LICHT EMITTIERENDE VORRICHTUNG UND LIDAR-SYSTEM

Es wird eine Licht emittierende Vorrichtung angegeben.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021108349.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Das Emissionsprofil von Licht emittierenden Halbleiterpackages, also von Lichtquellen, die in einem Gehäuse eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen aufweisen, lässt sich typischerweise durch Linsen oder dielektrische Filter beeinflussen. Üblicherweise erfolgt die Auswahl solcher optischer Komponenten bei der Herstellung des Halbleiterpackages und ist im Betrieb nicht mehr veränderbar. Zur Anpassung der Abstrahlcharakteristik sind weitere externe optische Komponenten zusätzlich zum Halbleiterpackage notwendig .

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Licht emittierende Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Licht emittierende Vorrichtung ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement auf, das dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht abzustrahlen. Mit Licht wird hier und im Folgenden elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von infraroter bis ultravioletter Strahlung bezeichnet. Beispielsweise kann die Licht emittierende Vorrichtung dazu eingerichtet und vorgesehen sein, Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich abzustrahlen. Das abgestrahlte Licht kann eine oder mehrere spektrale Komponenten aufweisen und beispielsweise einfarbig oder mischfarbig sein.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip auf oder ist als zumindest ein Licht emittierender Halbleiterchip ausgebildet. Das kann insbesondere bedeuten, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen oder mehrere Licht emittierende Halbleiterchips aufweisen kann. Auch wenn in der nachfolgenden Beschreibung rein beispielhaft ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement beschrieben ist, das als ein Licht emittierender Halbleiterchip ausgebildet ist, gilt die nachfolgende Beschreibung auch für eine Licht emittierende Vorrichtung mit einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement, das mehrere Licht emittierende Halbleiterchips aufweist.

Das Licht emittierende Halbleiterbauelement und insbesondere der zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip weist insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung von Licht auf. Der aktive Bereich kann insbesondere eine aktive Schicht aufweisen oder sein, in der im Betrieb das Licht erzeugt wird. Besonders bevorzugt kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), hergestellt werden. Die Halbleiterschichtenfolge weist hierdurch Halbleiterschichten auf, die entlang einer Anordnungsrichtung in einer vertikalen Richtung, die durch die Aufwachsrichtung gegeben ist, übereinander angeordnet sind. Senkrecht zur vertikalen Richtung weisen die Schichten der Halbleiterschichtenfolge jeweils eine Haupterstreckungsebene auf. Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten werden im Folgenden als laterale Richtungen bezeichnet.

Rein beispielhaft wird angenommen, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement das im Betrieb erzeugte Licht entlang einer Hauptabstrahlrichtung abstrahlt, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten und damit in eine vertikale Richtung gerichtet ist. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten aber gleichermaßen für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement, bei dem die Hauptabstrahlrichtung entlang einer anderen Richtung ausgebildet ist, beispielsweise entlang einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten, also entlang einer lateralen Richtung. Ein im Strahlengang des Licht emittierenden Halbleiterbauelements angeordnetes Element kann bevorzugt entlang der Hauptabstrahlrichtung angeordnet sein. Es sind jedoch auch andere Anordnungsrichtungen möglich, solange diese dergestalt sind, dass im Betrieb Licht vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement auf das besagte im Strahlengang angeordnete Element abgestrahlt werden kann.

Das Licht emittierende Halbleiterbauelement weist eine

Lichtauskoppelflache auf, über die das im Betrieb im aktiven Bereich erzeugte Licht abgestrahlt wird. Insbesondere kann es sich bei der Lichtauskoppelflache im Fall der vorab beschriebenen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten gerichteten Hauptabstrahlrichtung um eine Hauptoberfläche des Halbleiterchips handeln, die senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Weiterhin weist der zumindest eine Halbleiterchip eine der Lichtauskoppelflache gegenüber liegende Rückseite auf, die eine Montagefläche bilden kann, mit der der Halbleiterchip beispielsweise auf einem Träger wie dem nachfolgend beschriebenen Gehäusekörper angeordnet werden kann. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseite sind über Chipseitenflächen miteinander verbunden, die den Halbleiterchip in lateraler Richtung begrenzen. Zusätzlich zur Abstrahlung von Licht durch die Lichtauskoppelfläche kann das im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugte Licht beispielsweise auch zumindest teilweise über die Chipseitenflächen abgestrahlt werden. Der Anteil des Lichts, der in Richtung des Elements abgestrahlt wird, kann durch einen auf der Lichtauskoppelfläche angeordneten dielektrischen Winkelfilter erhöht sein.

Weiterhin kann der zumindest eine Halbleiterchip als Lichtauskoppelfläche auch eine Seitenfläche aufweisen, so dass die Hauptabstrahlrichtung parallel zur

Haupterstreckungsebene gerichtet ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn eine der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Seitenfläche eine Montagefläche des Halbleiterchips bildet. Alternativ hierzu kann ein über eine Seitenfläche emittierender Halbleiterchip mit einer Hauptoberfläche der Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger montiert werden und beispielsweise Licht auf einen Reflektor abstrahlen, durch den das Licht bevorzugt in eine vertikale Richtung umgelenkt wird. Ein solcher Reflektor kann als zusätzliche zum zumindest einen Halbleiterchip vorgesehene Komponente ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann ein solcher Reflektor beispielsweise auch als Teil der Halbleiterschichtenfolge des zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchips ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge lateral neben dem aktiven Bereich einen oder mehrere Gräben aufweisen. Eine den aktiven Bereich begrenzende Seitenfläche eines solchen Grabens kann eine Lichtauskoppelfläche bilden, während eine der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Seitenfläche des Grabens geneigt, beispielsweise in einem Winkel von 45°, zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten ausgerichtet ist und eine Reflektorfläche bildet. Hierzu kann beispielsweise eine reflektierende Beschichtung zur Bildung der Reflektorfläche auf der Seitenfläche des Grabens vorgesehen sein.

Das Licht emittierende Halbleiterbauelement kann je nach zu erzeugendem Licht eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x-y As geeignet, für rote bis grüne Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x-y P geeignet und für kurzwelligere sichtbare Strahlung, also insbesondere für grüne bis blaue Strahlung, und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x-y N geeignet, wobei jeweils 0 < x < 1 und 0 < y < 1 gilt. Zur elektrischen Kontaktierung kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement, also der zumindest einen Licht emittierende Halbleiterchip, Kontaktschichten aufweisen, mittels derer im Betrieb ein elektrischer Strom zur Lichterzeugung in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden kann. Darüber hinaus können weitere Schichten und Elemente vorhanden sein, beispielsweise ein Substrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, Passivierungsschichten und/oder Spiegelschichten.

Das Licht emittierende Halbleiterbauelement kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode aufweisen oder sein. Die Licht emittierende Diode (LED) kann beispielsweise als so genannter Volumenemitter, als Dünnfilmhalbleiterchip oder als Flip-Chip ausgebildet sein oder zumindest einen solchen aufweisen. Weiterhin kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Laserdiode aufweisen oder sein. Insbesondere kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine oberflächenemittierende Laserdiode, beispielsweise ein VCSEL („vertical-cavity surface-emitting laser", oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität) oder ein HCSEL („horizontal-cavity surface-emitting laser", oberflächenemittierender Laser mit horizontaler Kavität) oder ein PCSEL („photonic-crystal surface-emitting laser", oberflächenemittierender Laser mit photonischem Kristall) sein. Darüber hinaus kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Superlumineszenzdiode (SLED) aufweisen oder sein.

Weiterhin kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement zusätzlich zum zumindest einen Halbleiterchip ein Wellenlängenkonversionsmaterial aufweisen, das zumindest einen Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugten Lichts in Licht in einem anderen Wellenlängenbereich konvertieren kann, so dass beispielsweise mischfarbiges Licht erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mischtarbiges Licht beispielsweise auch durch mehrere verschiedene Licht emittierende Halbleiterchips erzeugt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Vorrichtung einen Gehäusekörper auf. Der Gehäusekörper kann beispielsweise eine Vertiefung aufweisen, in der das Licht emittierende Halbleiterbauelement angeordnet ist. Weiterhin kann der Gehäusekörper beispielsweise als Trägerplatte ausgebildet sein, auf der ein eine Vertiefung bildender Ring um das Licht emittierende Halbleiterbauelement herum angeordnet sein kann. Weiterhin kann eine Abdeckplatte, insbesondere wie weiter unten beschrieben, verwendet werden, die eine Verdickung am Rand aufweist, mit der die Abdeckplatte auf der Trägerplatte angeordnet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Vorrichtung ein adaptives optisches Element auf, das dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Strahlengang des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugten Lichts nachgeordnet ist. Das adaptive optische Element ist insbesondere im oder am Gehäusekörper angeordnet und somit ein integraler Bestandteil der Licht emittierenden Vorrichtung.

Beispielsweise kann der Gehäusekörper ein

Gehäusekörpermaterial in Form eines Kunststoffs aufweisen, insbesondere ein Thermoplast oder ein Duroplast, der beispielsweise durch einen Formprozess wie etwa Spritzpressen, Spritzgießen, Formpressen oder eine Kombination daraus herstellbar ist. Der Gehäusekörper kann entsprechend beispielsweise einen Kunststoffkörper in Form eines Kunststoffgehäuses aufweisen oder dadurch im Wesentlichen gebildet sein. Der Kunststoff kann beispielsweise ein Silikon und/oder ein Epoxidharz aufweisen oder auch ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Alternativ oder zusätzlich kann der Kunststoff beispielsweise auch Polyphthalamid (PPA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyacrylat, Polycarbonat und/oder Imidgruppen aufweisen. Weiterhin kann der Gehäusekörper auch ein Keramikmaterial aufweisen und somit beispielsweise ein Keramikgehäuse aufweisen oder als solches ausgebildet sein.

Zur elektrischen Kontaktierung der im und am Gehäusekörper angeordneten Elemente wie beispielsweise dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement und dem adaptiven optischen Element weist der Gehäusekörper zumindest ein elektrisches Kontaktelement auf. Das zumindest eine elektrische Kontaktelement kann beispielsweise eine oder mehrere Leiterbahnen, eine oder mehrere elektrische Durchführungen („Vias"), einen oder mehrere Leiterrahmen oder Leiterrahmenteile, eine oder mehrere Elektrodenflächen und Kombinationen daraus auf einer oder mehreren Oberflächen des Gehäusekörpermaterials und/oder eingebettet im Gehäusekörpermaterial aufweisen oder dadurch gebildet sein. Insbesondere kann der Gehäusekörper als zumindest ein elektrisches Kontaktelement eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktelementen aufweisen. Beispielsweise kann der Gehäusekörper einen oder mehrere Leiterrahmen oder Leiterrahmenteile mit dem daran angeformten Gehäusekörpermaterial aufweisen. Beispielsweise kann der Gehäusekörper ein so genanntes QFN-Gehäuse (QFN: „quad flat no leads") oder zumindest einen Teil hiervon bilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Gehäusekörper Abmessungen auf, die kleiner oder gleich 5 cm oder kleiner oder gleich 2 cm oder kleiner oder gleich 1 cm oder kleiner oder gleich 0,5 cm oder kleiner oder gleich 0,3 cm sind. Mit anderen Worten ist die Licht emittierende Vorrichtung als sogenanntes Halbleiterpackage ausgebildet. Die Licht emittierende Vorrichtung kann besonders bevorzugt ein oberflächenmontierbares Bauelement, also ein sogenanntes SMD- Bauelement (SMD: „surface-mounted device"), sein, das durch Auflöten auf einem Träger wie beispielsweise einer Leiterplatte montiert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das adaptive optische Element eine Mehrzahl von Strukturelementen auf. Besonders bevorzugt weist das adaptive optische Element eine Zahl von mehr als 7 Strukturelementen in jeder Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene auf. Die Strukturelemente weisen eine Ausdehnung auf, die an eine Wellenlänge des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugten Lichts angepasst ist. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Strukturelemente eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner oder gleich einer Wellenlänge des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugten Lichts ist. Entsprechend kann das adaptive optische Element eine Sub-Wellenlängen-Struktur aufweisen. Die Ausdehnung kann abhängig von der Form der Strukturelemente beispielsweise eine Länge, eine Breite, eine Höhe und/oder ein Durchmesser oder ein Mittelwert von zwei oder mehr dieser Abmessungen sein.

Die Strukturelemente können beispielsweise säulenförmig sein. Dies kann bedeuten, dass die Strukturelemente beispielsweise eine zylinderartige oder eine kegelstumpfartige Form mit einer runden oder eine mehreckigen Grundfläche aufweisen können. Weiterhin kann es auch sein, dass die Strukturelemente zumindest eine erste Gruppe von Strukturelementen mit einer ersten Ausdehnung und eine zweite Gruppe von

Strukturelementen mit einer zweiten Ausdehnung aufweisen und die erste Ausdehnung verschieden von der zweiten Ausdehnung ist. Besonders bevorzugt kann in diesem Fall das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugte Licht zumindest eine erste und eine davon verschiedene zweite spektrale Komponente aufweisen, wobei die Ausdehnung der Strukturelemente der ersten Gruppe an die erste spektrale Komponente und die Ausdehnung der Strukturelemente der zweiten Gruppe an die zweite spektrale Komponente angepasst sind. Zusätzlich oder alternativ können die zwei Gruppen von Strukturelementen auch Licht einer einzigen emittierten Wellenlänge unterschiedlich beeinflussen.

Die Mehrzahl der Strukturelemente kann vorzugsweise in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Matrix in einem umgebenden Material angeordnet sein, das fest, flüssig oder gasförmig sein kann. Besonders bevorzugt kann es zumindest in einem Ruhezustand des adaptiven optischen Elements sich um eine regelmäßige Matrix, also um eine regelmäßige Anordnung entlang eines zwei- oder dreidimensionalen Gitters handeln. Als umgebendes Material wird ein Material bezeichnet, das die Strukturelemente beispielsweise auf mehr als einer Seite umgibt. Beispielsweise können die Strukturelemente eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite mit die Oberseite und die Unterseite verbindenden Seitenflächen aufweisen. Das umgebende Material kann beispielsweise zumindest an die Oberseite und die Seitenflächen angrenzen. Mit der Unterseite können die Strukturelemente beispielsweise auf einem tragenden Element angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das adaptive optische Element dazu vorgesehen und eingerichtet, eine räumliche Anordnung und/oder eine elektrische Eigenschaft der Strukturelemente zu beeinflussen und zu steuern. Beispielsweise kann ein Abstand zumindest einiger der Strukturelemente zueinander im adaptiven optischen Element beeinflusst und verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine Dichte von freien Ladungsträgern in den Strukturelementen beeinflusst und verändert werden. Weiterhin kann es möglich sein, den Brechungsindex eines die Strukturelemente umgebenden Materials zu beeinflussen und zu verändern .

Durch Strukturelemente in einem die Strukturelemente umgebenden Material mit Ausdehnungen der Strukturelemente im Bereich der Wellenlänge eines die Strukturelemente und das umgebende Material durchstrahlenden Lichts kann beispielsweise der effektive Brechungsindex des durchstrahlten adaptiven optischen Elements beeinflusst werden. Derartige Strukturelemente können auch als sogenannte Meta-Strukturen oder Meta-Atome bezeichnet werden. Beispielsweise durch eine Veränderung der räumlichen Anordnung und/oder der Dichte von freien Ladungsträgern können die optischen Eigenschaften des durch die Strukturelemente bewirkten Effekts beeinflusst und verändert werden. Insbesondere kann eine optische Wirkung des adaptiven optischen Elements auf durchgestrahltes Licht durch eine Veränderung der Strukturelemente oder des sie umgebenden Materials und/oder durch eine mechanische Verformung des adaptiven optischen Elements und damit durch eine Veränderung der Anordnung der Strukturelemente dynamisch verändert werden. Insbesondere kann beispielsweise eine dynamisch veränderbare Linsenwirkung erreicht werden. Besonders bevorzugt weisen die Strukturelemente ein Material mit einem möglichst hohen Brechungsindex, insbesondere einem höheren Brechungsindex als ein die Strukturelemente umgebendes Material, auf. Der Parameter „Brechungsindex" bezieht sich, soweit nicht anders angegeben, stets auf das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugte Licht.

Beispielsweise weisen die Strukturelemente eines oder mehrere der folgenden Materialien auf oder sind daraus: Si, Ge, T1O ₂ , ZrCh, ZnO, ITO, InP, GaAs, InGaAs, Metall. Als Metall eignen sich beispielsweise eines oder mehrere ausgewählt aus Au, Ag, Pt, Pd. Das die Strukturelemente umgebende Material weist bevorzugt einen möglichst niedrigen Brechungsindex auf und kann beispielsweise ein Gas wie etwa Luft oder ein Kunststoffmaterial aufweisen. Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Polymer wie etwa ein Fluorpolymer aufweisen oder sein. Insbesondere kann das Polymer ein viskoses, elastisches oder viskoelastisches Polymer sein. Weiterhin ist auch ein Flüssigkristallmaterial möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das adaptive optische Element einen dielektrischen Elastomer-Aktuator auf. In diesem Fall weist das adaptive optische Element bevorzugt ein elastisches oder viskoelastisches Polymer auf, das an oder zwischen Elektroden angeordnet ist. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden kann beispielsweise über eine elektrostatische Anziehung oder Abstoßung der Elektroden eine Verformung des Polymers erreicht werden, die dynamisch steuerbar sein kann. Die Strukturelemente sind bevorzugt in oder an dem dielektrischen Elastomer-Aktuator und damit bevorzugt in oder an dem Polymer angeordnet. Durch eine Verformung des Polymers kann die räumliche Anordnung der Strukturelemente beeinflusst werden, so dass zumindest lokale Änderungen des effektiven Brechungsindex bewirkt werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das adaptive optische Element eine Flüssigkristallschicht auf, in der die Strukturelemente angeordnet sind. In diesem Fall weist das adaptive optische Element bevorzugt ein

Flüssigkristallmaterial auf, das an oder zwischen Elektroden angeordnet ist. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden kann beispielsweise ein veränderter Brechungsindex des Flüssigkristallmaterials erreicht werden. Weiterhin kann beispielsweise auch gleichzeitig eine Verformung erreicht werden, so dass das adaptive optische Element gleichzeitig auch als Aktuator wie vorab beschrieben ausgebildet sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das adaptive optische Element eine dielektrische Schicht zwischen Elektroden auf. In diesem Fall weist das adaptive optische Element bevorzugt ein dielektrisches Polymer auf, das an oder zwischen Elektroden angeordnet ist und in dem die Strukturelemente eingebettet sind. Über die Elektroden kann eine Dichte von freien Ladungsträgern in den Strukturelementen eingestellt werden, wodurch der Brechungsindex der Strukturelemente beeinflusst werden kann. Weiterhin kann beispielsweise auch gleichzeitig eine Verformung erreicht werden, so dass das adaptive optische Element gleichzeitig auch als Aktuator wie vorab beschrieben ausgebildet sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das adaptive optische Element elastische Elektroden auf. Diese können beispielsweise ein Netzwerk mit oder aus Kohlenstoff- Nanoröhrchen („carbon nanotubes") wie etwa Singlewall-Carbon Nanotubes (SWCNT), Graphen-Flocken oder Metall-Nanodrähten, beispielsweise mit oder aus Silber gebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Elektroden ein transparentes elektrisch leitendes Material wie beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid (TCO: „transparent conductive oxide") aufweisen, beispielsweise wenn eine elastische Eigenschaft der Elektroden nicht notwendig ist.

Die Elektroden des adaptiven optischen Elements können sowohl im Fall von elastischen Elektroden als auch im Fall von unelastischen Elektroden auf einem vorab beschriebenen Material wie einem Polymer oder einem Flüssigkristallmaterial aufgebracht oder darin eingebettet sein. Weiterhin können die Elektroden bevorzugt transparent für das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugte Licht sein. Die Elektroden können beispielsweise großflächig, in Abschnitte strukturiert und/oder einstückig strukturiert, beispielsweise ringförmig, ausgebildet sein.

Zum elektrischen Anschluss des Licht emittierenden Halbleiterbauelements und des adaptiven optischen Elements können, wie vorab beschrieben, elektrische Kontaktelemente im Gehäusekörper vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement über zumindest ein elektrisches Kontaktelement des Gehäusekörpers elektrisch angeschlossen sein. Weiterhin kann das adaptive optische Element über zumindest ein elektrisches Kontaktelement des Gehäusekörpers elektrisch angeschlossen sein. Dazu kann der Gehäusekörper in seinem Inneren oder auf einer Oberfläche, beispielsweise auf der Oberfläche der Vertiefung,

Leiterbahnen aufweisen, die die elektrischen Kontaktelemente elektrisch leitend mit den Elektroden des adaptiven optischen Elements verbinden. In einer besonders einfachen Ausführung kann der Gehäusekörper zumindest drei elektrische Kontaktelemente aufweisen, wobei das Licht emittierende Halbleiterbauelement über zumindest ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement elektrisch angeschlossen ist und das adaptive optische Element zumindest über das zweite und ein drittes elektrisches Kontaktelement elektrisch angeschlossen ist. In diesem Fall kann das zweite elektrische Kontaktelement beispielsweise ein gemeinsames Bezugspotential für das Licht emittierende Halbleiterbauelement und das adaptive optische Element bereitstellen.

Weiterhin kann im Gehäusekörper, das bedeutet in der Vertiefung des Gehäusekörpers und/oder im Material des Gehäusekörpers, zumindest ein elektronisches Bauelement angeordnet sein. Das elektronische Bauelement kann beispielsweise eine Ansteuerung für das Licht emittierende Halbleiterbauelement und/oder für das adaptive optische Element oder zumindest einen Teil davon aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Gehäusekörper eine transparente Abdeckplatte auf. Die Abdeckplatte kann beispielsweise ein Glas, Saphir oder einen unelastischen Kunststoff wie etwa ein hartes Polymer aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt kann die Abdeckplatte die Vertiefung des Gehäusekörpers, in der das Licht emittierende Halbleiterbauelement angeordnet ist, hermetisch verschließen. Weiterhin kann das adaptive optische Element an der Abdeckplatte angeordnet sein, so dass die Abdeckplatte einen Träger für das adaptive optische Element bildet. Bevorzugt kann das adaptive optische Element an der Abdeckplatte an einer dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement zugewandten Seite angeordnet sein.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein LIDAR-System (LIDAR: „light detection and ranging", Lichtdetektion und Entfernungsmessung) die Licht emittierende Vorrichtung auf. Besonders bevorzugt kann die Licht emittierende Vorrichtung aufgrund der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale dazu vorgesehen und eingerichtet sein, dass das LIDAR-System im Betrieb eine veränderbare Abstrahlcharakteristik aufweist, insbesondere durch Veränderung der Verteilung des Strahlungsflusses, beispielsweise zumindest zwischen einem breiten Abstrahlwinkel und einem schmalen Abstrahlwinkel.

Die hier beschriebene Licht emittierende Vorrichtung kann den Vorteil bieten, dass ein Kunde oder Anwender der Licht emittierenden Vorrichtung das Abstrahlprofil des abgestrahlten Lichts während des Betriebs durch das in die Licht emittierende Vorrichtung integrierte adaptive optische Element ändern kann. Beispielsweise ist eine Verteilung des Strahlungsflusses über den Halbraumwinkel steuerbar. Somit kann beispielsweise in einer (Flash-)LIDAR-Anwendung zwischen einem breitem Abstrahlwinkel, also einem breiten „Field Of View" (FOV), für den Nahbereich (geringere Bestrahlungsstärke) und einem schmalem FOV für größere Entfernungen (hohe Bestrahlungsstärke) umgeschaltet werden. Auch eine laterale Verschiebung des abgestrahlten Lichtkegels im Betrieb ist möglich. Bei der hier beschriebenen Licht emittierenden Vorrichtung sind somit bewegliche Teile wie Spiegel oder verschiebbare Linsensysteme nicht notwendig. Gleichzeitig ist die Anordnung durch das beschriebene adaptive optische Element genauso flach und klein wie herkömmliche Package-basierte Halbleiterlichtquellen. In Bezug auf die Herstellung kann die Licht emittierende Vorrichtung den Vorteil bieten, dass identische Vorrichtungen für verschiedene Anwendungen verwendet und verkauft werden können und trotzdem spezielle Kundenwünsche bezüglich des Abstrahlprofils erfüllt werden können.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 3 bis 5 zeigen schematische Darstellungen eines adaptiven optischen Elements einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,

Figuren 6A bis 6D zeigen schematische Darstellungen eines adaptiven optischen Elements einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines LIDAR-

Systems mit einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 100. Die Licht emittierende Vorrichtung 100 ist als oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet und weist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 1 in einem Gehäusekörper 2 auf.

Bei dem Licht-emittierenden Halbleiterbauelement 1 kann es sich beispielsweise um eine Laserdiode, eine SLED oder eine LED handeln. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als ein einzelner Halbleiterchip ausgebildet. Alternativ kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 auch mehrere Halbleiterchips aufweisen. Der Halbleiterchip weist, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist, eine auf einem geeigneten Halbleitermaterial basierende Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf, in dem im Betrieb Licht 9 erzeugt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 um ein oberflächenemittierendes Bauteil, das im Betrieb Licht senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge über eine Lichtauskoppelfläche 10 emittiert. Beispielsweise kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 wie in Figur 1 angedeutet als LED-Chip oder auch als VCSEL oder als PCSEL ausgebildet sein.

Weiterhin kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 beispielsweise auch als SLED, als kantenemittierende Laserdiode oder als HCSEL ausgebildet sein, das um 90° gedreht im Gehäusekörper 2 montiert ist oder das einen oder mehrere in die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise durch Ätzen integrierte, um 45° geneigte Reflektorflachen aufweist. Rein beispielhaft ist die Oberseite des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 über einen Bonddraht 8 elektrisch kontaktiert, während die der Oberseite und damit der Lichtauskoppelflache gegenüberliegende Unterseite, die die Montagefläche bildet, direkt elektrisch kontaktiert werden kann. Alternativ hierzu kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 auch über mehre Bonddrähte oder auch nur durch auf der Unterseite angeordnete Kontaktbereiche elektrisch kontaktiert werden

Weiterhin kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 zusätzlich ein Wellenlängenkonversionsmaterial (nicht gezeigt) aufweisen, das zumindest einen Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 im Betrieb erzeugten Lichts 9 in Licht in einem anderen Wellenlängenbereich konvertieren kann, so dass beispielsweise mischfarbiges Licht erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mischfarbiges Licht beispielsweise auch durch mehrere verschiedene Licht emittierende Halbleiterchips erzeugt werden.

Der Gehäusekörper 2 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vertiefung 20 auf, in der das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 angeordnet, montiert und elektrisch angeschlossen ist. Hierzu weist der Gehäusekörper 2 elektrische Kontaktelemente 21, 22, 23 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Leiterrahmenteile gebildet werden, an die ein durch ein Kunststoffmaterial gebildetes Gehäusekörpermaterial angeformt ist, durch das auch die Vertiefung 20 gebildet wird. Insbesondere kann der Gehäusekörper 2 wie gezeigt als QFN-artiges Gehäuse ausgebildet sein. Alternativ kann der Gehäusekörper 2 beispielsweise auch als Keramik-basiertes Gehäuse oder als andere Packagebauform ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt weist der Gehäusekörper 2 Abmessungen auf, die kleiner oder gleich 5 cm oder kleiner oder gleich 2 cm oder kleiner oder gleich 1 cm oder kleiner oder gleich 0,5 cm oder kleiner oder gleich 0,3 cm sind. Die Abmessungen können insbesondere eine Länge und eine Breite der Montagefläche des Gehäusekörpers 2 mit den Kontaktelementen

21, 22, 23 sein. Entsprechend ist die Licht emittierende Vorrichtung 100 als sogenanntes Halbleiterpackage ausgebildet. Insbesondere sind der Gehäusekörper 2 und damit die Licht emittierende Vorrichtung 100 als SMD-Bauelement ausgebildet, das mit den elektrischen Kontaktelementen 21,

22, 23 auf einem Träger wie beispielsweise einer Leiterplatte aufgelötet werden kann.

Weiterhin weist die Licht emittierende Vorrichtung ein adaptives optisches Element 3 auf, das dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 im Strahlengang des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 im Betrieb erzeugten Lichts 9 nachgeordnet ist. Das adaptive optische Element 3 ist insbesondere im oder am Gehäusekörper 2 angeordnet und somit ein integraler Bestandteil der Licht emittierenden Vorrichtung 100. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Gehäusekörper 2 eine transparente Abdeckplatte 29 auf, die beispielsweise ein Glas, Saphir oder einen unelastischen Kunststoff wie etwa ein hartes Polymer aufweist oder daraus ist. Insbesondere kann die Abdeckplatte 29 die Vertiefung 20 des Gehäusekörpers 2, in der das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 angeordnet ist, verschließen, insbesondere auch hermetisch verschließen. Das Gehäusekörpermaterial 24 kann, wie im Figur 1 gezeigt ist, beispielsweise eine die Vertiefung umlaufende Auflagefläche aufweisen, auf der die Abdeckplatte 29 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Abdeckplatte 29 aufgeklebt oder, über entsprechende Lötflächen auf der Abdeckplatte 29 und dem Gehäusekörpermaterial 24, aufgelötet sein.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Gehäusekörper 2 beispielsweise als Trägerplatte ausgebildet sein, auf der ein eine Vertiefung bildender Ring um das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 herum angeordnet sein kann. Weiterhin kann die Abdeckplatte 29 eine Verdickung am Rand aufweisen, mit der die Abdeckplatte 29 auf der Trägerplatte angeordnet werden kann.

Das adaptive optische Element 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Abdeckplatte 29 angeordnet. Bevorzugt kann das adaptive optische Element 3 wie gezeigt an der Abdeckplatte 29 an einer dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 zugewandten Seite angeordnet sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das adaptive optische Element 3 durch den Gehäusekörper 2 vor schädigenden Einflüssen aus der Umgebung geschützt werden kann. Alterativ hierzu kann aber auch eine Anordnung außerhalb der Vertiefung 20 des Gehäusekörpers 2 möglich sein, wobei in diesem Fall eine zusätzliche Schutzschicht über dem adaptiven optischen Element 3 vorteilhaft sein kann.

Die Vertiefung 20 im Gehäusekörper 2 ist, wie in Figur 1 gezeigt ist, bevorzugt zumindest im Bereich des adaptiven optischen Elements 3 frei von einem Vergussmaterial und gasgefüllt, beispielsweise mit Luft oder einem inerten Schutzgas. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 kann beispielsweise bis zur Oberseite mit einem reflektierenden, beispielsweise weißen, Material vergossen sein, wie in Figur 1 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, um eine Lichtabstrahlung nach oben in Richtung des adaptiven optischen Elements 3 zu fördern.

Bei der Licht emittierenden Vorrichtung 100, bei der der Gehäusekörper wie vorab erwähnt beispielsweise ein QFN- oder Keramik-basiertes Packagegehäuse sein kann, sind somit statt einer herkömmlichen Linse oder einem Mehrfach-Linsen-Array die Abdeckplatte 29 und das adaptive optische Element 3 vorhanden. Die Abdeckplatte 29 kann sowohl das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 als auch das adaptive optische Element 3 vor Umwelteinflüssen schützen.

Das adaptive optische Element 3 weist, wie weiter unter ausführlicher beschrieben ist, Elektroden 30 auf. Zur elektrischen Kontaktierung weist der Gehäusekörper 2 wie schon zur Kontaktierung des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 entsprechende elektrische Kontaktelemente 22, 23 auf. Weiterhin können, wie gezeigt, beispielsweise Leiterbahnen 25 auf einer Innenwand der Vertiefung 20 und/oder Durchkontaktierungen durch das Gehäusekörpermaterial 24 (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um das adaptive optische Element 3 elektrisch mit den elektrischen Kontaktelementen 22, 23 zu verbinden. Beim Design und der Montage des Gehäusekörpers 2 muss sichergestellt sein, dass zumindest zwei Kontaktflächen für das Anlegen der elektrischen Spannung zum Steuern des adaptiven optischen Elements 3 elektrisch mit dem Gehäusekörper 2 verbunden werden. Weist das adaptive optische Element 3 genau zwei zu kontaktierende Elektroden 30 auf, kann es beispielsweise möglich sein, dass der Gehäusekörper 2 wie gezeigt zumindest drei elektrische Kontaktelemente 21, 22, 23 aufweist, wobei das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 über zumindest ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement 21, 22 elektrisch angeschlossen ist und das adaptive optische Element 3 zumindest über das zweite elektrische Kontaktelement 22 und ein drittes elektrisches Kontaktelement 23 elektrisch angeschlossen ist. In diesem Fall kann das zweite elektrische Kontaktelement 22 beispielsweise ein gemeinsames Bezugspotential für das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 und das adaptive optische Element 3 bereitstellen . Alternativ hierzu können das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 und das adaptive optische Element 3 auch getrennt voneinander elektrisch angeschlossen sein, so dass der Gehäusekörper 2 in diesem Fall mindestens vier elektrische Kontaktelemente aufweisen kann. Je nach Elektroden- und Anschlusszahl des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 und des adaptiven optischen Elements 3 können auch mehr als elektrische Kontaktelemente vorhanden sein.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Licht emittierende Vorrichtung 100 gezeigt, die im Vergleich zu Ausführungsbeispiel der Figur 1 im Gehäusekörper 2 zumindest ein elektronisches Bauelement 4 aufweist. Das zumindest eine elektronische Bauelement 4 kann, wie gezeigt, beispielsweise im Gehäusekörpermaterial 24 des Gehäusekörpers 2 eingebettet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch zumindest ein elektronisches Bauelement in der Vertiefung 20 des Gehäusekörpers 2 angeordnet sein. Das zumindest eine elektronische Bauelement 4 kann beispielsweise eine Ansteuerung für das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 und/oder für das adaptive optische Element 2 oder zumindest einen Teil davon aufweisen. Entsprechend der Ausgestaltung des zumindest einen elektronischen Bauelements 4, das auch mehrere diskrete Bauelemente aufweisen kann, kann der Gehäusekörper 2 auch eine geeignete Anzahl von elektrischen Kontaktelementen aufweisen. Das elektronische Bauelement 4 kann auch eine digitale Schnittstelle beinhalten, die mit den elektrischen Kontaktelementen verbunden ist. Alternativ kann eine Schnittstelle zur Funkansteuerung, z.B. durch WLAN oder Bluetooth, beinhaltet sein.

Der Gehäusekörper 2 kann somit weitere elektronische Komponenten in Form des zumindest einen elektronischen Bauelements 4 enthalten, wie beispielsweise einen Kondensator für einen Pulsbetrieb, einen integrierten Schaltkreis (IC: „integrated circuit") zur Signalsteuerung des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 und/oder zur Steuerung des adaptiven optischen Elements 3. Insbesondere kann durch ein geeignetes elektronisches Bauelement auch die zur Steuerung des adaptiven optischen Elements 3 nötige (Hoch-)Spannung optional innerhalb des Gehäusekörpers 2 aus der Betriebsspannung erzeugt werden. Auf der Außenseite des Gehäusekörpers 2 können beispielsweise zumindest zwei elektrische Kontakteelemente für die elektrische Versorgung und mindestens ein weiteres elektrisches Kontaktelement für die, gegebenenfalls digitale, Ansteuerung des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 und/oder zur Steuerung des adaptiven optischen Elements 3 vorgesehen sein.

In Figur 3 ist die Abdeckplatte 29 mit dem adaptiven optischen Element 3 vergrößert gezeigt. Das adaptive optische Element 3 weist eine Mehrzahl von Strukturelementen 31 auf oder in einem tragenden Element 39 auf. Jedes der Strukturelemente 31 weist eine Ausdehnung auf, die an eine Wellenlänge des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugten Lichts angepasst ist. Insbesondere können die Strukturelemente 31 eine Ausdehnung aufweisen, die kleiner oder gleich einer Wellenlänge des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugten Lichts ist. Entsprechend kann das adaptive optische Element 3 eine Sub-Wellenlängen-Struktur aufweisen.

Wie in Figur 3 angedeutet, können die Strukturelemente 31 bevorzugt säulenförmig sein und eine zylinderartige oder eine kegelstumpfartige Form mit einer runden oder einer mehreckigen Grundfläche aufweisen.

Das adaptive optische Element 3 ist in bevorzugten Ausführungsformen dazu vorgesehen und eingerichtet, eine räumliche Anordnung und/oder eine elektrische Eigenschaft der Strukturelemente 31 zu beeinflussen und zu steuern. Beispielsweise kann ein Abstand zumindest einiger oder aller der Strukturelemente 31 zueinander im adaptiven optischen Element 3 gezielt beeinflusst und verändert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine Dichte von freien Ladungsträgern in den Strukturelementen 31 gezielt beeinflusst und verändert werden.

Die Mehrzahl der Strukturelemente kann vorzugsweise wie gezeigt in einer zweidimensionalen Matrix oder auch in einer dreidimensionalen Matrix in einem umgebenden Material 32 angeordnet sein, das fest, flüssig oder, wie in Figur 3 gezeigt ist, gasförmig sein kann. Im letzteren Fall kann es sich beim umgebenden Material beispielsweise um Luft oder um ein Schutzgas handeln, das in der Vertiefung des Gehäusekörpers eingeschlossen ist. Besonders bevorzugt kann es sich, zumindest in einem Ruhezustand des adaptiven optischen Elements 3, um eine regelmäßige Matrix, also um eine regelmäßige Anordnung entlang eines zwei- oder dreidimensionalen Gitters handeln.

Durch die Strukturelemente 31 in dem die Strukturelemente 31 umgebenden Material 32 kann ein effektives Material, das auch als Meta-Material bezeichnet werden kann, gebildet werden, dessen effektiver Brechungsindex aufgrund der Ausdehnungen der Strukturelemente 31 im Bereich der Wellenlänge eines die Strukturelemente 31 und das umgebende Material 32 durchstrahlenden Lichts durch die Strukturelemente 31 beeinflusst werden kann. Beispielsweise durch eine Veränderung des Abstands von Strukturelementen 31 zueinander und/oder der Dichte von freien Ladungsträgern können die optischen Eigenschaften des durch die Strukturelemente 31 bewirkten Effekts beeinflusst und verändert werden. Insbesondere kann eine optische Wirkung durch eine Veränderung der Strukturelemente 31 oder des sie umgebenden Materials 32 und/oder durch eine mechanische Verformung des adaptiven optischen Elements 3 und damit durch eine Veränderung der Anordnung der Strukturelemente 31 dynamisch verändert werden. Insbesondere kann beispielsweise eine dynamisch veränderbare Linsenwirkung erreicht werden.

Die Herstellung der Strukturelemente 31 kann beispielsweise durch ein Lithographie- und Ätzverfahren erfolgen, bei dem in einer Platte oder Schicht aus dem Material der Strukturelemente eine Oberflächenstruktur entsprechend der gewünschten Form und Anordnung der Strukturelemente 31 erzeugt werden kann. Die Oberflächenstruktur kann zur Bildung der Strukturelemente vom verbleibenden Material abgelöst werden. Hierzu können die Oberflächenstruktur und damit die später vereinzelten Strukturelemente 31 beispielsweise mit einem Kunststoffmaterial umformt werden, das eine stabilisierende Matrix bilden kann. Das Kunststoffmaterial kann nach dem Ablösen und dem Übertragen der Strukturelemente 31 auf ein weiteres Element des adaptiven optischen Elements entfernt werden oder auch als umgebendes Material 32 verbleiben .

Das adaptive optische Element 3 weist weiterhin ein aktives Material 33 auf, durch das eine Beeinflussung und Veränderung des adaptiven optischen Elements 3 erreicht werden kann. Beispielsweise können die Strukturelemente 31 auf einen dielektrischen Elastomer-Aktuator als tragendes Element 39 übertragen werden, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 3 gezeigt ist. In diesem Fall weist das adaptive optische Element 3 bevorzugt ein elastisches oder viskoelastisches Polymer als aktives Material 33 auf, das an oder, wie in Figur 3 andeutet ist, zwischen Elektroden 30 angeordnet ist. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 30 kann beispielsweise über eine elektrostatische Anziehung der Elektroden 30 eine Verformung des Polymers erreicht werden, die dynamisch steuerbar sein kann. Die Strukturelemente 31 sind in oder, wie in Figur 3 gezeigt ist, an dem dielektrischen Elastomer-Aktuator und damit bevorzugt an dem aktiven Material 33 und/oder einer der Elektroden 30 angeordnet. Durch eine Verformung des Polymers kann die räumliche Anordnung der Strukturelemente 31 beeinflusst werden, so dass zumindest lokale Änderungen des effektiven Brechungsindex des adaptiven optischen Elements 3 bewirkt werden können. Besonders bevorzugt weisen die Strukturelemente 31 ein Material mit einem möglichst hohen Brechungsindex, insbesondere einem höheren Brechungsindex als das die Strukturelemente 31 umgebende Material 32, auf.

Beispielsweise weisen die Strukturelemente 31 eines oder mehrere der folgenden Materialien auf oder sind daraus: Si, Ge, T1O2, ZrCh, ZnO, ITO, InP, GaAs, InGaAs, Metall. Als Metall eignen sich beispielsweise eines oder mehrere ausgewählt aus Au, Ag, Pt, Pd. Das die Strukturelemente 31 umgebende Material 32 weist bevorzugt einen möglichst niedrigen Brechungsindex auf, um den Effekt der Streuung zu maximieren, und kann wie gezeigt beispielsweise ein Gas wie etwa Luft oder ein Schutzgas sein.

Besonders bevorzugt weist das adaptive optische Element 3 elastische Elektroden 30 auf. Diese können beispielsweise durch ein Netzwerk mit oder aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, etwa SWCNT, mit oder aus Graphen-Flocken und/oder mit oder aus Metall-Nanodrähten, beispielsweise mit oder aus Silber, gebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Elektroden 30 ein transparentes elektrisch leitendes Material wie beispielsweise ein TCO aufweisen, beispielsweise wenn eine elastische Eigenschaft der Elektroden nicht notwendig ist oder wenn TCO-(Nano-)Partikel in ein elastisches Matrixmaterial eingebettet sind. Besonders bevorzugt sind die Elektroden sowie auch das Polymer zwischen den Elektroden möglichst transparent, zumindest aber teiltransparent, für das durch das Licht emittierende Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugte Licht.

Die Elektroden 30 des adaptiven optischen Elements 3 können sowohl im Fall von elastischen Elektroden als auch im Fall von unelastischen Elektroden auf einem vorab beschriebenen Material wie etwa einem Polymer aufgebracht oder darin eingebettet sein. Weiterhin können die Elektroden 30 wie vorab beschrieben bevorzugt transparent für das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement erzeugte Licht sein. Die Elektroden 30 können, wie in Figur 3 gezeigt, großflächig ausgebildet sein. Weiterhin können eine oder mehrere Elektroden 30 auch in Abschnitte strukturiert und/oder einstückig strukturiert, beispielsweise ringförmig, ausgebildet sein, wie weiter unten erläutert ist.

Alternativ zum in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das die Strukturelemente 31 umgebende Material 32 beispielsweise auch ein Kunststoffmaterial aufweisen oder sein. Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Polymer wie etwa ein Fluorpolymer aufweisen oder sein. Insbesondere kann das Polymer in diesem Fall das aktive Material 33, also etwa das elastische oder viskoelastische Polymer des dielektrischen Elastomer-Aktuators sein, wie in Figur 4 gezeigt ist. In diesem Fall sind die Strukturelemente 31 also zwischen den Elektroden 30 und somit innerhalb des aktiven Materials 33 und damit auch innerhalb des tragenden Elements 39 angeordnet. Die Schichtdicke des aktiven Materials 33 kann dabei größer sein als die Ausdehnung der Strukturelemente 32 in Richtung senkrecht zur Schicht des aktiven Materials 33.

Alternativ hierzu ist beispielsweise auch anstelle des elastischen oder viskoelastischen Materials ein Flüssigkristallmaterial als aktives Material 33 zwischen den Elektroden 30 möglich. In diesem Fall weist das adaptive optische Element eine Flüssigkristallschicht auf, in der die Strukturelemente angeordnet sind. Mit anderen Worten weist das adaptive optische Element ein Flüssigkristallmaterial auf, das an oder zwischen Elektroden angeordnet ist. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 30 kann beispielsweise ein Brechungsindex des Flüssigkristallmaterials erreicht werden. Weiterhin kann beispielsweise auch gleichzeitig eine Verformung erreicht werden, so dass das adaptive optische Element 3 gleichzeitig auch als Aktuator wie vorab beschrieben ausgebildet sein kann.

Weiterhin kann das adaptive optische Element 3 eine dielektrische Schicht als aktives Material 33 zwischen den Elektroden 30 aufweisen, in dem die Strukturelemente 31 eingebettet sind, wobei über die Elektroden 30 eine Dichte von freien Ladungsträgern in den Strukturelementen 31 eingestellt werden kann, wodurch der Brechungsindex der Strukturelemente 31 beeinflusst werden kann. Weiterhin kann beispielsweise auch gleichzeitig eine Verformung erreicht werden, so dass das adaptive optische Element 3 gleichzeitig auch als Aktuator wie vorab beschrieben ausgebildet sein kann.

Besonders vorteilhaft ist die Emission des Licht emittierenden Halbleiterbauelements monochromatisch, da die Abmessungen d der Strukturelemente 31 auf die Wellenlänge des Lichts angepasst sein müssen, wobei d ~ 1/n gilt, wobei n der Brechungsindex der Strukturelemente 31 ist. Durch die Verwendung unterschiedlich großer Strukturelemente 31 können aber auch mehrere Wellenlängen beeinflusst werden, beispielsweise im Fall von weißem Licht, wie es beispielsweise für Scheinwerfer-Anwendungen gebraucht wird. Wie in Figur 5 gezeigt ist, kann es somit sein, dass die Strukturelemente 31 zumindest eine erste Gruppe 35 von Strukturelementen 31 mit einer ersten Ausdehnung und eine zweite Gruppe 36 von Strukturelementen 31 mit einer zweiten Ausdehnung aufweisen und die erste Ausdehnung verschieden von der zweiten Ausdehnung ist. Besonders bevorzugt kann in diesem Fall das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugte Licht zumindest eine erste und eine davon verschiedene zweite spektrale Komponente aufweisen und die Ausdehnung der Strukturelemente 31 der ersten Gruppe 35 kann an die erste spektrale Komponente und die Ausdehnung der Strukturelemente 31 der zweiten Gruppe 36 kann an die zweite spektrale Komponente angepasst sein. Weiterhin können auch mehr als zwei Gruppen mit unterschiedlich großen Strukturelementen 31 vorhanden sein.

In den Figuren 6A und 6B sind jeweils in einer Schnittansicht und in Aufsicht adaptive optische Elemente mit großflächig ausgebildeten Elektroden gezeigt. Die Strukturelement können, wie vorab beschrieben, außerhalb (Figur 6A) oder innerhalb (Figur 6B) der beiden Elektroden 30 und damit außerhalb oder innerhalb des aktiven Materials 33 angeordnet sein. Im Fall eines dielektrischen Elastomer-Aktuators nähern sich die Elektroden 30 beim Anlegen einer elektrischen Spannung an, stauchen das durch das aktive Material 33 gebildete Polymervolumen in der Richtung senkrecht zu den Elektroden 30 und dehnen es gleichzeitig in der lateralen Richtung. Dadurch erhalten die Strukturelemente 31 einen erweiterten lateralen Abstand zueinander, wodurch die Streuwirkung und damit das Abstrahlprofil verändert werden können.

Um die Absorption des emittierten Lichts durch die Elektroden 30 zu reduzieren, können diese beispielsweise auch ringförmig um den Emissionsbereich herum angeordnet werden, wie in Figur 6C gezeigt ist. Durch Anlegen einer Spannung staucht im Falle eines dielektrischen Elastomer-Aktuators der Ring dann dessen Zentrum mit den Strukturelementen 31 zusammen. Weiterhin kann auch zumindest eine der Elektroden in mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Bereiche strukturiert sein, wie in Figur 6D an Elektroden gezeigt ist, rein beispielhaft strukturiert als Teilringe ausgebildet sind. Alternativ dazu kann beispielsweise auch eine großflächige Elektrode in mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Bereiche strukturiert sein.

In Figur 7 ist ein LIDAR-System 1000 mit einer vorab beschriebenen Licht emittierenden Vorrichtung 100 als Sendeeinheit gezeigt. Die Licht emittierende Vorrichtung 100 ist vorgesehen und eingerichtet, dass das LIDAR-System 1000 im Betrieb eine veränderbare Abstrahlcharakteristik 99, 99', 99'' aufweist, wie in Figur 7 durch unterschiedliche Strahlungskegel angedeutet ist. Insbesondere kann durch das adaptive optische Element der Licht emittierenden Vorrichtung 100 eine Veränderung der Verteilung des Strahlungsflusses erreicht werden. Beispielsweise kann zwischen einer Abstrahlcharakteristik 99 mit einem schmalen Abstrahlwinkel, also einem schmalen FOV, etwa für den Fernbereich und einer Abstrahlcharakteristik 99' mit einem breitem Abstrahlwinkel, also einem breiten FOV, etwa für den Nahbereich diskrete oder kontinuierlich umgeschaltet werden. Auch eine laterale Verschiebung des abgestrahlten Lichtkegels im Betrieb ist möglich, wie in Verbindung mit der Abstrahlcharakteristik 99'' angedeutet ist.

Die Licht emittierende Vorrichtung 100 strahlt im Betrieb beispielsweise mindestens ein Sendersignal ab, das beispielsweise ein Lichtpuls sein kann, der in Form eines Einzelpulses mit einer bestimmten Pulsfrequenz abgestrahlt wird. Weiterhin kann das Sendersignal anstelle eines Einzelpulses beispielsweise auch einen Pulszug, also eine Mehrzahl von Pulsen, und/oder einen in seiner Amplitude modulierten Puls oder einen amplituden- und/oder phasenmodulierten kontinuierlichen Lichtstrahl aufweisen.

Das LIDAR-System 1000 kann weiterhin eine Detektoreinheit 200 aufweisen, beispielsweise in Form einer Fotodiode oder einem Fotodiodenarray, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, ein Rücksignal zu empfangen, das zumindest einen Teil des von einem externen Objekt zurückgestrahlten Sendersignals aufweist. Das Rücksignal kann durch Interaktion des Sendersignals mit einem Objekt vom Sendersignal abweichen, beispielsweise im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf, auf eine spektrale Zusammensetzung, eine Amplitude und/oder eine Phase. So kann das Rücksignal etwa einem zumindest in Bezug auf einige spektrale Komponenten abgeschwächten und/oder zumindest teilweise frequenzverschobenen und/oder phasenverschobenen Sendersignal entsprechen.

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

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.

Bezugszeichenliste

1 Licht emittierendes Halbleiterbauelement

2 Gehäusekörper

3 adaptives optisches Element

4 elektronisches Bauelement 8 Bonddraht

9 Licht

10 Lichtauskoppeltlache 20 Vertiefung

21, 22, 23 Kontaktelement

24 Gehäusekörpermaterial

25 Leiterbahn

29 Abdeckplatte

30 Elektrode

31 Strukturelement

32 umgebendes Material

33 aktives Material

35, 36 Gruppe 39 tragendes Element

99, 99' 99'' Abstrahlcharakteristik 100 Licht emittierende Vorrichtung 200 Detektoreinheit

1000 LIDAR-System