DE202004021348U1

DE202004021348U1 - Multichip-Hochleistungsdiode auf der Basis von AllnGaN

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Publication number: DE202004021348U1
Application number: DE202004021348U
Authority: DE
Original assignee: Bridgelux Inc
Current assignee: Bridgelux Inc
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2014-05-12
Also published as: CA2521881A1; US9006765B2; EP1876645A2; DE04752049T1; EP1876645A3; KR20120000582A; KR20060015592A; CN100541706C; KR20100055545A; US8502239B2; EP2224467A2; KR20100018102A; EP2224466A2; EP1623450A4; HK1092281A1; US20060063288A1; TWI285966B; US6869812B1; EP2224467A3; KR20090009985A

Abstract

Leuchtdiodenchip mit einem Seitenverhältnis, das eine längliche Geometrie definiert.

Description

Die vorliegende Erfindung wurde aus der EP 04752049.9 ausgeschieden.
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Leuchtdioden (LEDs) sowie Verfahren für deren Herstellung und Betrieb. Die vorliegende Erfindung betrifft spezieller eine LED mit einem verbesserten Design, das bessere Ausgangscharakteristiken bietet. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Hochleistungs-AlInGaN-LED-Baugruppe, die mehrere hoch effiziente, längliche Chips umfasst, die in einem optimierten reflektiven Bechergehäuse zusammengefügt sind.
Hintergrund der Erfindung
Leuchtdioden (LEDs) für die Verwendung als Indikatoren sind gut bekannt. LEDs werden für diesen Zweck in der Verbraucherelektronik weit verbreitet eingesetzt. So werden beispielsweise rote LEDs häufig benutzt, um anzuzeigen, dass Geräte wie Radios, Fernseher, Videorecorder (VCRs) und dergleichen mit Strom versorgt werden.
Solche derzeitigen LEDs haben sich zwar allgemein als für ihren beabsichtigten Zweck geeignet erwiesen, aber sie haben von ihrer Natur aus Mängel, die von ihrer Effektivität und Attraktivität insgesamt ablenken. So ist beispielsweise der Leistungsausgang solcher derzeitiger LEDs nicht so groß, wie häufig gewünscht wird. Dies begrenzt die Funktionsfähigkeit derzeitiger LEDs in einigen Anwendungen, z.B. bei der Bereitstellung allgemeiner Beleuchtung wie Umgebungsbeleuchtung. Selbst derzeitige Hochleistungs-LEDs bieten nicht genügend Licht für solche Zwecke.
Derzeitige LEDs sind auch weniger effizient als wünschenswert, so dass ihr Einsatz für allgemeine Beleuchtungszwecke weniger attraktiv wird. Derzeitige Hochleistungs-LEDs sind sogar noch weniger effizient als standardmäßige LEDs, so dass Hochleistungs-LEDs für einige Anwendungen sogar noch weniger attraktiv werden.
Einer der Versuche, die Beschränkung derzeitiger LEDs in Verbindung mit einem zu geringen Leistungsausgang zu überwinden, ist die Verwendung mehrerer LEDs, die so gruppiert sind, dass sie das gewünschte Licht erzeugen. Der Einsatz mehrerer LEDs ist jedoch teurer als erwünscht und erhöht von Natur aus Größe oder Volumen des Beleuchtungsgerätes, so dass es für einige Anwendungen ungeeignet wird.
LEDs auf der Basis von AlInGaN haben in den letzten Jahren aufgrund ihres hohen Potentials für die Verwendung als Halbleiterlichtquelle, die als Ersatz für traditionelle Glüh- und Fluoreszenzbeleuchtung geeignet ist, viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Solche derzeitigen LEDs sind zwar immer noch nicht so effizient wie gewünscht, aber ihre Effizienz hat sich im letzten Jahrzehnt doch so weit verbessert, dass sie nun höher ist als die der üblichen Wolframlampe.
LEDs erzeugen Licht, das monochromatisch ist. Daher sind sie gewöhnlich nicht für allgemeine Beleuchtungszwecke geeignet, für die im Allgemeinen Weißlicht gewünscht wird. Durch Kombinieren einer blauen AlInGaN-LED mit gelben Phosphoren kann jedoch Weißlicht erzeugt werden. Dieser Ansatz wird nun bei der Herstellung weißer LEDs weit verbreitet angewendet.
Trotzdem werden weiße LEDs im stärkeren Maße in Gegenlichtanwendungen für Flüssigkristallanzeigen (LCDs) als für allgemeine Beleuchtungen eingesetzt. Dies ist eher auf die Kosten für die Herstellung von AlInGaN-LEDs als auf Leistungsfaktoren zurückzuführen. Letztendlich müssen sowohl Kosten als auch Leistung optimiert werden, damit LEDs in Bezug auf traditionelle Lichtquellen wettbewerbsfähig sind.
Eine Problematik in Verbindung mit LEDs ist, dass ihre Effizienz durch in dem Bauelement selbst erzeugte Wärme beeinträchtigt werden kann. Dies begrenzt die Menge an elektrischer Leistung, die zum Ansteuern einer LED verwendet werden kann, was zu einer Begrenzung der maximalen optischen Ausgangsleistung von einer LED führt, da die Lichtmenge, die erzeugt werden kann, grob proportional zur elektrischen Eingangsleistung ist.
Der fundamentale Grund für die durch Wärme verursachte Effizienzverringerung sind Temperaturanstiege im LED-Chip. Höhere Betriebstemperaturen verschlechtern nicht nur die Lichtausgangseffizienz, sondern reduzieren auch die Lebensdauer der LED erheblich. Da Wärmeerzeugung in der LED unvermeidlich ist, haben Wissenschaftler versucht, Temperaturanstiege durch Verbessern der Wärmeabführungsrate zu reduzieren. Dies kann dadurch erzielt werden, dass ein Kühlkörper in der Nähe des aktiven Bereichs des Bauelementes platziert wird und indem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit für den Kühlkörper gewählt wird.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, größere Bauelemente zu benutzen, so dass sowohl der Kontaktbereich zum äußeren Wärmekontakt als auch die Wärmekapazität insgesamt zunehmen. Bei derselben erzeugten Wärmemenge bleibt ein größeres Bauelement kühler als ein kleineres, so dass ein Betrieb mit höherer Eingangsleistung erleichtert wird. Je höher die Leistung ist, desto höher ist natürlich auch die optische Ausgangsleistung. Daher nimmt für einen größeren LED-Chip die von einem einzelnen Bauelement erzielbare Gesamtleistung zu und es wird eine Kostenersparnis erwartet, da ein großes Bauelement mehrere kleine ersetzt.
1 zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer LED mit einer AlInGaN-Schicht auf Saphir. Die üblichste verwendete Bauelementegröße für eine LED mit einer AlInGaN-Schicht auf Saphir beträgt etwa 300 × 300 Mikron. Das Bauelement wird normalerweise mit 20–30 mA und 3,5 Volt betrieben. Einige derzeitige Designs haben möglicherweise eine andere Geometrie, aber die Abmessungen der Seiten sind etwa ähnlich, d.h. das Seitenverhältnis zwischen den beiden Seiten einer derzeitigen LED beträgt etwa 1. Dies ist hauptsächlich auf die Größe des herkömmlichen LED-Gehäuses zurückzuführen, wobei eine becherförmige Aussparung für einen LED-Chip für eine Montage darin konfiguriert ist und eine Abmessung von etwa 400 Mikron in einer runden oder quadratischen Gestalt hat.
2 zeigt ein vereinfachtes Diagramm eines derzeitigen großen (Hochleistungs)-LED-Chip. Solche großen LED-Chips auf AlInGaN-Basis sind erst kürzlich leicht erhältlich geworden. Die Fläche dieser großen Chips beträgt etwa 1000 × 1000 Mikron. Der tatsächliche Bauelementebereich (exklusive Bondinseln und geätzter Aussparung) eines großen Chip wird so ausgelegt und optimiert, dass er unter einer ähnlichen Stromdichte mit Bezug auf kleinere derzeitige LEDs arbeitet, so dass die Wärmeerzeugungsrate pro Flächeneinheit in beiden Fällen etwa gleich ist. Im Allgemeinen wird der große Chip mit etwa 250–350 mA und 3,5 Volt betrieben.
Beim Konzipieren eines großen Bauelementes muss zusätzliche Aufmerksamkeit darauf verwendet werden, wie sich Strom im Bauelement ausbreitet, so dass es zu einem Minimum an Stromverdichtung kommt. Eine solche Stromverdichtung tritt aufgrund der Zunahme des lateralen Widerstands mit der Chipabmessung und aufgrund dessen auf, dass Strom dazu neigt, nicht sehr weit lateral zu wandern, bevor er vertikal wandert. Wenn dies auftritt, muss eine ausreichende elektrische Kontaktverteilung vorgesehen werden, um zu gewährleisten, dass im Wesentlichen der gesamte laterale Strom gleichmäßig verteilt wird. In der eigentlichen Praxis wird ein interdigitales Fingermuster benutzt, wie z.B. das in 2 gezeigte.
Große Bauelemente können zwar mehr Ausgangsleistung pro Bauelement liefern, aber mit großen Bauelementen ist ein Lichtextraktionsproblem assoziiert. Wenn Licht in einer LED erzeugt wird, dann entweicht etwas Licht leicht aus dem Chip und etwas Licht tut dies nicht, je nach dem Winkel, in dem das Licht auf die Grenzfläche zwischen der LED und dem externen Medium auftrifft. Wenn der optische Brechungsindex des Mediums kleiner ist als der Index des LED-Materials, dann wird Licht innerhalb der LED zurück zur LED reflektiert, wenn der Einfallswinkel größer als ein kritischer Winkel ist. Das reflektierte Licht prallt dann in der LED hin und her, bis es einen Ausweg findet oder absorbiert wird. Die Lichtintensität wird aufgrund von Absorption im Volumenmaterial gedämpft.
Je mehr Licht in der LED wandert und je größer der Brechungsindex des LED-Materials ist, desto weniger Licht entweicht. So ist es wünschenswert, die Anzahl der Prellungen und die zurückgelegte Gesamtdistanz minimal zu halten, bevor Licht für irgendeine lichtdurchlässige Schicht einer LED entweichen kann.
Nun mit Bezug auf 3A, mit zunehmender Bauelementegröße hat Licht die Tendenz, mehr zu prellen und somit eine größere Distanz zurückzulegen, bevor es das Bauelement verlässt, was zu höheren Lichtverlusten führt. 3B zeigt, dass Licht dazu neigt, in einem kleineren Bauelement weniger zu prellen und somit eine kürzere Distanz zurückzulegen. Dies ist ein besonders ernsthaftes Anliegen für LEDs mit einer AlInGaN-Schicht auf Saphir, da sowohl AlInGaN als auch Saphir relativ höhere Brechungsindexe im Vergleich zu anderen LED-Materialien wie GaAs und AlInGaP haben (für die Farben Infrarot sowie Rot bis Gelb). Aufgrund des höheren Brechungsindexes von AlInGaN und Saphir wandert ein großer Teil Licht tatsächlich in diesen beiden Regionen und entweicht von den Seiten. Daher ist die laterale Abmessung des Bauelementes ein wichtiger Faktor für AlInGaN-LEDs.
Eine Abhilfe für dieses Problem beinhaltet das Montieren des Chip auf dem Kopf stehend und das Bereitstellen eines Spiegelbelags auf der epitaxialen Seite, um den Lichtausgang davon zur Substratseite hin umzuleiten. Da der Brechungsindex von Saphir (n = 1,7) geringer ist als der von AlInGaN (n = 2,5), bietet Saphir eine gute Indexübereinstimmung zwischen der AlInGaN-LED und dem Medium (n = 1,5 für die meisten Epoxide). Der Spiegelbelag auf der epitaxialen Seite reflektiert Licht in Richtung auf das Substrat. Dieses Design bietet einen besseren Pfad, über den Licht entweichen kann. In der tatsächlichen Praxis beträgt die Lichteffizienz das Zweifache von der der nicht gekippten großen LED. Die Kosten für die Herstellung dieses Bauelementes sind jedoch hoch, da nicht nur eine Montagebasis zwischen dem Chip und dem endgültigen Gehäuse nötig, aber eine präzise Ausrichtung erforderlich ist, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Chipkontaktinseln und der Montagebasis zu erzielen. Bisher gibt es keinen Hinweis darauf, dass eine solche Fertigung ertragreich sein kann.
In dem in 2 gezeigten Bauelement gibt es zwei Problematiken in Bezug auf Lichtextraktion. Neben dem Licht, das prellfrei aus dem Bauelement entweicht, wandert das übrige Licht grundsätzlich im epitaxialen Schichtbereich und im Substratbereich, bevor es einen Ausgang findet. Der größte Teil des Lichts tritt an den Seiten des Bauelementes aus. Für im Substratbereich wanderndes Licht gibt es dieselben Probleme wie oben mit Bezug auf 3A erörtert. Das heißt, das Licht wird aufgrund von Volumen- und Grenzflächenabsorptionen gedämpft. Dies gilt für beide Richtungen, d.h. parallel und lotrecht zu den Fingern.
Für Licht, das in den epitaxialen Schichten wandert, erfolgt der Lichtverlust aufgrund der großen Abmessung nur in der parallelen Richtung zu den Fingern. Da die Distanz, die Licht lotrecht zu den Fingern zurücklegt, wesentlich kürzer ist, bevor es auf die beiden Seiten auftrifft, entweicht Licht relativ leicht mit weitaus weniger Verlusten im Vergleich zur anderen, längeren, Richtung.
Licht, das von einer der Seiten austritt, könnte jedoch auf den Metallfinger auftreffen und dann davon absorbiert werden. Leider absorbieren die am häufigsten verwendeten Metalle wie Au oder auf Au basierende Legierungen Licht im blauen Spektrum leicht.
In der tatsächlichen Praxis beträgt, wie in 1 und 2 gezeigt, die Lichtextraktionseffizienz eines Bauelementes von 1000 × 1000 Mikron aufgrund der oben ausführlich erörterten Problematiken nur 1/3 von der eines Bauelementes von 300 × 300 Mikron. Deshalb beträgt, obwohl die Bauelementefläche des 1000 × 1000 Mikron Chip mehr als das 10fache des 300 × 300 Mikron Chip beträgt, die Ausgangsleistung nur etwa das 3–4fache.
Somit hat der Stand der Technik zwar in einem begrenzten Ausmaß die Probleme von unzureichender Beleuchtung und schlechter Effizienz erkannt, aber die bisher vorgeschlagenen Lösungen können keine zufrieden stellende Abhilfe schaffen. Es ist daher wünschenswert, eine LED mit erhöhter optischer Ausgangsleistung und verbesserter Effizienz bereitzustellen. Spezieller ist es wünschenswert, eine LED mit einer größeren aktiven Fläche bereitzustellen, um höhere Helligkeit und Effizienz in Bezug auf derzeitige LEDs zu erzielen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Vorrichtung und das Verfahren wurden oder werden zwar aus Gründen der sprachlichen Flüssigkeit mit funktionellen Erläuterungen beschrieben, aber es ist ausdrücklich zu verstehen, dass die Ansprüche, wenn sie nicht ausdrücklich unter 35 USC 112 formuliert sind, nicht unbedingt als in irgendeiner Weise durch die Konstruktion von „Mittel"- oder „Schritt"-Beschränkungen begrenzt anzusehen sind, sondern dass ihnen der volle Umfang der Bedeutungen und Äquivalente der durch die Ansprüche unter der Rechtslehre von Äquivalenten gegebenen Definition beizumessen ist, und falls die Ansprüche ausdrücklich unter 35 USC 112 formuliert sind, sind ihnen die vollen gesetzlichen Äquivalente unter 35 USC 112 beizumessen.
Die vorliegende Erfindung geht speziell die oben in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnten Mängel an und mildert sie ab. Spezieller, die vorliegende Erfindung umfasst einen Leuchtdiodenchip mit einem im Wesentlichen transparenten Substrat und mit einem Seitenverhältnis, das eine längliche Geometrie definiert, um höhere Effizienz und Helligkeit zu erzielen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Diese sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen besser hervor. Es ist zu verstehen, dass Änderungen an der speziellen gezeigten und beschriebenen Struktur im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Die Erfindung kann besser nachvollzogen werden, wenn man sich nun an die folgenden Zeichnungen wendet, in denen gleiche Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung und ihre verschiedenen Ausgestaltungen werden nun besser verständlich, wenn man sich an die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen wendet, die als illustrative Beispiele für die in den Ansprüchen definierte Erfindung gegeben werden. Es ist ausdrücklich zu verstehen, dass die Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen breiter sein kann als die nachfolgend beschriebenen illustrierten Ausgestaltungen.
1 ist eine teilschematische Darstellung einer typischen derzeitigen standardmäßigen AlInGaN-LED (300 × 300 Mikron), die auf einem transparenten Saphirsubstrat ausgebildet ist;
2 ist eine teilschematische Darstellung einer derzeitigen Hochleistungs-AlInGaN-LED (1000 × 1000 Mikron), die deren interdigitale Kontaktfinger zeigt;
3A ist eine Seitenansicht, die zeigt, wie sich Licht über einen langen Pfad in einem Material mit höherem Brechungsindex ausbreitet (wie z.B. einem Saphirsubstrat oder einer epitaxialen LED-Schicht), bis es schließlich in ein Material mit niedrigem Brechungsindex (wie z.B. Luft) entweicht;
3B ist eine Seitenansicht, die zeigt, wie sich Licht über einen kurzen Pfad in einem Material mit höherem Brechungsindex ausbreitet (wie z.B. ein Saphirsubstrat oder eine epitaxiale LED-Schicht), bis es schließlich in ein Material mit niedrigerem Brechungsindex (wie z.B. Luft) entweicht;
4 ist eine Perspektivansicht einer länglichen Leistungs-LED mit einem hohen Seitenverhältnis und einer reflektierenden Beschichtung, ausgebildet auf einer Seitenwand davon, gemäß der vorliegenden Erfindung;
5A ist ein Grundriss einer beispielhaften Anordnung von vier 250 × 1000 Mikron LEDs, die in einem ausgesparten Gehäuse mit einer auf der Gehäuseinnenseite ausgebildeten reflektierenden Beschichtung angeordnet sind;
5B ist eine Querschnittsseitenansicht der beispielhaften Anordnung von vier 250 × 1000 Mikron LEDs, angeordnet in einem ausgesparten Gehäuse von 5A entlang der Linie 5B davon;
6A ist ein Grundriss einer weiteren beispielhaften Anordnung von vier 250 × 1000 Mikron LEDs, angeordnet in einem ausgesparten Gehäuse mit einer auf der Gehäuseinnenfläche ausgebildeten reflektierenden Beschichtung;
6B ist eine Querschnittsseitenansicht der beispielhaften Anordnung von vier 250 × 1000 Mikron LEDs, angeordnet in einem ausgesparten Gehäuse von 6A, entlang der Linie 6B davon;
7 ist eine teilschematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Taschenlampe;
8A ist ein Anordnungsbeispiel von vier LEDs, die in einem ausgesparten Gehäuse von 5A angeordnet sind, und zeigt die LEDs elektrisch in Reihe miteinander geschaltet;
8B ist ein Anordnungsbeispiel von vier LEDs, angeordnet in einem ausgesparten Gehäuse von 5A, und zeigt zwei Paare der LEDs elektrisch parallel zueinander geschaltet; und
8C ist ein Anordnungsbeispiel von vier LEDs, die in einem ausgesparten Gehäuse von 6A angeordnet sind, und zeigt alle vier LEDs elektrisch parallel zueinander geschaltet.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
Die durchschnittliche Fachperson kann zahlreiche Änderungen und Modifikationen vornehmen, ohne von Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher ist zu verstehen, dass die illustrierte Ausgestaltung nur zu Beispielzwecken dargelegt wird und dass sie nicht als die Erfindung gemäß Definition in den nachfolgenden Ansprüchen begrenzend anzusehen ist. So ist beispielsweise unabhängig von der Tatsache, dass die Elemente eines Anspruchs unten in einer. bestimmten Kombination dargelegt sind, ausdrücklich zu verstehen, dass die Erfindung auch andere Kombinationen mit weniger, mehr oder anderen Elementen einbezieht, die oben offenbart wurden, selbst wenn sie zunächst nicht in solchen Kombinationen beansprucht wurden.
Die in der vorliegenden Spezifikation verwendeten Wörter zum Beschreiben der Erfindung und ihrer verschiedenen Ausgestaltungen sind nicht nur im Sinne ihrer üblicherweise definierten Bedeutungen zu verstehen, sondern so, dass sie durch spezielle Definition in dieser Spezifikation Strukturen, Materialien oder Handlungen über den Umfang der üblicherweise definierten Bedeutungen hinaus umfassen. Wenn also ein Element im Kontext dieser Spezifikation als mehr als eine Bedeutung umfassend verstanden werden kann, dann muss sein Gebrauch in einem Anspruch als für alle möglichen von der Spezifikation und dem Wort selbst unterstützten Bedeutungen generisch verstanden werden.
Die Definitionen der Wörter oder Elemente der nachfolgenden Ansprüche sind daher in dieser Spezifikation so definiert, dass sie nicht nur die Kombination von Elementen beinhalten, die wörtlich dargelegt sind, sondern alle äquivalenten Strukturen, Materialien oder Handlungen zur Ausführung im Wesentlichen derselben Funktion auf im Wesentlichen dieselbe Weise, um im Wesentlichen dasselbe Ergebnis zu erzielen. In diesem Sinne ist es daher vorgesehen, dass eine äquivalente Substitution von zwei oder mehr Elementen für ein beliebiges der Elemente in den nachfolgenden Ansprüchen vorgenommen werden kann oder dass ein einzelnes Element für zwei oder mehr Elemente in einem Anspruch substituiert werden kann. Elemente können zwar oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und anfangs sogar so beansprucht werden, aber es ist ausdrücklich zu verstehen, dass ein oder mehrere Elemente von einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden kann/können und dass die beanspruchte Kombination auf eine Subkombination oder eine Variation einer Subkombination gerichtet sein kann.
Unerhebliche Änderungen von dem beanspruchten Gegenstand, wie er von einer durchschnittlichen Fachperson gesehen wird, jetzt bekannt oder später ersonnen, sind ausdrücklich als im Rahmen der Ansprüche äquivalent anzusehen. Daher sind offensichtliche Substitutionen, die einer durchschnittlichen Fachperson jetzt bekannt sind oder später werden, so definiert, dass sie in den Umfang der definierten Elemente fallen.
So ist zu verstehen, dass die Ansprüche das enthalten, was speziell oben illustriert und beschrieben ist, was konzeptionell äquivalent ist, was offensichtlich substituiert werden kann und auch was im Wesentlichen die essentielle Idee der Erfindung umfasst.
So ist die nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen dargelegte ausführliche Beschreibung als eine Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung anzusehen und soll nicht die einzigen Formen repräsentieren, in denen die vorliegende Erfindung konstruiert oder genutzt werden kann. Die Beschreibung legt die Funktionen und die Folge der Schritte zum Konstruieren und Betreiben der Erfindung in Verbindung mit den illustrierten Ausgestaltungen dar. Es ist jedoch zu verstehen, dass dieselben und äquivalente Funktionen mit anderen Ausgestaltungen erzielt werden können, die ebenfalls als in den Wesen der Erfindung fallend anzusehen sind.
Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-(LED)-Chips, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden eines im Wesentlichen transparenten Substrats mit einem Seitenverhältnis, das eine längliche Geometrie definiert. Die vorliegende Erfindung umfasst spezieller ein Verfahren zum Ausbilden eines Hochleistungs- Leuchtdiodenchips, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines im Wesentlichen transparenten Substrats, Ausbilden von wenigstens einem aktiven Bereich auf dem Substrat und Schneiden, z.B. Vereinzeln, des Substrats zum Bilden von wenigstens einem Leuchtdiodenchip mit einem aktiven Bereich mit einem Seitenverhältnis, das größer als etwa 1,5 zu 1 ist.
Das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs ist vorzugsweise größer als etwa 2 zu 1. Das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs liegt vorzugsweise zwischen etwa 1,5 zu 1 und etwa 10 zu 1. Das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs beträgt vorzugsweise etwa 4 zu 1. Seine Breite beträgt vorzugsweise etwa 250 Mikron, die Länge etwa 1000 Mikron.
Die Fachperson wird jedoch verstehen, dass verschiedene äquivalente längliche Strukturen des aktiven Bereichs ebenfalls geeignet [sind]. So kann der aktive Bereich beispielsweise alternativ durch eine Mehrzahl von länglichen Strukturen definiert werden, die einstückig in Bezug aufeinander ausgebildet sind, um eine komplexere Konfiguration zu definieren. Ein Beispiel für eine solche aus länglichen Strukturen gebildete komplexe Konfiguration ist ein Kreuz. Ein weiteres Beispiel ist eine Mehrzahl von Speichen, die von einem gemeinsamen Mittelpunkt ausgehen, wie die Speichen eines Wagenrades, das allgemein das Aussehen eines Sterns verleiht.
Der aktive Bereich ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er zwischen etwa 3,0 Volt und etwa 3,5 Volt sowie etwa zwischen 60 mA und etwa 90 mA arbeitet. Die Fachperson wird jedoch erkennen, dass verschiedene andere Betriebsparameter ebenso geeignet sind, besonders dann, wenn der aktive Bereich durch andere Materialien als AlInGaN definiert wird.
Die aktiven Bereiche sind bei Bedarf in elektrischer Verbindung miteinander, um ein Netzwerk zu definieren, so dass Spannung im Netzwerk dazu neigt, maximiert zu werden, ohne dass Strom durch irgendeinen Leuchtdiodenchip größer als ein vorbestimmter Wert ist. Durch Maximieren der Spannung im Netzwerk wird die Effizienz der Leistungsübertragung darin wünschenswerter Weise erhöht.
Vorzugsweise wird auf jedem Substrat ein Leuchtdiodenbauelement ausgebildet und der aktive Bereich bedeckt im Wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes Substrats. Es kann jedoch alternativ eine Mehrzahl von länglichen aktiven Bereichen auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden. In diesem Fall bedecken die aktiven Bereiche das Substrat nicht vollständig.
So kann beispielsweise eine Matrix von länglichen aktiven Bereichen auf ein einzelnes Substrat geätzt werden. Als weiteres Beispiel kann ein aktiver Bereich, der als Kreuz oder strahlende Speichen strukturiert ist, auf einem Substrat ausgebildet werden. In diesen beiden Beispielen bedeckt der aktive Bereich im Wesentlichen nicht die gesamte Oberfläche des Substrats. Er bedeckt z.B. den Bereich zwischen den strahlenden Speichen nicht.
Das Substrat umfasst vorzugsweise ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Saphir, Spinell, Glas, ZnO, SiC, MgO, GaN, AlN und AlGaN. Der aktive Bereich umfasst vorzugsweise AlInGaN. Die Fachperson wird jedoch erkennen, dass auch andere Materialien für das Substrat und/oder den aktiven Bereich ebenso geeignet sind.
Gemäß einem Aspekt beinhaltet das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Ausbilden einer oberen LED-Schicht und einer unteren LED-Schicht (vom entgegengesetzten Typ in Bezug auf die obere LED-Schicht), die zum Definieren des aktiven Bereichs zusammenwirken; Ausbilden eines oberen Kontaktfingers auf der oberen LED-Schicht; Ausbilden eines unteren Kontaktfingers auf der unteren LED-Schicht; und Ausbilden eines Reflektors zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger, wobei der Reflektor so konfiguriert ist, dass er vom aktiven Bereich zum unteren Kontaktfinger hin gerichtetes Licht vom unteren Kontaktfinger weg reflektiert, um die Helligkeit des Leuchtdiodenchips zu verbessern. Der Reflektor ist vorzugsweise auf dem aktiven Bereich zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger ausgebildet.
Der Reflektor kann entweder einen dielektrischen Reflektor oder einen Metallreflektor umfassen. Wenn der Reflektor einen Metallreflektor umfasst, dann wird vorzugsweise ein transparenter Isolator auf dem aktiven Bereich zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger ausgebildet, um den Reflektor elektrisch vom aktiven Bereich zu isolieren.
Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung einen Leuchtdiodenchip, der ein im Wesentlichen transparentes Substrat umfasst und ein Seitenverhältnis hat, das eine längliche Geometrie definiert. Spezieller, die vorliegende Erfindung umfasst einen Hochleistungsleuchtdiodenchip, der Folgendes umfasst: ein im Wesentlichen transparentes Substrat, einen auf dem Substrat ausgebildeten aktiven Bereich, wobei ein Seitenverhältnis des aktiven Bereichs größer ist als etwa 1,5 zu 1.
Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung einen Hochleistungsleuchtdiodenchip, der einen Reflektor umfasst, der zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger angeordnet ist, wobei der Reflektor so konfiguriert ist, dass er vom aktiven Bereich zum unteren Kontaktfinger hin gerichtetes Licht vom unteren Kontaktfinger weg reflektiert, um die Helligkeit des Leuchtdiodenchips zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Hochleistungsleuchtdiodenlampe, die ein Gehäuse und wenigstens einen in dem Gehäuse angeordneten Leuchtdiodenchip umfasst.
Das Gehäuse umfasst vorzugsweise vier reflektierende Seiten und einen reflektierenden Boden. Das Gehäuse definiert vorzugsweise ein Rechteck. Das Gehäuse definiert vorzugsweise ein Quadrat. Die Fachperson wird jedoch erkennen, dass das Gehäuse alternativ auch eine beliebige andere gewünschte Form definieren kann. So kann das Gehäuse beispielsweise alternativ rund sein.
Die Hochleistungsleuchtdiodenlampe umfasst vorzugsweise mehrere Leuchtdiodenchips. Die Leuchtdiodenchips können elektrisch in Reihe miteinander geschaltet sein, elektrisch parallel zueinander geschaltet sein oder elektrisch in einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltung zueinander sein. So können z.B. in einer Hochleistungsleuchtdiodenlampe mit vier Leuchtdioden Paare der Leuchtdioden individuell parallel zueinander geschaltet sein und die beiden Paare dann (jeweils als ein gruppiertes Paar) in Reihe miteinander geschaltet sein.
Das Gehäuse ist vorzugsweise so konfiguriert, dass ein Hersteller, der die Hochleistungsleuchtdiodenlampen der vorliegenden Erfindung in ein Illuminatorprodukt einbaut, leicht die gewünschte elektrische Konfiguration (in Reihe, parallel oder eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung) der Leuchtdioden wählen kann. Eine solche Auswahl kann z.B. durch Bonden von Leitern auf gewählte Kontaktinseln der Hochleistungsleuchtdiodenlampe, durch Wählen der Position von Schaltern, durch Hinzufügen oder Verlegen von Schaltbrücken, durch Brennen oder Entfernen von Schaltbrücken oder durch irgendeine andere gewünschte Methode erfolgen.
Die Hochleistungsleuchtdiodenlampe umfasst vorzugsweise vier Leuchtdiodenchips. Die vier Leuchtdiodenchips sind vorzugsweise so konfiguriert, dass sie allgemein ein Quadrat definieren.
Bei Bedarf können die Leuchtdiodenchips so konfiguriert werden, dass sie allgemein eine lineare Reihe davon definieren. Alternativ können die Leuchtdioden Ende an Ende angeordnet werden, um den Umriss eines Quadrats zu definieren.
Das Gehäuse hat vorzugsweise wenigstens eine Aussparung mit einer reflektierenden Beschichtung darin und die Leuchtdiode(n) ist/sind in der Aussparung angeordnet. Das Gehäuse hat bei Bedarf mehrere Aussparungen und in jeder Aussparung befindet sich eine reflektierende Beschichtung, wobei in jeder Aussparung wenigstens eine Leuchtdiode angeordnet ist. So kann das Gehäuse beispielsweise ein ausgespartes Gehäuse mit vier Aussparungen haben, wobei jede Aussparung eine reflektierende Beschichtung darin hat, wobei in jeder der vier Aussparungen eine Leuchtdiode angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Gehäuse ein ausgespartes Gehäuse mit vier länglichen Aussparungen, wobei in jeder länglichen Aussparung eine reflektierende Beschichtung ausgebildet und in jeder länglichen Aussparung eine Leuchtdiode angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Beleuchtungsbauelement eine Stromquelle und wenigstens eine Hochleistungs-Leuchtdiodenlampe in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle. Die Stromquelle kann beispielsweise wenigstens eine Batterie, einen Stecker, der so konfiguriert ist, dass er in eine Wandsteckdose eingesteckt werden kann, oder eine Wechselstromquelle und eine Gleichstromversorgung umfassen, die so gekoppelt ist, dass sie Wechselstrom von der Wechselstromquelle in Gleichstrom umwandelt, der zum Betreiben der Leuchtdioden geeignet ist.
Somit bietet die vorliegende Erfindung ein LED-Chipdesign, das Probleme (wie z.B. schlechte Effizienz und unzureichende Helligkeit) in Verbindung mit derzeitigen LED-Chips abmildert. Der Chip hat ein hohes Seitenverhältnis zwischen seinen beiden benachbarten Seiten, so dass Licht leicht von der langen Seite entweichen kann, wodurch die Helligkeit des Bauelementes erheblich verbessert wird. Die längliche Konfiguration des LED-Chips verbessert auch die Wärmeabführung, so dass das Bauelement bei höheren Stromniveaus arbeiten kann, um seinen Lichtausgang noch weiter zu verbessern, sowie zum Verbessern seiner Effizienz.
Die vorliegende Erfindung ist in den 1–6B illustriert, die derzeit bevorzugte Ausgestaltungen davon darstellen.
1 zeigt eine derzeitige standardmäßige 300 × 300 Mikron AlInGaN-LED, die auf einem transparenten Saphirsubstrat ausgebildet ist. Dieses derzeitige Bauelement umfasst ein transparentes Saphirsubstrat 11, auf dem Substrat 11 ausgebildete epitaxiale AlInGaN-Schichten 12, einen von den epitaxialen AlInGaN-Schichten 12 definierten aktiven Bereich 13, eine obere oder P-Kontaktinsel 14, die auf oberen der epitaxialen Schichten 12 ausgebildet ist, eine untere oder N-Kontaktinsel 15, die auf unteren der epitaxialen Schichten 12 ausgebildet ist, und eine P-Stromverteilungsschicht 16.
2 zeigt eine derzeitige 1000 × 1000 Mikron AlInGaN-Hochleistungs-LED, die auf einem transparenten Saphirsubstrat ausgebildet ist. Diese Hochleistungs-LED ist ein Versuch, eine hellere LED als die in 1 gezeigte standardmäßige LED bereitzustellen. Da sie größer ist, werden interdigitale Kontaktfinger 26, 27 zum Verteilen von Strom durch die aktive Schicht verwendet. Dieses größere derzeitige Bauelement umfasst ein transparentes Saphirsubstrat 21, auf dem Substrat 21 ausgebildete epitaxiale AlInGaN-Schichten 22, einen von den epitaxialen AlInGaN-Schichten 22 definierten aktiven Bereich 23, eine obere oder P-Fingerverbindung 24, die auf oberen der epitaxialen Schichten 22 ausgebildet ist, und eine untere oder N-Fingerverbindung 25, die auf unteren der epitaxialen Schichten 22 ausgebildet ist. Obere oder P-Kontaktfinger 26 erstrecken sich von der P-Fingerverbindung 24 und die unteren oder N-Kontaktfinger 27 erstrecken sich ebenso von der N-Fingerverbindung 25.
Gemäß den 1 und 2 nimmt, wenn die Größe der derzeitigen Chips von 300 × 300 Mikron (1) auf 1000 × 1000 Mikron (2) zunimmt, die optische Ausgangseffizienz um etwa 60%–70% ab. Somit bietet die Hochleistungs-LED zwar erhöhte Helligkeit, aber dies geht auf Kosten von Effizienz.
Nun mit Bezug auf die 3A und 3B, diese Reduzierung der optischen Ausgangsfrequenz mit zunehmender Chipgröße ist auf die höhere Pfadlänge zurückzuführen, die das Licht im Durchschnitt vor dem Austreten aus dem Bauelement zurücklegen muss. Licht, das in einer Schicht der LED wie z.B. der aktiven Schicht oder dem Substrat wandert, muss typischerweise mehrere Male reflektiert werden, bevor es das Bauelement verlässt. Natürlich nehmen mit wachsender LED die Pfadlänge sowie die Zahl der Möglichkeiten zu, die für eine Absorption des Lichts sowohl in der Schicht als auch an der Grenzfläche zwischen benachbarten Schichten existieren. So wird über einen längeren Pfad (wie z.B. durch einen größeren Chip) wie in 3A gezeigt wanderndes Licht durchschnittlich stärker gedämpft als Licht, das über einen kürzeren Pfad wandert (wie z.B. durch einen kürzeren Chip), wie in 3B gezeigt ist.
4 zeigt eine LED mit einer länglichen Geometrie gemäß der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung umfasst ein transparentes Saphirsubstrat 41, auf dem Substrat 41 ausgebildete epitaxiale AlInGaN-Schichten 42, einen durch die epitaxialen AlInGaN-Schichten 42 definierten aktiven Bereich 43, eine obere oder P-Kontaktinsel 44, die auf oberen der epitaxialen Schichten 42 ausgebildet ist, eine untere oder N-Kontaktinsel 15, die auf unteren der epitaxialen Schichten 42 ausgebildet ist, einen sich von der P-Kontaktinsel 44 erstreckenden P-Kontaktfinger 46 und einen von der N-Kontaktinsel 45 ausgehenden N-Kontaktfinger 47.
Optional ist eine reflektierende Beschichtung 48 auf den epitaxialen Schichten 42 ausgebildet (und ist somit auf dem aktiven Bereich 43 ausgebildet). Alternativ kann die reflektierende Beschichtung auf dem N-Kontaktfinger 47 oder ansonsten zwischen den epitaxialen Schichten 42 und dem N-Kontaktfinger 47 ausgebildet sein. Der Reflektor ist so konfiguriert, dass er Licht von den epitaxialen Schichten 43 zurück in die epitaxialen Schichten 43 und somit weg vom N-Kontaktfinger 47 reflektiert. Auf diese Weise kann das reflektierte Licht die epitaxialen Schichten 43 an irgendeinem anderen Ort (anstatt in der Nähe des N-Kontaktfingers 47) verlassen und somit zur Helligkeit der LED beitragen (anstatt durch den N-Kontaktfinger 47 absorbiert zu werden).
Der Reflektor 48 kann entweder ein dielektrischer Reflektor oder ein Metallreflektor sein. Bei Verwendung eines Metallreflektors wird ein Isolator 49 auf den epitaxialen Schichten 42 zwischen dem Reflektor 48 und den epitaxialen Schichten 42 ausgebildet, um einen unerwünschten Stromfluss durch den Reflektor 48 zu verhüten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Lichtverlust durch Verringern der Größe des Chips und somit der Größe des aktiven Bereichs und der Größe des Substrats in einer Dimension (die dass eine längliche Geometrie definiert wird) merklich reduziert werden. Durch Bereitstellen einer reflektierenden Beschichtung oder eines Reflektors auf einer Seite der Mesa zum Vermeiden von unerwünschter Lichtabsorption durch N-Kontaktfinger 47 kann eine weitere Lichtverlustreduzierung erzielt werden.
Da jetzt auch die Gesamtfläche des Bauelementes mit Bezug auf derzeitige Hochleistungs-LEDs reduziert wird, können mehrere LEDs zum Erhöhen der Leistungskapazität benutzt werden. 4 zeigt ein 250 × 1000 Mikron Bauelement als eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Fachperson wird erkennen, dass auch andere Dimensionen und Konfigurationen der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Zum Bewahren derselben Stromdichte während des Betriebs der vorliegenden Erfindung wie in derzeitigen Bauelementen ist die vorliegende Erfindung vorzugsweise so konfiguriert, dass sie mit 3,0–3,5 Volt und 60–90 mA arbeitet (da der aktive Bereich der vorliegenden Erfindung etwa 25% des aktiven Bereichs eines derzeitigen 1000 × 1000 Mikron Bauelementes beträgt). Um soviel optische Ausgangsleistung zu erzeugen wie das derzeitige 1000 × 1000 Mikron Bauelement, kann ein Satz von vier 250 × 1000 Mikron Bauelementen in einem Gehäuse zusammengefügt werden.
Die 5A–6B zeigen zwei Gehäusekonfigurationen der vorliegenden Erfindung. In vielen Anwendungen wird eine punktförmige Lichtquelle bevorzugt, da sie ein sphärisches Lichtmuster erzeugt, das zum Konstruieren einer beliebigen ebenen Form durch Anordnen der Punktquellen in Arrays nützlich ist. Um eine solche Punktquelle bereitzustellen, können optional mehrere längliche Chips zu einem einzigen Gehäuse angeordnet werden, um ein sphärisches Lichtmuster zu erzeugen.
Beide Gehäusebeispiele der 5A und 6A verwenden vier 250 × 1000 Mikron Chips. Jeder Chip ist in einem reflektierenden Becher angeordnet, der so ausgelegt ist, dass er das Seitenlicht individuell aufwärts leitet.
Das in den 5A und 5B gezeigte Gehäuse ist ein Becher 51 mit einer einzelnen Aussparung mit einem nach oben verlaufenden Mittelstück 52 in der Art einer Rohr- oder Gugelhupfpfanne. Die Aussparung 56 ist zur Aufnahme mehrerer, z.B. vier, individueller LED-Chips 57a–57d geeignet. Die Innenseiten 53 und der Boden 54 des Gehäuses, einschließlich des Mittelstücks 52, sind reflektierend, um die von der LED bereitgestellte Lichtmenge zu erhöhen.
In den 6A und 6B ist das Gehäuse ein Becher 61 mit mehreren separaten darin ausgebildeten Aussparungen. Jede Aussparung ist so konfiguriert, dass sie einen separaten LED-Chip 67a–67d aufnimmt. Das Innere jeder Aussparung 66a–66d, einschließlich der Seiten 63 und der Böden 64, ist reflektierend.
Die individuelle reflektierende Aussparung 66a–66d für jeden Chip 67a–67d ist vorteilhaft, da ohne sie das Seitenlicht von den Chips erneut in die nahe liegenden Chips von ihrer Seite her eindringen könnte.
7 zeigt eine teilschematische Querschnittsansicht einer Taschenlampe in einem Hochleistungs-LED-Gehäuse 72, die erfindungsgemäß ausgebildet ist und hinter einer optischen Fokussierungsbeschichtung oder einem Reflektor 71 angeordnet ist. Eine elektrische Verbindung 73 mit Batterien 75, in Zusammenwirkung mit einem elektrischen Federkontakt 76, einem Leiter 77 und einem Schalter 74, erleichtert den Betrieb der Taschenlampe gemäß der derzeitigen Praxis. Gemäß dieser beispielhaften Ausgestaltung der Taschenlampe werden die LEDs von drei 4,5-Volt-Batterien gespeist. Die Fachperson wird jedoch verstehen, dass auch verschiedene andere Konfigurationen der Taschenlampe geeignet sind. In der Tat kann die vorliegende Erfindung in mehreren verschiedenen tragbaren (batteriebetriebenen) Beleuchtungsanwendungen zum Einsatz kommen.
Ein zusätzlicher Vorteil der in den 5A–6B gezeigten Anordnungen ist, dass Betriebsspannung und -strom des Gesamtgehäuses leicht dadurch geändert werden können, dass die Chips in Reihe, parallel oder in einer Kombination von beiden wie oben erörtert geschaltet werden. Wenn beispielsweise alle 4 Bauelemente in Reihe geschaltet werden, dann sind die Betriebsparameter 12–14 Volt und 60–90 mA. Wenn sie parallel geschaltet werden, werden die Betriebsbedingungen 3–3,5 Volt und 240–360 mA. Wenn 2 Bauelemente parallel und 2 Bauelemente in Reihe geschaltet werden, dann sind die Betriebsparameter 6–7 Volt und 120–180 mA. Diese Flexibilität ist für Schaltungsdesigner nützlich, da es in Leistungssystemanwendungen unterschiedliche Anforderungen gibt. Gewöhnlich ist zum Senken von elektrischen Leistungsverlusten im Leistungsverteilungsnetz oder in der örtlichen Stromversorgung hohe Spannung und niedriger Strom wünschenswerter als niedrige Spannung und hoher Strom. Beispiele für unterschiedliche elektrische Verbindungen der LEDs sind in den nachfolgend erörterten 8A, 8B und 8C bereitgestellt.
Gemäß 8A sind die LEDs von 5A elektrisch in Reihe miteinander geschaltet. Diese Konfiguration der LEDs arbeitet mit hoher Spannung und niedrigem Strom. So können beispielsweise in dieser Konfiguration LEDs der vorliegenden Erfindung mit 14 Volt und 90 mA arbeiten.
Gemäß 8B sind zwei Paare der LEDs von 5A elektrisch parallel zueinander geschaltet, so dass eine 2 × 2-Konfiguration entsteht. So können z.B. in dieser Konfiguration LEDs der vorliegenden Erfindung mit 7 Volt und 180 mA arbeiten.
Gemäß 8C sind die LEDs von 5A alle elektrisch parallel zueinander geschaltet. So können beispielsweise in dieser Konfiguration LEDs der vorliegenden Erfindung mit 3,5 Volt und 360 mA arbeiten.
Zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung gehören eine überlegene Lichtausgangseffizienz aufgrund sowohl der länglichen Geometrie davon als auch der reflektierenden Beschichtung auf der Seite des länglichen Chips. Die vorliegende Erfindung stellt eine Leistungs-LED-Bauelementbaugruppe und ein Gehäuse bereit, das ein etwa sphärisches Lichtmuster mit überlegener Lichtausgangseffizienz im Vergleich zu derzeitigen LEDs erzeugt. Ferner bietet die vorliegende Erfindung Flexibilität im Hinblick auf Betriebsspannung und -strom in der Leistungs-LED in dem Gehäuse, um es dem Schaltungsdesigner zu erleichtern, dieses Design optimal an die Anforderungen der Anwendungen anzupassen.
Man wird verstehen, dass die verschiedenen Aspekte der hierin beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Beispiele für Multichip- Hochleistungsleuchtdiode auf der Basis von AlInGaN lediglich derzeit bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung repräsentieren. In der Tat können verschiedene Modifikationen und Additionen an solchen Ausgestaltungen vorgenommen werden, ohne von Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. So sind beispielsweise die verschiedenen unterschiedlichen Formen und Konfigurationen des aktiven Bereichs, entweder auf einem gemeinsamen Substrat oder auf separaten Substraten, vorgesehen. Die Fachperson wird verstehen, dass äquivalente Strukturen, Formen und Konfigurationen ausgebildet werden können, indem eine Reihe verschiedener länglicher Strukturen und/oder Strukturabschnitte bereitgestellt werden. Es ist daher nicht notwendig, dass der gesamte aktive Bereich eine längliche Geometrie definiert, sondern es braucht/-en lediglich (ein) Abschnitt(e) des aktiven Bereichs eine oder mehrere längliche Geometrien zu definieren.
Somit können Modifikationen implementiert werden, um die vorliegende Erfindung für den Einsatz in einer Reihe verschiedener Anwendungen anzupassen.

Claims

Leuchtdiodenchip mit einem Seitenverhältnis, das eine längliche Geometrie definiert.
Leuchtdiodenchip, der Folgendes umfasst: ein Substrat; einen auf dem Substrat ausgebildeten aktiven Bereich; und wobei ein Seitenverhältnis des aktiven Bereichs größer als etwa 1,5 zu 1 ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs größer als etwa 2 zu 1 ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs zwischen etwa 1,5 zu 1 und etwa 10 zu 1 liegt.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenverhältnis des aktiven Bereichs etwa 4 zu 1 ist.
Bauelement nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Breite davon etwa 250 Mikron und die Länge davon etwa 1000 Mikron beträgt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Bereich so konfiguriert ist, dass er zwischen etwa 3,0 Volt und etwa 3,5 Volt und zwischen etwa 60 Milliamperes und etwa 90 Milliamperes arbeitet.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Leuchtdiodenbauelement auf dem Substrat ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Bereich eine Oberfläche des Substrats im Wesentlichen bedeckt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Saphir; Spinell; ZnO; SiC; MgO; GaN; AlN; und AlGaN.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Bereich AlInGaN umfasst.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Folgendes umfasst: eine obere LED-Schicht und eine untere LED-Schicht, die zum Definieren des aktiven Bereichs zusammenwirken; einen oberen Kontaktfinger, der auf der oberen LED-Schicht ausgebildet ist; einen unteren Kontaktfinger, der auf der unteren LED-Schicht ausgebildet ist; und einen Reflektor, der zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger angeordnet ist, wobei der Reflektor so konfiguriert ist, dass er vom aktiven Bereich zum unteren Kontaktfinger hin gerichtetes Licht vom unteren Kontaktfinger weg reflektiert, um eine Helligkeit des Leuchtdiodenchips zu erhöhen.
Bauelement nach Anspruch 12, wobei der Reflektor auf dem aktiven Bereich zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: einen transparenten Isolator, der auf dem aktiven Bereich zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger ausgebildet ist; wobei der Reflektor auf dem transparenten Isolator ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 13, wobei der Reflektor aus einem Dielektrikum gebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 14, wobei der Reflektor aus einem Metall gebildet ist.
Leuchtdiodenchip, der Folgendes umfasst: ein Substrat; einen auf dem Substrat ausgebildeten aktiven Bereich; eine obere LED-Schicht und eine untere LED-Schicht, die zum Definieren des aktiven Bereichs zusammenwirken; einen oberen Kontaktfinger, der auf der oberen LED-Schicht ausgebildet ist; einen unteren Kontaktfinger, der auf der unteren LED-Schicht ausgebildet ist; und einen Reflektor, der zwischen dem aktiven Bereich und dem unteren Kontaktfinger angeordnet ist, wobei der Reflektor so konfiguriert ist, dass er vom aktiven Bereich zum unteren Kontaktfinger hin gerichtetes Licht vom unteren Kontaktfinger weg reflektiert, um eine Helligkeit des Leuchtdiodenchips zu erhöhen.
Leuchtdiodenlampe, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse; und wenigstens einen in dem Gehäuse angeordneten Leuchtdiodenchip, wobei die Leuchtdiode(n) nach einem der Ansprüche 11 bis 27 ist/sind.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 18, wobei das Gehäuse vier reflektierende Seiten und einen reflektierenden Boden aufweist.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Gehäuse ein Rechteck oder ein Quadrat definiert.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei der/die Leuchtdiodenchip(s) mehrere Leuchtdiodenchips umfasst/umfassen.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 21, wobei die mehreren Leuchtdiodenchips elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 21, wobei die mehreren Leuchtdiodenchips elektrisch parallel geschaltet sind.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 21, wobei die mehreren Leuchtdiodenchips elektrisch in einer Reihen- und Parallelkombination geschaltet sind.
Leuchtdiodenlampe nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der/die Leuchtdiodenchip(s) vier Leuchtdiodenchips umfasst/umfassen.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 25, wobei die vier Leuchtdiodenchips allgemein zum Definieren einer linearen Reihe davon konfiguriert sind.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 21, wobei die mehreren Leuchtdiodenchips elektrisch miteinander in Verbindung sind, um ein Netzwerk zu definieren, so dass Spannung in dem Netzwerk zur Maximierung neigt, ohne dass ein Strom durch einen Leuchtdiodenchip fließt, der größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 17, wobei das Gehäuse ein ausgespartes Gehäuse mit wenigstens einer mit einer reflektierenden Beschichtung darin vorgesehenen Aussparung umfasst, wobei wenigstens eine Leuchtdiode(n) in der oder jeder Aussparung angeordnet ist/sind.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 28, wobei das Gehäuse ein ausgespartes Gehäuse mit vier Aussparungen umfasst, wobei jede Aussparung mit einer reflektierenden Beschichtung darin versehen ist, wobei in jeder Aussparung eine Leuchtdiode angeordnet ist.
Leuchtdiodenlampe nach Anspruch 29, wobei die oder jede Aussparung länglich ist.
Beleuchtungsgerät, das Folgendes umfasst: eine Stromquelle; eine Leuchtdiodenlampe in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle, wobei die Leuchtdiodenlampe nach einem der Ansprüche 18 bis 30 ist: ein Gehäuse; und wenigstens einen in dem Gehäuse angeordneten Leuchtdiodenchip, wobei die Leuchtdiode(n) nach einem der Ansprüche 2 bis 17 ist/sind.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 31, wobei die Stromquelle wenigstens eine Batterie umfasst.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 31, wobei die Stromquelle einen Stecker aufweist, der für den Anschluss an einer Wandsteckdose konfiguriert ist.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 31, wobei die Stromquelle eine Wechselstromquelle umfasst und ferner eine Gleichstromquelle umfasst, die so geschaltet ist, dass sie Wechselstrom von der Wechselstromquelle in Gleichstrom umwandelt, der zum Betreiben der Leuchtdioden geeignet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 16, oder Leuchtdiodenlampe nach einem der Ansprüche 17 bis 30, oder Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei das Substrat ein transparentes Substrat umfasst.