光电设备和用于其制造的方法

本申请要求德国专利申请DE 10 2018 131 024.2的优先权，其公开内容在此通过参考并入本文。

技术领域

本发明涉及一种光电设备以及一种用于制造光电设备的方法。

背景技术

从现有技术中已知以下光电设备，其中，光电半导体构件布置在载体的上侧上。光电半导体构件能够是光探测器或光发射器。对于某些应用，会期望或需要的是，只要光电半导体构件是光探测器，光电设备对于待探测的光提供一定方向特性。以相应的方式能够期望或需要的是，只要光电设备为光发射器，光电设备对于待放射的光提供一定的方向特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的光电设备，该光电设备关于探测来自不同空间角度范围的光具有灵敏性，或者该光电设备允许光在空间角范围中对准的放射。

该目的通过具有权利要求1的特征的光电设备实现。在从属权利要求中给出本发明的优选的实施方式和改进方案。

根据本发明的光电设备包括：至少一个光电半导体构件；载体，在载体上侧上布置有半导体构件；和至少一个与光电半导体构件相关联的光通道，光通道在光通道的第一端部与光通道的第二端部之间延伸，第一端部远离半导体构件的光活性的表面，并且第一端部具有到外部空间中的口，其中，光通道的第二端部具有定向到半导体构件的光活性的表面上的口，其中，光通道具有在两个端部之间延伸的空腔，其中，内壁包围空腔，并且其中，内壁的至少一个子区域或整个内壁构造为反射性的。

因此，在光电设备中，光能够从外部经由位于光通道的第一端部处的口到达光通道中。通过反射性地构造的内壁或通过内壁的反射性的子区域能够将光尤其通过一次或多次反射沿着光通道的延伸方向引导并且引到半导体构件的光活性的表面上。只要半导体构件为光探测器，就能够由半导体构件探测光。在此，由于反射性的内壁能够至少近似地实现朗伯接收特性(Lambertsche Empfangscharakteristik)。

如果半导体构件是光发射器，则经由半导体构件的光活性的表面放射的光能够到达光通道的第二端部处的口中，并且到达光通道的空腔中，尤其通过在空腔的内壁处一次或多次反射偏转至光通道的第一端部。光在光通道的第一端部处的口处能够到达外部空间中。

光通道的第一端部处的口指向外部空间的方向基本上确定了光电设备的方向或辐射特性。如果半导体构件是光源，则从口射出的辐射至少主要沿口方向放射到外部空间中。如果半导体构件是光探测器，则至少基本上将相反于口方向射到光通道的第一端部上的光借助于光通道的空腔到达半导体构件的光活性的表面上。因此，光电设备的辐射特性或光特性具有与光通道的口到外部空间中的定向的相关性。例如，如果需要将光电设备、例如在机动车的内部空间中的光电设备用作为定向的光源，或者如果需要将光电设备用于光探测、例如作为太阳高度传感器，这例如能够有助于实现方向相关的光探测。

在光电设备中能够提出：内壁的至少一个子区域或整个内壁具有反射性的或反光的覆层。由此，能够以简单的方式至少在内部的该子区域中实现高反射率。

空腔能够填充有透光材料，例如硅树脂或环氧树脂。

在此，根据半导体构件是否设计为发射器或探测器，能够利用光表示由半导体构件发射或探测的任何电磁辐射。特别地，术语光不仅能够包括可见光，而且也包括紫外光和/或红外光。

该光电设备能够在载体的上侧上具有至少两个光学半导体构件，其中，相应的、单独的光通道与每个半导体构件相关联，光通道的位于第二端部处的口定向到相应的半导体构件的光活性的表面上，并且光通道的位于第一端部处的口定向到外部空间中。因此，能够在载体上侧上设有两个或还有更多个光电半导体构件。在此，每个半导体构件与自己的光通道相关联。每个光通道具有在其第一端部与其第二端部之间延伸的空腔，空腔可选地能够填充有透光材料。在此，内壁包围相应的空腔，并且内壁的至少一个子区域构造为反射性的，例如借助于反射性的或反光的覆层。

在此，光电半导体构件例如能够是光探测器。每个光通道能够将来自外部空间的光引导到相关联的半导体构件的光活性的表面上，以便探测光。探测到的辐射的强度在此还取决于相应的通道的口沿何种方向定向到外部空间中。如果至少两个光电半导体构件的光通道的口指向不同的方向，则因此能够推断出探测到的辐射的入射方向。因此，光电设备例如适合用作为太阳高度传感器、例如机动车的内部空间中。

在此，在使用刚好两个光探测器作为光电半导体构件的情况下，尤其能够区分太阳位于机动车内部空间中的哪个半空间中或者太阳从哪个半空间入射到机动车的内部空间中。经由至少一个另外的第三光探测器还能够以相对简单的方式得出太阳高度，进而得出太阳相对于光电设备的位置。

光电半导体构件也能够是光发射器、即例如LED。包括光探测器和光发射器的混合装置也是可行的，其中，每个光探测器和光发射器与自己的光通道相关联。

在光电设备中能够提出，光通道的指向外部空间中的口指向不同的方向。这例如在将光电设备用作为太阳传感器或用作为太阳高度传感器时是有利的。在将光电设备用作为光源的情况下，能够沿不同的方向根据到外部空间中的口方向放射光束。

根据本发明的一个设计方案，至少一个光通道在其相应的第一与第二端部之间非直线地延伸。因此，能够实现半导体构件的光活性的表面以与相关联的光通道到外部空间中的口不同的方向定向。如果至少一个光电半导体构件为光发射器，则光放射的方向因此基本上通过口到外部空间中的方向来确定。如果光电半导体构件为光探测器，则能够以相应的方式通过口到外部空间中的方向确定入射光的探测的方向相关性。半导体构件的光活性的表面指向的方向因此是次要的，因为在光探测器的情况下，光通道将从外部入射的光偏转到光学活性的表面上，或者在光发射器的情况下，光通道将从光活性的表面射出的光偏转到外部空间中。因此，通过使用与半导体构件相关联的光通道能够将半导体构件以相对简单的方式布置在光电设备中，即布置在载体上侧上，其中，载体例如能够为导体框。由于使用相关联的光通道，也能够将两个或更多个半导体构件布置在单个载体上。

载体尤其能够扁平地构造并且具有平坦的上侧和/或平坦的下侧。通过平坦的上侧尤其能够确保所有半导体构件能够布置在一个平面中。通过载体的平坦的下侧能够确保载体进而光电设备安置在另一个设备的平坦的面上，并且必要时能够被固定。光电设备因此能够设计为SMT组件、即可表面安装的组件。在此SMT代表表面安装技术。

至少一个光通道的指向外部空间中的口能够具有以下横截面，该横截面不平行于相关联的半导体构件的光活性的表面伸展。这尤其能够通过光通道的非直线的走向来实现。因此，光电设备的放射或接收特性通过光通道的口到外部空间中的方向来确定，并且不通过相关联的半导体构件的光活性表面指向的方向来确定。

穿过口的横截面伸展进入外部空间中的平面能够在30°至60°之间、优选40°至50°之间的角度伸展至位于相关联的半导体构件的光活性的表面中的平面。在0°至90°之间的范围中的其他角度也是可行的。

至少一个且优选地每个光通道的空腔能够具有以下横截面，该横截面至少基本上对应于相关联的半导体构件的光活性的表面的尺寸来确定尺寸。因此，垂直于空腔的可能弯曲的延伸方向伸展的每个横截面能够至少基本上具有相同的长度和宽度。在此，该长度和宽度能够对应于光活性的表面的长度和宽度。

在光通道非直线伸展的情况下，不同的横截面能够不彼此平行。在此，空腔的横截面的尺寸设计能够沿着所属的光通道的优选弯曲的伸展方向保持不变。

至少一个半导体构件能够固定、尤其粘贴在载体的表面上。由此，能够将半导体构件简单并且快速地组装在光电设备上。

至少一个光通道并且优选地每个光通道能够在尤其实心的壳体块中构造。能够特别简单地在壳体块中实现一个或多个光通道。另外，能够紧凑地并且以小的外部尺寸来制造壳体块。

壳体块能够具有平坦的下侧，使得壳体块能够施加到载体的上侧上。此外，壳体块能够例如借助于粘贴固定在载体的上侧上。能够将壳体块安置在载体上，使得载体向下封闭壳体块。因此，壳体块和载体能够形成光电设备的整个壳体。壳体块和载体都能够紧凑地并且以小的尺寸设计。由此，能够实现整体紧凑的光电设备。例如，能够对于载体下侧实现具有例如3×5mm面积的紧凑的构件尺寸，并且对于载体和位于载体上的壳体块的厚度实现3mm的高度。光电设备能够嵌入机动车内部空间的仪表板中，例如用于作为太阳传感器或太阳位置传感器。

本发明还涉及一种用于制造光电设备、尤其根据本发明的光电设备的方法，其中

提供用于至少一个光电半导体构件的载体，

至少一个光电半导体构件布置在载体的上侧处，并且

至少一个与光电半导体构件相关联的光通道布置在载体上，其中，将光通道构造为，使得光通道在光通道的第一端部与光通道的第二端部之间延伸，第一端部远离半导体构件的光活性的表面并且具有到外部空间中的口，其中，光通道的第二端部具有定向到半导体构件的光活性的表面上的口，并且其中，光通道具有在两个端部之间延伸的空腔，空腔可选地能够填充有透光材料，并且其中，内壁包围空腔，并且其中，内壁的至少一个子区域或整个内壁构造为反射性的。

本发明还涉及一种机动车，其具有至少一个内部空间元件、特别是仪表板，其中至少一个根据本发明的设备被集成到内部空间元件中，尤其处于覆盖件之下，覆盖件对于待接收的或待发射的光是至少部分透明的。

附图说明

下面，参考附图根据实施例更详细地阐述本发明。分别示意地示出：

图1示出根据本发明的光电设备的一种变体方案的立体图，

图2示出图1的设备的载体的立体图，

图3示出图1的设备的壳体块的俯视图，

图4示出图1的设备的接收特性，

图5示出图1的设备的其他的接收特性，和

图6示出根据本发明的光电设备的光通道的立体图。

具体实施方式

根据本发明的光电设备的在图1和图2中示出的变体方案包括两个光电半导体构件11，光电半导体构件彼此间隔开地布置在载体15的上侧13上。每个半导体构件11与自己的光通道17相关联。在所示出的变体方案中，光通道17构造在实心的壳体块19中，如图1所示。

图6示例性地说明光通道17。光通道17具有第一端部21，第一端部远离相关联的半导体构件11的光活性的表面23，并且第一端部具有在外部空间中的口25。光通道17还具有第二端部27，第二端部具有定向到半导体构件11的光活性的表面23上的口29。空腔31在光通道17的两个端部21、27之间延伸，空腔能够可选地填充有透光材料。内壁33围绕空腔31，内壁的至少一个子区域或内壁33的整个区域构造为反射性的。

在所示的变体方案中，光电半导体构件11是光探测器，例如以相应的光电二极管的形式。在此，每个半导体构件11能够在预设的光谱范围内具有可用的光学灵敏度，用于探测光谱范围内的光。

空腔31的内壁33能够构造为反射性的，使得对于来自光谱范围的光具有至少75％或至少80％或至少85％或至少90％或至少95％的反射率。在此，百分比是在特定的入射角的情况下关于入射的辐射的反射的辐射的份额，入射角例如能够为90°。

如此高的反射率尤其能够通过以下实现，即至少内壁33的反射的子区域具有反射性的或反光的覆层，其例如由金或银构成(未示出)。

如下面阐述的那样，根据图1和2的光电设备特别适合于用作为2区太阳高度传感器。在图1和2的设备中，两个口25沿不同的方向指向外部空间。在此，将通过相应的口25延伸的横截面上相应的法线的方向视作为口方向。如参考图3阐述的那样，光通道17的两个口25的口方向之间的角度至少近似为100°。角度数值尤其涉及口方向之间进而与通道17相关联的探测器11的视场之间的水平角度。换言之，水平角度位于XY平面中，XY平面平行于载体15的平坦的上侧13伸展。竖直的接收角度能够至少近似为60°。因此，口方向能够关于Z轴线倾斜大致60°(对比图1中的坐标系)。

图4示出图1的设备的两个分别设计为光电二极管的半导体构件11的测量信号在探测到的辐射的入射角变化的情况下的相关性的图。沿着横坐标绘制从-180°至+180°的角度，角度说明指向该设备的光源关于设备中的参考点的位置。在此，参考点为设备的几何中点。纵坐标说明探测到的光的强度。

图5示出在探测到的辐射的入射角变化的情况下的测量信号K3、K4与设备的单个光电二极管11以及两个光电二极管11的组合信号5的相关性。沿着横坐标绘制从从-135°至+135°的角度，该角度说明指向设备的光源关于参考点的位置。纵坐标说明探测到的光的强度。测量信号K3、K4和K5涉及光源沿y轴线的运动(参见图3)。

在此，曲线K3和K4涉及分别由光电二极管11记录的信号，而曲线K5说明两个光电二极管11的组合信号。在此，对应于曲线K5的组合信号对应于在大约-45°和+45°的角度范围中的测量信号K1。

根据如图4和5中示例性示出的图，能够确定图1和2的设备的装置的接收特性。当例如将图1和图2的设备用作太阳高度传感器时，接收特性允许确定方向或至少一个半空间，光从该方向或从该半空间中入射到设备上。

如果代替光电二极管而使用光发射器(诸如LED)作为图1的设备中的半导体构件11，则获得具有相对于水平线和相对于竖直线倾斜的放射特性的设备。在使用具有不同颜色的LED的情况下，在不同角度下能够看见不同的颜色。也能够设有分别具有相关联的光通道17的多于两个的半导体构件11。如果例如使用具有相关联的光发射器或光探测器的各转动90°的四个光通道11，则能够(例如在水平线中)覆盖整个空间范围。也能够实现具有光发射器和光探测器的混合装置，光发射器和光探测器分别具有相关联的光通道。

附图标记列表

11 半导体构件、光电二极管、LED

13 上侧

15 载体

17 光通道

19 壳体块

21 第一端部

23 光活性的表面

25 口

27 第二端部

29 口

31 空腔

33 内壁

K1 测量曲线

K2 测量曲线

K3 测量曲线

K4 测量曲线

K5 测量曲线。