Beschreibung

Licht emittierendes Halbleiterbauteil und Sender- Empfängervorrichtung

Es wird ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil angegeben.

Die Druckschrift WO 2009/033478 beschreibt eine Vorrichtung, bei der Licht emittierende Halbleiterbauteile auf eine unebene Montagefläche aufgebracht sind. Durch das Aufbringen der Licht emittierenden Bauteile auf die unebene

Montagefläche ist es ermöglicht, die Abstrahlrichtung des von den Halbleiterbauteilen abgestrahlten Lichts vorzugeben. Als nachteilig kann sich dabei ergeben, dass in aufwändiger Weise eine unebene oder schiefe Montagefläche für die Licht

emittierenden Halbleiterbauteile erzeugt werden muss, auf der sich eine Montage der Licht emittierenden Halbleiterbauteile kompliziert gestalten kann.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Licht

emittierendes Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders einfach herstellbar und montierbar ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Licht emittierende

Halbleiterbauteil zumindest einen Leuchtdiodenchip, der im Betrieb Licht erzeugt. Unter Licht ist dabei insbesondere elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu verstehen. Ferner kann der Begriff Licht auch

elektromagnetische Strahlung aus dem nahen Infrarot- oder nahen UV-Bereich umfassen. Das Licht emittierende

Halbleiterbauteil kann genau einen Leuchtdiodenchip oder mehrere Leuchtdiodenchips als Lichtquelle umfassen. Der oder die Leuchtdiodenchips des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils können farbiges oder weißes Licht

emittieren. Bei mehreren Leuchtdiodenchips ist es möglich, dass sich das Licht der mehreren Leuchtdiodenchips zu weißem Licht mischt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils weist das Licht emittierende

Halbleiterbauteil eine gezielt eingestellte schiefe

Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts auf. Das vom Licht emittierenden Halbleiterbauteil im Betrieb

abgestrahlte Licht ist dabei das von dem oder den

Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugte Licht. Dass das Licht emittierende Halbleiterbauteil eine schiefe

Abstrahlcharakteristik aufweist, bedeutet insbesondere, dass eine Hauptabstrahlrichtung des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts einen

Winkel + 90° mit einer ebenen Montagefläche aufweist, auf die das Licht emittierende Halbleiterbauteil montiert ist. Die Hauptabstrahlrichtung ist dabei die Richtung, in der das abgestrahlte Licht die größte Intensität aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Licht emittierende

Halbleiterbauteil zumindest einen Leuchtdiodenchip, der im Betrieb Licht erzeugt und eine gezielt eingestellte schiefe Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts.

Mit dem hier beschriebenen Licht emittierenden

Halbleiterbauteil ist es möglich, gezielt eine seitliche Abstrahlung von Licht zu erreichen, auch wenn das Licht emittierende Halbleiterbauteil auf eine eben ausgebildete Montagefläche aufgebracht ist. Das Licht emittierende

Halbleiterbauteil weist also von sich aus eine schiefe

Abstrahlcharakteristik auf, ohne dass diese durch eine aufwändige Umgestaltung der Montagefläche für das Licht emittierende Halbleiterbauteil erzeugt werden muss.

Bei dem Leuchtdiodenchip des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils handelt es sich vorzugsweise um einen Oberflächenstrahler, insbesondere einen Lambert ' sehen

Oberflächenstrahler. Mit einem solchen Leuchtdiodenchip ist eine schiefe Abstrahlcharakteristik besonders gut zu

erreichen. Insbesondere kann der Leuchtdiodenchip durch einen Dünnfilm-Leuchtdiodenchip gegeben sein. Dieser zeichnet sich durch mindestens eines der folgenden charakteristischen

Merkmale aus :

An einer zu einem Trägerelement hingewandten Hauptfläche der Strahlungserzeugenden Halbleiterschichtenfolge des

Leuchtdiodenchips, bei der es sich insbesondere um eine

Strahlungserzeugende Epitaxie-Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese

zurückreflektiert.

Der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde. Das heißt, der Leuchtdiodenchip ist frei von einem Wachstumssubstrat. Die Halbleiterschichtenfolge und damit gegebenenfalls der Leuchtdiodenchip weist eine Dicke im Bereich von 20 ym oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 ym oder weniger auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem

Wachstumssubstrat. Vorliegend bedeutet „frei von einem

Wachstumssubstrat", dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der Epitaxie-Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines

Aufwachssubstrates ungeeignet.

Die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine

Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine

Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der

Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf. Der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist daher in guter Näherung ein Lambert' scher Oberflächenstrahler Im Folgenden werden unterschiedliche Maßnahmen beschrieben, mit denen eine solche schiefe Abstrahlcharakteristik des Licht emittierenden Halbleiterbauteils eingestellt werden kann. Die Maßnahmen können dabei für sich alleine oder in Kombination angewendet werden, um die gewünschte

Abstrahlcharakteristik, das heißt beispielsweise den

gewünschten Winkel der Hauptabstrahlrichtung zur Normalen, einzustellen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils weist das Licht emittierende

Halbleiterbauteil eine ebene Chipmontagefläche auf, auf der der zumindest eine Leuchtdiodenchip befestigt ist. Das heißt, die Chipmontagefläche ist nicht uneben ausgebildet, sodass die schiefe Abstrahlcharakteristik des Licht emittierenden Halbleiterbauteils nicht durch eine schiefe, beispielsweise zur Horizontalen verkippte, Anordnung des zumindest einen Leuchtdiodenchips erreicht ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils weist das Licht emittierende

Halbleiterbauteil ein reflektierendes optisches Element auf, das zur Reflexion des im Betrieb des Leuchtdiodenchips erzeugten Lichts eingerichtet ist. Das reflektierende

optische Element umgibt den zumindest einen Leuchtdiodenchip dabei seitlich. Bei dem reflektierenden optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Reflektor handeln, der von der Chipmontagefläche in einem Winkel zur

Chipmontagefläche weg von der Chipmontagefläche verläuft. Das reflektierende optische Element kann dabei den zumindest einen Leuchtdiodenchip vollständig seitlich umgeben. Das reflektierende optische Element umgibt den Leuchtdiodenchip dann beispielsweise rahmenartig. Ferner ist es möglich, dass das reflektierende optische Element den zumindest einen

Leuchtdiodenchip nur stellenweise seitlich umgibt, sodass der zumindest eine Leuchtdiodenchip seitlich nicht vom

reflektierenden optischen Element eingefasst ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils ist das reflektierende optische Element hinsichtlich seiner reflektierenden Eigenschaften inhomogen ausgebildet. Das heißt, an unterschiedlichen Stellen kann das reflektierende optische Element unterschiedlich große

Reflektivitäten oder unterschiedliche Reflexionswinkel aufweisen. Ferner ist es möglich, dass das reflektierende optische Element an manchen Stellen diffus reflektierend und an anderen Stellen gerichtet reflektierend ausgebildet ist. Die unterschiedlichen reflektierenden Eigenschaften des reflektierenden optischen Elements können dabei durch die Wahl unterschiedlicher Materialien und/oder unterschiedlicher Neigungswinkel zur Chipmontagefläche eingestellt werden.

Insbesondere ist es mit einem inhomogen ausgebildeten

reflektierenden optischen Element möglich, die

Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts gezielt schief einzustellen, da beispielsweise die Reflexion in eine bestimmte Richtung durch eine besonders hohe Reflektivität des reflektierenden optischen Elements für Strahlung, die in diese Richtung reflektiert wird, eingestellt werden kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das reflektierende optische

Element eine reflektierende Fläche, die einen Neigungswinkel zur Chipmontagefläche aufweist, wobei sich der Neigungswinkel beim Umlauf um den zumindest einen Leuchtdiodenchip ändert. Beispielsweise ist das reflektierende optische Element dabei als geneigte Fläche ausgebildet, die einen Winkel zur

Chipmontagefläche einschließt. Das reflektierende optische Element kann dabei in einem Bereich einen Neigungswinkel zur Chipmontagefläche aufweisen, der größer 90° ist. Ist die reflektierende Fläche des reflektierenden optischen Elements in diesem Bereich beispielsweise gerichtet reflektierend ausgebildet, so ergibt sich eine Abstrahlcharakteristik von dieser reflektierenden Fläche weg, deren

Hauptabstrahlrichtung senkrecht auf der reflektierenden Fläche steht. Weisen andere Bereiche des reflektierenden optischen Elements reflektierende Flächen mit geringerer Reflektivität und/oder mit einem Neigungswinkel zur

Chipmontagefläche von 90° oder kleiner auf, kann auf diese Weise eine schiefe Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts gezielt eingestellt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umgibt das reflektierende optische Element den zumindest einen Leuchtdiodenchip nur stellenweise

seitlich. Das heißt, es existieren Stellen, an denen der zumindest eine Leuchtdiodenchip nicht vom reflektierenden optischen Element umgeben ist. Vom zumindest einen

Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugtes Licht wird dann

räumlich inhomogen vom reflektierenden optischen Element umgeleitet, was eine entsprechend schiefe

Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts zur Folge hat.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Licht emittierende

Halbleiterbauteil eine Bauteilmontagefläche, die zur

Befestigung des Halbleiterbauteils eingerichtet ist.

Beispielsweise ist die Bauteilmontagefläche durch die

Außenfläche eines Anschlussträgers gebildet, welche der

Chipmontagefläche gegenüberliegt. Die Bauteilmontagefläche weist dabei einen Neigungswinkel zur Chipmontagefläche auf, der ungleich 0° ist. Mit anderen Worten sind die

Bauteilmontagefläche und die Chipmontagefläche nicht parallel zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise ergibt sich bei der Montage des Licht emittierenden Halbleiterbauteils auf einer ebenen Montagefläche eine geneigte Montage des

Halbleiterbauteils. Der Neigungswinkel ist dabei durch den Neigungswinkel einstellbar, den die Bauteilmontagefläche mit der Chipmontagefläche einschließt. Selbst ohne weitere

Maßnahmen, beispielsweise an einem reflektierenden optischen Element des Halbleiterbauteils, ist es auf diese Weise möglich, eine schiefe Abstrahlcharakteristik des auf eine ebene Fläche montierten Licht emittierenden

Halbleiterbauteils zu erreichen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Licht emittierende

Halbleiterbauteil ein Licht brechendes optisches Element, das eine Strahlungseintrittsfläche und eine

Strahlungsaustrittsfläche aufweist. Vom zumindest einen

Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugtes Licht tritt zumindest teilweise durch die Strahlungseintrittsfläche in das Licht brechende optische Element ein und tritt aus der

Strahlungsaustrittsfläche aus diesem wieder aus. Das Licht brechende optische Element ist dabei dazu eingerichtet, die Richtung des durchlaufenden Lichts zu ändern. Beispielsweise handelt es sich bei dem Licht brechenden optischen Element um eine Fresnel- oder eine fresnelartige Linse oder um ein

Prisma. Über das Einstellen der Neigungswinkel der

Strahlungsaustrittsfläche oder von Teilen der

Strahlungsaustrittsfläche des Licht brechenden optischen Elements kann dann eine gezielte Veränderung der

Hauptabstrahlrichtung des durchtretenden Lichts eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist eine entsprechende Strukturierung der Strahlungseintrittsfläche möglich. Die

Strahlungsaustrittsfläche und die Strahlungseintrittsfläche können dabei jeweils an Luft grenzen; darüber hinaus ist es möglich, dass lediglich die Strahlungsaustrittsfläche an Luft grenzt. Die Strahlungseintrittsfläche kann dann

beispielsweise direkt an den zumindest einen Leuchtdiodenchip grenzen. In diesem Fall kann das Licht brechende optische Element ein Vergusskörper sein, der den zumindest einen

Leuchtdiodenchip zumindest stellenweise formschlüssig umgibt und sich zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem zumindest einen Leuchtdiodenchip befindet, wobei die der Chipmontagefläche des Licht emittierenden Halbleiterbauteils abgewandte Strahlungsaustrittsfläche des Vergusskörpers als Ebene ausgebildet sein kann, die in einem Winkel zur

Chipmontagefläche verläuft. Durch Lichtbrechung beim

Lichtaustritt durch diese Strahlungsaustrittsfläche erfolgt dann die gewünschte gezielte Einstellung der schiefen

Abstrahlcharakteristik des vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil im Betrieb abgestrahlten Lichts.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Licht emittierenden Halbleiterbauteils umfasst das Licht emittierende

Halbleiterbauteil einen strahlungsdurchlässigen

Vergusskörper, der den zumindest einen Leuchtdiodenchip zumindest stellenweise formschlüssig umgibt und sich

zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem zumindest einen Leuchtdiodenchip befindet. Der Vergusskörper kann dabei beispielsweise mit Silikon, mit Epoxydharz und/oder mit Glas gebildet sein. Der strahlungsdurchlässige Vergusskörper weist eine konvex von der Chipmontagefläche weg gekrümmte

Strahlungsaustrittsfläche auf, die rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse des Vergusskörpers angeordnet ist. Mit anderen Worten kann der Vergusskörper kuppelartig ausgebildet sein. Der zumindest eine Leuchtdiodenchip ist dabei

unzentriert oder versetzt zur optischen Achse des

Vergusskörpers angeordnet. Auf diese Weise wird durch die Strahlungsaustrittsfläche des Vergusskörpers das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht von der Seite der optischen Achse weggebrochen, an der sich ein Großteil der Abstrahlfläche des zumindest einen

Leuchtdiodenchips befindet. Umfasst das Halbleiterbauteil mehr als einen Leuchtdiodenchip, so sind die

Leuchtdiodenchips insbesondere nicht-symmetrisch bezüglich der optischen Achse des Vergusskörpers angeordnet.

Die hier beschriebenen Maßnahmen zur Einstellung einer schiefen Abstrahlcharakteristik können zur Verstärkung der hier beschriebenen optischen Effekte miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise lassen sich Licht emittierende Halbleiterbauteile realisieren, bei denen ein besonders großer Winkel der Hauptabstrahlrichtung zur Normalen auf einer ebenen Montagefläche des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils eingestellt werden.

Es wird ferner eine Sender-Empfängervorrichtung angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Sender- Empfängervorrichtung ein Licht emittierendes

Halbleiterbauteil, wie es hier beschrieben ist. Das heißt, sämtliche für das Licht emittierende Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für die Sender- Empfängervorrichtung offenbart. Das Licht emittierende

Halbleiterbauteil dient vorzugsweise als Sender der Sender- Empfängervorrichtung. Das Licht emittierende

Halbleiterbauteil sendet elektromagnetische Strahlung aus, welche von einem Empfänger der Sender-Empfängervorrichtung detektiert wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sender- Empfängervorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Licht empfangendes Halbleiterbauteil. Das Licht empfangende

Halbleiterbauteil dient als Empfänger der Sender- Empfängervorrichtung. Das Licht empfangende Halbleiterbauteil umfasst zumindest einen Detektorchip, der vom Licht

emittierenden Halbleiterbauteil der Sender- Empfängervorrichtung erzeugtes Licht im Betrieb der

Vorrichtung detektiert. Das heißt, der Detektorchip ist insbesondere dazu geeignet, die vom Licht emittierenden

Halbleiterbauteil erzeugte elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem

Detektorchip um einen Fotodiodenchip.

Das Licht empfangende Halbleiterbauteil weist eine gezielt eingestellte schiefe Empfangscharakteristik auf. Analog zur schiefen Abstrahlcharakteristik des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils bezeichnet eine schiefe

Empfangscharakteristik, eine Empfangscharakteristik, bei der eine Hauptempfangsrichtung beispielsweise einen Winkel von + 90° mit einer ebenen Montagefläche aufweist, auf welche das Licht empfangende Halbleiterbauteil montiert ist. Die

Hauptempfangsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in der das Licht empfangende Halbleiterbauteil die größte

Empfindlichkeit für die Detektion von elektromagnetischer Strahlung des Senders aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sender- Empfängervorrichtung schneidet die Hauptabstrahlrichtung des Licht emittierenden Halbleiterbauteils eine

Hauptempfangsrichtung des Licht empfangenden

Halbleiterbauteils. Das heißt, die schiefe

Abstrahlcharakteristik des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils und die schiefe Empfangscharakteristik des Licht empfangenden Halbleiterbauteils sind derart zueinander eingestellt, dass die Hauptabstrahlrichtung und die

Hauptempfangsrichtung nicht parallel zueinander verlaufen. Beispielsweise sind die beiden Hauptrichtungen einander zugewandt und schneiden sich in einem spitzen Winkel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sender- Empfängervorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit einer schiefen

Abstrahlcharakteristik und ein Licht empfangendes

Halbleiterbauteil, wobei das Licht empfangende

Halbleiterbauteil zumindest einen Detektorchip umfasst, der vom Licht emittierenden Halbleiterbauteil erzeugtes Licht im Betrieb detektiert und das Licht empfangende

Halbleiterbauteil eine gezielt eingestellte schiefe

Empfangscharakteristik aufweist. Dabei schneiden sich eine Hauptabstrahlrichtung des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils und eine Hauptempfangsrichtung des Licht empfangenden Halbleiterbauteils. Das Licht empfangende Halbleiterbauteil kann ähnlich einem hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauteil ausgebildet sein, lediglich der Leuchtdiodenchip des Licht emittierenden Halbleiterbauteils ist durch den Detektorchip des Licht empfangenden Halbleiterbauteils ersetzt. Sämtliche weiteren strukturellen Merkmale des Licht emittierenden Halbleiterbauteils können für das Licht empfangende

Halbleiterbauteil unverändert bleiben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sender- Empfängervorrichtung ist das Licht empfangende

Halbleiterbauteil ähnlich dem Licht emittierenden

Halbleiterbauteil der Sender-Empfängervorrichtung

ausgebildet, wobei der zumindest eine Leuchtdiodenchip durch den zumindest einen Detektorchip ersetzt ist. In diesem Fall weist die Sender-Empfängervorrichtung einen besonders

einfachen Aufbau auf. Beispielsweise ist das Licht

empfangende Halbleiterbauteil spiegelbildlich zum Licht emittierenden Halbleiterbauteil ausgebildet und der

Leuchtdiodenchip des Licht emittierenden Halbleiterbauteils ist durch den Detektorchip des Licht empfangenden

Halbleiterbauteils ersetzt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sender- Empfängervorrichtung weist das Licht emittierende

Halbleiterbauteil zumindest zwei Leuchtdiodenchips auf, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, wobei das Licht emittierende Halbleiterbauteil für jeden Leuchtdiodenchip eine Hauptabstrahlrichtung

aufweist und das Licht empfangende Halbleiterbauteil zur Detektion des Lichts unterschiedlicher Wellenlängen

vorgesehen ist. Das Licht emittierende Halbleiterbauteil weist in dieser Ausführungsform also zumindest zwei

unterschiedliche Hauptabstrahlrichtungen auf, für jeden der Leuchtdiodenchips eine Hauptabstrahlrichtung, die von den Hauptabstrahlrichtungen der anderen Leuchtdiodenchips

verschieden ist. Das Licht empfangende Halbleiterbauteil kann das Licht unterschiedlicher Wellenlängen der

unterschiedlichen Leuchtdiodenchips empfangen und voneinander trennen. Eine derartige Sender-Empfängervorrichtung eignet sich besonders gut zur Erkennung von Gesten und

Objektbewegungen, insbesondere auch zur Erkennung von Gesten, die beispielsweise mit zwei oder mehreren Fingern, die sich in unterschiedliche Richtungen bewegen, ausgeführt werden.

Ferner eignet sich eine hier beschriebene Sender- Empfängervorrichtung besonders gut als Näherungsschalter. Durch die Verwendung von Halbleiterbauteilen mit schiefen Empfangs- und Abstrahlcharakteristika kann die Reichweite des Näherungsschalters gegenüber herkömmlichen Näherungsschaltern vergrößert werden oder für einen einstellbaren Abstandswert optimiert werden.

Im Folgenden wird das hier beschriebene Licht emittierende Halbleiterbauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 9 sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauteilen näher erläutert .

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 10 und 11 sind hier beschriebene Sender-Empfängervorrichtungen näher erläutert. Anhand der grafischen Auftragung der Figur 8 ist der Begriff "schiefe Abstrahlcharakteristik" näher erläutert.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu

betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Die schematische Schnittdarstellung der Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauteils 1. Das Licht emittierende Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Anschlussträger 9. Bei dem Anschlussträger 9 handelt es sich beispielsweise um einen elektrisch isolierenden Grundkörper, der mit nicht gezeigten elektrischen Anschlussstellen

und/oder elektrischen Leiterbahnen versehen ist. Ferner kann es sich beim Anschlussträger 9 um einen elektrischen

Leiterrahmen (englisch: leadframe) handeln. Der

Anschlussträger 9 weist eine Chipmontagefläche 4 auf, an der ein Leuchtdiodenchip 2 mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen ist. Der Chipmontagefläche 4 gegenüberliegend ist die Bauteilmontagefläche 6 angeordnet, mit der das Licht emittierende Halbleiterbauteil 1 auf eine nicht dargestellte Montagefläche aufgebracht werden kann.

Der Leuchtdiodenchip 2 erzeugt im Betrieb Licht 3. Das Licht 3 weist zunächst eine Hauptabstrahlrichtung auf, die

senkrecht zur Chipmontagefläche 4 verläuft. Das heißt, der Leuchtdiodenchip 2 ist im Rahmen der Herstellungstoleranz derart auf der Chipmontagefläche 4 befestigt, dass eine

Strahlungsaustrittsfläche 2a des Leuchtdiodenchips 2 parallel zur Chipmontagefläche 4 verläuft.

Seitlich ist die Chipmontagefläche 4 mit dem Leuchtdiodenchip 2 von einem reflektierenden optischen Element 5 umgeben, das vorliegend als Reflektorwand ausgebildet ist. Das

reflektierende optische Element 5 kann beispielsweise aus einem diffus reflektierenden Kunststoffmaterial oder einem diffus reflektierenden keramischen Material bestehen.

Vorliegend weist das reflektierende optische Element 5 eine reflektierende Fläche 51 auf, die in einem Neigungswinkel zur Chipmontagefläche 4 angeordnet ist. Dieser Neigungswinkel ändert sich beim Umlauf um den Leuchtdiodenchip 2, sodass er in der Schnittdarstellung der Figur 1 an der rechten Seite 90° beträgt. Die reflektierende Fläche 51 ist im

Ausführungsbeispiel der Figur 1 zusätzlich stellenweise mit einer Beschichtung 52 versehen, die beispielsweise gerichtet reflektierend ausgebildet sein kann. Beispielsweise ist die Beschichtung 52 durch eine Metallisierung der reflektierenden Fläche 51 gebildet. Vorliegend ist die reflektierende Fläche 51 dort mit der Beschichtung 52 versehen, wo der

Neigungswinkel > 90° ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich eine schiefe Abstrahlcharakteristik ergibt, bei der das Maximum der Hauptabstrahlrichtung in einem Winkel von + 90° zur Chipmontagefläche 4 besonders deutlich

ausgeprägt ist. Die Hauptabstrahlrichtung ist dabei von der geneigten, beschichteten reflektierten Fläche 51 weg

gerichtet.

Zur Erläuterung des Begriffs "schiefe Abstrahlcharakteristik" wird auf die Figur 8 verwiesen. Dort ist die

Strahlungsintensität I gegen den Abstrahlwinkel γ, den das abgestrahlte Licht 3 mit der Montagefläche 10, auf der das Licht emittierende Bauteil 1 aufgebracht ist, für zwei

Beispiele gezeigt. Das Beispiel A zeigt die Intensität für ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil ohne schiefe

Abstrahlcharakteristik. Hier verläuft die

Hauptabstrahlrichtung des Lichts 3 in einem 90°-Winkel zur Montagefläche 10. Die Kurve für das Beispiel B betrifft ein hier beschriebenes Licht emittierendes Halbleiterbauteil mit schiefer Abstrahlcharakteristik. In Verbindung mit Figur 2 ist ein weiteres

Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Licht

emittierenden Halbleiterbauteils näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die schiefe Abstrahlcharakteristik - Il ^¬ des Lichts 3 dadurch eingestellt, dass die

Bauteilmontagefläche 6 und die Chipmontagefläche 4 einen Winkel ß + 0 ° miteinander einschließen. Das heißt, die beiden Hauptflächen das Anschlussträgers 9 laufen nicht parallel zueinander, sondern sind zueinander verkippt. Dadurch stellt sich bei der Montage des Licht emittierenden

Halbleiterbauteils 1 auf eine ebene Montagefläche 10 eine schiefe Abstrahlcharakteristik 3 ein. In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der

Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem dem Leuchtdiodenchip 2 ein Licht brechendes optisches Element 7 nachgeordnet ist. Das Licht brechende optische Element 7 weist eine Strahlungseintrittsfläche 71 und eine

Strahlungsaustrittsfläche 72 auf. Vorliegend grenzen beide Flächen an Luft. Lichtbrechung findet sowohl beim Eintritt von Licht 3 durch die Strahlungseintrittsfläche 71 als auch beim Austritt durch die Strahlungsaustrittsfläche 72 statt. Die Strahlungsaustrittsfläche 72 ist vorliegend als nicht symmetrische, gerichtete Fresnellinse ausgebildet, die zu einer Verkippung der Hauptabstrahlrichtung des Lichts 3 weg von der Normalen zur Montagefläche 10 (hier nicht gezeigt) führt. Aufgrund der Gestaltung als Fresnellinse kann

zusätzlich zur Änderung der Hauptabstrahlrichtung auch eine Fokussierung oder Aufweitung des durchtretenden Lichts erfolgen, sodass das Licht brechende optische Element 7 in der vorliegenden Ausführungsform eine Doppelfunktion

wahrnehmen kann. In Verbindung mit dem in der schematischen Schnittdarstellung der Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der

Leuchtdiodenchip 2 von einem Vergusskörper 8 umgeben, der stellenweise direkt an den Leuchtdiodenchip 2 grenzt und diesen stellenweise formschlüssig umgibt. Der Vergusskörper 8 weist eine Strahlungsaustrittsfläche 82 auf, die stellenweise konvex von der Chipmontagefläche 4 weg gekrümmt ist. Die Strahlungsaustrittsfläche 82 ist achsensymmetrisch zur optischen Achse 83 des Vergusskörpers 8 ausgebildet. Der

Leuchtdiodenchip 2 ist vorliegend versetzt, das heißt nicht zu seiner Strahlungsaustrittsfläche 2a zentriert zur

optischen Achse 83 angeordnet. Daraus resultiert ein Umlenken der Hauptabstrahlrichtung des Lichts 3.

Beim in Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der

Leuchtdiodenchip 2 stellenweise in direktem Kontakt mit dem Material eines Licht brechenden optischen Elements 7. Die Strahlungseintrittsfläche 71 des Licht brechenden optischen

Elements 7 grenzt daher direkt an den Leuchtdiodenchip 2. Das Licht brechende optische Element 7 weist eine

Strahlungsaustrittsfläche 72 auf, die vorliegend als ebene Fläche ausgebildet ist, welche einen Winkel + 0° mit der Chipmontagefläche 4 einschließt. Durch Lichtbrechung beim Austritt des vom Leuchtdiodenchip 7 im Betrieb erzeugten Lichts 3 erfährt dieses eine Änderung seiner

Hauptabstrahlrichtung. Daraus resultiert eine schiefe

Abstrahlcharakteristik, welche durch die Neigung der

Strahlungsaustrittsfläche 72 eingestellt werden kann.

In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiterbauteils 1 näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Licht brechende optische Element 7 durch ein Prisma gebildet, das eine

Strahlungseintrittsfläche 71 aufweist, die parallel zur

Chipmontagefläche 4 verläuft und eine Strahlungsaustrittsfläche 72, die in einem Winkel geneigt zur Chipmontagefläche 4 verläuft. Die Strahlungseintrittsfläche 71 grenzt dabei direkt an einen Vergusskörper 8, der den Leuchtdiodenchip 2 formschlüssig umhüllt und zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem Leuchtdiodenchip 2 steht. Der Brechungsindexsprung am Übergang zwischen

Vergusskörper 8 und Licht brechendem optischen Element 7 ist daher kleiner als der Brechungsindexsprung zwischen Luft und Licht brechendem optischen Element 7. Das Prima kann dabei aus einem Glas oder einem Kunststoffmaterial bestehen oder eines dieser Materialien enthalten.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 7 ein Licht emittierendes Halbleiterbauteil 1 näher erläutert, bei dem sowohl die

Strahlungseintrittsfläche 71 als auch die

Strahlungsaustrittsfläche 72 eines als Prisma ausgebildeten Licht brechenden optischen Elements 7 an Luft grenzen.

Zusätzlich zur Änderung der Hauptabstrahlrichtung des abgestrahlten Lichts 3 durch das Licht brechende optische Element 7 erfährt das abgestrahlte Licht eine

Richtungsänderung durch das reflektierende optische Element 5, das hinsichtlich seiner reflektierenden Eigenschaften inhomogen ausgebildet ist, wie dies beispielsweise in

Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 1

beschrieben ist. Auf diese Weise lässt sich in einfacher Art eine besonders starke Richtungsänderung der

Hauptabstrahlrichtung des abgestrahlten Lichts 3 einstellen. Beim in Verbindung mit Figur 9 anhand einer schematischen Schnittdarstellung beschriebenen Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiterbauteils 1 sind die in

Verbindung mit den Figuren 3, 4 und 2 beschriebenen Maßnahmen kombiniert. Das heißt, das Licht emittierende

Halbleiterbauteil weist zumindest einen Leuchtdiodenchip 2 auf, der im Betrieb Licht 3 erzeugt. Ferner weist das Licht emittierende Halbleiterbauteil 1 eine ebene Chipmontagefläche 4 auf, auf der der zumindest eine Leuchtdiodenchip 2

befestigt ist, ein reflektierendes optisches Element 5, das zur Reflexion des im Betrieb des Leuchtdiodenchips erzeugten Lichts eingerichtet ist, eine Bauteilmontagefläche 6, die zur Befestigung des Halbleiterbauteils 1 eingerichtet ist, ein Licht brechendes optisches Element 7, das eine

Strahlungseintrittsfläche 71 und eine

Strahlungsaustrittsfläche 72 aufweist, und einen

strahlungsdurchlässigen Vergusskörper 8, der den zumindest einen Leuchtdiodenchip 2 zumindest stellenweise formschlüssig umgibt und sich zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit dem zumindest einen Leuchtdiodenchip 2 befindet.

Dabei ist das reflektierende optische Element hinsichtlich seiner reflektierenden Eigenschaften inhomogen ausgebildet. Vorliegend ist dazu eine gerichtet reflektierende

Beschichtung 52 auf der diffus reflektierenden Fläche 51 stellenweise aufgebracht. Ferner weist die

Bauteilmontagefläche 6 einen Neigungswinkel ungleich 0 mit der Chipmontagefläche 4 auf. Das Licht brechende optische Element ist dazu eingerichtet, die Richtung von durch die Strahlungseintrittsfläche 71 eintretender und aus der

Strahlungsaustrittsfläche 72 austretender Strahlung zu ändern. Dies ist vorliegend durch die fresnelartige

Ausgestaltung der Strahlungsaustrittsfläche 72 erreicht. Der strahlungsdurchlässige Vergusskörper 8 weist eine konvex gekrümmte Strahlungsaustrittsfläche 82 auf, die

rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse 83 des

Vergusskörpers 8 angeordnet ist und der Leuchtdiodenchip 2 ist unzentriert oder versetzt zur optischen Achse 83

angeordnet .

Das vom Leuchtdiodenchip 2 im Betrieb erzeugte Licht wird also teilweise vom reflektierenden optischen Element 5 gerichtet reflektiert und tritt aus dem Vergusskörper 8 durch die Strahlungsaustrittsfläche 2 aus, die vorliegend an Luft grenzt. Aufgrund der unsymmetrischen Anordnung des

Leuchtdiodenchips 2 im Vergusskörper 8 erfolgt eine weitere Richtungsänderung der Hauptabstrahlrichtung des Lichts. Beim nachfolgenden Durchtritt des Lichts 3 durch das Licht brechende optische Element 7 erfolgt schließlich eine weitere Änderung der Hauptabstrahlrichtung. Die in den Figuren 1 bis 9 dargestellten Licht emittierenden Halbleiterbauteile 1 können auch Licht empfangende

Halbleiterbauteile 1 ' sein, wobei lediglich der

Leuchtdiodenchip 2 durch einen Detektorchip 2 ' zu ersetzen ist .

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 10 und 11 sind hier beschriebene Sender-Empfängervorrichtungen näher erläutert. In Verbindung mit der Figur 10 ist ein erstes

Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Sender- Empfängervorrichtung näher erläutert. Die Sender- Empfängervorrichtung umfasst ein Licht empfangendes

Halbleiterbauteil 1, wie es beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 1 bis 9 beschrieben ist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein Licht empfangendes Halbleiterbauteil 1 ' , wie es ebenfalls beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 1 bis 9 erläutert ist. Beide Halbleiterbauteile 1, 1' sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Sender-Empfängervorrichtung kann dabei beispielsweise auf eine Leiterplatte 13 montiert und dort elektrisch leitend angeschlossen sein.

In der Figur 10 ist gezeigt, dass das Licht emittierende Halbleiterbauteil 1 eine schiefe Abstrahlcharakteristik aufweist. Das Licht empfangende Halbleiterbauteil 1' weist eine schiefe Empfangscharakteristik auf. Die

Abstrahlcharakteristik und die Empfangscharakteristik sind einander zugewandt, sodass es einen Schnittbereich gibt. Ein Objekt 12, das in einem Abstand von der Vorrichtung bewegt wird, reflektiert beispielsweise von der vom Licht

emittierenden Halbleiterbauteil 1 erzeugte elektromagnetische Strahlung in Richtung des Licht empfangenden

Halbleiterbauteils 1 ' .

Die Sender-Empfängervorrichtung, wie sie in der Figur 10 gezeigt ist, eignet sich besonders gut zur Verwendung als Näherungsschalter. Bei der bisherigen Verwendung von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen und Licht empfangenden Halbleiterbauelementen mit nicht schiefer Abstrahl- beziehungsweise Empfangscharakteristik ergibt sich ein

Näherungsschalter, der eine stark begrenzte Reichweite aufweist. Durch die Verwendung von Halbleiterbauteilen 1, 1' mit schiefer Abstrahl- beziehungsweise Empfangscharakteristik kann die Reichweite des Näherungsschalters vergrößert werden oder es ist möglich, den Näherungsschalter für einen

vorgegebenen Abstandswert zu optimieren, bei dem der

Näherungsschalter gegen Veränderungen des Abstands besonders empfindlich ist. In Verbindung mit der Figur 11 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Sender-Empfängervorrichtung näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Licht emittierende Halbleiterbauteil 1 zumindest zwei Leuchtdiodenchips 2, welche elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher

Wellenlänge emittieren. Das Licht emittierende

Halbleiterbauteil weist für die beiden Leuchtdiodenchips unterschiedliche Hauptabstrahlrichtungen auf. Die Verwendung von zumindest zwei Leuchtdiodenchips erlaubt dabei die räumliche Trennung von Objekten im Strahlengang der

Halbleiterbauteile 1, 1'.

Aufgrund der Verwendung von Halbleiterbauteilen mit schiefer Abstrahl- beziehungsweise Empfangscharakteristik können

Sender und Empfänger der Vorrichtung in unmittelbarer Nähe zueinander, zum Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse, verbaut werden, ohne dabei die räumliche Trennung von

Objekten im Strahlengang negativ zu beeinflussen.

Beispielsweise kann die Sender-Empfängervorrichtung gemäß der Figur 11 zur Gestenerkennung und/oder zur

Objektbewegungserkennung Verwendung finden. Auf diese Weise sind mittels der Sender-Empfängervorrichtung beispielsweise gestengesteuerte Geräte, wie gestengesteuerte Mobiltelefone, betreibbar.

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. Insbesondere eignet sich das hier beschriebene

Halbleiterbauteil auch gut für die Verwendung mit einem

Detektorchip - etwa einen Photodiodenchip -, der den

Leuchtdiodenchip ersetzen kann. Bei dem Halbleiterbauteil handelt es sich dann um ein Strahlungsempfangendes

Halbleiterbauteil mit einer gezielt eingestellten schiefen Empfangscharakteristik des vom Strahlungsempfangenden

Halbleiterbauteil im Betrieb empfangenen Lichts. Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele für das Licht emittierende Halbleiterbauteil sind auch für das Strahlungsempfangende Halbleiterbauteil offenbart.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102010012712.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.