 为优选地包括金属(例如A1)的板。
光学元件1可以借助于间隔垫片12与载体5隔开。替代地，光学 元件l可以位于载体5上，其中于是基体2在圆周侧包围半导体本体4。 间隔垫片12与由基体2在内侧限定的空腔一样用填充材料7填满。在 该实施例中，填充材料7也可以包括硅胶。除了光学作用外，还可以借 助于其中布置有半导体本体4的填充体3来获得对半导体本体4的保护作用。
填充材料7的折射率优选地与基本材料13的折射率相匹配并与用 于半导体本体4的半导体材料的折射率相匹配。
尽管对组件10进行冷却，但是在图2中所示的实施例中，光学元 件l仍会发生变形。有利地，填充体3可以穿过开口区6向上膨胀。
本发明不受借助实施例所作的说明的限制。更确切地说，本发明包 括任何新的特征以及特征的任何组合，这尤其包括权利要求中的特征的 任何组合，即使该特征或者该组合本身未在权利要求或者实施例中予以 明确说明。
权利要求
1.一种光学元件(1)，具有包括基本材料(13)的基体(2)和包括填充材料(7)的填充体(3)，其中所述填充体附着在所述基体(2)上。
2. 按照权利要求l所述的光学元件(1)，其中所述光学元件(1)被 设置用于辐射成形。
3. 按照权利要求1或2所述的光学元件(1)，其中所述基本材料(13) 与所述填充材料(7)不同。
4. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述基体(2) 具有用所述填充材料(7)填充的空腔，其中所述填充体(3)的形状通 过该空腔确定。
5. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述基体(2)具有旋转体的形状。
6. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述填充体G)具有旋转体的形状。
7. 按照权利要求5和6所述的光学元件(1)，其中所述填充体(3) 和所述基体(3)具有共同的对称轴。
8. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述基体(2) 具有开口区(6)以便用所述填充材料(7)进行填充，所述开口区(6) 与所述基体(2)的包围所述开口区(6)的表面一起形成所述光学元件(1)的辐射穿透面(8)。
9. 按照权利要求2至7之一所述的光学元件(1)，其中所述填充材料 (7)对于要成形的辐射来说是可穿透的。
10. 按照权利要求9所述的光学元件(1)，其中所述填充材料(7) 包括硅材料。
11. 按照权利要求2至10之一所述的光学元件(1)，其中所述基本 材料(13)对于要成形的辐射来说是可穿透的。
12. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述基本 材料(13)包括玻璃。
13. 按照权利要求l至ll之一所述的光学元件(1)，其中所述基本 材料(13)包括塑料材料。
14. 按照权利要求13所述的光学元件(1)，其中所述基本材料(13) 包括热塑性材料。
15. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(1)，其中所述基体 (2)按照球壳段的方式来构造。
16. 按照权利要求1至14之一所述的光学元件(1),其中所述基体 (2)被构造为环形。
17. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(l)，该光学元件(l) 为折射、衍射或者色散元件。
18. 按照前述权利要求之一所述的光学元件(l)，该光学元件(l) 能够在20(TC与30(TC之间的温度下被焊接。
19. 一种发射辐射的组件(10)，其具有按照权利要求1至18之一 所述的光学元件(1)和至少一个发射辐射的半导体本体(4)。
20. 按照权利要求19所述的发射辐射的组件(10)，其中所述发射 辐射的半导体本体(4)被嵌入到所述填充体(3)中。
21. 按照权利要求19或20所述的发射辐射的组件(10)，其中所述 填充材料(7)的折射率与所述基本材料(13)的折射率相匹配。
22. 按照权利要求19至21之一所述的发射辐射的组件(10)，其中 所述填充材料(7)的折射率与用于所述半导体本体(4)的半导体材料 的折射率相匹配。
23. 按照权利要求19至22之一所述的发射辐射的组件(10)，其中 所述发射辐射的半导体本体(4)被布置在所述载体(5)上。
24. 按照权利要求23所述的发射辐射的组件(10)，其中所述基体 (2)被施加在所述载体(5)上。
25. 按照权利要求24所述的发射辐射的组件(10)，其中所述基体 (2)借助于所述填充材料(7)与所述载体(5)相连接。
26. 按照权利要求24或25所述的发射辐射的组件(10)，其中所述 基体(2)借助于所述填充材料(7)附着在所述载体(5)上。
27. 按照权利要求19至23之一所述的发射辐射的组件(10)，其中所述基体(2)在朝向所述载体(5)的一侧具有至少一个凸起的固定元 件(11)。
28. 按照权利要求27所述的发射辐射的组件(10)，其中所述固定 元件(11)被设置用于将所述光学元件(1)与所述载体(5)或者与布 置在所述载体(5)之后的另一元件(9)相连接。
29. —种用于制造按照权利要求1至18之一所述的光学元件(1) 的方法，该方法具有以下步骤-构造基体(2)，-将填充材料(7)填入所述基体(2)中，由此形成填充体(3)。
30. 按照权利要求29所述的方法，其中所述基体(2)由基本材料 (13)借助于深冲法来制造。
31. 按照权利要求29所述的方法，其中所述基体(2)由基本材料 (13)借助于压铸来制造。
全文摘要
说明了一种光学元件(1)，其具有包括基本材料(13)的基体(2)和包括填充材料(7)的填充体(3)，其中该填充体附着在基体(2)上。此外，还说明了一种发射辐射的组件(10)和用于制造光学元件(1)的方法。
文档编号H01L33/54GK101553937SQ200780035948
公开日2009年10月7日 申请日期2007年9月26日 优先权日2006年9月29日
发明者S·格罗特希 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司