Optoelektronisches Halbleiterbauelement,

Beleuchtungseinrichtung und Linse

Es wird eine Linse angegeben. Darüber hinaus wird ein

optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer solchen Linse und eine Beleuchtungseinrichtung mit solchen

optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben.

In der Druckschrift DE 10 2006 050 880 AI sind ein

optoelektronisches Bauteil und eine Beleuchtungseinrichtung angegeben . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Linse anzugeben, die eine davon beabstandete Fläche gleichmäßig ausleuchtet. Weiterhin besteht eine zu lösende Aufgabe darin, ein

Halbleiterbauteil mit einer solchen Linse und eine

Beleuchtungseinrichtung mit solchen Halbleiterbauteilen anzugeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen Träger mit einer Trägeroberseite. Der Träger umfasst oder besteht bevorzugt aus einer Keramik, einem Glas, einer Metallkernplatine oder einer Leiterplatte. Der Träger kann Einrichtungen zu einer elektrischen Kontaktierung aufweisen, zum Beispiel

Durchkontaktierungen und elektrisch leitfähige Beschichtungen in Teilbereichen an der Trägeroberseite und/oder an einer der Trägeroberseite gegenüberliegenden Trägerunterseite.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der an der Trägeroberseite angebracht ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Halbleiterchip um eine Leuchtdiode. Insbesondere basiert der Halbleiterchip auf mindestens einem anorganischen Halbleitermaterial. Optional umfasst der Halbleiterchip ein Konversionselement, wobei das Konversionselement dazu eingerichtet ist, eine in einer aktiven Halbleiterschicht des Halbleiterchips erzeugte elektromagnetische Strahlung wenigstens teilweise in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der Halbleiterchip eine insbesondere der

Trägeroberseite abgewandte Strahlungsdurchtrittsseite auf. Die Strahlungsdurchtrittsseite ist eine Hauptseite des

Halbleiterchips und insbesondere parallel zu der

Trägeroberseite orientiert. Durch die

Strahlungsdurchtrittsseite ist ferner eine Ebene definiert. Insbesondere ist die Strahlungsdurchtrittsseite ein Teil der Ebene, wobei Haupterstreckungsrichtungen der

Strahlungsdurchtrittsseite in der Ebene liegen.

Beispielsweise ist die Ebene senkrecht zu einer

Wachstumsrichtung einer Halbleiterschichtenfolge des

Halbleiterchips orientiert, wobei die Ebene die

Strahlungsdurchtrittsseite möglichst so schneidet, dass die Ebene eine Ausgleichsebene der Strahlungsdurchtrittsseite ist, die sich etwa durch Mittelung über zum Beispiel

Strukturen einer Aufrauung hinweg ergibt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses zumindest eine Linse auf. Die Linse umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche, die eine dem Träger abgewandte Begrenzungsfläche der Linse ist. Bevorzugt ist die

Strahlungsaustrittsfläche eine zusammenhängende, glatte Fläche, über die die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung vollständig oder überwiegend das Halbleiterbauteil verlässt. Es weist die Linse bevorzugt genau eine

Strahlungsaustrittsfläche auf. Glatt kann heißen, dass die Strahlungsaustrittsfläche frei von Ecken und Kanten ist und/oder differenzierbar ist. Die Linse ist wenigstens für einen Teil der im Halbleiterchip erzeugten Strahlung

durchlässig, bevorzugt klarsichtig. Für jeden Punkt der

Strahlungsaustrittsfläche ist eine Höhe angebbar. Die Höhe ist ein Abstand des entsprechenden Punkts der

Strahlungsaustrittsfläche zu der durch die

Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterchips definierten Ebene, gemessen in einer Richtung senkrecht zu der Ebene. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist die Linse ein Minimum auf. Das Minimum befindet sich insbesondere in einem Zentralbereich der Linse. Der

Zentralbereich ist bevorzugt konkav gekrümmt und von einem Randbereich, der bevorzugt konvex gekrümmt ist, umgeben.

Minimum bedeutet, dass zumindest in einer lokalen Umgebung des Minimums die Höhe der Strahlungsaustrittsfläche, bezogen auf die Ebene, am kleinsten ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist die Linse eine optische Achse auf. Zum Beispiel ist die optische Achse senkrecht zu der Ebene, die durch die

Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterchips definiert ist, orientiert und stellt eine Symmetrieachse oder eine Gerade dar, die in wenigstens einer Symmetrieebene der Linse

angeordnet ist. Bevorzugt durchstößt die optische Achse die Strahlungsaustrittsfläche der Linse in dem Zentralbereich, insbesondere in dem Minimum. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist die Linse mindestens zwei lokale Maxima auf, die bevorzugt in dem konvex gekrümmten Randbereich liegen. Mit anderen Worten weisen die Maxima dann einen größeren Abstand zur optischen Achse auf als das Minimum. Ein Maximum ist ein solcher Bereich der Strahlungsaustrittsfläche, der, im

Vergleich zu einer Umgebung an der Strahlungsaustrittsfläche, eine größere Höhe, bezogen auf die durch die

Strahlungsdurchtrittsseite definierte Ebene, aufweist.

Bevorzugt befinden sich die Maxima, in Draufsicht gesehen, jeweils in Eckbereichen der Linse.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist die Linse mindestens einen, besonders bevorzugt

mindestens zwei Verbindungswälle auf. Die Verbindungswälle sind erhabene, bergrückenartige Strukturen der Linse, die von einem der Maxima zu einem anderen der Maxima der

Strahlungsaustrittsfläche reichen. Eine Kammlinie der

Verbindungswälle liegt, bezogen auf die durch die

Strahlungsdurchtrittsseite definierte Ebene, höher als das Minimum der Strahlungsaustrittsfläche und tiefer als die an den Verbindungswall angrenzenden Maxima. Im Bereich der

Kammlinie oder eines höchsten Punktes der Verbindungswälle weisen diese insbesondere, in einem Querschnitt gesehen, eine parabelartige Form auf. Es ist möglich, dass das Minimum vollständig von den Verbindungswällen und/oder den Maxima umrandet oder umrahmt ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Kammlinie, insbesondere in Draufsicht gesehen, eine gerade Linie ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist jeder Verbindungswall einen Sattelpunkt auf. Der

Sattelpunkt liegt höher als das Minimum und tiefer als die an den Verbindungswall grenzenden Maxima. Der Sattelpunkt kann ein tiefster Punkt der Kammlinie des Verbindungswalls sein und gleichzeitig ein höchster Punkt der

Strahlungsaustrittsfläche entlang einer radialen Richtung von der optischen Achse weg.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Strahlungsaustrittsfläche der Linse durch eine zweidimensionale, differenzierbare Funktion beschreibbar und/oder approximierbar. Zweidimensional bedeutet

insbesondere, dass die Funktion von zwei Variablen abhängt, durch die beispielsweise die Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterchips oder eine Ebene parallel zu der

Strahlungsdurchtrittsseite aufspannbar ist, und dass die Funktion einen Funktionswert für eine Koordinate in eine

Richtung senkrecht zu der Strahlungsdurchtrittsseite oder zu dieser Ebene liefert. Das heißt, insbesondere ein mittlerer Verlauf der Strahlungsaustrittsfläche der Linse ist durch diese Funktion wiedergebbar. Beispielsweise entspricht die Funktion einer Formgebung einer Gussform, mit der die Linse hergestellt ist. Mit anderen Worten kann die differenzierbare Funktion eine Sollform der Strahlungsaustrittsfläche sein. Von dieser Sollform können kleinere Abweichungen auftreten, etwa herstellungsbedingt oder durch Unregelmäßigkeiten in einem Material der Linse.

Ist die Strahlungsaustrittsfläche durch eine solche

differenzierbare Funktion wiedergebbar, so liegt den

Begriffen Minimum, Maximum und Sattelpunkt bezüglich dieser Funktion, die die Strahlungsaustrittsfläche wiedergibt, bevorzugt eine Bedeutung in ihrem mathematischen Sinn inne. Insbesondere ist dann in dem Minimum und in den Maxima die erste Ableitung der Funktion gleich Null und an dem Minimum sowie an den Maxima erfolgt ein Vorzeichenwechsel der zweiten Ableitung .

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses für eine

Beleuchtungseinrichtung vorgesehen und weist einen Träger sowie wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist an dem Träger angebracht und weist eine dem Träger abgewandte Strahlungsdurchtrittsseite auf, durch die eine Ebene definiert ist. Außerdem beinhaltet das Halbleiterbauteil eine Linse mit einer

Strahlungsaustrittsfläche. Jeweils bezogen auf eine Höhe über der Ebene weist die Linse ein Minimum, insbesondere in einem Zentralbereich der Strahlungsaustrittsfläche, sowie

mindestens zwei lokale Maxima und mindestens zwei

Verbindungswälle auf. Die Verbindungswälle reichen jeweils von einem der Maxima zu einem anderen der Maxima und umfassen je einen Sattelpunkt, der höher als das Minimum und tiefer als die an den Verbindungswall angrenzenden Maxima liegt. Bevorzugt ist die Linse, beispielsweise über ein Spritzgießen oder ein Spritzpressen, an den Halbleiterchip und an den Träger angeformt.

Mit anderen Worten beinhaltet das Halbleiterbauteil bevorzugt eine Linse, bei der ein um einen Zentralbereich umlaufender Rand keine konstante Höhe aufweist. Hierdurch wird in eine laterale Richtung weg von der optischen Achse, wobei die laterale Richtung definiert ist durch die optische Achse und durch eines der Maxima, ein größerer Strahlungsanteil

emittiert als im Falle einer Linse, die einen Rand mit konstanter Höhe aufweist. Sind die Halbleiterbauteile

beispielsweise in einem quadratischen Raster auf einer

Anschlussplatte einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet, sodass in einer diagonalen Richtung ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen vergrößert ist, so kann durch eine solche Linse mehr Strahlung entlang der diagonalen Richtung emittiert werden und hierdurch eine gleichmäßigere Ausleuchtung einer zu beleuchtenden Fläche erzielt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine laterale Abmessung der Linse, gemessen in der durch die Strahlungsdurchtrittsseite definierten Ebene, höchstens ein Zehnfaches einer lateralen Ausdehnung des

Halbleiterchips entlang derselben Richtung. Insbesondere beträgt die laterale Abmessung der Linse höchstens ein

Fünffaches oder höchstens ein Dreifaches der lateralen

Ausdehnung des Halbleiterchips. Mit anderen Worten ist die laterale Abmessung der Linse vergleichbar mit der lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips. Die Linse ist also

vergleichsweise klein gestaltet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die laterale Abmessung der Linse, gemessen in der Ebene, mindestens 1,5-fach oder mindestens 2-fach so groß wie die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen in

derselben Richtung. Bevorzugt liegt die laterale Abmessung der Linse zwischen einschließlich dem 2,5-Fachen und dem 3,5- Fachen der lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt ein Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima

zwischen einschließlich dem 0,4-Fachen und dem 0,9-Fachen der maximalen lateralen Abmessung der Linse. Die Abmessung der Linse ist hierbei in der Ebene, die durch die

Strahlungsdurchtrittsseite definiert ist, und entlang

derselben Richtung wie der Abstand zwischen den zwei Maxima zu bestimmen. Mit anderen Worten wird der Abstand zwischen den zwei Maxima in Draufsicht auf das Halbleiterbauteil bestimmt, ebenso wie die laterale Abmessung der Linse. Der Abstand zwischen den Maxima liegt insbesondere zwischen einschließlich dem 0,5-Fachen und dem 0,85-Fachen der lateralen Abmessung der Linse.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine Höhe Hg des Sattelpunkts mindestens ein 1,05- Faches, bevorzugt mindestens ein 1,2-Faches einer Höhe H _m j_ _n des Minimums. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Höhe Hg des Sattelpunkts höchstens ein 2,0-Faches oder höchstens ein 1,5-Faches der Höhe H _m -; _n des Minimums. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine Höhe H _max der Maxima, bezogen auf die Ebene, jeweils mindestens ein 1,05-Faches oder mindestens ein 1,25- Faches der Höhe H _mj _ _n des Minimums. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Höhe H _max der Maxima jeweils höchstens ein 2,25- Faches oder ein 1,75-Faches der Höhe H _m j_ _n des Minimums.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt die Höhe H _m j_ _n des Minimums, bezogen auf die Ebene, höchstens ein 4,0-Faches oder höchstens ein 1,0-Faches einer Kantenlänge des Halbleiterchips. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Höhe H _m j_ _n des Minimums mindestens ein 0,6-Faches oder mindestens ein 0,8-Faches der Kantenlänge des

Halbleiterchips. Ist der Halbleiterchip quadratisch geformt, so ist die Kantenlänge eine Seitenlänge oder eine mittlere Seitenlänge des Halbleiterchips, in Draufsicht gesehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist ein Betrag einer mittleren Krümmung der Strahlungsaustrittsfläche der Linse in dem Zentralbereich kleiner als ein Betrag der Krümmung in den Maxima und in den Sattelpunkten. Mit anderen Worten ist die

Strahlungsaustrittsfläche im Bereich der Maxima und der Sattelpunkte, im Vergleich zu dem Zentralbereich, stärker gekrümmt .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der Betrag der Krümmung der Strahlungsaustrittsfläche einen Maximalwert an einer solchen Stelle der

Strahlungsaustrittsfläche der Linse auf, die weiter von der optischen Achse beabstandet ist als der Sattelpunkt oder das Maximum. Die Linse ist dabei in einem Querschnitt zu sehen, wobei der Querschnitt parallel zur und durch die optische Achse sowie durch den entsprechenden Sattelpunkt oder das entsprechende Maximum verläuft. Mit anderen Worten liegt eine maximale Krümmung dann nicht in dem Maximum oder in dem

Sattelpunkt vor, sondern an einer Stelle der

Strahlungsaustrittsfläche, die weiter von der optischen Achse entfernt liegt. Bevorzugt ist der Betrag der Krümmung in lateraler Richtung in einem Bereich maximal, der außerhalb eines von den Maxima und den Kammlinien der Verbindungswälle umgebenen Bereichs der Strahlungsaustrittsfläche liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt ein Winkel Θ2 zwischen der optischen Achse und den Sattelpunkten, bezogen auf einen Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Strahlungsdurchtrittsseite des

Halbleiterchips, zwischen einschließlich 30° und 50°, insbesondere zwischen einschließlich 35° und 45°. Alternativ oder zusätzlich liegt ein Winkel θΐ zwischen der optischen Achse und den Maxima, bezogen auf den Durchstoßpunkt, zwischen einschließlich 35° und 60°, insbesondere zwischen einschließlich 40° und 55°. Bevorzugt gilt ferner, dass der Winkel Θ2 jeweils kleiner ist als der Winkel θΐ .

Darüber hinaus wird eine Beleuchtungseinrichtung und eine Linse angegeben. Die Beleuchtungseinrichtung beinhaltet bevorzugt eine Mehrzahl von optoelektronischen

Halbleiterbauteilen, wie in Verbindung mit einem oder mehreren der vorangegangen Ausführungsformen angegeben. Die Linse ist zum Beispiel in einer Ausführungsform der

Halbleiterbauteile, wie vorangehend angegeben, eingesetzt. Merkmale für das optoelektronische Halbleiterbauteil sind daher auch für die Beleuchtungseinrichtung sowie für die Linse offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen sowie eine

Anschlussplatte. Bei der Anschlussplatte kann es sich um eine Platine und/oder um eine Leiterplatte handeln. Mindestens ein Teil der Halbleiterbauteile ist an Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters auf der Anschlussplatte angeordnet.

In mindestens einer Ausführungsform der Linse ist diese für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil für eine

Beleuchtungseinrichtung vorgesehen und weist eine

Strahlungsaustrittsfläche und eine optische Achse auf. Die Strahlungsaustrittsfläche weist ein Minimum auf, das

insbesondere von der optischen Achse durchstoßen ist und insbesondere in einem Zentralbereich der

Strahlungsaustrittsfläche liegt. Weiterhin weist die

Strahlungsaustrittsfläche mindestens zwei Maxima sowie mindestens einen, besonders bevorzugt mindestens zwei

Verbindungswälle auf. Über die Verbindungswälle ist jeweils eines der Maxima mit einem anderen der Maxima wallartig verbunden. Die Verbindungswälle, zusammen mit den Maxima, umringen das Minimum in einer lateralen Richtung vollständig. Jeder Verbindungswall weist einen Sattelpunkt auf, der höher als das Minimum und tiefer als die an den Verbindungswall angrenzenden Maxima liegt.

Nachfolgend wird eine hier beschriebene Linse, ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie eine hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß

dargestellt sein.

Es zeigen: Figuren 1 bis 3, 8 und 12 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,

Figuren 4 bis 6 und 9 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen

Linsen,

Figur 7 schematische Darstellung einer Abwandlung

einer Linse,

Figuren 10 und 11 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen

Beleuchtungseinrichtungen, und Figur 13 eine schematische Darstellung einer

Abstrahlcharakteristik eines hier beschriebenen Halbleiterbauteils in einem optischen Fernfeld.

In Figur 1A ist eine schematische, perspektivische

Darstellung und in Figur 1B eine Draufsicht auf ein

Halbleiterbauteil 10 gezeigt. Weiterhin ist in Figur 2A eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA aus Figur 1B und in Figur 2B eine Schnittdarstellung entlang der Linie BB in

Figur 1B illustriert. In den Figuren 2C, 2D und 2E sind Höhen h sowie ein Betrag eines Krümmungsradiuses |κ| zu einer Linse 1 des Halbleiterbauteils 10 gemäß Figur 1 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 10 weist einen zum Beispiel keramischen Träger 12 mit einer Trägeroberseite 11 auf. Auf der

Trägeroberseite 11 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 13 mit einer Strahlungsdurchtrittsseite 14 angebracht. Bei dem Halbleiterchip 13 handelt es sich bevorzugt um eine

Leuchtdiode, die im Betrieb ultraviolette und/oder sichtbare Strahlung emittiert. Der Träger 12 umfasst ferner elektrische Anschlüsse 18, die an der Trägeroberseite 11 sowie an einer der Trägeroberseite 11 gegenüberliegenden Trägerunterseite angebracht und zu einer elektrischen Kontaktierung des

Halbleiterchips 13 eingerichtet sind. Durch die dem Träger 12 abgewandte Strahlungsdurchtrittsseite 14 des Halbleiterchips 13 ist eine Ebene P definiert, die parallel zur

Trägeroberseite 11 orientiert ist und wobei die

Strahlungsdurchtrittsseite 14 ein Teil der Ebene P ist.

Die Linse 1 ist, beispielsweise über ein Spritzgießen oder ein Spritzpressen, auf dem Träger 12 erzeugt und an den

Träger 12 sowie an den Halbleiterchip 13 formschlüssig angeformt. Mit anderen Worten ist kein Luftspalt zwischen dem Halbleiterchip 13 und der Linse 1 ausgebildet. Da die Linse 1 an den Träger 12 angeformt ist, sind keine Haltevorrichtungen an der Linse 1 ausgebildet. Eine mechanische Fixierung der Linse an dem Träger 12 erfolgt also über Adhäsionskräfte eines Materials der Linse 1 mit insbesondere der

Trägeroberseite 11 und den elektrischen Anschlüssen 18.

Zur Verbesserung einer Haftung der Linse 1 an der

Trägeroberseite 11 ist der Linse 1 optional ein Sockel 90 angegliedert, der sich über die gesamte Trägeroberseite 11 erstreckt. Eine dem Träger 12 abgewandte Oberseite des

Sockels 90 verläuft bevorzugt parallel zur Trägeroberseite 11. In einem Übergangsbereich zwischen der Linse 1 und dem Sockel 90 ist eine Randverrundung 9 ausgebildet, über die ein sanfter Übergang zwischen der Linse 1 und dem Sockel 90 gewährleistet ist. Durch die Randverrundung 9 können

insbesondere Materialspannungen sowie eine Gefahr einer

Rissbildung in oder an der Linse 1 reduziert sein. Eine Höhe der Randverrundung 9 beträgt zum Beispiel höchstens 25 % oder höchstens 15 % der Höhe der Maxima 7, bezogen auf die

Oberseite des Sockels 90 oder bezogen auf die Ebene P.

Die Linse 1 weist eine Strahlungsaustrittsfläche 2 auf, durch die die im Halbleiterchip 13 im Betrieb erzeugte Strahlung das Halbleiterbauteil 10 verlässt. Eine optische Achse 0 der Linse 1 verläuft senkrecht zu der Ebene P, bevorzugt auch zentral durch den Halbleiterchip 13. In einem Zentralbereich 3 der Linse 1 befindet sich ein Minimum 5. Im Bereich des Minimums 5 ist die Strahlungsaustrittsfläche 2 von der optischen Achse 0 durchstoßen. Weiterhin umfasst die Linse 1 vier Maxima 7 sowie vier Verbindungswälle 8, die das Minimum 5 in dem Zentralbereich 3 vollständig rahmenartig umgeben, vergleiche insbesondere Figur IB. Die Maxima 7 liegen jeweils auf einer gleichen Höhe H _max , bezogen auf die Ebene P. Die Verbindungswälle 8, die sich zwischen jeweils zwei der Maxima 7 erstrecken, umfassen je einen Sattelpunkt 6, der höher als das Minimum 5 und tiefer als die Maxima 7 liegt.

Durch eine x-Achse und durch eine y-Achse, vergleiche Figur 1B, ist die Linse 1 in Draufsicht gesehen in vier Quadranten aufgeteilt. Die vier Quadranten der Linse 1 sind gleichartig geformt. In Draufsicht gesehen weist die Linse 1 eine

quadratische Grundform mit abgerundeten Ecken auf.

Der Halbleiterchip 1 weist beispielsweise eine Kantenlänge E von zirka 750 μιη auf, vergleiche Figur 2A. Eine laterale Abmessung L der Linse, gemessen in der Ebene P, liegt gemäß Figur 2A bei zirka 2100 μιη. Ein Abstand T zwischen den Maxima 7 liegt bei zirka 1500 μιτι, ein Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Sattelpunkten 6 bei zirka 1600 μιη. Da die Linse 1 einen quadratischen Grundriss aufweist, sind der Abstand T', die laterale Abmessung L' sowie die laterale Ausdehnung D' des Halbleiterchips 13 gemäß der

Schnittdarstellung in Figur 2B jeweils um einen Faktor V2 größer als gemäß Figur 2A. Eine Höhe H _m j_ _n des Minimums 5 beträgt zirka 730 μιτι, eine Höhe Hg der Sattelpunkte 6 zirka 990 μιη und die Höhe H _max der Maxima 7 liegt bei ungefähr 1080 μιη. Eine gesamte laterale Ausdehnung des Trägers 12, vergleiche Figur 2A, liegt bei ungefähr 3,0 mm.

In Figur 2C ist ein Verlauf der Strahlungsaustrittsfläche 2 der Linse 1 entlang der x-Achse dargestellt, aufgetragen in mm gegenüber der Höhe h über der Ebene P. In Figur 2D ist eine entsprechende Darstellung entlang der Linie BB in Figur 1B gezeigt. In Figur 2E ist schließlich ein Betrag der Krümmung |κ| der Strahlungsaustrittsfläche 2 entlang der Linien AA und BB in Figur 1B illustriert.

Die Höhe h der Strahlungsaustrittsfläche 2 der Linse 1 lässt sich, bezogen auf die Ebene P, durch ein Polynom achten

Grades angeben. Insbesondere ist das Polynom eine

zweidimensionale Funktion und hat die Form h(x,y)=a _Q +a _] _x+a2y+a3 (x ² +y2 ) +34 (x ⁴ +y4 ) (x^y2 ) + _a g (x^+y^) +a ( _x ⁴ y ² +x ² y ⁴ ) +a ₈ (x ⁸ +y ⁸ )

Insbesondere mit einer Toleranz von höchstens dem 0,1-Fachen, bevorzugt von höchstens dem 0,05-Fachen oder von höchstens dem 0,02-Fachen liegt ein jeweiliger realer Wert der Höhe h(x,y) an dem Wert, der sich aus der oben genannten Formel ergibt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Toleranz für die Höhe h(x,y) höchstens 0,3 mm oder höchstens 0,1 mm.

Mindestens die Koeffizienten ag, sind Φ 0. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind alle Koeffizienten, außer den Koeffizienten a _] _ und a2, Φ 0. Bevorzugt sind die Koeffizienten ag, ag > 0 und/oder die Koeffizienten aq, 35, a7 und ag < 0. Bevorzugt gilt weiterhin, dass der Betrag des Koeffizienten a5 größer ist als der Betrag des

Koeffizienten aq, der wiederum bevorzugt kleiner ist als der Betrag des Koeffizienten a^ . Weiterhin können, vom Betrag her, die Koeffizienten ag und ag größer sein als die

restlichen Koeffizienten, wobei insbesondere der Betrag des Koeffizient ag maximal ist. Speziell mit der angegebenen Toleranz für die Höhe h(x,y) gilt für die Linse gemäß Figur 1 der folgende Zusammenhang: h(x,y) = 0, 73 + 0, 44(x ² +y ² ) - 0,22(x ⁴ +y ⁴ ) -0,31(x ² y ² ) + l,64(x ⁶ +y ⁶ )- 0, 18 (x ⁴ y ² +x ² y ⁴ ) - 2,12(x ⁸ +y ⁸ )

In dem Zentralbereich 3 ist die die Strahlungsaustrittsfläche 2 der Linse 1 konkav und in dem Randbereich 4 konvex

gekrümmt. Eine Grenze des Zentralbereichs 3 zu dem

Randbereich 4 verläuft somit insbesondere entlang einer

Linie, an der sich ein Vorzeichen der Krümmung der

Strahlungsaustrittsfläche 2 ändert. Die Sattelpunkte 6 sowie die Maxima 7 liegen jeweils in dem Randbereich 4. Eine Stelle mit einem maximalen Betrag der Krümmung der

Strahlungsaustrittsfläche 2 liegt weiter von der optischen Achse O entfernt als die Maxima 7 und die Sattelpunkte 6, vergleiche Figur 2E. Die optional vorhandene Randverrundung 9 und der Sockel 90 sind in den Figuren 2C, 2D und 2E sowie in den angegebenen Formeln jeweils nicht berücksichtigt.

Eine Abstrahlcharakteristik der Linse 1 ist entlang der Linie AA aus Figur 1B in Figur 3A und entlang der Linie BB gemäß Figur 1B in Figur 3B illustriert. Die im Folgenden

angegebenen Winkel und Winkelbereiche sind bezogen auf die optische Achse 0 und auf einen Durchstoßpunkt der optischen Achse 0 durch die Strahlungsdurchtrittsseite 14 des

Halbleiterchips 13, siehe auch die Figuren 2C und 2D.

In einem ersten Winkelbereich I von zirka 0° bis zirka 25° erfolgt jeweils eine Brechung von im Durchstoßpunkt der

Strahlungsdurchtrittsseite 14 emittierter Strahlung bei

Durchgang durch die Strahlungsaustrittsfläche 2 der Linse 1 von der optischen Achse 0 weg, siehe die Strahlen Rl und R3 in Figur 3. In einem optional gegebenen Winkelbereich II von zirka 26° bis zirka 40° erfolgt eine interne Totalreflexion an der Strahlungsaustrittsfläche 2, sodass eine Strahlung weg von der optischen Achse 0 gelenkt wird, vergleiche die

Strahlen R2 und R4. In einem dritten Bereich III, der

vergleichsweise klein ist, erfolgt eine Brechung von

Strahlung von der optischen Achse 0 weg. In einem vierten Bereich IV erfolgt wiederum eine Brechung zu der optischen Achse 0 hin, in einem Winkelbereich von zirka 45° bis zirka 84°. In einem fünften Bereich V zwischen ungefähr 84° und 90° erfolgt erneut eine Brechung zu der optischen Achse 0 hin. Gemäß Figur 3A liegt ein Grenzwinkel Θ2, bis zu dem hin an der Strahlungsaustrittsfläche 2 eine Brechung weg von der optischen Achse 0 erfolgt, bei zirka 41,2°, gemäß Figur 3B bei zirka 47,5°. Eine Winkelposition der Sattelpunkte 6 liegt ferner bei ungefähr bei zirka 38,5°, siehe Figur 3A, und eine Winkelposition der Maxima 7 bei zirka 43,6°, siehe Figur 3B.

Ein Verlauf der Strahlen bezieht sich in den Figuren 2 und 3 jeweils auf einen Brechungsindex eines Materials der Linse 1 von zirka 1,4. Bei Materialien mit davon abweichendem

Brechungsindex ist eine Form der Strahlungsaustrittsfläche 2 anzupassen, um einen entsprechenden Verlauf der Strahlen zu erzielen .

In den Figuren 4 bis 6 sind weitere Ausführungsbeispiele der Linse 1 dargestellt, siehe die Draufsichten in den Figuren

4A, 5A, 5B sowie die Schnittdarstellungen in den Figuren 4B, 6A, 6B . Gemäß Figur 4 weist die Linse 1 zwei Maxima 7 sowie zwei Verbindungswälle 8 und zwei Sattelpunkte 6 auf. Die Verbindungswälle 8 sind gekrümmt geformt, siehe Figur 4A, und schließen das Minimum 5 ringsum vollständig ein, zusammen mit den Maxima 7. Kammlinien der Verbindungswälle 8 sind in den Figuren als Strich-Linien gezeichnet. In Draufsicht gesehen ist eine Grundform der Linse 1 rechteckig, mit abgerundeten Ecken, wobei sich die Maxima 7 an den Ecken befinden.

Die Linse 1 gemäß Figur 5A weist in Draufsicht eine

dreieckige Grundform auf und umfasst drei Maxima 7 sowie drei Sattelpunkte 6. Die Linse 1 gemäß Figur 5B ist in Draufsicht sechseckartig geformt und weist, wie auch die Linse gemäß 5A, abgerundete Ecken auf. Die Verbindungswälle 8 verbinden die zugehörigen Maxima, in Draufsicht gesehen, in einer geraden Linie. Die Linse 1 kann also eine gleiche Anzahl von Maxima, Sattelpunkten und Verbindungswällen aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele der Linse 1 gemäß den Figuren 4 und 5 folgen aufgrund der nicht 4-zähligen Geometrie nicht der in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und 2 angegebenen Formel. Die in Verbindung mit dem

Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und ausführlich

erläuterten Merkmale können aber in analoger Weise auch für die anderen Ausführungsbeispiele der Linse 1 herangezogen werden.

In Figur 6 ist die Linse gemäß Figur 1 modifiziert. Gemäß Figur 6A sind die Koeffizienten ai Φ 0 und a2 = 0. Hierdurch weisen die Maxima 7a, 7b unterschiedliche Höhen H _max ^ _] _ und H _maXi 2 auf. Gemäß Figur 6B sind beide Koeffizienten a _] _ und a2 gleich groß und von 0 verschieden. Die Maxima 7a, 7b, 7c liegen hierdurch auf unterschiedlichen Höhen. Ebenso ist es möglich, dass dann der Sattelpunkt 6a höher liegt als das Maximum 7c. Durch eine derartige Ausgestaltung der Linse 1, wie in den Figuren 6A, 6B gezeigt, ist eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik erzielbar. Solche Linsen 1 können beispielsweise in Eckbereichen einer Anschlussplatte einer Beleuchtungseinrichtung eingesetzt werden. In Figur 7 ist eine Abwandlung einer Linse gezeigt. Die Linse weist eine in Draufsicht gesehen rechteckige Grundform auf, siehe Figur 7A. Die zwei Maxima 7 sind über nur einen

Verbindungswall 8 verbunden, wodurch das Minimum 5 mit dem Sattelpunkt 6 zusammenfällt, siehe auch die

Schnittdarstellung in Figur 7B.

Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 10 gemäß Figur 8A, gezeigt in einer Schnittdarstellung, umfasst der Halbleiterchip 13 an der Strahlungsdurchtrittsseite 14 ein Konversionselement 20, beispielsweise in Form eines

aufgeklebten oder aufgedruckten Plättchens. Über das

Konversionselement 20 wird mindestens ein Teil der in einer aktiven Halbleiterschicht des Halbleiterchips 13 erzeugten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge

umgewandelt. Die Linse 1 ist formschlüssig an den

Halbleiterchip 13 mit dem Konversionselement 20 angeformt. Gemäß Figur 8B umgibt das Konversionselement 20 einen

Halbleiterkörper des Halbleiterchips 13, mit Ausnahme einer dem Träger 12 zugewandten Seite, allseitig. Auch in diesem Fall ist die Linse 1 formschlüssig mit dem Halbleiterchip 13 und dem Träger 12 ausgebildet.

Bei dieser Ausgestaltung der Linse 1 gemäß Figur 8 weist die Linse 1 also keine Strahlungseintrittsfläche auf. Das heißt, dass keine Zwischenschicht zwischen einem Material der Linse 1 und dem Halbleiterchip 13 vorhanden ist. Hiervon

abweichende Möglichkeiten der Gestaltung der Linse 1 sind in den Schnittdarstellungen gemäß Figur 9 gezeigt. Laut Figur 9A ist eine Strahlungseintrittsfläche 21 der Linse 1 planar geformt. In Figur 9B ist die Linse 1 mit einer Ausnehmung 22 versehen, die quaderartig geformt ist und in der sich die Strahlungseintrittsfläche 21 befindet. Optional kann die Linse 1 Verankerungselemente 24 aufweisen, über die die Linse 1, beispielsweise über ein Stecken, an einen in Figur 9B nicht gezeichneten Träger arretierbar ist. Ein

Zwischenraum zwischen der Strahlungseintrittsfläche 21 und einem in der Ausnehmung 22 angebrachten Halbleiterchip 13, in Figur 9 nicht dargestellt, kann mit einem Verbindungsmittel oder mit einem Material zu einer Brechungsindexanpassung ausgefüllt sein. Gemäß Figur 9C sind laterale Bereiche der Linse 1 mit einer Aufrauung 23 versehen. Laut Figur 9D weist die Linse 1 eine Ausnehmung 22 auf und die

Lichteintrittsfläche 21 ist kuppelartig geformt.

In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer

Beleuchtungseinrichtung 100 gezeigt. Auf einer Oberseite 16 einer Anschlussplatte 15 sind an Gitterplätzen eines

regelmäßigen Gitters in Abständen G mehrere der

Halbleiterbauteile 10 montiert. Der Abstand G, gerechnet zwischen den optischen Achsen 0 benachbarter

Halbleiterbauteile 10, liegt bevorzugt zwischen

einschließlich 20 mm und 200 mm und entspricht auch einer Gitterkonstanten G des Gitters. Die Oberseite 16 kann diffus oder spekular reflektierend ausgeführt sein. Ein

Reflexionskoeffizient der Oberseite 16 beträgt bevorzugt mindestens 90 % oder mindestens 92,5 %. Spekular

reflektierend bedeutet hierbei, dass sich die Oberseite 16 wie eine glatte Spiegeloberfläche verhält. Weiterhin weist die Beleuchtungseinrichtung 100 eine Streuplatte 17 auf. Die Streuplatte 17 ist zum Beispiel in einer Entfernung W zwischen einschließlich 10 mm und 100 mm zu der Oberseite 16 der Anschlussplatte 15 angebracht.

Bei der Streuplatte 17 kann es sich um eine Platte handeln, die eine Reflektivität und ein Transmissionsvermögen von je zirka 50 % aufweist. Ebenso kann es sich um eine Platte handeln, die eine Reflektivität von zirka 75 % und eine

Transmission von zirka 18 % aufweist. Bei der Entfernung W von 37 mm und bei Linsen 1 gemäß Figur 1 ist ein Quotient aus einer lokalen, minimalen Energiedichte und einer lokalen, maximalen Energiedichte an einer der Anschlussplatte 15 abgewandten Seite der Streuplatte 17 größer als zirka 94 %, ohne die Streuplatte 17 ist dieser Quotient, in derselben Ebene bestimmt, größer als zirka 89 %. Eine Farbinhomogenität beträgt, bezogen auf eine c _x -Koordinate in der CIE-

Normfarbtafel bei einem c _x -Wert um 0,27, jeweils höchstens 0,01. Bei der Entfernung W von nur 30 mm und mit auf diese geringere Entfernung W gegenüber den Linsen 1 aus Figur 1 modifizierten Linsen, hier nicht dargestellt, liegt dieser Quotient ohne die Streuplatte 17 bei mehr als zirka 70 % und mit Streuplatte 17 bei mehr als zirka 84 %. Die

Farbinhomogenität, bezogen auf die c _x -Koordinate in der CIE- Normfarbtafel , beträgt ohne Streuplatte 17 höchstens 0,02 und mit Streuplatte 17 höchstens 0,01.

Mit anderen Worten ist durch die dargestellte

Beleuchtungseinrichtung 10 eine sehr homogene Beleuchtung einer Fläche zum Beispiel nahe der Streuplatte 17 erzielbar, bei einer nur geringen Dicke der Beleuchtungseinrichtung 100. Dies ist insbesondere durch die Linsen 1 ermöglicht.

In Figur 11 sind Draufsichten auf die Anschlussplatte 15 von weiteren Ausführungsbeispielen der Beleuchtungseinrichtung 100 dargestellt. Gemäß Figur IIA ist das Gitter, in dem die Halbleiterbauteile 10 angeordnet sind, quadratisch, gemäß Figur IIB hexagonal . Eckbereiche der Linsen 1 der

Halbleiterbauteile 10 weisen jeweils in solche Richtungen, die Winkelhalbierenden zwischen nächstbenachbarten

Gitterpunkten entsprechen. Dadurch ist eine vergleichsweise hohe Lichtintensität entlang dieser Richtungen, gemäß Figur IIA also etwa entlang von Diagonalen, erzielbar. An Ecken und/oder Rändern der Anschlussplatte 15 können die

Halbleiterbauteile 10 gedreht angeordnet oder beispielsweise gemäß Figur 6 geformt sein.

Bei den Halbleiterbauteilen 10 gemäß Figur 11 handelt es sich insbesondere um Halbleiterbauteile, die weißes Licht

emittieren, also beispielsweise um Halbleiterbauteile 10 gemäß Figur 8. Ebenso ist es möglich, dass ein

Halbleiterbauteil 10 einen im Roten, einen im Grünen und einem im Blauen emittierenden Halbleiterchip 13a, 13b, 13c aufweist. Die Halbleiterchips 13a, 13b, 13c sind bevorzugt je mit einer eigenen Linse la, lb, lc versehen und auf dem gemeinsamen Träger 12 angeordnet. Die Linsen la, lb, lc weisen bevorzugt ferner, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, verkleinerte Abmessungen auf, siehe Figur 12A. Gemäß Figur 12B ist auf dem gemeinsamen Träger 12 ein

Halbleiterchip 13a unter der Linse la angebracht, der weißes Licht emittiert. Zusätzlich ist ein Halbleiterchip 13b mit einer vergleichsweise kleinen Linse lb angebracht, der Licht im roten Spektralbereich emittiert. Solche Halbleiterbauteile 10 können, insbesondere beim Einsatz der

Beleuchtungseinrichtung 100 zu Zwecken der

Allgemeinbeleuchtung, einen hohen Farbwiedergabeindex der emittierten Strahlung gewährleisten. Alternativ zu der Ausführung gemäß Figuren 12A und 12B ist es ebenso möglich, dass je eine Linse und der zugehörige Halbleiterchip auf einem eigenen, separaten Träger montiert sind. In den Figuren 13A und 13B ist eine Intensität I in einem optischen Fernfeld, aufgetragen in willkürlichen Einheiten, in Abhängigkeit von dem Abstrahlwinkel Θ in zur optischen Achse 0 dargestellt. Gemäß Figur 13A handelt es sich um das Halbleiterbauteil 10 nach den Figuren 1 und 2. In Figur 13B ist die Intensität I im optischen Fernfeld für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils gezeigt.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 007 751.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.