DE102006049081A1 - Halbleiter-Leuchtmittel und Leuchtpaneel mit solchen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Leuchtmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Leuchtpaneel mit solchen.
- Halbleiter-Leuchtmittel sind in Form von Leuchtdioden-Leuchtmitteln bekannt, bei welchen die pn-Übergänge enthaltenden Halbleiter-Kristalle von lichtundurchlässigen Unterlagen getragen sind.
- Halbleiter-Leuchtkristalle strahlen aus der Rekombination von Elektronen und Löchern stammendes Licht aber in allen Richtungen ab. Bei dem bekannten Halbleiter-Leuchtmitteln geht somit das in den hinteren Halbraum ausgestrahlte Licht zum großen Teil oder ganz verloren.
- Durch die vorliegende Erfindung soll ein Halbleiter-Leuchtmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weitergebildet werden, daß die Menge des Nutzlichtes vergrößert ist.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleiter-Leuchtmittel mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Leuchtmittel ist das das leuchtende Halbleiter-Leuchtelement tragende Substrat für das vom Halbleiter-Leuchtelement erzeugte Licht durchlässig. Nach hinten abgestrahltes Licht geht somit nicht verloren und kann verwendet werden, wobei ggfs. hinter dem Leuchtmittel angeordnete Spiegel dafür sorgen können, daß das Licht, welches nach hinten emittier wird, ebenfalls in den vorderen Halbraum gelangt.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
- Die im Anspruch 2 angegebenen Materialien für das das Halbleiter-Leuchtelement tragende Substrat sind nicht nur lichtdurchlässig sondern im Volumen klar, so daß das Substrat zu keiner Lichtstreuung führt.
- Das im Anspruch 3 angegebene Substrat zeichnet sich durch besonders gute Härte und gute Lichtdurchlässigkeit in einem großen Wellenlängenbereich aus. Dieses Substrat ist auch chemisch besonders beständig und daher auch als Unterlage bei lithographischen Verfahren gut verwendbar.
- Die im Anspruch 4 angegebenen Dickenverhältnisse für das Substrat sind im Hinblick auf geringes Gewicht und geringe Kosten des Substrates von Vorteil.
- Verwendet man in dem Halbleiter-Leuchtelement als Lichtquellen Dreischicht-Strukturen, wie sie im Anspruch 5 angegeben ist, so wird die dem Leuchtelement zugeführte elektrische Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad in Licht umgesetzt und das Spektrum läßt sich beeinflussen.
- Auch die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 dienen einer hohen Lichtausbeute im Halbleiter-Leuchtelement.
- Bei einem Leuchtmittel gemäß Anspruch 9 kann auch das im Inneren des Halbleiterelementes entstehende Licht Nutzzwecken zugeführt werden. Auch kann Licht durch hinter den Halbleiter-Leuchtelementen stehende Spiegel in den vorderen Halbraum reflektiert werden.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 erlaubt es, auch räumlich ausgedehnte Leuchtmittel zu realisieren, insbesondere auch flächige Leuchtmittel.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ist im Hinblick auf eine hohe Leuchtdichte von Vorteil.
- Dabei wird mit der Anordnung gemäß Anspruch 12 für den Fall, daß die Halbleiter-Leuchtelemente nur teilweise für Licht durchlässig sind oder lichtundurchlässig sind, eine hohe Leuchtdichte erhalten, wobei für beide Sätze von Halbleiter-Leuchtelementen das in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung abgegebene Licht genutzt wird. Daß die Halbleiter-Leuchtelemente der beiden Sätze auf verschiedenen Seiten des Substrates angeordnet sind, hat auch Vorteile im Hinblick auf eine gute Wärmeabfuhr von den Halbleiter-Leuchtelementen.
- Bei einem Leuchtelement gemäß Anspruch 13 ist das Substrat zusammen mit den von ihm getragenen Halbleiter-Leuchtelementen gegen mechanische Einwirkungen von außen weitgehend geschützt.
- Dabei ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wieder im Hinblick auf die Realisierung flächiger Leuchtmittel von Vorteil.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 ist im Hinblick auf gute Kühlung der Halbleiter-Leuchtelemente von Vorteil.
- Als lichtdurchlässige Kühlflüssigkeit hat sich dabei gemäß Anspruch 16 insbesondere Silikonöl bewährt. Dieses zeichnet sich auch durch große chemische Beständigkeit auch bei hohen Temperaturen aus.
- Bei einem Leuchtmittel gemäß Anspruch 17 wirkt das Außengehäuse ggfs. zusammen mit einer zwischen Außengehäuse und dem die Halbleiter-Leuchtelemente getragenen Substrat eingefüllten Kühlmedium eine Linse, welche eine Bündelung des Lichtes bewerkstelligt.
- Ein Leuchtmittel, wie es im Anspruch 18 angegeben ist, erzeugt weißes Licht, obwohl die Halbleiter-Leuchtelemente im UV oder im Blauen emittieren.
- Die Ansprüche 19 und 20 geben bevorzugte Alternativen dafür an, die das Weißlicht erzeugenden Phosphorpartikel gleichförmig zu verteilen.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 21 hat den Vorteil, daß einer sehr dünnen flächigen pn-Schicht Strom verteilt zugeführt wird. Dies bedeutet, daß die Leuchtdichte des Halbleiter-Leuchtelementes vergleichmäßigt wird.
- Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 22 ist im Hinblick auf große gleich stark leuchtende Bereiche des Halbleiter-Leuchtelementes von Vorteil.
- Dieses Ziel wird mit einer Anordnung der Kontaktleiterbahnen, wie sie in Anspruch 23 angegeben ist, besonders gut erreicht.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 24 ermöglicht es, die Kontaktleiterbahnen selbst relativ dünn auszubilden. Derart dünne Kontaktleiterbahnen würden bei Einspeisung des Stromes nur an einer einzigen Stelle ebenfalls zu etwas ungleichförmiger Leuchtdichte des Halbleiter-Leuchtelementes führen, da die Kontaktleiterbahnen einen ins Gewicht fallenden Ohm'schen Widerstand haben. Bei einem Halbleiter-Leuchtelement gemäß Anspruch 24 erfolgt die Verteilung des Speisestromes über von den Kontaktleiterbahnen getrennte Speiseleiterbahnen des Basissubstrates, die mit größerer Dicke ausgeführt werden können und somit einen deutlich niedereren Ohm'schen Widerstand aufweisen.
- Bei einem Leuchtmittel gemäß Anspruch 25 kann auch das zum Basissubstrat hin austretende Licht der Halbleiterelemente genutzt werden.
- Das im Anspruch 26 angegebene Baissubstrat-Material zeichnet sich gute Härte und gute Lichtdurchlässigkeit in einem großen Wellenlängenbereich aus. Ein solches Basissubstrat ist auch chemisch gut beständig und daher auch als Unterlage bei lithographischen Verfahren gut verwenbar.
- Die im Anspruch 27 angegebenen Dickenverhältnisse für das Basissubstrat sind im Hinblick auf geringes Gewicht einerseits und gute mechanische Stabilität andererseits von Vorteil.
- Bei einem Leuchtmittel gemäß Anspruch 28 dient das Basissubstrat zugleich als Reflektor, der das in den Rückraum ausgesandte Licht zum Vorderraum hin zurückwirft.
- Die Weiterbildung der Erfindung durch Anspruch 29 erlaubt es, die Basisleiterbahnen direkt ohne Zwischenschicht auf dem Basissubstrat anzubringen, welches zugleich einen Reflektor darstellt.
- Die im Anspruch 30 genannten Materialien für das Basissubstrat sind im Hinblick auf Reinheit, chemische Beständigkeit und gute thermische Eigenschaften von Vorteil.
- Für manche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, ein Standard-Leuchtmittel zu haben, welches Licht gleichermaßen nach vorne und hinten abstrahlt. Gemäß Anspruch 31 kann man ein derartiges Leuchtmittel so modifizieren, daß das insgesamt von dem Halbleiter-Leuchtelement ausgesandte Licht für vom Standardfall abweichende Anwendungen nach vorne abgestrahlt wird.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 32 ist im Hinblick auf guten Wirkungsgrad des Reflektorteiles von Vorteil.
- Licht aussendende Halbleiter-Leuchtelemente sind mechanisch empfindliche Strukturen. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 33 wird erreicht, daß das Leuchtmittel gut gegen Beschädigungen geschützt ist.
- Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 34 bis 36 gestatten es, das Leuchtmittel mit einer hohen Betriebsspannung im Bereich von einigen 100 V bis zu einigen kV zu betreiben. Diese ist für manche Anwendungsfälle, wo das Vorliegen einer Hochspannung geprüft werden soll, von Vorteil. Bei einem Leuchtmittel gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36 braucht man für derartige Einsatzzwecke keinen Spannungsteiler.
- Dabei ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 37 wieder im Hinblick auf ein Erzeugen von Weißlicht mit hohem Wirkungsgrad von Vorteil.
- Ein Leuchtmittel, wie es im Anspruch 38 angegeben ist, kann direkt mit einer Hochspannungsquelle betrieben werden.
- Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 39 ist die mechanische Stabilität des Leuchtelements verbessert.
- Üblicherweise werden Halbleiter-Leuchtelemente aus einem EPI-Wafer, d.h. einem aus einem Halbleiter-Einkristall geschnittenen Wafer, gefertigt. Die Halbleiter-Leuchtelemente werden hierfür mittels an und für sich bekannter fotolithografischer und/oder Trockenätz-Verfahren aus dem EPI-Wafer aufgebaut. Das Trägersubstrat ist dabei häufig aus dem Wafermaterial selbst gebildet, welches wiederum da aufgebaute Halbleiter-Leuchtelement trägt. Der Wafer muß dann folglich ausreichend dick geschnitten sein, damit das fertiggestellte Halbleiter-Leuchtelement eine hinreichende mechanische Stabilität und Festigkeit aufweist. Der erreichbaren mechanischen Belastbarkeit sind jedoch bereits durch die Sprödheit des Wafers selbst Grenzen gesetzt. Darüber hinaus geht dasjenige Material des Wafers, welches beim fertigen Halbleiter-Leuchtelement als Trägersubstrat dient, für die Ausbildung von Halbleiter-Leuchtelementen verloren.
- Das Halbleiter-Leuchtelement kann jedoch auch von einem Substrat aus einem anderen Material als demjenigen des Wafers getragen sein. Auch in diesem Fall wird die Stabilität des Leuchtelements durch das Substrat gewährleistet.
- Die Ausbildung des Leuchtmittels gemäß Anspruch 39 bietet die Möglichkeit, daß, wenn das Substrat aus dem Wafer-Material gebildet ist, weniger Wafer-Material als Substrat verwendet werden muß. Das Substrat aus Wafer-Material kann also dünner als bei bekannten Halbleiter-Leuchtelementen ausgebildet sein. Dadurch wird Wafer-Material gespart und die Herstellungskosten werden insgesamt gesenkt. Die geforderte mechanische Stabilität und Belastbarkeit des Leuchtelements kann durch eine entsprechende Wahl des Materials für das Grundsubstrat erzielt werden.
- Dabei ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 40 vorteilhaft. Bei der Verwendung derartiger Gläser haben sich Glasmaterialien als günstig erwiesen, deren Zusammensetzung etwa einer der in Anspruch 41 angegebenen Zusammensetzung entspricht.
- Derartige handelsübliche Glasmaterialien weisen gute mechanische Eigenschaften auf und sind zudem weitgehend unempfindlich gegen Temperaturschwankungen und sonstige äußere Einflüsse. Darüberhinaus sind sie über einen verhältnismäßig großen Wellenlängenbereich transparent.
- Auch durch eine Ausbildung gemäß Anspruch 42 oder 43 sind die Herstellungskosten des Leuchtelements verringert, da weniger Wafer-Material als Substrat verwendet werden muss.
- Die gewünschte Hauptabstrahlrichtung eines Leuchtmittels ist üblicherweise die dem Substrat entgegengesetzte Richtung, wobei ein Halbleiter-Leuchtelement normalerweise Licht in im wesentlichen alle Raumrichtungen emittiert. Um die Lichtausbeute des Lichtelements zu erhöhen, ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 44 günstig. Strahlt nämlich das Halbleiter-Leuchtelement unter Spannungsbeaufschlagung Licht durch das transparente Grundsubstrat hindurch ab, so wird dieses Licht von der reflektierenden Schicht in Richtung auf die gewünschte Hauptabstrahlrichtung des Leuchtmittels reflektiert und trägt zusätzlich zur Licht ausbeute des Leuchtelements bei.
- In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Grundsubstrat eine Dicke gemäß Anspruch 45 hat. Bei diesen Dicken des Grundsubstrats wird eine gute mechanische Stabilität des Leuchtelements erreicht.
- Bei einer Weiterentwicklung ist es im Hinblick auf das Substrat vorteilhaft, wenn dieses eine Dicke gemäß Anspruch 46 hat.
- Anspruch 47 gibt ein Leuchtpaneel an, welches auch in sehr großen Abmessungen gefertigt werden kann, da die einzelnen Leuchtmittel gute mechanische Stabilität haben.
- Ein Leuchtpaneel gemäß Anspruch 48 zeigt eine gute Wärmeabfuhr von den Leuchtmitteln und damit auch von den in diesen enthaltenen Halbleiter-Leuchtelementen.
- Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 49 bis 51 sind im Hinblick auf die Bereitstellung von Weißlicht vorteilhaft.
- Bei einem Leuchtpaneel gemäß Anspruch 52 wird das gesamte erzeugte Licht in den gleichen Halbraum abgegeben.
- Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 53 ist im Hinblick auf gute Gleichförmigkeit der Helligkeit des Leuchtpaneeles von Vorteil.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine schematische Aufsicht auf eine Leucht element-Einheit, welche allein oder zusammen mit gleichen Einheiten in einem Gehäuse angeordnet ein Leuchtmittel bilden kann; -
2 eine Ansicht eines Halbleiter-Leuchtmittels, welches eine Vielzahl von Leuchtelement-Einheiten nach1 umfasst; -
3 eine Aufsicht auf ein weiteres Halbleiter-Leuchtmittel; -
4 einen Schnitt durch ein ausgedehntes, flächiges Halbleiter-Leuchtpaneel; -
5 eine vergrößerte Aufsicht auf eine Leuchtmittelkomponente; -
6 eine Aufsicht auf ein Leuchtmittel, welches man durch Aufbonden der Leuchtmittelkomponente von5 auf ein Basissubstrat erhält; -
7 eine schematische seitliche Darstellung eines von der Außengeometrie her diodenähnlichen Leuchtmittels; -
8 eine Aufsicht auf ein abgewandeltes Leuchtmittel, welches sechs Licht emittierende Halbleiter-Leuchtelemente aufweist; -
9 eine ähnliche Ansicht wie8 , wobei jedoch das Leuchtmittel so abgewandelt ist, daß es weißes Licht abstrahlt und wahlweise auch mit einer Hochspannung betrieben werden kann; -
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leuchtmittels, welches mehrere Halbleiter-Leuchtelemente umfaßt; -
11 eine Aufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt des Leuchtmittels von10 , wobei ein Halbleiter-Leuchtelement vollständig zu erkennen ist; -
12 einen Schnitt durch den in11 gezeigten Ausschnitt des Leuchtmittels längs der dortigen Schnittlinie XII-XII; -
13 eine Abwandlung des Leuchtmittels nach10 , wobei keine Verspiegelung vorgesehen ist; und -
14 einen Schnitt einer dem Leuchtmittel von5 entsprechenden abgewandelten Ausbildung des Leuchtmittels von10 ohne Grundsubstrat. - In
1 ist mit10 insgesamt eine Leuchtelement-Einheit bezeichnet, welche ein aus Korundglas (Al2O3-Glas) hergestelltes transparentes Substrat12 umfasst. Derartige Gläser werden auch unter der Bezeichnung Saphirglas vertrieben. Sie zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit, gute elektrische Isolationseigenschaften und gute thermische Eigenschaften aus. Das Substrat12 hat in der Praxis eine Dicke von 300 bis 400 μm. - Auf der Oberseite des Substrates
12 ist eine insgesamt mit14 bezeichnete erste Elektrode angeordnet. - Diese umfasst eine mittlere Anschlußleiterbahn
16 , die über transversale Arme18 ,20 parallel zur Anschluß leiterbahn16 verlaufende Kontaktarme22 ,24 trägt. - Zwei flächige Leuchtelemente
26 ,28 sind so über die Anschlußleiterbahn16 und die Kontaktarme22 ,24 gelegt, daß sie letztere teilweise in transversaler Richtung überlappen, wie aus der Zeichnung ersichtlich. - Jedes der Leuchtelemente
26 ,28 umfasst drei Schichten: Eine untere Schicht30 , welche die Anschlußleiterbahn16 und die Kontaktarme22 ,24 kontaktiert und aus einem p-leitenden III-V-Halbleiter-Material gefertigt ist, z.B. InGaN. - Eine mittlere Schicht
32 ist eine MQW-Schicht. MQW ist die Abkürzung für multiple guantum well. Ein MQW Material stellt ein Übergitter dar, welches eine gemäß der Übergitterstruktur veränderte elektronische Bandstruktur aufweist und entsprechend bei anderen Wellenlängen Licht emittiert. Über die Parameter der MQW-Schicht läßt sich das Spektrum des von den Leuchtelementen26 ,28 abgegebenen Lichtes beeinflussen. - Eine obere Schicht
34 ist eine n-leitende oder eigenleitende Schicht, die z.B. aus GaN bestehen kann. - Die drei Schichten haben insgesamt so geringe Dicke, daß die gesamte Dreischicht-Struktur für Licht durchlässig ist.
- Auf die vorhergehend beschriebene Struktur ist eine zweite Elektrode
36 aufgedampft. - Diese hat eine Anschlußleiterbahn
38 , die über eine dünne Oxidschicht auf die oben beschriebene Struktur gelegt ist und über transversale Arme40 ,42 Kontakt arme44 ,46 trägt, die in der Mitte über die oberen Schichten34 der Leuchtelemente26 ,28 verlaufen. - Die Elektroden
14 ,36 sind mit einer oberen Anschlußplatte48 bzw. einer unteren Anschlußplatte50 verbunden, die unter Betriebsbedingungen mit den Klemmen einer Spannungsquelle verbunden sind. - Auf diese Weise geben die Leuchtelemente
26 ,28 bei Spannungsbeaufschlagung in Rückwärtsrichtung Licht ab, welches bei den o. g. Halbleitermaterialien im Bereich von 280 bis 360 nm und 360 bis 465 nm liegt. - Dieses Licht kann die Leuchtelement-Einheit
10 nach beiden Seiten hin verlassen, da das Substrat12 und auch die Elektroden14 und36 transparent sind. - In der Praxis wird eine Leuchtelement-Einheit
10 , wie sie oben beschrieben wurde, in ein transparentes Gehäuse52 eingebaut, welches in1 nur gestrichelt dargestellt ist. - In den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse
52 und die Leuchtelement-Einheit10 ist Silikonöl54 eingefüllt. Diese Flüssigkeit dient zur Wärmeabfuhr von der Leuchtelement-Einheit10 . Sie ist chemisch so inert, daß sie in direkten Kontakt zu den Materialien der Leuchtelement-Einheit10 treten kann, ohne daß diese hierunter leiden. Silikonöl läßt sich auch sehr gut und bleibend entgasen und ist in den hier interessierenden Wellenlängenbereichen der elektromagnetischen Strahlung durchsichtig. - Zur mechanischen Anbindung des Substrates
12 an das Gehäuse52 dient ein Glassockel58 . - Die Leuchtelement-Einheit
10 bildet zusammen mit dem Außengehäuse52 und dem in dieses eingeschlossene Volumen an Silikonöl ein insgesamt mit56 bezeichnetes Leuchtmittel. - Das Flüssigkeitsvolumen ist in der Zeichnung nur beispielhaft in einem Teilbereich des Geäuseinneren gezeigt. In Wirklichkeit füllt es das Gehäuseinnere vollständig aus. Dies gilt auch für die weiteren Figuren.
- Zur Erhöhung der Lichtmenge des Leuchtmittels kann man eine Mehrzahl von Leuchtelement-Einheiten
10 , wie sie obenstehend unter Bezugnahme auf1 erläutert wurden, auf einem gemeinsamen Substrat zusammenfassen. Ein entsprechendes Leuchtmittel56 ist in2 dargestellt. Komponenten, die obenstehend unter Bezugnahme auf1 schon in funktionsäquivalenter Form erläutert wurden, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Diese brauchen nachstehend nicht nochmals detailliert beschrieben zu werden. - Man erkennt, daß auf dem Substrat
12 sechs Leuchtelement-Einheiten angeordnet sind, von denen jeweils drei elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die beiden Sätze aus drei in Reihe geschalteten Leuchtelement-Einheiten10 sind in Parallelschaltung zwischen die Anschlußplatten48 ,50 geschaltet. - Wie oben dargelegt, strahlen die Leuchtelement-Einheiten
10 bei den genannten Halbleiter-Materialien im ultravioletten und im Blauen aus. - Um unter Verwendung dieser Leuchtelement-Einheiten eine Weißlichtquelle zu realisieren, sind in dem Silikonöl
54 Phosphorpartikel60 verteilt, die aus einem Farb zentren aufweisenden transparenten Festkörpermaterial hergestellt sind. - Es finden drei Arten von Phosphorpartikeln Verwendung, die jeweils das von den Leuchtelement-Einheiten
10 ausgesandte UV-Licht und blaue Licht absorbieren und im Blauen, Gelben und Roten emittieren. Die Mengenverhältnisse zwischen den drei Phosphorpartikeln sind so gewählt, daß man unter Berücksichtigung eines ggfs. unterschiedlichen Wirkungsgrades der Lichtwelllen-Umsetzung für die verschiedenen Phosphorpartikel insgesamt vom Leuchtmittel56 ein weißes Licht erhält. - Alternativ oder zusätzlich kann man vorsehen, daß die Innenfläche und/oder des Außengehäuses
52 mit Phosphorpartikeln60 beschichtet ist. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß man die entsprechende Seite des Außengehäuses52 mit einem transparenten Lack überzieht und auf diesen in noch klebrigen Zustand die Phosphorpartikel-Mischung bläst. Dies ist in2 ebenfalls in einer Ausschnittsvergrößerung dargestellt. - Nochmals alternativ oder zusätzlich kann man eine derartige Partikelbeschichtung auch für die Leuchtelement-Einheit
10 vorsehen, wie ebenfalls in2 in einer Ausschnittsvergrößerung dargestellt. - Wir oben dargelegt, ist die gesamte Leuchtelement-Einheit
10 transparent (sowohl das Substrat12 als auch die Elektroden14 ,36 als auch die Leuchtelemente26 ,28 ). Aus diesem Grunde ist vorzugsweise auf die Rückseite des Substrates12 nochmals genau die gleiche Anordnung von Elektroden und Leuchtelemente aufgebracht. Man erhält so bei gleichem Volumen des Leuchtmittels56 die doppelte Lichtmenge. -
3 zeigt ein nochmals ausgedehnteres flächiges Leuchtmittel56 , wie es zur Hinterleuchtung von Displays verwendet werden kann. Man erkennt die in einer Matrix angeordneten Leuchtelement-Einheiten10 , wobei nun die auf den beiden Seiten des Substrates12 angeordneten Leuchtelement-Einheiten gegeneinander versetzt sind. Eine derartige Anordnung wird gewählt, wenn die Leuchtelement-Einheiten10 selbst nicht lichtdurchlässig sind. - Das Außengehäuse
52 besteht nun aus einem äußeren Rahmen62 und Deckplatten64 ,66 . Diese haben eine nach Art von Mattglas aufgerauhte Innenfläche, um den Lichtstrom zu vergleichmäßigen. - Das Ausführungsbeispiel nach
4 zeigt ein Halbleiter-Leuchtpaneel68 . Im Inneren eines ähnlich wie in3 ausgebildeten Paneelgehäuses70 einzelne zylindrische Leuchtmittel56 angeordnet, wie sie in2 gezeigt sind, wobei jedoch die Anzahl der in Serie geschalteten Leuchtelement-Einheiten10 eines Leuchtmittels größer sein kann, z.B. 10 oder 20 Einheiten. - Das Paneelgehäuse
70 hat einen Rahmen72 und Deckplatten74 ,76 , die sämtlich transparent sind. Dabei trägt die untere Deckplatte74 eine Spiegelschicht78 , so daß das gesamte von den Leuchtmitteln56 erzeugte Licht nach einer Seite hin abgegeben wird. - Der zwischen den einzelnen Leuchtmitteln
56 und dem Paneelgehäuse70 liegende Raum ist wieder mit Silikonöl80 gefüllt, um die Wärmeabführung zur Umgebung zu begünstigen. In diesem sind wieder Phosphorpartikel60 verteilt, wie oben beschrieben. - Ein mattierte untere Begrenzungsfläche
82 der Deckplatte76 sorgt für eine gleichförmige Leuchtdichte des Leuchtpaneeles. - Das Ausführungsbeispiel nach
5 ähnelt demjenigen nach1 . Die Kontaktarme22 ,24 und44 ,46 sind nun aber nicht direkt mit Strom zuführenden Leiterbahnen verbunden, wie sie in1 bei16 und38 gezeigt sind, vielmehr sind auf ihre Länge verteilt sieben Anschlußpolster n1 bis n7 vorgesehen. Entsprechend tragen die Kontaktarme44 ,46 Anschlußpolster p1 bis p6. - Auf die Anschlußpolster ni (i = 1 bis 7) und/oder pi (i = 1 bis 6) ist jeweils ein kleines Volumen Lot aufgebracht (nicht dargestellt), welches bei etwa 350°C schmilzt.
- Die Kontaktarme stehen in Verbindung mit der Unterseite bzw. Oberseite eines einzigen flächigen Leuchtelements
26 , das wieder aus den drei Schichten30 ,32 und34 besteht. - Um die Schicht
30 von derselben Seite her kontaktieren zu können wie die Schicht34 und auch zum mitteleren Bereich der Schicht30 Zugang zu haben, weist die Schicht34 eine mittlere schlitzförmige Ausnehmung15 auf, in welcher der Leiterbahnabschnitt16 unter seitlichem Abstand Aufnahme findet. -
6 zeigt eine Aufsicht auf eine untere Basisplatte84 , auf welche die Leuchelement-Einheit10 von5 so auflötbar ist, daß die in5 obere Seite nach unten weist und die Oberseite der Basisplatte84 kontaktiert. - Die Basisplatte
84 hat eine positive Speiseleiterbahn86 und eine negative Speiseleiterbahn88 . Diese haben im wesentichen die gleiche Geometrie wie die Elektroden14 und36 und sind ebenfalls mit Anschlußpolstern n1 bis n7 und p1 bis p6 versehen, derart, daß beim Auflöten der in5 gezeigten Leuchtmitteleinheit auf die Basisplatte84 die Elektroden16 ,36 an mehreren beabstandeten Stellen mit den Speiseleiterbahnen86 ,88 verbunden werden. - Die Speiseleiterbahnen
86 ,88 können wesentlich dicker auf die Basisplatte84 aufgebracht sein (in der Praxis 4 bis 10 mal so dick) und damit einen wesentlich niedereren Widerstand haben als die sehr dünnen Elektroden14 ,36 , deren Dicke in der Praxis 10 μm bis 40 μm beträgt. - Die Elektroden
14 ,36 und die Speiseleiterbahnen86 ,88 sind durch Aufdampfen eine Kupfer-Gold-Legierung erhalten. Alternativ können auch Silber- oder Aluminium-Legierungen verwendet werden. - Die Speiseleiterbahnen
86 ,88 sind mit großen Kontakten90 ,92 verbunden, über welche der Anschluß an die Spannungsgelle erfolgt. - Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel des in den
5 und6 gezeigten Leuchtmittels besteht die Schicht30 der Leuchtelemente26 aus InGaN und die Schicht34 aus GaN. Die Mittelschicht32 ist wieder eine MQW-Schicht (multiple quantum well-Schicht), die ein Übergitter bildet, über welches man die Wellenlänge des emittierten Lichtes beeinflussen kann. - Die Substratplatte
12 hat bei dem praktischen Ausführungsbeispiel eine Kantenabmessung von etwa 1 mm bei einer Dicke von etwa 0,15 mm. Die Basisplatte84 hat Kantenlängen von etwa 1,9 mm und 1,5 mm und eine Plattendicke von etwa 0,4 mm. Beide Platten sind aus Saphir geschnitten. - Die Anschlußpolster sind in üblicher Weise aus Gold hergestellt, welches für den Anschluß an eine p-leitende Schicht bzw. eine n-leitende Schicht dotiert ist.
- Die obenstehend unter Bezugnahme auf die
5 und6 beschriebene Konstruktion erlaubt eine im wesentlichen durchgehend transparente Lichtquelle mit gleichförmiger Leuchtdichte. - Gemäß
7 ist die Leuchtelementeeinheit10 , von welcher die Substratplatte12 und die Basisplatte84 nur schematisch angedeutet sind, im Inneren eines schüsselförmigen Reflektors94 angeordnet. Dieser hat eine nach oben spitz zulaufende kegelige Umfangswand96 , eine Bodenwand98 und einen Kontaktstift100 . - Über einen Draht
102 ist die Leuchtelementeeinheit elektrisch mit dem Reflektor94 verbunden. - Ein weiterer Draht
104 verbindet die zweite Anschlußklemme der Leuchtelementeeinheit mit einem weiteren Kontaktstift106 , der parallel unter Abstand zum Kontaktstift100 angeordnet ist. - Die Leuchtelementeeinheit
10 ist mit einem Konversionsmaterial108 überschichtet, welches ein Silikon/Phosphor-Gemisch ist. Dabei ist das Phosphor-Material wieder eine Mischung unterschiedlicher Phosphor-Materialien, die das von der Leuchtelementeeinheit10 emittierte Licht absorbieren und im Blauen, Gelben und Roten emittieren, wie weiter oben beschrieben. - Die gesamte oben beschriebene Einheit ist in ein Volumen aus transparentem Epoxidharz
110 eingebettet, welches eine zylindrische Grundgeometrie bei ggfs. kalottenförmiger Endfläche aufweist, wie an sich von Leuchtelemente her bekannt. -
8 zeigt ein Leuchtmittel, welches ähnlich ist zu demjenigen nach2 . Vergleichbare Teile sind wieder mit demselben Bezugszeichen versehen. - Ein Unterschied zum Leuchtmittel nach
2 besteht darin, daß bei dem Leuchtmittel nach8 zwei Leuchtelement-Einheiten10 Rücken an Rücken in das Gehäuse52 eingebaut sind. - Außerdem ist vorgesehen, daß die Innenfläche des Gehäuses
52 zusätzlich eine Phosphorschicht112 trägt, die wieder ein Gemisch aus Phosphorpartikeln darstellt, die das von den Leuchtelemente abgegebene Licht absorbieren und im Blauen, Gelben und Roten emittieren. - Großzüzgig bemessene Anschlußplatten
102' und104' sind aus Metall hergestellt und dienen auch dazu, Wärme von den Leuchtelemente abzuführen. - Das Gehäuse
52 ist ein Glaszylinder52 , der unter einem Vakuum von etwa 2 × 10–2 bis 5 × 10–4 Torr steht. - Auf die Innenseite der Glaswand des Gehäuses
52 ist eine gitterförmige Elektrode114 aus Graphit aufgebracht. Die Graphit-Elektrode114 steht mit einem Anschluß116 in Verbindung, der von einer Hochspannungsquelle118 her mit Spannung beaufschlagt werden kann. Diese kann im Bereich von 220 V bis 10 kV liegen. - Das in
9 gezeugte Leuchtmittel kann wahlweise mit Niederspannung betrieben werden (Anlegen einer Spannung von etwa 7,5 bis etwa 11 V an die Anschlußplatten48 ,50 ) oder mit Hochspannung betrieben werden (Anlegen von Hochspannung an den Anschluß116 und Anschluß von Masse an die Anschlußplatte50 ). - Zur Herstellung von Weißlicht kann die Elektrode
114 tragende Innenfläche des Gehäuses52 wieder mit einer Phosphorschicht112 belegt sein, wie weiter oben beschrieben. Dabei kann die Phosphorschicht112 zugleich die Gittermaschen der Elektrode114 ausfüllen. - Bei den unter Bezugnahme auf die
5 bis9 erläuterten Ausführungsbeispielen erfolgt das Herstellen des Leuchtmittels in drei Teilschritten: Das Herstellen der Leuchtelement-Einheit10 auf dem Saphir-Substrat12 , das Herstellen der Saphir-Basisplatte84 und der von dieser getragenen Speiseleiterbahnen86 ,88 und das Verbinden von Leuchtelement-Einheit10 und Basisplatte84 . - Auf die Anschlußpolster n1 bis n7 und p1 bis p6 von Substratplatte
12 und/oder Basisplatte84 wurden bei deren Herstellung kleine Lötmaterialtröpfchen aufgebracht, die dann gemeinsam in einem heißen Verfahren bei etwa 350°C unter Einwirkung von Druck aufgeschmolzen werden. Nach dem Erkalten des Lotes sind Leuchtelementeeinheit10 und Basisplatte84 zugleich mechanisch und elektrisch verbunden. - Die gesamten Herstellungschritte für die Leuchtmittel lassen sich somit einfach unter Verwendung der bekannten Halbleiter-Herstellungsverfahren durchführen.
- In
10 ist bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit1010 insgesamt eine Leuchtelement-Einheit bezeichnet, welche ein Grundsubstrat1012 umfaßt. Das Grundsubstrat1012 kann aus einem gängigen, transparenten temperatur- und chemikalienbeständigen Glas gefertigt sein, wie es in der Technik häufig eingesetzt wird. Alternativ kann für das Grundsubstrat1012 eine Keramik oder auch eine Metallplatte aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium verwendet werden. Das Grundsubstrat hat in der Praxis eine Dicke von ca. 1 mm. - Auf das Grundsubstrat
1012 ist ein transparentes Substrat1014 aus Korundglas (Al2O3-Glas) aufgebracht. Korundglas ist auch unter dem Namen Saphirglas bekannt. Das Substrat1014 hat beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 200 μm, es kann jedoch, wie eingangs erwähnt, auch andere Dicken haben, welche zwischen 5 und 400 μm liegen können. - Das Substrat
1014 trägt seinerseits sechs voneinander beabstandet angeordnete Halbleiter-Leuchtelemente1016.1 ,1016.2 ,1016.3 ,1016.4 ,1016.5 und1016.6 , welche weitgehend baugleich sind und nachstehend am Beispiel des Halbleiter-Leuchtelements1016.2 anhand der11 und12 näher erläutert werden. - Das Halbleiter-Leuchtelement
1016.2 umfaßt drei Schichten. Eine untere Schicht1018 ist aus einem p-leitenden III-V-Halbleitermaterial gefertigt, beispielsweise aus GaN. Eine mittlere Schicht1020 ist eine MQW-Schicht. Eine obere Schicht1022 ist ein n-leitende Schicht, welche z.B. aus InGaN besteht. - Das so aufgebaute Halbleiter-Leuchtelement
1016 – und somit die Leuchtelement-Einheit1010 – strahlt bei Anlegen einer Spannung ultraviolettes Licht sowie blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von 420 bis 480 nm ab. Eine Weißlicht-LED kann mit derartigen Halbleiter-Leuchtelementen1016 dadurch erhalten werden, daß die Leuchtelement-Einheit1010 in der LED von einem Silikonöl umgeben ist, in welchem Phosphorpartikel homogen verteilt sind. Geeignete Phosphorpartikel sind aus einem Farbzentren aufweisenden transparenten Festkörpermaterial hergestellt. Um das von den Halbleiter-Leuchtelementen1016 emittierte ultraviolette und blaue Licht in Weißlicht umzuwandeln, werden drei Arten Phosphorpartikel verwendet, die das ultraviolette und blaue Licht absorbieren und im Blauen, Gelben und Roten emittieren. - Indem das Halbleiter-Leuchtelement
1016 aus Schichten1018 ,1020 und1022 aufgebaut wird, die aus anderen Materialien ausgebildet sind, kann eine Halbleiter-Leuchtelement1016 hergestellt werden, welche entsprechend den ausgewählten Materialien anderes Licht als ultraviolettes oder blaues Licht emittieren kann. - Die p-leitende Schicht
1018 ragt seitlich über die MQW-Schicht1020 und die n-leitende Schicht1022 hinaus. In einem Randbereich der p-leitenden Schicht ist neben der MQW-Schicht1020 und der n-leitenden Schicht1022 eine Leiterbahn1024 aufgedampft, an deren jeweiligem Ende ein Anschlußkontakt n1 bzw. n2 vorgesehen ist. - Um die p-leitende Schicht
1018 auch mittig kontaktieren zu können, weisen die MQW-Schicht1020 und die n-leitende Schicht1022 eine gemeinsame schlitzförmige Ausnehmung1026 auf. In dieser verläuft unter seitlichem Abstand eine Leiterbahn1028 , bei welcher mittig zum Halbleiter-Leuchtelement1016 ein weiterer Anschlußkontakt n3 vorgesehen ist. Die Leiterbahn1028 verläuft senkrecht zur Leiterbahn1024 und ist mit dieser verbunden, so daß die Leiterbahnen1024 und1028 zusammen eine insgesamt T-förmige Leiterbahn mit den drei Anschlußkontakten n1, n2 und n3 bilden. Entlang der beiden zur Leiterbahn1028 parallel verlaufenden Ränder der p-leitenden Schicht1018 sind noch jeweils zwei mit dieser verbundene Anschlußkontakte n4 und n6 bzw. n5 und n7 vorgesehen (vgl.11 ). - Auf die n-leitende Schicht
1022 ist eine U-förmige Leiterbahn1030 aufgedampft, deren Grundschenkel der Leiterbahn1024 auf der p-leitenden Schicht1018 gegenüberliegt und deren beiden Seitenschenkel die Leiterbahn1028 flankieren, wie dies insbesondere in11 zu erkennen ist. - Die Leiterbahn
1030 ist mit sechs Anschlußkontakten p1 bis p6 versehen, von denen jeweils drei auf einem Seitenschenkel der U-förmigen Leiterbahn1030 angeordnet sind. - Die Leiterbahnen
1024 ,1028 und1030 sind durch Aufdampfen einer Kupfer-Gold-Legierung erhalten. Alternativ können auch Silber- oder Aluminium-Legierungen verwendet werden. Die Anschlußkontakte n1 bis n7 bzw. p1 bis p6 sind in üblicher Weise aus Gold hergestellt, welches in an und für sich bekannter Weise für den Anschluß an eine gleitende Schicht bzw. eine n-leitende Schicht dotiert ist. - Bei der in
10 vollständig zu erkennenden Leuchtelement-Einheit1010 mit sechs Halbleiter-Leuchtelementen1016 sind je drei Halbleiter-Leuchtelementen1016.1 ,1016.2 und1016.3 sowie1016.4 ,1016.5 und1016.6 zu je einem Satz elektrisch in Reihe geschaltet. Bei den außen liegenden Halbleiter-Leuchtelementen1016.1 und1016.4 eines Satzes sind die Leiterbahnen1024 mit jeweils einer Anschlußplatte1032 verbunden. In entsprechender Weise sind die Leiterbahnen1030 der gegenüberliegend außenliegenden Halbleiter-Leuchtelementen1016.3 ,1016.6 eines Satzes aus drei in Reihe geschalteten Halbleiter-Leucht elementen mit jeweils einer Anschlußplatte1034 verbunden. - Die beiden Sätze aus drei in Reihe geschalteten Halbleiter-Leuchtelementen
1016 sind in Parallelschaltung zwischen den Anschlußplatten1032 und1034 geschaltet. Unter Betriebsbedingungen des Leuchtelements1010 sind die Anschlußplatten1032 und1034 mit den Anschlußklemmen einer hier nicht eigens gezeigten Spannungsquelle verbunden. - Bei der Herstellung des oben beschriebenen Leuchtelements
1010 wird das Grundsubstrat1012 , beispielsweise eine Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm, mit dem Substrat1014 aus Saphirglas (Al2O3-Glas) beschichtet. Auf das Saphirglas1014 wird wiederum ein GaN-Wafer aufgebracht. Mittels der an und für sich bekannten Verfahren der Fotolithografie und der Trockenätzung werden dann aus dem GaN-Material auf dem Substrat1014 die Halbleiter-Leuchtelemente1016.1 bis1016.6 aufgebaut und durch Aufdampfen der Leiterbahnen1024 ,1028 und1030 vollendet. - Soweit es die Fläche des Grundsubstrats und des darauf aufgebrachten Substrats mit GaN-Material zuläßt, werden mehrere Halbleiter-Leuchtelementen
1016 verschiedener Leuchtelemente1010 in einem Prozess erzeugt und die verschiedenen Leuchtelemente1010 hiernach mittels bekannter Techniken aus dem Grundsubstrat1012 herausgeschnitten. - Die Halbleiter-Leuchtelemente
1016.1 bis1016.6 eines herausgeschnittenen Leuchtelements werden wie oben beschrieben in Reihe bzw. parallel geschaltet. - Die den Halbleiter-Leuchtelementen
1016 gegenüberliegende Seite des Grundsubstrats1012 wird zusätzlich mit einer Verspiegelung1036 versehen (vgl.12 ). Falls anstelle eines Glases eine Keramik oder ein Metall mit reflektie render Wirkung für das Grundsubstrat1012 verwendet wird, kann auf die rückseitige Verspiegelung verzichtet werden. - Wenn für das Grundsubstrat
1012 ein Glas verwendet wird, kommt insbesondere ein Bor-Tonerde-Glas in Frage. Derartige Gläser werden unter vielen Bezeichnungen vertrieben. Zusammenfassend kommen alle Gläser in Frage, welche eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse, wie Temperaturschwankungen und Chemikalien, aufweisen. - Jedes Halbleiter-Leuchtelement
1016 kann auch als Halbleiter-Chip bezeichnet werden. Ein derartiger einzelner Halbleiter-Chip hat beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Seitenlänge von 1500 μm. Somit hat ein einzelner Halbleiter-Chip1016 eine Fläche von 1500 μm × 1500 μm. Ein einzelner Halbleiter-Chip hat dabei eine Aufnahmeleistung von 2,25 W. Bei einer Anordnung von sechs Halbleiter-Chips1016 in der gezeigten 2 × 3-Matrix ergeben sich somit insgesamt 13,5 W Aufnahmeleistung. - Wird ein einzelner Halbleiter-Chip
1016 mit einer Fläche von 1800 μm × 1800 μm aufgebaut, so ergibt sich hieraus eine Aufnahmeleistung von 3,24 W. Daraus resultiert bei 2 × 3 Halbleiter-Chips1116 eine Gesamtaufnahmeleistung von 19,44 W. Bei letzterem Aufbau wird eine Lichtleistung von etwa 1555 Lumen erreicht. - Eine Abwandlung der Leuchtelement-Einheit
1010 nach den10 bis12 ist in13 anhand eines Leutelement-Einheit2010 gezeigt. Den10 bis12 entsprechende Komponenten tragen in13 dieselben Bezugszeichen zuzüglich1000 . Das oben zur Leuchtelement-Einheit1010 Gesagte gilt sinngemäß entsprechend auch für die Leuchtelement-Einheit2010 . - Im Unterschied zu der in den
10 bis12 gezeigten Leuchtelement-Einheit1010 ist bei der Leuchtelement-Einheit2010 keine Verspiegelung vorgesehen. - Da keine Verspiegelung vorgesehen ist, wird von jedem Halbleiter-Leuchtelement
2016 Licht in weitgehend alle Raumrichtungen abgestrahlt. Mit jedem Halbleiter-Leuchtelement2016 bzw. mit der Leuchtelement-Einheit2016 kann die von einem Betrachter zu erkennende Leuchtwirkung einer Glühbirne nachgeahmt werden. Dazu kann die Leuchtelement-Einheit2010 im Betrieb beispielsweise in einem entsprechenden Gehäuse untergebracht sein, aus dem Licht in alle Raumrichtungem austreten kann. - Eine weitere Abwandlung der Leuchtelement-Einheit
1010 nach den10 bis12 ist in14 anhand einer Leutelement-Einheit3010 gezeigt. Den10 bis12 entsprechende Komponenten tragen in14 dieselben Bezugszeichen zuzüglich2000 . - Das oben zu der Leuchtelement-Einheit
1010 Gesagte gilt sinngemäß entsprechend auch für die Leuchtelement-Einheit3010 . - Die Leuchtelement-Einheit
3010 mit den Halbleiter-Leuchtelementen3016 weist weder eine Verspiegelung noch ein Grundsubstrat auf. Die Leuchtelement-Einheit3010 entspricht dem in5 gezeigten Leuchtmittel10 . D.h. ein Halbleiterelement3016 ist von einem Substrat3014 getragen, welches aus den oben zum Trägersubstrat14 des Ausführungsbeispiels der10 bis12 genannten Materialen, insbesondere aus Saphirglas (Al2O3-Glas), gefertigt ist. - Auch mit der Leuchtelement-Einheit
3010 bzw. mit den Halbleiter-Leuchtelementen3016 kann die von einem Betrachter zu erkennende Leuchtwirkung einer Glühbirne nachgeahmt werden.
Claims (53)
- Halbleiter-Leuchtmittel mit mindestens einem bei Spannungsbeaufschlagung leuchtenden Halbleiter-Leuchtelement (
26 ,28 ,1016 ,2016 ,3016 ) und einem dieses tragenden Substrat (12 ,1014 ,2014 ,3014 ), dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12 ,1014 ,2014 ,3014 ) für das von den Halbleiter-Leuchtelementen (26 ,28 ,1016 ,2016 ,3016 ) erzeugte Licht durchlässig ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
12 ,1014 ,2014 ,3014 ) ein Glasmaterial oder ein Kristallmaterial umfasst. - Leuchtmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasmaterial oder das Kristallmaterial ein Al2O3-Material ist.
- Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
12 ,1014 ,2014 ,3014 ) eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 1 mm, vorzugsweise von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm, nochmals vorzugsweise von etwa 0,2 mm bis etwa 0,4 mm aufweist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Halbleiter-Leuchtelement (
26 ,28 ,1016 ,2016 ,3016 ) eine Dreischichtstruktur ist, wobei die erste Schicht (30 ,1018 ,2018 ,3018 ) eine Halbleiterschicht, die zweite Schicht (32 ,1020 ,2020 ,3020 ) eine MQW-Schicht und die dritte Schicht (34 ,1022 ,2022 ,3022 ) eine Halbleiterschicht ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Halbleiterschichten ein III-V-Material umfasst.
- Leuchtmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Halbleiterschichten durch GaN gebildet ist.
- Leuchtmittel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Halbleiterschichten durch InGaN gebildet ist.
- Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Leuchtelemente (
26 ,28 ) transparent sind. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Halbleiter-Leuchtelementen (
26 ,28 ) durch verschachtelte Elektroden (14 ,36 ) kontaktiert sind. - Leuchtelement nach einem der Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
12 ) auf beiden Seiten Halbleiter-Leuchtelemente (26 ,28 ) trägt. - Leuchtmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den beiden Seiten des Substrates (
12 ) angeordneten Sätze von Halbleiter-Leuchtelementen (26 ,28 ) gegeneinander versetzt sind. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein für das von den Halbleiter-Leuchtelementen (
26 ,28 ) erzeugte Licht durchlässiges Gehäuse (56 ), von welchem das Substrat (12 ) getragen ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (
56 ) eine Mehrzahl von Substraten (12 ) umschließt. - Leuchtmittel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses (
56 ) eine transparente Flüssigkeit enthält. - Leuchtmittel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Flüssigkeit ein Silikonöl ist.
- Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (
56 ) mindestens eine gewölbte Begrenzungsfläche aufweist, insbesondere rotationssymmetrisch ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Leuchtelemente (
26 ,28 ) im UV oder im Blauen strahlen und im Inneren des Gehäuses Phosphorpartikel verteilt sind, die im Blauen, Gelben und Roten emittieren, derart, daß das Leuchtmittel weißes Licht abgibt. - Leuchtmittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel auf das Substrat (
12 ) und/oder die Halbleiter-Leuchtelemente (26 ,28 ) und/oder die Innen- oder Außenfläche des Gehäuses (56 ) aufgebracht sind. - Leuchtmittel nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel in einer Flüssigkeit (
54 ) oder einem festen transparenten Einbettungsmaterial verteilt sind, die/das das die Halb leiter-Leuchtelemente (26 ,28 ) tragende Substrat (12 ) umgibt. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Leuchtelement (
26 ,28 ) ausgedehnte Kontaktleiterbahnen (14 ,36 ) trägt. - Leuchtmittel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktleiterbahnen (
14 ,36 ) so angeordnet sind, daß jeweils einander gegenüberliegende Abschnitte (16 ,22 ,24 ,44 ,46 ) beider Kontaktleiterbahnen (14 ,36 ) im wesentlichen gleichen Abstand voneinander haben. - Leuchtmittel nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (
16 ,22 ,24 ,44 ,46 ) der Kontaktleiterbahnen (16 ,36 ) kammähnlich ineinander greifen. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiterbahnen (
16 ,36 ) jeweils über eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungsstellen (n1 bis n7, p1 bis p6) mit Speiseleiterbahnen (86 ,88 ) eines Basissubstrates (84 ) verbunden sind. - Leuchtmittel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (
84 ) ein Glasmaterial oder ein Kristallmaterial umfasst. - Leuchtmittel nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasmaterial oder das Kristallmaterial ein Al2O3 Material ist.
- Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (
84 ) eine Dicke von etwa 0,2 mm bis etwa 2 mm, vorzugsweise von etwa 0,2 mm bis etwa 1,0 mm, nochmals vorzugsweise von etwa 0,4 mm bis etwa 0,6 mm aufweist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (
84 ) eine reflektierende Oberfläche aufweist. - Leuchtmittel nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (
84 ) aus einem isolierenden reflektierenden Material besteht oder mit einem solchen beschichtet ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende reflektierende Material ein Oxidmaterial, insbesondere ein Keramikmaterial ist.
- Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Halbleiter-Element (
26 ,28 ) ein Reflektorteil (98 ) angeordnet ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorteil (
98 ) aus einem Kristallmaterial hergestellt ist, welches vorzugsweise auf der Rückseite verspiegelt ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Leuchtelemente (
26 ,28 ) unter Verwendung eines transparenten Harzes, vorzugsweise Epoxidharz in das lichtdurchlässige Gehäuse (56 ) eingegossen sind. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Ge häuses (
56 ) eine lichtdurchlässige Elektrode (114 ) trägt. und das Gehäuse (54 ) auf niederen Druck evakuiert ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (
114 ) als Gitter ausgebildet ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (
114 ) aus Graphit hergestellt ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (
114 ) mit Phosphormaterial (112 ) überschichtet ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (
114 ) mit einer Anschlußklemme (116 ) in Verbindung steht, die mit einer Hochspannungsquelle (118 ) verbindbar ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
1014 ,2014 ,3014 ) seinerseits von einem Grundsubstrat (1012 ,2012 ,3012 ) getragen ist. - Leuchtmittel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundsubstrat (
1012 ,2012 ,3012 ) ein Glasmaterial, insbesondere ein Bor-Tonerde-Glas, umfaßt. - Leuchtmittel nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Glasmaterials des Grundsubstrats (
1012 ,2012 ,3012 ) etwa einer der folgenden entspricht: a) 81%SiO2 , 13%B2O3 , 4%Alkali, 2%Al2O3 ; oder b) 57%SiO2, 1%Na2O, 12%MgO, 26%Al2O3, 4%B2O3. - Leuchtmittel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundsubstrat (
1012 ,2012 ,3012 ) ein Keramikmaterial umfaßt. - Leuchtmittel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundsubstrat (
1012 ,2012 ,3012 ) ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, umfaßt. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
1014 ) und das Grundsubstrat (1012 ) zumindest teilweise für die von dem Halbleiter-Leuchtelement (1016 ) emittierte Strahlung transparent sind und die dem Substrat (1014 ) gegenüberliegende Seite des Grundsubstrats (1012 ) mit einer diese Strahlung in Richtung auf das Substrat (1014 ) reflektierenden Schicht (1036 ) versehen ist. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundsubstrat (
1012 ,2012 ,3012 ) eine Dicke von 0,5 mm bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,75 mm bis 1,5 mm und nochmals bevorzugt von etwa 1,0 mm hat. - Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
1014 ,2014 ,3014 ) eine Dicke von 5 μm bis 400 μm, bevorzugt von 5 μm bis 200 μm, nochmals bevorzugt von 10 μm bis 100 μm und nochmals bevorzugt von 50 μm bis 75 μm hat. - Leuchtpaneel, gekennzeichent durch eine Vielzahl von Leuchmitteln nach einem der Ansprüche 1 bis 46, welche in einem planparallele Deckplatten (
74 ,76 ) aufweisenden Paneelgehäuse (70 ) angeordnet sind. - Leuchtpaneel nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Leuchtmitteln (
56 ) und dem Paneelgehäuse liegende Raum durch eine transparente Kühlflüssigkeit, insbesondere ein Silikonöl gefüllt ist. - Leuchtpaneel nach Anspruch 47 oder 48, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Paneelgehäuses (
70 ) Phosphorpartikel verteilt sind, die im Blauen, Gelben und Roten emittieren, derart, daß das Leuchtpaneel weißes Licht abgibt. - Leuchtpaneel nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel auf die Leuchtmittel (
56 ) und/oder die Innen- oder Außenfläche des Paneelgehäuses (70 ) aufgebracht sind. - Leuchtpaneel nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel in einer Flüssigkeit (
80 ) verteilt sind, die die Leuchtmittel (56 ) umgibt. - Leuchtpaneel nach der Ansprüche 47 bis 51, dadurch gegekennzeichnet, daß eine (
74 ) der Deckplatten (74 ,76 ) verspiegelt (78 ) ist. - Leuchtpaneel nach der Ansprüche 47 bis 52, dadurch gegekennzeichnet, daß eine (
74 ) der Deckplatten (74 ,76 ) als Mattscheibe (82 ) ausgebildet ist.
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