WO2017055400A1 - Anordnung mit einem optoelektronischen bauelement und einer schutzschicht aus aerogel - Google Patents

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WO2017055400A1
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airgel
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heat
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PCT/EP2016/073188
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Nils KAUFMANN
Alvaro WULFF
Andreas Gruendl
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with an electro-opto ⁇ African component which is adapted to detect light to erzeu ⁇ gene, wherein a layer is provided of airgel, in order to protect the optoelectronic component against temperature influences.
  • the object of the invention is to provide an arrangement with an optoelectronic component which can be used in different ambient temperatures.
  • the object of the invention is achieved by the arrangement according to claim 1.
  • the described arrangement has an optoelectronic component which is designed to
  • the arrangement has a layer of airgel, which is provided in order to protect the optoelectronic component against temperature influences. Aerogels are very good thermal insulators. Furthermore, an airgel has an optical refractive index which is in the range of the optical refractive index of air. Thus, airgel can be used to protect an optoelectronic device from too high or too low temperatures. For example, the component against ei ⁇ ner ambient temperature of up to about 150 ° C can be protected. Furthermore, the airgel can also be used to the Component to protect against a low temperature of less than -20 ° C.
  • the layer of airgel is arranged at least partially directly on the component. In this way, a compact design with good thermal insulation is achieved.
  • the layer of airgel is at least partially spaced from the device angeord ⁇ net.
  • air or vacuum can be used as a further cost-effective insulator between the layer of airgel and the device.
  • the component is arranged on a support and the support is likewise protected against temperature influences by a layer of airgel. In this way, a temperature input via the carrier can be reduced to the optoelectronic component. Thus, a better thermal insulation of the device he ⁇ reaches.
  • the airgel may be disposed directly on the carrier or spaced from the carrier.
  • an electrical circuit is provided for the device.
  • the airgel protects in this embodiment, the electrical circuit to temperature influences.
  • a further improved thermal insulation of the arrangement is achieved. In this way, the electrical circuit is protected against too high or too low temperatures by the airgel.
  • the airgel may be disposed directly on the electrical circuit.
  • a compact design is achieved with a high thermal insulation.
  • the aeroder may be arranged at a distance from the electrical circuit.
  • air may be provided as a further isolation means Zvi ⁇ assignment of the electrical circuit and the airgel.
  • the airgel is connected directly or indirectly to a heat sink or a heat source.
  • a heat flow between the airgel and the heat sink / heat source can be achieved.
  • heat energy can be dissipated via the heat sink.
  • heat may be conducted to the device and to the airgel via the heat source
  • the airgel is protected with a protective cap against environmental influences.
  • the protective cap may for example consist of glass.
  • the arrangement is arranged in a wall of a device.
  • a part of Anord ⁇ voltage into a room where the appliance.
  • the layer of airgel is arranged in such a way that the optoelectronic Bauele ⁇ element opposite the room is thermally insulated.
  • the device may be designed as an oven or as a cooling ⁇ cabinet.
  • the arrangement is designed as a lighting unit of a vehicle, in particular as a headlight, wherein the layer of airgel is formed to at least a first side of the lighting unit against a heat source of the Vehicle to protect, and wherein on a second side of the lighting unit light of the device is delivered.
  • the lighting unit of an air slot is on the second side of the heat sink, particularly in the form provided to conduct heat from the light emitting unit from ⁇ .
  • the layer protects the Bauele ⁇ ment at least on five sides against heat, the second side being free of the layer as emission side.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of an arrangement with an optoelectronic component
  • FIG. 2 shows a further illustration of an arrangement with an optoelectronic component and an electrical circuit
  • FIG. 3 shows a further illustration of an arrangement with an optoelectronic component and an electrical circuit
  • Fig. 4 is another illustration of a cross section of a
  • Fig. 5 is a schematic representation of a lighting unit of a vehicle with an optoelectronic component.
  • 1 shows a schematic representation of a cross section through a first embodiment of an arrangement 13, in which an optoelectronic component 1 is covered with a layer 2 of airgel.
  • the layer 2 of airgel may also comprise other materials other than airgel.
  • the component 1 may be in the form of a light-emitting component such as, for example, in the form of an LED or an OLED or a semiconductor laser.
  • the component 1 can also be designed in the form of a photosensitive sensor.
  • the component 1 is completely embedded in the airgel 2 or, as shown in FIG. 1, covered with airgel 2 except for a bottom 3 on all other sides.
  • the device 1 is formed, for example, in such a way that light is emitted in all directions to the bottom 3 or that light is emitted on one side opposite to the bottom.
  • the use of airgel as a thermal protective layer has the advantage that light can be passed through the airgel to the construction ⁇ element 1 or the component 1 away.
  • Ae Airgel has a refractive index that is in the range of Bre ⁇ monitoring index of air.
  • a protective layer 8 may be arranged on the outside of the layer 2.
  • the protective layer 8 may be composed game and ⁇ glass protect the layer 2 of airgel to contamination by foreign substances and / or against diffusion of foreign material into the airgel.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the arrangement 13, in which the component 1 is arranged on a carrier 4.
  • the carrier 4 may for example consist of a semiconductor material or a ceramic.
  • an electrical circuit 5 for driving the compo ⁇ Mentes 1 is also arranged on the support 4.
  • the layer 2 of Aero ⁇ gel is formed in the form of a cover and covers the device 1, the electrical circuit 5 and an upper side 6 of the carrier 4 from.
  • the layer 2 is spaced from the component 1 and the electrical circuit 5 and the top 6 of the carrier 4 is arranged.
  • a space 7 is formed between the Carrier 4 and the layer 2 of airgel a space 7 is formed.
  • a vacuum air or other materials such as, for example, a conversion material for converting may we ⁇ iquess a portion of the wavelength of the given off by the component 1 electromagnetic radiation or optical elements such as lenses or reflectors may be provided.
  • At least one outer side of the layer 2 with a protective layer 8 may be ⁇ be revealed.
  • the protective layer 8 may for example consist of glass and protect the layer 2 of airgel against Verschmut ⁇ wetting by foreign substances. However, the protective layer 8 can also be dispensed with.
  • the carrier 4 may be arranged on a thermally conductive medium 9.
  • the medium 9 may constitute a heat sink or a heat source.
  • the medium 9 may e.g. be formed in the form of a metal plate, in particular in the form of a copper plate.
  • the heat sink can be coupled to a heat conductor.
  • the heat exchanger can be in the form of a fixed pipe such as in
  • the heat conductor may be formed, for example, in the form of an air stream, which flows against the medium 9 before ⁇ .
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through a further embodiment of an arrangement 13, wherein the arrangement essentially corresponds to the arrangement of FIG. 2.
  • the layer 2 of airgel is not arranged at a distance from the upper side 6 of the carrier and the component 1 and the electrical circuit 5, but the layer 2 made of airgel covers the component 1, the electrical circuit 5 and the upper side 6 of the carrier 4.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the arrangement 13, the arrangement 13 being installed in a device 10.
  • the Ge ⁇ advises 10 has a wall 11 in which an opening 12 is brought a ⁇ . In the opening 12, the arrangement 13 is introduced ⁇ .
  • the arrangement 13 has a carrier 4, on which at least one component 1 is arranged.
  • three electronic circuits 5 are arranged in the form of other components on the support 4 in the illustrated embodiment.
  • a layer 2 of airgel is provided which thermally isolates the component 1, the further components 15 and the carrier 4 with respect to a space 14 of the device 10.
  • the space 14 is bounded by the wall 11.
  • the optoelectronic component 1 can be provided to illuminate the space 14.
  • the component 1 may have a lens 16.
  • the device 1 and the other components 15 are embedded in the layer 2 of airgel. It covers the
  • the layer 2 is covered in the illustrated embodiment with a protective layer 8.
  • the protective layer 8 can ⁇ example be made of glass.
  • the layer 2 of airgel may also be spaced apart from the component 1 and / or from the electrical circuits 5 in the form of a cover, as shown in FIG.
  • the protective layer 8 can be dispensed with.
  • a thermally conductive medium 9 may be provided on the underside of the carrier 4.
  • the medium 9 may be in contact with a heat conductor 17.
  • the heat conductor 17 may be formed, for example, in the form of a metal layer or a metal line.
  • a fan can play, be provided at 18 ⁇ .
  • the medium 9 can adjoin a ventilation channel 19.
  • the device 10 may for example be in the form of a furnace, in particular ⁇ sondere an oven, or in the form of a refrigerator, in particular in the form of a freezer may be formed. In room 14, either high or low temperatures prevail.
  • high temperatures and low temperatures can be detrimental to the operation of the opto ⁇ electronic component 1.
  • high or low temperatures may be disadvantageous.
  • high temperatures for example, temperatures above 50 ° C or below 0 ° C are understood.
  • Component 1 the layer 2 is provided from airgel.
  • ⁇ to which the layer 2 of airgel also protects more electrical ⁇ specific circuits 5 such as electrical driver scarf ⁇ obligations or a transmitter.
  • Airgel has the properties to provide good insulation and still be transparent especially to visible light.
  • arrangements with the component can also be used adjacent to rooms in which temperatures prevail that are significantly above or significantly below the permissible operating temperature of the component.
  • ⁇ gene can be used as light sources in areas with too high or too low temperatures.
  • a greater variety of conversion materials can be used, for example, for the production of an LED as an optoelectronic component.
  • the good thermal insulation reduced color shift of the emitted light of the compo ⁇ Mentes 1 achieved at changing ambient temperatures.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a light-emitting unit 20 of a vehicle with an opto-electronic construction ⁇ element 1 and a layer 2, which has at least airgel ⁇ or consists of airgel.
  • the device 1 emits light 21 on a second side 22 which constitutes ⁇ represents a front side decreases.
  • a translucent cover 23 is provided on the front side 22 .
  • an optical device 24 for deflecting the light of the component 1 is provided.
  • the layer 2 protects the ⁇ is identified as the component on five sides to a heat source of the vehicle, particularly in relation to the internal combustion engine of the vehicle. In FIG. 5, only an upper side, a lower side and a rear side of the layer 2 are shown.
  • the layer 2 covers the component 1 also on a right and on a left side. Depending on the selected version, the layer can cover 2, the optoelectronic component 1 on only one side, or on two or three sides to the heat source of the vehicle from ⁇ .
  • the heat source is shown schematically in the form of a heat flow 27 in the form of arrows, which is directed in the direction of the lighting unit.
  • the layer 2 may represent at least a portion of the Ge ⁇ koruses of the light unit 20 simultaneously.
  • a carrier housing 25 can be provided on which the layer 2 is placed ⁇ introduced.
  • the layer 2 may be arranged on an inner side and / or an outer side of the carrier housing.
  • the cover 23 may be coupled to a heat sink 26.
  • the heat sink 26 may be made of a thermally conductive material or slots that allow air exchange between an interior of the light unit and the environment.
  • the at least one heat sink 26 can be arranged or formed adjacent to the layer 2 or the carrier housing 25 in the cover 23.
  • the layer 2 is spaced from the Bauele ⁇ element 1 of the lighting unit 20th
  • the ge ⁇ layer 2 may be also arranged on the device 1 of the lighting unit 20 at least partially.
  • Airgel has a refractive index close to the refractive index of air or near 1.0. Thus, unwanted Bre ⁇ cations are the in the transition between the air and the airgel avoided. This property results from a high Po ⁇ roosity of the airgel, since its lattice or pore ⁇ structure have a small solid content and therefore consist essentially of air or vacuum.
  • the solids content may be based, for example, on a metal oxide such as silicon, titanium, zirconium or aluminum oxide.
  • An airgel furthermore has a low specific weight and Ge ⁇ a low thermal conductivity. Aerogels are highly porous solids that consist of up to 99, 98% of the volume of Po ⁇ ren.
  • Aerogels can based on silicate or their arrival materials such as plastic base or Koh ⁇ lenstoffbasis exist. In principle, all metal oxides, polymers and some other substances can be used as a starting point for the airgel synthesis by means of a sol-gel process.
  • Aerogels have a strong dendritic structure, ie a branching of particle chains with very many spaces in the form of open pores. These chains have contact points, so that ultimately the picture of a stable, spongy network results.
  • the pore size is in the nanometer range and the inner surfaces can be unusually large with up to 1000 m2 per gram.
  • a silicate airgel may have the following chemical composition: SiO (OH) y (OR) z, with y and z as parameters dependent on the manufacturing process.
  • the silicate aerogels have high optical transparency and have a refractive index of about ⁇ 1.007 to 1.24 with a typical value of 1.02.
  • silicate aerogels scatter due to the Si licium dioxide shorter wavelengths, ie blue parts of the light stronger than longer wavelengths.
  • the individual particles of the silicate aerogels are about one to ten nanometers in size and the distance between the chains is about 10 to 100 nm.
  • the cylindrical mesopores have a diameter of 2 nm to 50 nm, wherein the porosity in the range of 80 to 99, 8% lies.
  • the bulk density ⁇ be moved consequently in the range of 0.16 (Airbrushing) to 500> ⁇ :> * '* with a typical value of 100 TM "3, whereas the
  • silicate aerogels have a very high specific surface area of from 100 to 1600 ⁇ and a typical value of 600 ⁇ .
  • the thermal conductivity in air at 300 Kelvin is 0.017
  • silicate aerogels can hardly be wetted or chemically attacked by liquid metals
  • Melting point is about 1200 ° C. They are also unbrenn ⁇ cash and non-toxic.
  • the modulus of elasticity ranges from 0.002 to 100 MPa, with a typical value of 1 MPa.
  • silicate airgel instead of silicate airgel, other types of aerogels may be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (13) mit einem optoelektronischen Bauelement (1), das ausgebildet ist, um Licht zu erzeugen, wobei eine Schicht (2) aus Aerogel vorgesehen ist, um das optoelektonische Bauelement (1) gegen Temperatureinflüsse zu schützen.

Description

ANORDNUNG MIT EINEM OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENT UND EINER
SCHUTZSCHICHT AUS AEROGEL
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem optoelektro¬ nischen Bauelement, das ausgebildet ist, um Licht zu erzeu¬ gen, wobei eine Schicht aus Aerogel vorgesehen ist, um das optoelektronische Bauelement gegen Temperatureinflüsse zu schützen .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 116 713.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Im Stand der Technik ist es bekannt, optoelektronische Bau¬ elemente als Leuchtsystem in einer Umgebung mit verschiedenen Temperaturen einzusetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement bereitzustellen, das in verschiedenen Umgebungstemperaturen eingesetzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die beschriebene Anordnung weist ein optoelektronisches Bauelement auf, das ausgebildet ist, um
Licht zu erzeugen. Zudem weist die Anordnung eine Schicht aus Aerogel auf, die vorgesehen ist, um das optoelektronische Bauelement gegen Temperatureinflüsse zu schützen. Aerogele stellen sehr gute thermische Isolatoren dar. Weiterhin weist ein Aerogel einen optischen Brechungsindex auf, der im Bereich des optischen Brechungsindex von Luft liegt. Somit kann Aerogel eingesetzt werden, um ein optoelektronisches Bauelement gegenüber zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen zu schützen. Beispielsweise kann das Bauelement gegenüber ei¬ ner Umgebungstemperatur von bis zu über 150 °C geschützt werden. Weiterhin kann das Aerogel auch verwendet werden, um das Bauelement gegenüber einer niedrigen Temperatur von weniger als -20 °C zu schützen.
In einer Ausführungsform ist die Schicht aus Aerogel wenigs- tens teilweise direkt auf dem Bauelement angeordnet. Auf die- se Weise wird eine kompakte Bauform mit einer guten thermi- sehen Isolierung erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schicht aus Aerogel wenigstens teilweise von dem Bauelement beabstandet angeord¬ net. Dadurch besteht eine erhöhte Flexibilität beim Aufbau der Anordnung. Zudem kann beispielsweise Luft oder Vakuum als weiterer kostengünstiger Isolator zwischen der Schicht aus Aerogel und dem Bauelement eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauelement auf einem Träger angeordnet und der Träger ist ebenfalls durch eine Schicht aus Aerogel gegenüber Temperatureinflüssen geschützt. Auf diese Weise kann ein Temperatureintrag über den Träger auf das optoelektronische Bauelement reduziert werden. Somit wird eine bessere thermische Isolierung des Bauelementes er¬ reicht .
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Aerogel direkt auf dem Träger angeordnet sein oder vom Träger beabstandet angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine elektrische Schaltung für das Bauelement vorgesehen. Das Aerogel schützt in dieser Ausführungsform auch die elektrische Schaltung gegenüber Temperatureinflüssen. Somit wird eine weitere verbesserte thermische Isolierung der Anordnung erreicht. Auf diese Weise wird auch die elektrische Schaltung gegenüber zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen durch das Aerogel geschützt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Aerogel direkt auf der elektrischen Schaltung angeordnet sein. Dadurch wird eine kompakte Bauform bei einer hohen thermischen Isolierung erreicht.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Ae- rogel beabstandet zur elektrischen Schaltung angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau der Schaltung erreicht, wobei zudem Luft als weiteres Isolationsmittel zwi¬ schen der elektrischen Schaltung und dem Aerogel vorgesehen sein kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Aerogel direkt oder indirekt mit einer Wärmesenke oder einer Wärmequelle verbun- den. Auf diese Weise kann ein Wärmestrom zwischen dem Aerogel und der Wärmesenke/Wärmequelle erreicht werden. Beispielswei- se kann bei einer Anordnung in einer Umgebung mit hohen Tem- peraturen über die Wärmesenke Wärmeenergie abgeführt werden. Zudem kann bei einer Anordnung in einer Umgebung mit niedri- gen Temperaturen Wärme zu dem Bauelement und zum Aerogel über die Wärmequelle geführt werden
In einer weiteren Ausführungsform ist das Aerogel mit einer Schutzkappe gegenüber Umwelteinflüssen geschützt. Die Schutzkappe kann beispielsweise aus Glas bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anordnung in einer Wand eines Gerätes angeordnet. Dabei ragt ein Teil der Anord¬ nung in einen Raum des Gerätes. Die Schicht aus Aerogel ist in der Weise angeordnet, dass das optoelektronische Bauele¬ ment gegenüber dem Raum thermisch isoliert ist.
Beispielsweise kann das Gerät als Backofen oder als Kühl¬ schrank ausgebildet sein.
In einer Ausführung ist die Anordnung als Leuchteinheit eines Fahrzeuges, insbesondere als Frontscheinwerfer ausgebildet, wobei die Schicht aus Aerogel ausgebildet ist, um wenigstens eine erste Seite der Leuchteinheit gegen eine Wärmequelle des Fahrzeuges zu schützen, und wobei über eine zweite Seite der Leuchteinheit Licht des Bauelementes abgegeben wird.
In einer weiteren Ausführung der Leuchteinheit ist auf der zweiten Seite eine Wärmesenke, insbesondere in Form eines Luftschlitzes vorgesehen, um Wärme aus der Leuchteinheit ab¬ zuführen .
In einer weiteren Ausführung schützt die Schicht das Bauele¬ ment wenigstens auf fünf Seiten gegen Wärme, wobei die zweite Seite als Abstrahlseite frei von der Schicht ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement;
Fig. 2 eine weitere Darstellung einer Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement und einer elektrischen Schaltung;
Fig. 3 eine weitere Darstellung einer Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement und einer elektrischen Schaltung; Fig. 4 eine weitere Darstellung eines Querschnittes einer
Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement, einer elektronischen Schaltung, einer Trägerplatte und einer Wärmesenke; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Leuchteinheit eines Fahrzeuges mit einem optoelektronischen Bauelement . Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Anordnung 13, bei der ein optoelektronisches Bauelement 1 mit einer Schicht 2 aus Aerogel bedeckt ist. Die Schicht 2 aus Aerogel kann auch weitere Materialien außer Aerogel aufweisen. Das Bauelement 1 kann in Form eines lichtemittierenden Bauelements wie zum Beispiel in Form einer LED oder einer OLED oder eines Halbleiterlaser ausgebildet sein. Zudem kann das Bauelement 1 auch in Form eines lichtempfindlichen Sensors ausgebildet sein. Das Bauelement 1 ist abhängig von der gewählten Ausführungsform vollständig in das Aerogel 2 eingebettet oder, wie in Fig. 1 dargestellt, bis auf eine Unterseite 3 auf allen anderen Seiten mit Aerogel 2 bedeckt. Das Bauelement 1 ist z.B. in der Weise ausgebildet, dass Licht in allen Richtungen bis auf die Unterseite 3 abgestrahlt wird oder dass Licht auf einer Seite gegenüber liegend zur Unterseite abgestrahlt wird. Die Verwendung von Aerogel als thermische Schutzschicht weist den Vorteil auf, dass Licht durch das Aerogel zum Bau¬ element 1 oder vom Bauelement 1 weg geführt werden kann. Ae- rogel weist einen Brechungsindex auf, der im Bereich des Bre¬ chungsindex von Luft liegt. Abhängig von der gewählten Ausführung kann eine Schutzschicht 8 auf der Außenseite der Schicht 2 angeordnet sein. Die Schutzschicht 8 kann bei¬ spielsweise aus Glas bestehen und die Schicht 2 aus Aerogel gegenüber Verschmutzung durch Fremdstoffe und/oder gegen eine Diffusion von Fremdmaterial in das Aerogel schützen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung 13, bei der das Bauelement 1 auf einem Träger 4 angeordnet ist. Der Träger 4 kann beispielsweise aus einem Halbleitermaterial oder einer Keramik bestehen. In dieser Ausführungsform ist zudem eine elektrische Schaltung 5 zum Ansteuern des Bauele¬ mentes 1 auf dem Träger 4 angeordnet. Die Schicht 2 aus Aero¬ gel ist in Form einer Abdeckung ausgebildet und deckt das Bauelement 1, die elektrische Schaltung 5 und eine Oberseite 6 des Trägers 4 ab. Somit ist die Schicht 2 beabstandet zum Bauelement 1 und zur elektrischen Schaltung 5 und zur Oberseite 6 des Trägers 4 angeordnet. Somit wird zwischen dem Träger 4 und der Schicht 2 aus Aerogel ein Raum 7 gebildet. Im Raum 7 können Vakuum, Luft oder auch andere Materialien wie zum Beispiel ein Konversionsmaterial zum Konvertieren we¬ nigstens eines Teils der Wellenlänge der vom Bauelement 1 ab- gegebenen elektromagnetischen Strahlung oder optische Elemente wie Linsen oder Reflektoren vorgesehen sein.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann wenigstens eine Außenseite der Schicht 2 mit einer Schutzschicht 8 be¬ deckt sein. Die Schutzschicht 8 kann beispielsweise aus Glas bestehen und die Schicht 2 aus Aerogel gegenüber Verschmut¬ zung durch Fremdstoffe schützen. Auf die Schutzschicht 8 kann jedoch auch verzichtet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Träger 4 auf einem thermisch leitendem Medium 9 angeordnet sein. Das Medium 9 kann eine Wärmesenke oder eine Wärmequelle darstellen. Das Medium 9 kann z.B. in Form einer Metallplatte, insbesondere in Form einer Kupferplatte ausgebildet sein. Zudem kann die Wärmesenke an einen Wärmeleiter gekoppelt sein. Der Wärmelei- ter kann in Form einer festen Leitung wie zum Beispiel in
Form eines Kupferkabels ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Wärmeleiter beispielsweise in Form eines Luftstromes ausgebildet sein, der an dem Medium 9 vor¬ beiströmt .
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Anordnung 13, wobei die Anordnung im Wesentlichen der Anordnung der Fig. 2 entspricht. Jedoch ist im Gegensatz zur Fig. 2 die Schicht 2 aus Aerogel nicht beabstandet zur Oberseite 6 des Träger und zum Bauelement 1 und zur elektrischen Schaltung 5 angeordnet, sondern die Schicht 2 aus Aerogel bedeckt das Bauelement 1, die elektrische Schaltung 5 und die Oberseite 6 des Trägers 4.
Somit ist wenigstens das Bauelement 1 in die Schicht 2 aus Aerogel eingebettet. Zudem kann auch die elektrische Schal¬ tung 5 in die Schicht 2 aus Aerogel eingebettet sein. Weiter- hin kann die gesamte Oberseite 6, die nicht vom Bauelement 1 und von der elektrischen Schaltung 5 bedeckt ist, mit der Schicht 2 aus Aerogel bedeckt sein. Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung 13, wobei die Anordnung 13 in ein Gerät 10 eingebaut ist. Das Ge¬ rät 10 weist eine Wandung 11 auf, in die eine Öffnung 12 ein¬ gebracht ist. In der Öffnung 12 ist die Anordnung 13 einge¬ bracht. Die Anordnung 13 weist einen Träger 4, auf dem we- nigstens ein Bauelement 1 angeordnet ist, auf. Zudem sind auf dem Träger 4 in der dargestellten Ausführungsform drei elektronische Schaltungen 5 in Form von weiteren Bauelemente angeordnet. Zudem ist eine Schicht 2 aus Aerogel vorgesehen, die das Bauelement 1, die weiteren Bauelemente 15 und den Träger 4 gegenüber einem Raum 14 des Gerätes 10 thermisch isoliert. Der Raum 14 wird von der Wandung 11 begrenzt.
Das optoelektronische Bauelement 1 kann dazu vorgesehen sein, um den Raum 14 zu beleuchten. Dazu kann das Bauelement 1 eine Linse 16 aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Bauelement 1 und die weiteren Bauelemente 15 in die Schicht 2 aus Aerogel eingebettet. Dabei bedeckt die
Schicht 2 auch die Oberseite 6 des Trägers 4. Zudem ist die Schicht 2 in der dargestellten Ausführungsform mit einer Schutzschicht 8 bedeckt. Die Schutzschicht 8 kann beispiels¬ weise aus Glas bestehen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Schicht 2 aus Aerogel auch beabstandet zu dem Bauelement 1 und/oder zu den elektrischen Schaltungen 5 in Form einer Abdeckung, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgebil- det sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform auf die Schutzschicht 8 verzichtet werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auf der Unterseite des Trägers 4 ein wärmeleitendes Medium 9 vorgesehen sein. Das Medium 9 kann mit einem Wärmeleiter 17 in Kontakt stehen. Der Wärmeleiter 17 kann beispielsweise in Form einer Metallschicht oder einer Metallleitung ausgebildet sein. Zu¬ dem kann der Wärmeleiter 17 durch einen Luftstrahl ausgebil- det sein, der an dem Medium 9 vorbeiströmt. Dazu kann bei¬ spielsweise ein Lüfter 18 vorgesehen sein. Zudem kann das Medium 9 an einen Lüftungskanal 19 angrenzen. Das Gerät 10 kann beispielsweise in Form eines Ofens, insbe¬ sondere eines Backofens, oder in Form eines Kühlschrankes, insbesondere in Form eines Gefrierschrankes , ausgebildet sein. Im Raum 14 herrschen somit entweder hohe oder niedrige Temperaturen. Sowohl hohe Temperaturen als auch niedrige Tem- peraturen können nachteilig für die Funktionsweise des opto¬ elektronischen Bauelementes 1 sein. Insbesondere für die Funktionsweise eines lichtemittierenden optoelektronischen Bauelementes 1 können hohe oder niedrige Temperaturen nachteilig sein. Unter hohen Temperaturen werden z.B. Temperatu- ren über 50 °C oder unter 0° C verstanden. Zum Schutz des
Bauelementes 1 ist die Schicht 2 aus Aerogel vorgesehen. Zu¬ dem schützt die Schicht 2 aus Aerogel auch weitere elektri¬ sche Schaltungen 5 wie zum Beispiel elektrische Treiberschal¬ tungen oder eine Auswerteelektronik. Zudem kann mithilfe der Wärmeleitung eine Wärmezufuhr beziehungsweise eine Wärmeab¬ fuhr von der Anordnung erreicht werden. Aerogel hat die Eigenschaften, eine gute Isolation bereitzustellen und trotzdem insbesondere für sichtbares Licht transparent zu sein. Somit können Anordnungen mit dem Bauelement auch angrenzend an Räu- me eingesetzt werden, in denen Temperaturen herrschen, die deutlich über beziehungsweise deutlich unter der zulässigen Betriebstemperatur des Bauelementes liegen.
Durch die gute Isolation mithilfe der Schicht aus Aerogel und den optischen Eigenschaften des Aerogels können optoelektronische Bauelemente, die Licht emittieren oder Licht empfan¬ gen, als Lichtquellen auch in Bereichen mit zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen eingesetzt werden. Zudem kann aufgrund der guten thermischen Isolierung eine größere Vielfalt an Konversionsmaterialien beispielsweise für die Herstellung einer LED als optoelektronisches Bauelement eingesetzt werden. Weiterhin wird durch die gute thermische Isolierung eine ge- ringere Farbverschiebung des emittierten Lichtes des Bauele¬ mentes 1 bei wechselnden Umgebungstemperaturen erreicht.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Leucht- einheit 20 eines Fahrzeuges mit einem optoelektronischen Bau¬ element 1 und einer Schicht 2, die wenigstens Aerogel auf¬ weist oder aus Aerogel besteht. Das Bauelement 1 strahlt Licht 21 über eine zweite Seite 22, die eine Frontseite dar¬ stellt, ab. An der Frontseite 22 ist eine lichtdurchlässige Abdeckung 23 vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel ist eine optische Einrichtung 24 zum Umlenken des Lichtes des Bauelementes 1 vorgesehen. Die Schicht 2 schützt in dem dar¬ gestellten Beispiel das Bauelement auf fünf Seiten gegenüber einer Wärmequelle des Fahrzeuges, insbesondere gegenüber dem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges. In der Figur 5 sind nur eine Oberseite, eine Unterseite und eine Rückseite der Schicht 2 dargestellt. Die Schicht 2 deckt das Bauelement 1 auch auf einer rechten und auf einer linken Seite ab. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die Schicht 2 das optoelektronische Bauelement 1 auch nur auf einer Seite, oder auf zwei, oder auf drei Seiten gegenüber der Wärmequelle des Fahrzeuges ab¬ decken. Die Wärmequelle ist schematisch in Form eines Wärmestromes 27 in Form von Pfeilen dargestellt, der in Richtung auf die Leuchteinheit gerichtet ist.
Die Schicht 2 kann gleichzeitig wenigstens einen Teil des Ge¬ häuses der Leuchteinheit 20 darstellen. Zudem kann ein Trägergehäuse 25 vorgesehen sein, auf dem die Schicht 2 aufge¬ bracht ist. Die Schicht 2 kann auf einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Trägergehäuses angeordnet sein.
Die Abdeckung 23 kann mit einer Wärmesenke 26 gekoppelt sein. Die Wärmesenke 26 kann aus einem thermisch leitenden Material oder aus Schlitzen bestehen, die einen Luftaustausch zwischen einem Innenraum der Leuchteinheit und der Umgebung ermöglichen. Die wenigstens eine Wärmesenke 26 kann angrenzend an die Schicht 2 bzw. das Trägergehäuse 25 in der Abdeckung 23 angeordnet bzw. ausgebildet sein. In dem dargestellten Beispiel ist die Schicht 2 vom Bauele¬ ment 1 der Leuchteinheit 20 beabstandet. Abhängig von der ge¬ wählten Ausführung kann die Schicht 2 auch auf dem Bauelement 1 der Leuchteinheit 20 wenigstens teilweise angeordnet sein.
Aerogel hat einen Brechungsindex nahe dem Brechungsindex von Luft beziehungsweise nahe 1,0. Somit können unerwünschte Bre¬ chungen im Übergang zwischen der Luft und dem Aerogel vermie- den werden. Diese Eigenschaft ergibt sich aus einer hohen Po¬ rosität des Aerogels, da seine Gitter beziehungsweise Poren¬ struktur einen kleinen Festkörperanteil aufweisen und daher im Wesentlichen aus Luft oder Vakuum bestehen. Der Festkörperanteil kann zum Beispiel auf einem Metalloxyd wie zum Bei- spiel Silizium-, Titan-, Zirconium- oder Aluminiumoxyd basieren. Ein Aerogel weist ferner ein geringes spezifisches Ge¬ wicht und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Aerogele sind hoch poröse Festkörper, die bis 99, 98 % des Volumens aus Po¬ ren bestehen. Aerogele können auf Basis von Silikat oder an- deren Materialien wie zum Beispiel Kunststoffbasis oder Koh¬ lenstoffbasis bestehen. Grundsätzlich können alle Metalloxyde, Polymere und einige andere Stoffe als Ausgangsbasis für die Aerogelsynthese mittels eines Sol-Gel-Prozesses verwendet werden .
Aerogele weisen eine stark dendritische Struktur auf, also eine Verästelung von Partikelketten mit sehr vielen Zwischenräumen in Form von offenen Poren. Diese Ketten besitzen Kontaktstellen, so dass sich letztendlich das Bild eines stabi- len, schwammartigen Netzes ergibt. Die Porengröße liegt im Nanometerbereich und die inneren Oberflächen können mit bis zu 1000 m2 pro Gramm außergewöhnlich groß werden.
Ein Silicat-Aerogel kann folgende chemische Zusammensetzung aufweisen: SiO (OH) y (OR) z , mit y und z als vom Herstellungs- prozess abhängigen Parametern. Die Silikat-Aerogele weisen eine hohe optische Transparenz auf und haben einen Brechungs¬ index von etwa 1,007 bis 1,24 mit einem typischen Wert von 1,02. Insbesondere Silicat-Aerogele streuen aufgrund des Si- liciumdioxid kürzeren Wellenlängen, d.h. blauen Anteile des Lichts stärker als längere Wellenlängen.
Die einzelnen Partikel der Silicat-Aerogele sind rund ein bis zehn Nanometer groß und der Abstand zwischen den Ketten beträgt etwa 10 bis 100 nm. Die zylinderförmigen Mesoporen besitzen einen Durchmesser von 2 nm bis 50 nm, wobei die Porosität im Bereich von 80 bis 99,8 % liegt. Die Rohdichte be¬ wegt sich folglich im Bereich von 0,16 (Aerographen) bis 500 >■:>·'* mit einem typischen Wert von 100 ™»3 , wohingegen die
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Reindichte bei 1700 bis 2100 ««s liegt. Dementsprechend wei- sen Silicat-Aerogele eine mit 100 bis 1.600 ε und einem ty- pischen Wert von 600 ε sehr hohe spezifische Oberfläche auf.
Die Wärmeleitfähigkeit in Luft bei 300 Kelvin ist mit 0,017
w w
bis 0,021 ST und einem typischen Wert von 0,02 STR" außerordentlich gering. Silicat-Aerogele können kaum von flüssigen Metallen benetzt oder chemisch angegriffen werden. Ihr
Schmelzpunkt liegt bei etwa 1.200 °C. Zudem sind sie unbrenn¬ bar und ungiftig. Der Elastizitätsmodul bewegt sich in einem Bereich von 0,002 bis 100 MPa, mit einem typischen Wert von 1 MPa. Anstelle von Silicat-Aerogel können auch andere Arten von Aerogelen verwendet werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE
1 Bauelement
2 Schicht aus Aerogel
3 Unterseite
4 Träger
5 elektrische Schaltung
6 Oberseite
7 Raum
8 Schutzschicht
9 Medium
10 Gerät
11 Wandung
12 Öffnung
13 Anordnung
14 Raum
16 Linse
17 Wärmeleiter
18 Lüfter
19 Lüftungskanal
20 Leuchteinheit
21 Licht
22 zweite Seite
23 Abdeckung
24 optische Einrichtung
25 Trägergehäuse
26 Wärmesenke
27 Wärmestrom

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Anordnung (13) mit einem optoelektronischen Bauelement (1), das ausgebildet ist, um Licht zu erzeugen oder zu empfangen, wobei eine Schicht (2) aus Aerogel vorgesehen ist, um das optoelektronische Bauelement (1) gegen Tempe¬ ratureinflüsse zu schützen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schicht (2) aus Aerogel wenigstens teilweise direkt auf dem Bauelement (1) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schicht (2) aus Aerogel wenigstens teilweise von dem Bauelement (1) beab¬ standet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (1) auf einem Träger (4) angeordnet ist, und wobei der Träger (4) wenigstens teilweise mit der Schicht (2) aus Aerogel gegenüber Temperatureinflüssen geschützt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Schicht (2) aus Aerogel wenigstens teilweise direkt auf dem Träger (4) an¬ geordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Schicht (2) aus Aerogel wenigstens teilweise von dem Bauelement (1) beab¬ standet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Schaltung (5) für das Bauelement (1) vorgesehen ist, und wobei die elektrische Schaltung (5) von der Schicht (2) aus Aerogel gegen Temperatureinflüsse geschützt ist. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Schicht (2) aus Ae- rogel wenigstens teilweise direkt auf der elektrischen Schaltung ( 5 ) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Schicht (2) aus Ae- rogel wenigstens teilweise von der elektrischen Schaltung (5) beabstandet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 8, wobei das Bauelement (1) und die elektrische Schaltung (5) in die Schicht (2) aus Aerogel eingebettet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (2) aus Aerogel entweder direkt oder über ei¬ ne Zwischenschicht, insbesondere den Träger (4) oder eine Luftschicht mit einem wärmeleitenden Medium (9) in Wirkverbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei das Medium (9) mit einem Wärmeleiter (17) zum Transportieren von Wärme in Wirkverbindung steht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (2) aus Aerogel wenigstens auf einer Seite mit einer Schutzschicht (8) gegen Umwelteinflüsse ge¬ schützt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (13) in einer Wandung (11) eines Gerätes (10) angeordnet ist, wobei die Wandung (11) an einen Raum (14) angrenzt und wobei das Bauelement (1) vorgesehen ist, um den Raum (14) wenigstens teilweise zu beleuchten, und wobei die Schicht (2) aus Aerogel zwischen dem Bau¬ element (1) und dem Raum (14) angeordnet ist, um das Bau¬ element wenigstens teilweise gegen einen Temperaturein- fluss des Raumes (14) zu schützen, und wobei insbesondere das Gerät (10) als Backofen oder als Kühlschrank ausge¬ bildet ist.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Anordnung als Teil einer Leuchteinheit
(20) eines Fahrzeuges, insbesondere als Teil eines
Frontscheinwerfers ausgebildet ist, wobei die Schicht
(2) aus Aerogel ausgebildet ist, um wenigstens eine ers¬ te Seite der Leuchteinheit (20) gegen eine Wärmequelle
(27) des Fahrzeuges zu schützen, und wobei über eine zweite Seite (22) der Leuchteinheit (20) Licht (21) des Bauelementes (1) abgegeben wird.
16. Anordnung nach Anspruch 15, wobei auf der zweiten Seite (22) der Leuchteinheit (20) eine Wärmesenke (26), insbe¬ sondere in Form eines Luftschlitzes vorgesehen ist, um Wärme von der Leuchteinheit (20) abzuführen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Schicht (2) das Bauelement (1) wenigstens auf fünf Sei¬ ten gegen Wärme schützt, und wobei die zweite Seite (22) als Abstrahlseite frei von der Schicht (2) ist.
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