DE102008008599A1

DE102008008599A1 - Halbleiteranordnung, insbesondere Leuchtdiodenanordnung und Leuchtmittelanordnung

Info

Publication number: DE102008008599A1
Application number: DE102008008599A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann; Theresa Adlhoch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Eine Halbleiteranordnung, insbesondere eine Leuchtdiodenanordnung umfasst einen Hohlkörper, der zumindest teilweise mit einem einen Wärmeaustausch ermöglichenden Medium gefüllt ist. Wenigstens eine zumindest teilweise epitaktisch gewachsene Schichtenfolge ist mit einer ersten Hauptstrahlfläche wärmesenkenfrei in dem Hohlkörper montiert. Ein Wärmeaustausch erfolgt durch eine thermische Ankopplung der Schichtenfolge an das den Wärmeaustausch ermöglichende Medium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, insbesondere eine Leuchtdiodenanordnung und bezieht sich im Besonderen auf die Kühlung einer Leuchtdiode. Die Erfindung betrifft ebenso eine Leuchtmittelanordnung.
Bei einer Verwendung von epitaktisch gewachsenen Halbleitern als Leuchtdioden oder im Algemeinen als Leuchtmittel ist es notwendig, die während des Betriebs auftretende Wärme vom Halbleiter wegzuführen. Ein Ansatz hierfür besteht in der Verwendung einer Wärmesenke, das heißt ein zusätzlicher Festkörper, über den die während des Betriebs anfallende Wärme abgeführt werden kann. Dadurch stellte sich ein stationärer Zustand ein, wobei die während des Betriebs auftretende Wärme über die Wärmesenke abgeführt wird.
Es besteht aber weiterhin das Bedürfnis, eine Halbleiteranordnung, insbesondere eine Leuchtdiodenanordnung anzugeben, bei der eine Wärmeabfuhr auch bei geringeren Bauformen und kleineren Abmessungen gewährleistet ist. Entsprechend soll eine Leuchtmittelanordnung angegeben werden, die bei einer kleinen Bauform gleichzeitig eine gute Kühlung ermöglicht.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der die Wärme erzeugende Bereich also beispielsweise eine epitak tisch gewachsene Halbleiterschicht in einem Strömungskanal montierbar ist. Durch die vorhandene Gasströmung in dem Kanal an dem Leuchtmittel vorbei, die teilweise durch das Leuchtmittel selbst hervorgerufen wird, bildet sich eine thermische Ankopplung und damit eine effektive Kühlung des Leuchtmittels aus.
In einer Ausgestaltungsform umfasst eine Halbleiteranordnung einen Hohlkörper, der zumindest teilweise mit einem einen Wärmeaustausch ermöglichenden Medium gefüllt ist. In dem Hohlkörper ist wenigstens eine zumindest teilweise epitaktisch gewachsene Schichtenfolge mit einer ersten Hauptstrahlfläche vorzugsweise wärmesenkenfrei montiert. Dabei erzeugt in einem Betrieb die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge Wärme, die aufgrund einer thermischen Ankopplung der Schichtenfolge an das Medium abgegeben wird.
Erfindungsgemäß erfolgt somit ein Wärmeaustausch durch eine thermische Ankopplung der Schichtenfolge an das Medium. Letzteres kann wiederum die vorhandene Wärme an die Ummantelung des Hohlkörpers beziehungsweise die weitere Umgebung abgeben.
Zweckmäßigerweise ist dabei die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge substratlos ausgeführt. Dadurch enthält die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge beziehungsweise die Halbleiteranordnung selbst keine Wärmesenke und haben insbesondere auch wärmesenkenfrei in dem Hohlkörper montiert sein. Ein Wärmeaustausch erfolgt somit durch die thermische Ankopplung der Anordnung an das Medium.
In einer Ausgestaltung kann die Schichtenfolge wenigstens zwei unterschiedliche dotierte Halbleitermaterialien sowie zwei Kontaktschichten umfassen. Insbesondere ist es möglich, dass die Schichtenfolge neben zwei unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien weitere Schichten enthält, die beispielsweise zu einer gleichmäßigen Stromverteilung in die Halbleitermaterialien dienen. Ebenso können die Kontaktschichten entsprechend ausgebildet sein, um einen geringen Flächenwiderstand aufzuweisen und einen Strom möglichst gleichmäßig in das Halbleitermaterial zu injizieren. Wenigstens zwei Kontaktelemente können vorgesehen sein, um die epitaktische Schichtenfolge elektrisch zu kontaktieren.
Ebenso kann die Schichtenfolge wenigstens teilweise von einem transparenten Schutzmaterial umgeben sein. Dieses dient jedoch nicht hauptsächlich als eigentliche Wärmesenke, sondern zur Stabilitätsverbesserung der epitaktischen Schichtenfolge und Verbesserung der Auskoppeleigenschaften des in der epitaktischen Schichtenfolge erzeugten Lichts. Beispielswiese kann das transparente Schutzmaterial einen transparenten Kunststoff oder auch Glas umfassen. Zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik ist es möglich, zusätzliche Materialien beispielsweise für eine Verbesserung der Abstrahlcharakteristik aufzubringen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Schichtenfolge eine der ersten Hauptstrahlfläche gegenüberliegende zweite Hauptstrahlfläche auf. In dieser Ausgestaltung wird somit durch die Schichtenfolge eine doppelseitige Emission realisiert. Alternativ kann die der ersten Hauptstrahlfläche gegenüber liegende Seite zumindest teilweise verspiegelt sein, um die Auskoppeleffizienz und die Lichtauskopplung weiter zu verbessern.
Die Montierung der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge an den Hohlkörper kann beispielsweise über die Stromleitungen erfolgen. Diese können zum Beispiel als besonders stabile Drähte ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Hohlkörper wenigstens zwei Öffnungen auf, die ausgestaltet sind, eine gerichtete Strömung des Mediums durch einen Bereich zu erzeugen, in dem die Schichtenfolge montiert ist. Dadurch wird die Schichtenfolge von dem Medium umströmt, so dass die in der Schichtenfolge erzeugte Wärme effizient abgeführt wird. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die erste Hauptstrahlfläche entlang der Strömungsrichtung des Mediums verläuft.
Zur Verbesserung einer derartigen thermischen Ankopplung kann in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, die Oberfläche der Schichtenfolge aufzurauen. Dadurch lässt sich einerseits die thermische Ankopplung weiter verbessern und andererseits auch die Lichtauskopplung steigern. In einer anderen Ausgestaltung weist der Hohlkörper einen ersten Teilbereich mit einer ersten Querschnittsfläche sowie einen zweiten Teilbereich mit einer zweiten Querschnittsfläche aus.
Die beiden Querschnittsflächen können unterschiedlich sein, wobei die Schichtenfolge in dem Teilbereich mit der kleineren Querschnittsfläche montiert sein kann. In dem Teilbereich mit der kleineren Querschnittsfläche wird eine Strömungsgeschwindigkeit des Mediums aufgrund des Bernoulli-Effekts vergrößert, so dass die Effizienz einer thermischen Ankopplung weiter verbessert wird. Zweckmäßigerweise ist demnach der Hohlkörper derart ausgestaltet, dass sich ein Kamineffekt in dem Bereich bilden kann, in dem die Schichtenfolge montiert ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine Leuchtmittelanordnung einen Hohlkörper gefüllt mit einem Wärmeaustauschmedium aus. Der Hohlkörper ist ausgestaltet, eine gerichtete Strömung des Wärmeaustauschmediums zu erzeugen. In den Hohlkörper ist wärmesenkenfrei wenigstens eine substratlose epitaktisch gewachsene Leuchtdiode mit einer ersten Hauptstrahlfläche montiert. Die erste Hauptstrahlfläche verläuft im Wesentlichen entlang einer Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums. Dadurch wird in einem Betrieb der Leuchtdiode die anfallende Wärme effizient durch das Wärmeaustauschmedium weggeführt. Eine weitere Wärmesenke in Form eines zusätzlichen Trägers kann somit entfallen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Leuchtmittelanordnung eine Vielzahl von substratlosen und epitaktisch gewachsenen Lichtdioden aufweisen, welche in einem Array angeordnet und elektrisch kontaktiert sind. Das Array ist wiederum in dem Hohlkörper montiert. Ein derartiges Array kann beispielsweise durch zwei aufeinander liegende transparente Schichten realisiert sein, zwischen denen die epitaktisch gewachsenen Leuchtdioden angeordnet sind. Hierfür eignen sich beispielsweise dünne Glasträger oder auch transparente Kunststoffschichten.
Es ist zweckmäßig, wenn der Hohlkörper einen ersten Bereich mit einer ersten Querschnittsfläche und einen zweiten Bereich mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei einerseits die beiden Querschnittsflächen unterschiedlich sind und andererseits die in dem Hohlkörper montierte Leuchtdiode bevorzugt in dem Bereich mit der geringeren Querschnittfläche montiert ist. Dadurch lässt sich für die Kühlung der so genannte Bernoulli-Effekt ausnutzen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich mit einer geringeren Quer schnittfläche vergrößert ist. Die höhere Geschwindigkeit erlaubt eine effizientere Wärmeabfuhr.
Die substratlose Leuchtdiode kann darüber hinaus mehrere transparente nicht leitende Schichten aufweisen, die die epitaktisch gewachsene lichtemittierende Schichtenfolge umgeben. Dadurch werden ein Schutz und gleichzeitig eine Verbesserung der Lichtauskopplung erreicht. Zudem wird die Stabilität verbessert.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Leuchtdiode von einer transparenten Hüllschicht umgeben sein, die ein asymmetrisches Profil aufweist. Dieses kann zwei Hauptflächen enthalten, die entlang der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums verlaufen. Dadurch lässt sich abhängig von einem Oberflächenprofil der Hüllschicht sowie der Geschwindigkeit des durchlaufenden Wärmeaustauschmediums eine laminare beziehungsweise turbulente Strömung erreichen und somit ein Wärmeaustausch an die äußeren Begebenheiten anpassen.
Der Hohlkörper kann darüber hinaus geschlossen sein, wobei eine Strömung des Wärmeaustauschmediums weg von der Leuchtdiode gerichtet ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Wärmeaustauschmedium eine hohe Wärmekapazität aufweist, Wärme leicht aufnimmt, aber auch leicht an die Hülle des Hohlkörpers wieder abgibt.
Im Weiteren wird die Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Zeichnungen im Detail erläutert.
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer substratlosen Leuchtdiode, die in einem Hohlkörper einsetzbar ist,
2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer substratlosen Leuchtdiode, die in einem Hohlkörper einsetzbar ist,
3 Querschnittsansichten einer epitaktischen Schicht und darauf aufgebrachter verschiedener Materialien zur Verbesserung der Lichtauskopplung,
4A ein schematisches Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung und gleichzeitiger Halterung einer substratlosen Leuchtdiode,
4B ein schematisches Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung und gleichzeitiger Halterung eines Leuchtmittels mit einer Vielzahl einzelner substratlosen Leuchtdioden,
5 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Leuchtmittelanordnung mit einem Hohlkörper, in dem eine Leuchtdiode eingebracht ist zur Verdeutlichung des Kamineffekts,
6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leuchtmittelanordnung mit einer Vielzahl von in einem Array angeordneter Leuchtdioden,
7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leuchtmittelanordnung,
8 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode umgeben von einer Hüllschicht mit asymmetrischem Profil,
9 ein Ausführungsbeispiel eines verkappselten Glaskolbens mit einer Halterung für eine Leuchtdiode.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse insbesondere auch die Größenverhältnisse einzelner Schichten zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht zu betrachten. Vielmehr dienen sie zur Verdeutlichung der einzelnen Aspekte der Erfindung und können insbesondere zum besseren Verständnis oder besseren Darstellbarkeit übertrieben groß beziehungsweise dick dargestellt werden.
1 zeigt eine Ausführungsform einer substratlosen Leuchtdiode. Die Leuchtdiode umfasst hierzu zwischen zwei dünnen wenigen Mikrometer dicken Glasplatten 13 eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge mit einer aktiven Halbleiterschicht 10. Die Glasplatten 13 sind auf beiden Seiten transparent ausgeführt, wodurch eine beidseitige Lichtemission erreicht wird. Gleichzeitig dienen die dünnen Glasschichten zu einer Stabilisierung der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge mit der Halbleiterschichten 10 und einer Verbesserung der Auskopplung des emittierten Lichts. Die epitaktische Schichtenfolge selbst kann beispielsweise als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ausgebildet sein.
Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich durch eines oder mehrere Merkmale insbesondere durch zumindest eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus.

– an einer zu einem Trägerelement, insbesondere dem Trägersubstrat, hingewandten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Halbleiterschichtenfolge, bei der es sich insbesondere um eine strahlungserzeugende Epitaxie-Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
– der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde;
– die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf;
– die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat. Vorliegend bedeutet "frei von einem Aufwachssubstrat", dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der Epitaxie-Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
– die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher beispielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Im konkreten Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge zwei unterschiedlich dotierte Halbleitermaterialien 10, die übereinander angeordnet sind. Auf ihrer jeweils zweiten Seite ist eine leitfähige transparente Oxidschicht 11 beziehungsweise 11' aufgebracht. Diese bilden Stromeinkopplungsschichten und dienen zur Stromeinkopplung in die beiden Halbleitermaterialien, an deren gemeinsame Grenzfläche die Rekombination und damit die Lichterzeugung stattfinden.
Als Stromeinkopplungsschichten 11, 11' eignen sich unter anderem transparente leitende Oxide (Transparent Conductive Oxides) TCO. Diese sind in der Regel Metalloxide wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metall-Sauerstoff-Verbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metall-Sauerstoff-Verbindungen wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen aus unterschiedlich transparenten leitenden Oxiden zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können zusätzlich zur Verbesserung der Stromeinkopplung auch p-beziehungsweise n-dotiert sein.
Die Halbleitermaterialien der gewachsenen Schichtenfolge bilden beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, single guantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung "Quantentopfstruktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 , US 5,831,277 , US 6,172,382 B1 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Für die Halbleitermaterialien eignen sich Halbleiterverbindungen aus den III/V-Verbindungs- oder II/VI-Verbindungshalbleitern.
Ein III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise Al, Ga, In, und ein Element aus der V-Hauptgruppe, wie beispielsweise B, N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff "III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial" die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, insbesondere Nitrid- und Phosphid-Verbindungs-Halbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Zu den III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial gehören beispielsweise Nitrid-III-Verbindungs-Halbleitermaterial und Phosphid-III-Verbindungs-Halbleitermaterial, etwa GaN, GaAs, und InGaAlP.
Entsprechend weist ein II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S. Se, auf. Insbesondere umfasst ein "II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial" eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Zu den II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialen gehören zum Beispiel ZnO, ZnMgO, CdS, CnCdS, MgBeO.
Auf den beiden Stromeinkopplungsschichten 11 und 11' ist zusätzlich teilweise eine dünne Metallschicht 16 beziehungsweise 17 aufgebracht. Diese ist beispielsweise in Form eines Gitters, Kreises oder Quadrates ausgeführt und dient zur Kontaktierung der leitfähigen transparenten Schichten 11 und 11' mit den beiden Kontaktelementen 14, 15 Als Metall kann Cu, Wo, Au, AG oder ein anderes Material mit geringem Flächenwiderstand verwendet werden. Dies muss nicht notwendigerweise ein Metall sein.
Die Kontaktelemente 14 und 15 führen an die Unter- beziehungsweise Oberseite der jeweiligen Glasschichten 13 und bilden dort größere Kontakte aus. Sie dienen somit zu einer elektrischen Kontaktierung der epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge. Es ist sinnvoll, die Kontakte möglichst außerhalb des lichtemittierenden Bereichs anzuordnen, um keine Schatteneffekte zu erzeugen.
Zusätzlich ist die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge mit einer transparenten Schicht 12 zur Passivierung beispielsweise Siliziumdioxid oder auch einer Kunststoffumhüllung eventuell PCB vollständig umgeben.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltungsform, bei der die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge direkt an das Glassubstrat 23 anschließt. Die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge umfasst auch hier wiederum zwei unterschiedlich dotierte Schichten 20 aus einem Verbindungshalbleiter beispielsweise Galliumnitrid, welches den lichtaktiven Bereich bildet. Eine Kontaktierung erfolgt über die zwischen den Kontakten 24 und 25 angeordneten transparenten leitfähigen Schichten sowie einer metallischen Stromverteilungsstruktur 27 beziehungsweise 26. Die metallische Stromverteilungsstruktur beispielsweise in Form eines Kreises, eines Gitters oder sonstigen großflächigen jedoch im Wesentlichen optisch durchlässigen Struktur ist zwischen zwei transparenten leitfähigen Schichten 28 und 21' beziehungsweise 21 und 29 eingebettet. Kontaktiert sind die transparenten leitfähigen Schichten sowie die metallische Stromverteilungsstruktur durch die Kontaktfahnen 25 und 24. Eine Passivierung beziehungsweise eine Kunststoffumhüllung 22 ist in dieser Ausführungsform nur an den seitlichen Rändern vorgesehen.
Im Betrieb dieser substratlosen und wärmesenkenfreien Leuchtdiode wird die erzeugte Wärme nun über die Oberfläche der aufgebrachten Glasschichten 13, 23 beziehungsweise entlang der Passivierungsstruktur 12, 22 abgegeben. Dazu wird ein die Diode oder allgemeiner das Leuchtmittel umgebendes Gas verwendet, das über seine molekulare Bewegung Energie von der Oberfläche der Diode bzw. des Leuchtmittels aufnimmt. Demzufolge wird das die Diode bzw. das Leuchtmittel umgebende Gas erwärmt und gibt ihrerseits die Wärme weiter nach außen ab, so dass ein nach außen in die Umgebung gerichteter Wärmefluss entsteht.
Zu einer Verbesserung einer thermischen Ankopplung und gleichzeitig einer Verbesserung der Lichtauskopplung kann es zweckmäßig sein, verschiedene zusätzliche Materialien auf der Oberfläche der epitaktisch gewachsenen Schicht anzuordnen. 3 zeigt in zwei Teilfiguren A und B einen schematischen Querschnitt einer epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge, bei der einerseits eine gute Lichtauskopplung und andererseits eine ausreichende thermische Ankopplung an das umgebende Wärmeaustauschmedium gewährleistet ist.
In Teilfigur A ist der Einfachheit halber die epitaktische Schichtenfolge durch die beiden Halbleiterschichten 30 angedeutet. Natürlich kann die Schichtenfolge noch weitere Schichten umfassen. Zur Stromeinkopplung sind hier Kontaktfahnen auf der Oberfläche der beiden Halbleiterschichten aufgebracht. Diese umfassen einerseits einen verspiegelten leitfähigen Bereich 35 sowie einen zweiten leitfähigen Teilbereich 36, der auf dem verspiegelten leitfähigen Bereich 35 aufgebracht ist. Licht, das in Richtung des verspiegelten Bereichs 35 abgestrahlt wird, wird von diesem wie dargestellt, reflektiert. Auf diese Weise ist eine doppelseitige Emission in beide Richtungen der epitaktischen Schichtenfolge möglich.
In Teilfigur B sind zusätzliche Elemente 34 auf den beiden äußeren Seiten der epitaktischen Schichtenfolge aufgebracht. Dadurch wird einerseits eine Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge vergrößert, wodurch eine bessere thermische Ankopplung an das Wärmeaustauschmedium möglich wird. Andererseits lässt sich durch die Verwendung geeigneter Maßnahmen beispielsweise von Auskoppelprismen 34 eine Auskoppelwahrscheinlichkeit erhöhen. Auskoppelprismen können fotolithographisch strukturiert und hergestellt werden beispielsweise durch eine Ätzmaske aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid.
Alternativ kann auch die Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge aufgeraut werden. Durch die Aufrauung 38 wird ebenso eine Verbesserung des Auskoppelverhaltens erreicht und gleichzeitig die Oberfläche für die Verbesserung einer thermischen Ankopplung vergrößert. Eine Aufrauung kann vorzugsweise durch Ätzen beispielsweise in einem nasschemischen Verfahren erzeugt werden.
Zu einer freien Montierung und Befestigung der Leuchtdiode zeigt 4A eine beispielhafte Ausführungsform.
Die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 40 ist auch hier wiederum in eine Passivierungsschicht 42 eingebettet zwischen zwei Glasschichten 43 angeordnet. Kontakte 44 und 45 auf den äußeren Oberflächen führen zu der Schichtenfolge 40. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Zuführungsleitungen 46 und 47 gleichzeitig für eine Halterung der Leuchtdiode innerhalb eines Hohlkörpers verwendet. Zu diesem Zweck ist, wie schematisch dargestellt, jede der Zuleitungen doppelt ausge führt, so dass ein Zuleitungsstrang 46 beziehungsweise 47 direkt einen der beiden Kontakte 44, 45 elektrisch leitend kontaktiert. Ein jeweils zweiter vorhandener Zuleitungsstrang 46' beziehungsweise 47' dient dazu, die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge einschließlich der beiden aufgebrachten Glasschichten einzuklemmen. Mit anderen Worten erfolgt eine wärmesenkenfreie Montierung einer substratlosen epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge, wie hier dargestellt durch ein Verklemmen der Leuchtdiode mittels zweiter Drähte, die gleichzeitig zur Stromzuführung verwendet werden. Alternativ bzw. zusätzlich können die Zuleitung 46 und 47 auch mit den entsprechenden Kontakten 44 und 45 verlötet sein. In beiden Fällen wird so eine ausreichende Stabilität erreicht, die Zuleitungen fungieren jedoch nicht hauptsächlich als Wärmesenke, sondern dienen vor allem einer stabilen Montage der Leuchtdiode innerhalb des Hohlkörpers. Eine Wärmeabfuhr wird durch die thermische Ankopplung an ein umgebendes Austauschmedium erreicht.
Auf diese Weise lassen sich freie Leuchtsysteme realisieren. Diese können als Hintergrundbeleuchtung verwendet werden. Bei derartigen Leuchtsystemen kann die lichtemittierende Schicht in einer Schutzhülle verkapselt sein, die vor chemischen oder mechanischen Beschädigungen schützt. Die Schützhülle hat Durchkontaktierungen, so dass elektrische Kontakte auf der Oberfläche der Schutzhülle vorhanden sind. An diese werden Leiter angebracht, beispielsweise gebondet oder gelötet. Eine solche Befestigung ermöglicht eine ausreichende Stabilität des Leuchtmittels, so dass auf größere Flächen nun als Leuchten verwendet werden können.
4B zeigt ein Leuchtmittel 400, bei der zwischen zwei transparenten Schutzschichten 410 eine Vielzahl lichtemittie render Schichtfolgen 420, 420' 420'' angeordnet sind. Diese können unterschiedliche Geometrien aufweisen oder auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise kann die Schichtenfolge 420 Licht einer anderer Wellenlänge emittieren als die Schichtenfolge 420' oder 420''. Damit lassen sich in einem Leuchtmittel unterschiedliche Farben erzeugen, die zudem auch gemischt werden können, um so verschiedene Farbeindrücke zu gewinnen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Schichtenfolgen von zwei metallischen, übereinander angeordneten, jedoch von einander isolierten Ringen 440 umgeben, die jeweils eine Seite der Schichtenfolgen 420. 420', 420'' über ein transparentes leitendes Material kontaktieren. Mit anderen Worten ist ein erster Ring auf einer ersten Seite und ein zweiter ring auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet. Mit den Ringen sind Zuleitungen 430 verbunden, die auf Kontaktelemente 401, 402 an der Oberfläche der Schutzschichten 410 führen. Dadurch werden die einzelnen Schichtenfolgen unterschiedlich kontaktiert. Die ringe, als auch die Zuleitungen sind auf die einzelnen Schutzschichten vor dem Zusammenfügen aufgebracht, beispielsweise aufgedampft oder auch aufgewachsen. Eine Isolation zwischen den Ringen verhindert einen Kurzschluss.
Die Kontaktelemente 401, 402 dienen gleichzeitig als Befestigungselemente, so dass das Leuchtmittel im Wesentlichen frei hängend und nur an den Zuleitungen befestigt angeordnet werden kann. Im Betrieb erzeugen die einzelnen Schichtenfolgen Wärme, die über die Schutzschicht 410 an ein umgebendes Medium abgegeben wird. Dieses kühlt das Leuchtmittel und schütt es somit vor einer Beschädigung durch übermäßige Hitzentwicklung.
Alternativ können auch die lichtemittierenden Schichten direkt, also ohne zusätzliche Schutzhülle vorgesehen werden. Eine Kontaktierung kann punktuell, oder aber auch in einer Fläche erfolgen. Beispielsweise können die Halbleiterschichten mit der lichtemittierenden Schichtenfolge mit einem metallischen Ring kontaktiert werden, der auf die Oberfläche aufgebracht, beispielsweise aufgedampft ist. Auch ein Gittermuster ist möglich oder andere Strukturen, die einerseits eine möglichst flächige Stromzuführung in die Halbleiterschichten und andererseits nur in geringem Maß über der lichterzeugenden Schicht liegen. Dadurch wird die Lichtausbeute nicht reduziert.
Eine Abgabe der im Betrieb erzeugten Wärme kann darüber hinaus auch durch eine wärmesenkenfreie Montierung der substratlosen Diode in einem Strömungskanal. Dabei fließt ein Wärmeaustauschmedium an der Oberfläche der Diode oder des Leuchtmittels entlang, wodurch diese gekühlt wird.
5 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel. Dabei ist die substratlose Leuchtdiode 50 über zwei Drähte 54 einerseits elektrisch kontaktiert und andererseits über die Drähte 54 an zwei Haltepunkte 55 und 56 montiert. Die beiden Haltepunkte 55 und 56 sind Teil eines Hohlkörpers 53, der in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder mit der Wandstärke h ausgebildet ist. Zu beiden Seiten ist der Hohlzylinder geöffnet, so dass sich eine Luftströmung aufgrund der Erwärmung der Leuchtdiode im Betrieb 50 einstellen kann, die hier als großer Teil angegeben ist. Dabei strömt kühle Luft von unten in den Hohlzylinder und entlang der beiden Hauptabstrahlflächen der Leuchtdiode 50. Durch die von der Leuchtdiode 50 im Betrieb erzeugt Wärme wird die kühle, an den Haupt abstrahlflächen entlangströmende Luft erwärmt, und strömt nach oben aus. Dieser Kamineffekt führt zu einer kontinuierlichen Luftströmung durch den Hohlzylinder 53, wodurch eine effiziente Kühlung der Leuchtdiode 50 erreicht wird.
Bei einer geeignet gewählten Form des Hohlkörpers ist es zudem möglich, diesen abgeschlossen auszuführen und dennoch eine ausreichende Luftkonvektion innerhalb des Hohlkörpers zu ermöglichen. Dabei ist der Hohlraum so ausgestaltet, dass das durch das von der Leuchtdiode erwärmte Medium innerhalb des Hohlkörpers zu einer Strömung führt und die Wärme weiter nach außen abgibt. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer Konvektionskühlung beispielsweise mittels Gasen mit hoher Wärmekapazität. 9 zeigt diesbezüglich ein Beispiel. Dort ist die Leuchtmittelanordnung in Form einer beidseitig emittierenden Leuchtdiode 95 in einer mit einem Gas gefüllten Glaskörper 90 angeordnet. Der Glaskörper 90 ist hermetisch verschlossen und hat die Form einer Glühbirne. Das Gas 96 innerhalb des Körpers 90 hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und kann so gut die im Betrieb der Leuchtdiode anfallende Wärme an den Glaskörper transportieren.
Des Weiteren wird die Leuchtdiode 95 über zwei Drähte gehalten, die gleichzeitig die Leuchtdiode auch elektrisch kontaktieren. Der Verschluss 92 ist am Glaskörper 90 befestigt und verschließt diesen hermetisch. Er hat Kontaktierungen die über die Halterung 93 die Leitungsdrähte 94 kontaktieren.
Im Betrieb wird durch die von der Leuchtdiode 95 erzeugte Wärme innerhalb des Glaskörpers 90 ein Wärmefluss erzeugt, der eine Konvektionsströmung bewirkt. Diese ist durch den kreisförmigen Pfeil angedeutet. Kühles Gas in Nähe der Leuchtdiode wird erwärmt, steigt auf und gibt seine Energie über die Glashülle nach außen ab. Dadurch entsteht ein kontinuierlich nach außen gerichteter Wärmestrom, der die Leuchtdiode ausreichend kühlt.
6 zeigt eine Ausführungsform mit einem Array aufweisend eine Vielzahl von substratlosen und beidseitig emittierenden Leuchtdioden 66 mit epitaktisch gewachsener Schichtenfolge. In diesem Ausführungsbeispiel ist die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge jeder Diode 66 durch metallische und leitfähige Kontaktringe 62 kontaktiert. Dazu sind je zwei Ringe vorgesehen, die übereinander isoliert liegen und je eine Seite der Schichtenfolge kontaktieren. Die Ringe sind jeweils parallel zu den beiden Zuführungen 64 und 63 geschaltet. Die einzelnen epitaktisch gewachsenen Schichtenfolgen der Leuchtdioden 66 innerhalb der Kontaktringe 62 sind in einem Array (61) angeordnet und zwischen zwei dünnen Glasschichten oder Kunststofffolien 65 platziert. Dadurch wird eine entsprechend große Leuchtkraft erreicht. Bei der Verwendung von transparenten Materialien ist zudem eine Abstrahlung in beide Richtungen möglich. Für eine ausreichende Kühlung ist das Array 61 in einem zylinderförmigen Rohr 60 mit zwei Öffnungen angeordnet. Das zylinderförmige Rohr ist dabei derart ausgestaltet, dass sich innerhalb des Rohres aufgrund der Erwärmung der darin befindlichen Luft durch die Leuchtdioden des Arrays 61 im Betrieb eine gerichtete Luftströmung ausbilden kann. Dies führt im Betrieb der Leuchtdioden dazu, dass eine kontinuierliche und sich selbst erhaltende Luftströmung durch den Hohlzylinder 60 erzeugt wird. Der Hohlzylinder wirkt so als Windkanal, wobei das Array 61 in diesem angeordnet, und durch die vorbei fließende Luft entsprechend gekühlt wird. Abhängig von der abgegebenen Wärmemenge ist die Strömungsgeschwindigkeit.
Zu einer Verbesserung der Kühlung kann der so genannte Bernoulli-Effekt verwendet werden. Dieser tritt zutage, indem ein zylinderförmiges Rohr mit unterschiedlichen Querschnittsflächen verwendet wird. Im Einzelnen ergibt sich nämlich bei einer kleinen Rohrquerschnittsfläche eine im Verhältnis größere Strömungsgeschwindigkeit verglichen mit einem Rohr mit größerer Querschnittsfläche. Grundsätzlich gilt für die Benulligleichung, dass die Summe aus statischem Druck und dem im Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen dynamischen Druck konstant ist.
7 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel bei dem für eine Kühlung einer substratlosen wärmesenkenfrei montierten Leuchtdiode der Bernoulli-Effekt ausgenutzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Leuchtdiode 74' wärmesenkenfrei in einem Teilbereich 77 eines zylinderförmigen Rohres angeordnet. An den Teilbereich 77 mit dem Querschnittsdurchmesser r sind jeweils weitere Teilbereich 70 beziehungsweise 78 angeschlossen, die jeweils einen größeren Querschnittsdurchmesser R aufweisen. In den entsprechenden Übergangsbereichen 79 wächst somit der Querschnittsdurchmesser r auf den zweiten Querschnittsdurchmesser R an.
Bei einem gleichen statischen Druck p in den beiden Teilbereichen muss somit die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Teilbereichs 77 aufgrund der unterschiedlichen Querschnittflächen und des Erfordernisses des Masseerhalts größer sein. Dies folgt direkt aus der Kontinuitätsgleichung.
Die höhere Strömungsgeschwindigkeit erlaubt aber eine effizientere Wärmeabfuhr und damit eine verbesserte Kühlung der substratlosen Leuchtdiode 74'. Letztere ist über Lötstellen 65 und 66 mit den Zuleitungsverbindungen 75' beziehungsweise 76' kontaktiert. Diese sind an die Rohrwand über die Befestigungen 72 und 73 montiert. Damit ist die substratlose Leuchtdiode 74' stabil in dem Teilbereich 77 befestigt. Ihre beiden Hauptstrahlrichtungen sind zudem entlang der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums angeordnet.
Zur Verbesserung einer thermischen Ankopplung kann zusätzlich die Leuchtdiode von einer Hüllschicht umgeben sein, die ein besonderes Profil aufweist. 8 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, bei dem ein transparentes Hüllprofil 82 die Form eines Flugzeugflügels enthalt. Die dicke Seite des Profils 82 ist dabei einer Strömung zugewandt, die von einem Ventilator erzeugt wird. Die Leuchtdiode kann wiederum in einem Hohlkörper aber auch frei im Raum angeordnet sein. Die erzeugte Luftströmung verbessert eine Kühlung, da sie einen höheren Wärmeabtransport als bei einer reinen Konvektion ermöglicht.
Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit sowie der Form des Profils kann sich nun eine laminare beziehungsweise turbulente Strömung ausbilden. Eine derartige Ausbildung ist abhängig von der durch das Profil festgelegen Reynolds-Zahl. Ist diese klein, ergibt sich eine im Wesentlichen laminare Strömung, bei der das Wärmeaustauschmedium die Hülle 82 ohne Verwirbelung umfließt. Wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht beziehungsweise das Profil beispielsweise durch Aufrauung oder andere Maßnahmen verändert, so wächst die Reynolds-Zahl bis sich an der Oberfläche der Chipummantelung 82 kleine Verwirbelungen einstellen. Dies führt zu einer so genannten turbulenten Strömung die ein gegenüber einer laminaren Strömung unterschiedliches Wärmetransportverhalten aufweist. Die thermische Ankopplung an das Wärmeaustauschmedium kann auf diese Art und Weise verändert werden.
Zudem ist es zweckmäßig durch eine Vergrößerung der Oberfläche des Leuchtmittels selbst, wie beispielsweise durch die weiter oben erwähnten Maßnahmen der Oberflächenstrukturierung eine Verbesserung des Wärmetransports zu erreichen. Ebenso lässt sich auch ein Profil erzeugen, das von sich aus Wärme besonders gut von der eigentlichen Leuchtdiode wegleitet.
Die hier dargestellte Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele eingeschränkt. 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 Ansprüchen oder in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Insbesondere kann der Hohlkörper eine beliebige Form aufweisen, solange eine ausreichende Konvektion und damit Wärmetransport weg von dem die Wärme erzeugende Leuchtmittel gewährleistet ist. Somit kann der Hohlkörper abgeschlossen sein beziehungsweise eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Als Wärmeaustauschmedium eignet sich ein Gas, ein Gasgemisch wie beispielsweise Luft, jedoch auch eine Flüssigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0905797 A2 [0037]
- WO 02/13281 A1 [0037]
- WO 01/39282 [0041]
- US 5831277 [0041]
- US 6172382 B1 [0041]
- US 5684309 [0041]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 [0037]

Claims

Lichtemitterendes Halbleiterbauelement, umfassend: – eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Lichterzeugung geeigneten Teilschicht (10, 20), Die Teilschicht (10, 20) umfassend eine erste Hauptseite und eine gegenüberliegende zweite Hauptseite; – einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontakt (24, 25), welche die Halbleiterschichtenfolge kontaktieren, bei der das Halbleiterbauelement in einem Betrieb zwei gegenüberliegende Hauptabstrahlflächen für erzeugtes Licht aufweist, die im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Hauptseite verlaufen.
Das Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei der die Halbleiterschichtenfolge zumindest eine transparente elektrisch leitende Schicht (11, 11') aufweist, die auf der ersten Hauptseite angeordnet ist und mit einem der elektrischen Kontakte (24, 25) gekoppelt sind.
Das Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei welcher der elektrische Kontakt die Form eines Rings, eines Gitters oder einer sonstigen Struktur aufweist, die zu einer lateralen Stromeinkopplung geeignet ist.
Das Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise von einem transparenten nichtleitenden Material umgeben ist.
Das Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der im wesentlichen parallel zu den zwei gegenüberliegende Hauptabstrahlflächen angeordnete transparente Schutzschichten umfasst.
Das Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei der die Kontakte auf einer Oberfläche der Schutzschicht verlaufen.
Das Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Kontakte (24, 25) zu einer Befestigung des Halbleiterbauelement mit elektrische Zuleitungen verbunden, insbesondere gebondet oder gelötet sind.
Das Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Halbleiterbauelement substratlos und Wärmesenkenfrei ist.
Ein Leuchtmittel, umfassend: – eine Vielzahl lichtemittierender Halbleiterbauelemente einem der Ansprüche 1 bis 5, die in einer Matrix aus einem nichtleitendem transparenten Material (410) eingebettet sind, – Kontaktelemente (401, 402), welche die Kontakte elektrisch kontaktieren.
Das Leuchtmittel nach Anspruch 9, bei dem die Matrix zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufeist, zwischen denen die Vielzahl lichtemittierender Halbleiterbauelemente angeordnet ist.
Das Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 9 bis 10, bei denen die Kontaktelemente zur Befestigung des Leuchtmittels an Zuleitungen ausgestaltet sind.
Das Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei denen verschiedene elektrische Kontaktelemente für verschiedene lichtemittierender Halbleiterbauelemente der Vielzahl lichtemittierender Halbleiterbauelemente vorgesehen sind.
Eine Halbleiteranordnung, insbesondere Leuchtdiodenanordnung, umfassend: – ein Hohlkörper (53, 60), der zumindest teilweise mit einem einen Wärmeaustausch ermöglichenden Medium gefüllt ist; – wenigstens eine zur Lichterzeugung geeignete zumindest teilweise epitaktisch gewachsene Schichtenfolge (50, 10, 66) mit einer ersten Hauptabstrahlfläche für ein betriebserzeugtes Licht, die wärmesenkenfrei in dem Hohlkörper (53, 60) montiert ist; wobei eine Wärmeaustausch durch thermische Ankopplung der Schichtenfolge (50, 10, 66) an das Medium erfolgt.
Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, bei der die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge (50, 66, 44) substratlos ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei der die Schichtenfolge wenigstens zwei unterschiedlich dotierte Halbleitermaterialien (40) sowie zwei Kontaktschichten (21, 21', 28, 29) umfasst.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiter aufweisend, zwei Kontaktelemente (15, 14, 25, 24), welche die epitaktische Schichtenfolge (21, 21', 25, 26) elektrisch kontaktieren.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Schichtenfolge zumindest teilweise von einem transparenten Schutzmaterial (22, 23, 12, 13) umgeben ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die Schichtenfolge eine der ersten Hauptab strahlfläche gegenüberliegende zweite Hauptabstrahlfläche aufweist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der eine der ersten Hauptabstrahlfläche gegenüberliegende Seite zumindest teilweise verspiegelt ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei der die Schichtenfolge (50) über Stromleitungen (54) an den Hohlkörper (53) montiert ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei welcher der Höhlkörper (53) wenigstens zwei Öffnungen umfasst, die ausgestaltet sind, eine gerichtete Strömung des Mediums durch den Bereich zu erzeugen, in dem die Schichtenfolge (50) montiert ist.
Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 21, bei welcher die erste Hauptstrahlfläche entlang der Strömungsrichtung des Mediums verläuft.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, umfassend eine Vielzahl von epitaktisch gewachsenen und im Hohlkörper (60) montierten Schichtenfolgen (66), die in einem Array angeordnet und elektrisch kontaktiert sind.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, bei welcher der Hohlkörper (70) einen ersten Teilbereich (78) mit einem ersten Querschnittsfläche und einen zweiten Teilbereich (77) mit einem zweiten Querschnittsfläche aufweist, in dem die Schichtenfolge (74') montiert ist.
Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 24, bei welcher die zweite Querschnittsfläche geringer als die erste Querschnittsfläche ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 25, bei welcher der Hohlkörper als transparentes zylinderförmiges Rohr ausgebildet ist.
Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 26, bei welcher der Hohlkörper geschlossen und mit einem Wärmeaustauschmedium gefüllt ist, das eine größere Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität als Luft aufweist.
Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 27, bei welcher das Wärmeaustauschmedium einen größeren Druck als Normaldruck aufweist.
Eine Leuchtmittelanordnung, umfassend: – einen Hohlkörper (53, 60, 70) gefüllt mit einem Wärmeaustauschmedium, der Hohlkörper (53, 60, 70) ausgestaltet, eine gerichtete Strömung der Wärmeaustauschmediums zu erzeugen; – wenigstens eine substratlose epitaktisch gewachsene Leuchtdiode (74') mit einer ersten Hauptabstrahlfläche, die in dem Hohlkörper (53, 60, 70) wärmesenkenfrei montiert ist; wobei die erste Hauptabstrahlfläche im Wesentlichen entlang einer Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums verläuft.
Die Leuchtmittelanordnung nach Anspruch 29, bei welcher der Hohlkörper (70) eine ersten Bereich (78) mit einer ersten Querschnittsfläche und eine zweiten Bereich (77) mit einer zweiten Querschnittsfläche und der darin montierten Leuchtdiode umfasst, wobei die erste und zweite Querschnittsfläche unterschiedlich sind.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 30, weiter umfassend: – wenigstens zwei Kontaktleitungen (75, 76'), die zur Montage und zur elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiode (74') ausgebildet und an dem Hohlkörper (70) befestigt sind.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, bei der die Leuchtdiode eine zweite der ersten Hauptabstrahlfläche gegenüberliegende Hauptstrahlfläche aufweist, so dass die Leuchtdiode zwei Hauptabstrahlrichtungen aufweist.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, bei der die substratlose Leuchtdiode zwei transparenten nicht leitenden Schichten und eine epitaktisch gewachsene zur Lichterzeugung geeignete Schichtenfolge umfasst, die zwischen den zwei transparenten nicht leitenden Schichten angeordnet ist.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 33, bei der der Hohlkörper geschlossen und mit einem gasförmigen Wärmeaustauschmedium gefüllt ist, dessen Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität größer als die von Luft ist.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 34, bei der die substratlose Leuchtdiode von einer transparenten Hüllschicht umgeben ist, die ein asymmetrisches Profil mit wenigstens zwei Hauptflächen aufweist, die entlang der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums verläuft.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, bei der die substratlose Leuchtdiode von einer Hüllschicht umgeben ist, die ein tropfenförmiges Profil mit wenigstens zwei Hauptflächen aufweist, die entlang der Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums verläuft.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, bei welcher der Hohlkörper geschlossen ist und eine Strömung der Wärmeaustauschmediums weg von der Leuchtdiode gerichtet ist.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, umfassend eine Vielzahl von substratlosen und epitaktisch gewachsene Leuchtdioden, die in einem Array angeordnet und elektrisch kontaktiert sind, wobei das Array in dem Hohlkörper angeordnet ist.
Die Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 38, umfassend: – eine Kühlvorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstroms in Richtung auf die Leuchtdiode hin.
Die Leuchtmittelanordnung nach Anspruch 39, bei der die Kühlvorrichtung einen Ventilator umfasst.