(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光モジュール（１）において、
−  ビームを放射する複数の半導体素子（２）と、
−  前記のビーム放射半導体素子（２）が配置される接続支持体（３）と、
−  冷却体（６）とを有しており、
当該の冷却体（６）は、その前面が接続支持体（３）に接続されており、かつ当該の冷却体は、基体（４）と、冷却体（６）の熱抵抗を局所的に変更するように構成された手段（５）とを有しており、前記の冷却体（６）の平均熱抵抗が、発光モジュール（１）の主延在方向に沿って減少し、
前記主延在方向は、前記発光モジュールを直立して配置した場合に重力ｇとは反対を向いており、
前記手段（５）には、前記冷却体（６）の前記基体（４）よりも大きい熱抵抗を有する少なくとも１つの熱絶縁性素子（５ａ）が含まれている
ことを特徴とする
発光モジュール（１）。
【請求項２】
前記のビーム放射半導体素子（２）は、接続支持体（３）に均一に分散されている、
請求項１に記載の発光モジュール（１）。
【請求項３】
前記の冷却体（６）の基体（４）は、金属を含むかまたは金属製である、
請求項１または２に記載の発光モジュール（１）。
【請求項４】
前記の手段（５）は、冷却体（６）において不均等に分散されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項５】
単位面積当たりの熱絶縁性素子（５ａ）の数が、前記主延在方向に沿って減少している、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項６】
前記の発光モジュールは、冷却体（６）の背面または少なくとも１つの側面に複数の熱絶縁性素子（５ａ）を有しており、
単位面積当たりの当該の熱絶縁性素子の数が、前記主延在方向に沿って減少している、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項７】
前記の熱絶縁性素子（５ａ）は、プラスチック製材料から構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項８】
前記の熱絶縁性素子（５ａ）は、冷却体（６）の基体（４）における凹部（９）であり、
当該の凹部には、基体（４）よりも熱抵抗の高い材料が充填されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項９】
前記の冷却体（６）は、複数の凹部（９）を有しており、
当該の凹部は、前記のビーム放射半導体素子（２）によって覆われていない領域に配置されている、
請求項８に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１０】
前記の手段（５）には、少なくとも１つの熱伝導性素子（５ｂ）が含まれており、
該熱伝導性素子は、基体（４）の熱抵抗よりも小さい熱抵抗か同じ熱抵抗を有する、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１１】
単位面積当たりの熱伝導性素子（５ｂ）の数が、前記主延在方向に沿って増大している、
請求項１０に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１２】
前記の少なくとも１つの熱伝導性素子（５ａ）は、前記の冷却体（６）の前面、背面または少なくとも１つの側面に配置されている、
請求項１０または１１に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１３】
前記の少なくとも１つの熱伝導性素子（５ｂ）は、金属を含むかまたは金属製である、
請求項１２に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１４】
前記の手段（５）は、少なくとも一部分が固定手段である、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１５】
前記熱絶縁性素子（５ａ）は、前記冷却体（６）のただ１つの側面に配置されており、これに対して他方の側面には熱絶縁性素子が設けられていない、
請求項６から１４までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１６】
前記冷却体（６）の１つ以上の側面にそれぞれ、少なくとも１つの熱絶縁性素子が配置されている、
請求項６から１４までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【請求項１７】
前記熱絶縁性素子（５ａ）は、前記基体（４）の縁部よりも前記接続支持体（３）を越えて突き出ていない、
請求項６から１４までのいずれか１項に記載の発光モジュール（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載されているのは、大面積の背景照明への応用または照明への応用に有利な発光モジュールである。
【０００２】
照明広告などにおける大面積の背景照明への応用では、例えば、スライドと、このスライドを照明するための背景照明装置とを備えた広告板が使用される。この背景照明がＬＥＤで行われる場合、異なるＬＥＤ毎に空乏層温度の高さが変わることがある。上記の広告板はふつう直立した位置にある。これによって上記の広告板の下側領域におけるＬＥＤはその熱を上側に放出する。したがって広告板の中央領域および上側領域のＬＥＤは、下側領域のＬＥＤよりも高い温度に曝され、これらのＬＥＤの空乏層温度が高くなることになる。しかしながらこれらのＬＥＤの空乏層温度が異なることにより、応用の際には輝度が変わり、また色位置のシフトが生じる。長期間使用した場合、このことはさらにＬＥＤ毎に経年変化特性が異なることに結びつき、これそのものも色位置のシフトおよび輝度の変化になるのである。
【０００３】
本発明において解決すべき課題は、安定した色特性および輝度特性を有する発光モジュールを提供することである。
【０００４】
この課題は、請求項１に記載された発光モジュールによって解決される。
【０００５】
この発光モジュールの有利な実施形態および発展形態は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
有利な１実施形態によれば、上記の発光モジュールは、ビームを放射する複数の半導体素子と、このビーム放射半導体素子が配置されている接続支持体と、前面が接続支持体に接続されている冷却体と、基体と、この冷却体の熱抵抗を局所的に変化させるように構成された手段とを有しており、ここでこの冷却体の平均熱抵抗は、発光モジュールの主延在方向に沿って減少する。
【０００７】
上記の平均熱抵抗は温度差に対する尺度であり、この温度差は、発光モジュールの主延在方向に沿って熱流（単位時間当たりの熱または熱出力）が冷却体を通り抜ける際に平均的に発生するものである。発光モジュールの発光面は、下側、中央および上側領域に分けることができる。各領域に平均熱抵抗を対応付けることができる。下側領域における平均熱抵抗が、中央または上側領域における平均熱抵抗よりも高いと有利である。
【０００８】
言い換えると上記の発光モジュールは、つぎにようになっている。すなわち発光モジュールには、基体を含む冷却体と、手段とが含まれる。この手段は、例えば基体の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する。これにより、冷却体は、この手段の領域において、基体の領域とは異なる熱抵抗を有する。すなわち、この手段によって上記の冷却体が均一な熱抵抗（例えば基体の熱抵抗）を有しないようにし、熱抵抗を局所的に変化させることができるのである。例えば、上記の手段によって冷却体の熱抵抗を調整して、冷却体が所々で基体の熱抵抗を有し、また別の個所では冷却体の熱抵抗が、基体の熱抵抗とは異なるようにすることができるのである。例えば、冷却体の熱抵抗は、上記の手段の領域において基体の熱抵抗よりも大きいかまたは小さいのである。上記の手段により、例えば冷却体を実現して、発光モジュールの主延在方向に沿って平均熱抵抗を変化させる、例えば下げることができるのである。
【０００９】
上記の発光モジュールは有利には平らな形状をしている。すなわち、発光モジュールの奥行は、発光モジュール１の発光面の長さおよび幅よりも小さいのである。この場合に発光モジュールは、２つの主延在方向を有する。すなわち、第１主延在方向は、発光モジュールの長手面に対して平行に延びており、第２主延在方向は、発光モジュールの幅方向の側面に対して平行に延びているのである。本発明において関連する主延在方向は、殊に発光モジュールを直立して取り付けた際に重力とは反対向きを指し示す向きである。この場合にこの主延在方向は、下側領域から上側領域を指し示すのである。
【００１０】
すでに冒頭で述べたように発光モジュールを直立して配置した場合、上記のビーム放射素子はふつう発光モジュールの下側領域よりも中央および上側領域の方が高い温度に曝される。本発明による発光モジュールでは有利にも下側領域と、残りの領域との間の温度差を低減することができる。それは、例えば重力とは反対向きの主延在方向に沿って平均熱抵抗を下げることにより、下側領域の方が中央および上側領域よりも熱伝導が一層悪くなるからである。したがって下側領域における温度が上昇し、下側領域と残りの領域との間の温度差が小さくなるのである。これによってさらに発光モジュールの色位置特性および輝度特性が改善され、またその安定性が改善されるのである。
【００１１】
上記のビーム放射半導体素子は、ケーシングに入れられていない半導体チップまたはケーシングに配置された半導体チップを有する小型構成部分とすることが可能である。上記の半導体チップは、有利には薄膜技術によって作製される。
【００１２】
薄膜発光ダイオードチップは、殊に以下の特徴のうちの少なくとも１つの点で優れている。すなわち、
−  支持素子の方を向いた、ビーム形成エピタキシャル積層体の第１主面には、反射層が被着されているか構成されており、この反射層は、エピタキシャル積層体において形成された電磁ビームの少なくとも一部分を反射してエピタキシャル積層体に戻す。
−  上記のエピタキシャル積層体は、２０μｍ以下の範囲、殊に１０μｍの範囲の厚さを有する。
−  上記のエピタキシャル積層体には、混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層が含まれている。理想的なケースではこの混合構造により、エピタキシャル積層体において近似的に光のエルゴード分布が生じる。すなわち、この分布は、可能な限りエルゴード的に確率論的な散乱特性を有しているのである。
【００１３】
薄膜発光ダイオードチップの基本原理については、例えばI. Schnitzer等によるAppl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176に記載されており、この刊行物の開示内容についてはこの引用によってここに取り込むものとする。
【００１４】
薄膜発光ダイオードチップは、良好な近似ではランバート表面放射器である。
【００１５】
背景照明応用に対し、白色光が好まれることが多い。第１に、白色光の形成は、それだけで白色光を放射する半導体素子を使用することによって行うことができる。第２に、種々異なる色の光を発光する複数の半導体を使用することができ、この光が合わさって白色光が得られる。例えば、赤、緑および青を発光する半導体素子を使用することができ、これらの半導体素子の光を混ぜるのである。この場合には、発光モジュール内で調整した温度が殊に重要である。なぜなら温度が高い場合、赤色を発光する半導体素子の輝度は、緑色および青色を発光する半導体素子の場合よりも大きく低下するからである。したがって温度が異なれば、異なる白色点になることが予想される。本発明による発光モジュールではこの問題を上首尾に防止することができる。
【００１６】
上記の発光モジュールの有利な１実施形態において、上記のビーム放射半導体素子が配置される接続支持体は、プリント基板である。有利なプリント基板は、メタルコアボード（いわゆるＭＣＰＣＢ）または樹脂およびグラスファイバ繊維からなるラミネート（いわゆるＦＲ４）を含む支持体であり、また熱伝導を改善するための熱ビア、有利には金属スルーホールが設けられる。上記の接続支持体は、半導体素子とは反対側の表面に熱インタフェース材料（いわゆるＴＩＭ）を有しており、この材料により、接続支持体と冷却体との間の熱接触が改善される。
【００１７】
上記のビーム放射半導体素子は有利には接続支持体に均一に分散される。このことは、単位面積当たりのビーム放射半導体素子の数が一定であることを意味する。
【００１８】
殊に有利には上記の半導体素子と、接続支持体とが電気的に接続される。
【００１９】
上記の冷却体の基体は、均一の熱抵抗を有することができる。上記の発光モジュールの有利な１変形形態によれば、冷却体の基体は、金属を含むかまたは金属製である。例えば上記の基体をアルミニウムプレートから構成することが可能である。
【００２０】
有利な１実施形態によれば、上記の手段は冷却体において不均一に分散される。このことが意味するのは、上記の手段を含む素子の単位面積当たりの数が変化することである。
【００２１】
手段に応じて単位面積当たりの素子の数を主延在方向に沿って減少または増大させることができる。単位面積当たりの素子の数を増大または減少させることにより、有利にも主延在方向に沿った冷却体の熱抵抗の減少を生じさせることができる。
【００２２】
有利には上記の単位面積は、上記の領域のサイズに相応する。主延在方向に沿った素子の数が増大するかまたは減少するかは、殊に下側領域における素子の数と、中央または上側領域における素子の数との比較によって得られる。
【００２３】
有利な１実施形態では上記の手段には少なくとも１つの熱絶縁性素子が含まれており、この素子は、冷却体の基体よりも高い熱抵抗を有する。有利には上記の１つまたは複数の熱絶縁性素子は、基体また基体内に配置されて、１つまたは複数の素子の領域における熱流の通り抜けが、別の領域よりも行われにくくする。これによって上記の１つまたは複数の素子の領域において冷却体の熱抵抗を局所的に上昇させるのである。
【００２４】
有利な１実施形態によれば、単位面積当たりの熱絶縁性素子の数は、主延在方向に沿って減少する。これにより、冷却体の平均熱抵抗も主延在方向に沿って減少する。
【００２５】
有利な１実施形態において、発光モジュールは、冷却体の背面または少なくとも１つの側面に複数の熱絶縁性素子を有しており、単位面積当たりのこれら熱絶縁性素子の数は、上記の主延在方向に沿って減少する。例えば、複数の熱絶縁性素子をただ１つの側面に配置し、これに対して他方の側面には熱絶縁性素子がないようにすることが可能である。有利には上記の発光モジュールを直立させて取り付ける場合、上記の熱絶縁性素子を発光モジュールの下側領域に配置する。
【００２６】
さらに１つ以上の側面にそれぞれ、少なくとも１つの熱絶縁性素子を配置することが可能である。有利には上記の熱絶縁性素子を複数の側面または背面に配置して、発光モジュールを直立させて取り付けた際にこれらの素子が、発光モジュールの下側領域に設けられるようにする。
【００２７】
上記の少なくとも１つの熱絶縁性素子は、有利にはプラスチック材料から構成される。
【００２８】
しかしながら上記の少なくとも１つの熱絶縁性素子は、冷却体の基体における凹部とすることも可能であり、この凹部には基体よりも熱抵抗の高い材料が充填される。例えば上記の凹部は、冷却体の前面から冷却体の背面まで延びている。有利には上記の凹部に空気が充たされる。上記のような冷却体を作製する簡単な手法は、金属プレート、有利にはアルミニウムプレートに少なくとも１つの凹部を型打ちすることである。
【００２９】
有利には上記の冷却体に複数の凹部が含まれており、これらの凹部は、ビーム放射半導体素子によって覆われていない領域に配置される。したがって凹部は、半導体素子の間に設けられるのである。これらの半導体素子は、基体にわたって配置される。これにより、動作時の熱は、基体によって良好に半導体素子から排出することができるのである。
【００３０】
上記の少なくとも１つの熱絶縁性素子に付加的またはこれとは択一的に、上記の手段は、少なくとも１つの熱伝導性素子を含むことができ、ここでこの熱伝導性素子は、基体の熱抵抗よりも低いかまたは同じ熱抵抗を有する。有利には上記の１つまたは複数の熱伝導性素子は、基体また基体内に配置されて、１つまたは複数の素子の領域における熱流の通り抜けが、別の領域よりも容易に行われるようにする。これによって１つまたは複数の素子の領域において冷却体の熱抵抗を局所的に低減させることができる。
【００３１】
有利な１実施形態によれば、単位面積当たりの熱伝導性素子の数は、主延在方向に沿って増大する。これにより、冷却体の平均熱抵抗が主延在方向に沿って減少する。
【００３２】
上記の少なくとも１つの熱伝導性素子は、冷却体の前面、背面または少なくとも１つの側面に配置することができる。
【００３３】
例えば、上記の冷却体は、接続支持体を越えて側方に突き出ることができるため、冷却体の張り出した領域において、熱伝導性素子をその前面に配置することができる。このような実施形態は、殊に上記の熱伝導性素子と、熱伝導性フレームとを接続するのに適している。ここでこの熱伝導性フレームは、上記のビーム放射半導体素子を取り囲んでいる。このようなフレームは、例えば広告板の場合に設けることができ、またスライドを取り囲むことができる。有利にはこの実施形態において上記のフレームを介して熱を発光モジュールから排出することができる。例えば、上記の熱伝導性素子を配置して、発光モジュールを直立させて取り付けた場合にこの熱伝導素子が、発光モジュールの中央領域から上側領域にあるようにする。
【００３４】
さらに少なくとも１つの熱伝導性素子を冷却体の背面に配置することができる。また少なくとも１つの熱伝導性素子を冷却体のただ１つの側面だけに配置するかまたは１つ以上の側面に配置することができる。ここでも上記の少なくとも１つの熱伝導性素子を配置して、例えば発光モジュールを直立させて取り付けた場合にこの熱伝導性素子が、発光モジュールの中央領域から上側領域にあるようにする。
【００３５】
上記の発光モジュールの有利な１実施形態では、上記の少なくとも１つの熱伝導性素子は、金属を含むかまたは金属製である。上記の熱伝導性素子は、構造化された表面を有すると有利である。例えば、上記の表面を冷却フィンの形で構造化することができ、これによって空気などの冷却流体が冷却フィンの中間空間の間を通って流れることができるようにする。有利な１実施形態では、上記の手段の少なくとも一部分は固定手段である。例えば、上記の発光モジュールは少なくとも１つの熱絶縁性素子を有しており、この絶縁性素子が固定素子として使用される。付加的または択一的には上記の発光モジュールは、少なくとも１つの熱伝導性素子を有しており、この熱伝導性素子が固定素子として使用される。
【００３６】
上記の発光モジュールは、背景照明の応用または照明の応用に対し、発光ユニットにおける光源として使用可能である。例えば、上記の発光ユニットはケーシングを有しており、このケーシングに上記の発光モジュールが配置される。ここで有利であるのは、上記の冷却体の手段の少なくとも一部分が固定手段であり、これによって上記の発光モジュールをケーシングに簡単に固定できることである。
【００３７】
上記の発光ユニットの有利な１実施形態によれば、ケーシングの少なくとも一部分が熱伝導性に構成されている。すなわち、上記のケーシングの一部分が、冷却体の基体の熱抵抗よりも小さいかまたは同じ熱抵抗を有する材料を含んでいるのである。例えば、上記のケーシングの熱伝導性部分は、発光モジュールを取り囲む金属フレームである。
【００３８】
有利には上記の冷却体は、ケーシングの熱伝導性部分に熱結合されている。これによって有利にも発光モジュールの冷却が容易になる。
【００３９】
上記の発光ユニットの有利な１実施形態では、冷却体と、ケーシングの熱伝導性部分との間の熱結合の少なくとも一部分が、冷却体の上記の手段によって形成される。
【００４０】
両面の応用に対し、上記の発光ユニットは、冷却体が互いに向き合った２つの発光モジュールを有することが可能である。
【００４１】
有利な１実施形態によれば、上記の接続支持体は１ピース形で構成されてのではなく、複数の部分支持体から組み合わさって構成される。例えば、上記の構成素子を複数の行に配置する際には、１つの行の構成素子をそれぞれ共通の部分支持体に配置することができる。
【００４２】
別の利点および有利な実施形態は、図１〜１５に関連した以下の説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による発光モジュールの第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示した発光モジュールに対する温度線図である。
【図３】従来技術による発光モジュールの斜視図である。
【図４】図３に示した発光モジュールに対する温度線図である。
【図５】発光ダイオードの温度特性を説明する線図である。
【図６】別の発光ダイオードの温度特性を説明する線図である。
【図７】さらに別の発光ダイオードの温度特性を説明する線図である。
【図８】さらに別の発光ダイオードの温度特性を説明する線図である。
【図９】本発明による発光モジュールの第２実施例の斜視図である。
【図１０】本発明による発光モジュールの第３実施例の斜視図である。
【図１１】本発明による発光モジュールの第４実施例の斜視図である。
【図１２】本発明による発光モジュールの第５実施例の斜視図である。
【図１３】本発明による発光モジュールの第６実施例の斜視図である。
【図１４】本発明による発光モジュールの第７実施例の斜視図である。
【図１５】広告板の斜視図である。
【００４４】
上記の実施例および図面において同じ構成部分または機能が同じ構成部分には、同じの参照符号が付されている。
【００４５】
図１に示した発光モジュール１は、複数のビーム放射半導体素子２を有しており、これらの素子は接続支持体３に配置されている。発光モジュール１は平らな形状をしている。すなわち、発光モジュール１の奥行は、発光モジュール１の発光面の長さおよび幅よりも小さいのである。発光モジュール１の２つの主延在方向は、ｘ方向およびｙ方向に平行に延びている（図２を参照されたい）。発光モジュール１を直立させて取り付ける際、平均熱抵抗を求めるためには主延在方向が重要であり、これは重力ｇと逆向きである（図２を参照されたい）。
【００４６】
接続支持体３は、プリント基板、例えばメタルコアボード、または熱ビアを備えたＦＲ４ベースの支持体である。接続支持体３の輪郭は矩形である。
【００４７】
ビーム放射半導体素子２は接続支持体３に均一に分散されており、２次元グリッドのグリッド点に配置されている。
【００４８】
接続支持体３は、冷却体６に配置されている。殊に接続支持体３の背面および冷却体６の前面は互いに接触接続している。接続支持体３の背面には、接続支持体３と冷却体６との間の熱接触を改善するサーマルインタフェース材料を被着することが可能である。
【００４９】
冷却体６は、基体４と手段５とを有しており、この手段は、冷却体６の熱抵抗を局所的に変化させるように構成されている。基体４は、例えば金属プレートであり、この金属プレートは、例えばアルミニウムを含有するかまたはアルミニウムからなる。手段５には、２つの熱絶縁性素子５ａが含まれており、これらの素子は有利にはプラスチック材料が含まれている。２つの熱絶縁性素子５ａは、発光モジュール１の下側領域において冷却体６の一方の側面に配置されている。これらは基体４に固定されている。下側領域だけに手段５を配置することにより、手段５は、冷却体６に不均等に分散される。熱絶縁性素子５ａの数は、主延在方向に沿って減少する。
【００５０】
基体４は、発光モジュール１の下側領域において接続支持体３のサイズに適合されているのに対し、発光モジュール１の中央および上側領域において接続支持体を越えて突き出ている。したがって発光モジュール１の上側および中央領域において基体４の縁部は、接続支持体３を取り囲んでいるのである。有利には熱絶縁性素子５ａは、基体４の縁部よりもさらに接続支持体３を越えて突き出ることはない。基体４はＴ字形の形状を有する。
【００５１】
この発光モジュール１は有利には発光ユニット７（図２を参照されたい）、例えば広告板に使用される。この広告板は、ケーシングフレーム８（図２を参照されたい）を有するケーシングを有しており、このフレームは、接続支持体３と、ビーム放射半導体素子２とを囲んでいる。この場合に接続支持体３を包囲する基体４の縁部と、熱絶縁性素子５ａとはケーシングフレーム８の背後に隠されている。
【００５２】
基体４の張り出した縁部を用いて発光モジュール１をケーシングフレーム８に固定することができる。これによって同時に冷却体６と、ケーシングフレーム８とが熱接触される。ケーシングフレーム８は有利には、基体４の熱抵抗よりも小さいかまたは等しい熱抵抗を有する材料を含んでいる。これにより、上側および中央領域において発光モジュール１を良好に冷却することができる。下側領域では絶縁素子５ａを用いて発光モジュール１をケーシングフレーム８に固定することができる。絶縁素子５ａにより、基体４とケーシングフレーム８との間の熱流が低減される。このことは、絶縁素子５ａが省略される場合にも当てはまる。この場合に下側領域には熱絶縁性の中間空間が、発光モジュール１とケーシングフレーム８との間に設けられる。発光モジュール１は、基体４の張り出した縁部だけでケーシングフレーム８に固定されかつこのケーシングフレームに熱的に接続される。
【００５３】
この発光モジュール１は、例えば、発光面が発光ユニットの外径寸法よりも小さい発光ユニットに有利である。
【００５４】
図２の線図には、図１に示した発光モジュール１に対する温度分布が示されている。この線図からわかるように、発光モジュール１の下側領域における温度Ｔuおよび発光モジュール１の上側領域における温度Ｔoはほぼ同じである。精確な値は、Ｔu＝39.3℃およびＴo＝39.8℃である。発光モジュール１の中央領域における温度Ｔmはわずかに高い。その値は、Ｔm＝41.3℃である。したがってビーム放射半導体素子２は、互いに２０℃以上に異なることはない温度に曝されているのである。
【００５５】
これとは対照的に熱抵抗を局所的に変更する手段がない発光モジュール１は、図３に示したように大きな温度変動を有する。この発光モジュール１は、基体４だけからなる冷却体６を有する。したがって冷却体６は、均一な熱抵抗を有する。冷却体６は、接続支持体３の面全体を覆っている。これにより、ビーム放射素子２は、発光モジュール１の下側領域において、妨げられることなくその熱を上方に放出し得る。したがって発光モジュール１は、中央および上側領域において下側領域よりも強く熱せられることになる。下側領域において温度がＴu＝34.8℃であるのに対し、中央領域においてはＴm＝39.8℃であり、また上側領域においてはＴo＝38.6℃である。したがってビーム放射半導体素子２は、図３に示した発光モジュール１の場合、２℃以上、すなわち５℃まで互いに異なる温度に曝されるのである。上側領域における温度Ｔo＝38.6℃は、中央領域におけるＴm＝39.8℃も低い。それは、冷却体６の面全体がケーシングフレーム８に接続されているからである（図４を参照されたい）。
【００５６】
したがって図１に示した発光モジュール１の場合のように主延在方向に沿って冷却体６の平均熱抵抗を下げることにより、発光モジュール１における温度変動を低減させることができるのである。それは、下側領域における平均熱抵抗が高いことにより、下側領域における温度が上昇するからである。これによって、中央または上側領域と、下側領域との間の温度差を低減することができる。
【００５７】
図５および６の線図には、350mAの電流で作動されかつ白色光を放出する発光ダイオードの温度特性が示されている。青色および緑色の発光ダイオードも、これに相応した温度特性を示す。
【００５８】
図５の線図からわかるように、２５℃において値1.0をとる相対光束ΦV／ΦV(25℃)は、温度ＴIが上昇すると減少する。
【００５９】
さらに図６の線図からわかるように、温度上昇により、色位置のシフトΔCx，ΔCyが発生する。ここではＴI=２５℃で測定した色位置Cx，Cyを基準量として使用しているため、上記の色位置シフトΔCx，ΔCyはこの温度においてゼロに等しい。
【００６０】
図７および８の線図は、単色光を放射する発光ダイオードの温度特性を示している。これらの発光ダイオードは、400mAの電流で作動されている。
【００６１】
図７の線図からわかるように、２５℃において値1.0を取る相対光束ΦV／ΦV(25℃)は、温度ＴIが上昇すると減少し、黄色を発光する発光ダイオード（曲線Ｃ）の場合は、赤色または橙色を発光する発光ダイオード（曲線Ａ，Ｂ）の場合よりも大きく減少する。
【００６２】
図８の線図では、黄色を発光する発光ダイオードに対し、温度ＴIが上昇した際の主波長λdomの経過が示されている。ここからわかるのは、温度ＴIが上昇した際に主波長λdomが、より長い波長の方にシフトすることである。
【００６３】
図５〜８の線図が示しているのは、本発明のベースにある問題である。発光モジュールの種々異なるビーム放射半導体素子が、大きく異なる温度に曝される場合、それらのビーム特性、例えば輝度、色位置または主波長が互いに大きく異なり得る。しかしながら十分な動作安定性を保証するためには、安定した色特性および輝度特性を有する発光モジュールが望ましい。これは、本発明による発光モジュールにおいて、発光モジュール内の温度変動を低減することによって達成可能である。
【００６４】
図９に示した発光モジュール１では基体４に接続支持体３が配置されており、ここでこの基体４は、接続支持体３と同じサイズを有する。例えば基体４は一定の密度を有する中実なボディである。基体４は、金属を含むかまたは金属製であり、また有利には金属プレートから構成される。
【００６５】
基体４の複数の側面には熱絶縁性素子５ａが配置されており、これらの素子は、例えばプラスチック材料を含んでいる。発光モジュール１を直立させて取り付けた場合、熱絶縁性素子５ａは、発光モジュール１の下側領域にある。
【００６６】
この実施形態では、単位面積当たりの熱絶縁性素子５ａの数は、主延在方向に沿って減少する。熱絶縁性素子５ａに起因して平均熱抵抗は、中央および上側領域よりも下側領域の方が高い。
【００６７】
発光ユニットの発光モジュール１が、周囲を取り囲むケーシングフレームに接続される場合（図示せず）、このケーシングフレームは、中央および上側領域において基体４に直接接続されるのに対し、下側領域では基体４とケーシングフレームとの間に熱絶縁性素子５ａが設けられている。
【００６８】
この発光モジュール１は、例えば、ケーシングフレームが発光モジュール１を直接包囲しているため、発光面が実質的に発光ユニットの外径寸法に等しい発光ユニットに適している。
【００６９】
図１０に示した発光モジュール１では基体４に接続支持体３が配置されており、ここでこの基体４は、接続支持体３と同じサイズを有する。例えば基体４は一定の密度を有する中実なボディである。基体４は、金属を含むかまたは金属製であり、また有利には金属プレートから構成される。
【００７０】
熱抵抗を局所的に変化させる冷却体６の手段は、この実施例において発光モジュール１の下側領域および上側領域に設けられる。この手段に含まれるのは、熱絶縁性素子５ａおよび熱伝導性素子５ｂである。有利には熱絶縁性素子５ａはプラスチック材料を含んでおり、これに対して熱伝導性素子５ｂは金属を含んでいる。この手段は、冷却体６において不均等に分散されている。単位面積当たりの熱絶縁性素子５ａの数は、主延在方向に沿って減少し、これに対して単位面積当たりの熱伝導性素子５ｂの数は、主延在方向に沿って増大する。これによって主延在方向に平均熱抵抗を下げることができる。
【００７１】
この発光モジュール１は有利には、カバーとして用いられるケーシングフレームを有する発光ユニットに使用され、このケーシングフレームは、熱絶縁性素子５ａおよび熱伝導性素子５ｂをカバーする。殊に有利には、発光モジュール１をケーシングフレームに固定するための固定手段として熱絶縁性素子５ａおよび熱伝導性素子５ｂが使用される。
【００７２】
図１１Ａには、本発明による発光モジュール１の別の実施形態が示されている。基体４は、接続支持体３と同じサイズを有する。この基体は、密度一定の中実なボディではない。むしろ基体４は、冷却体４の前面から背面に延びる凹部９を有しているのである。
【００７３】
各凹部９が、１つの熱絶縁性素子５ａである。凹部９は、基体４よりも高い熱抵抗を有する材料によって充填される。有利には凹部９に空気を充填する。冷却体６を作製するため、金属プレート、有利にはアルミニウムプレートに凹部９を型打ちすることができる。
【００７４】
図１１Ｂには、別の図で発光モジュール１の接続支持体３が示されており、この接続支持体３は、これに配置されたビーム放射半導体素子２を有する。ビーム放射半導体素子２は、接続支持体３に均一に分散されている。
【００７５】
図１１Ｃには別の図で発光モジュール１の冷却体６が示されている。凹部９は、冷却体６の下側領域において中央および上側領域よりも密に配置されている。単位面積当たりの熱絶縁性素子５ａの数は、主延在方向に沿って減少する。熱絶縁性素子５ａの領域において熱抵抗は局所的に高められる。しかしながら単位面積当たりの熱絶縁性素子５ａの数は主延在方向に沿って減少するため、平均熱抵抗も減少する。
【００７６】
図１１Ａからわかるように、凹部９は、ビーム放射半導体素子２によって覆われていない領域に配置される。したがって凹部９は、半導体素子２の間に設けられるのである。半導体素子２は、基体４にわたって配置されている。動作時の熱は、基体４によって良好に半導体素子から排出することができる。
【００７７】
図１２に示した発光モジュール１は、熱抵抗を局所的に低減するための熱伝導性素子５ｂを冷却体６の背面に有する。すなわち単位面積当たりの熱伝導性素子の数は、主延在方向に沿って増大する。これにより、主延在方向に沿って平均熱抵抗を下げることができる。
【００７８】
熱伝導性素子５ｂは、構造化された表面を有する。例えば熱伝導性素子５ｂの表面を冷却フィンの形で構造化することができ、これによって空気などの冷却性の流体が冷却フィンの中間空間を通って流れるようにすることが可能である。
【００７９】
発光ユニットにおいてこの発光モジュール１を使用する際、有利には熱伝導性素子５ｂと、ケーシングの熱伝導性部分とを熱接触させる。
【００８０】
図１３に示した発光モジュール１では、冷却体６は、図１２に示した発光モジュール１とは異なり、背面に熱伝導性素子５ｂを１つだけ有するのではなく複数の熱伝導性素子５ｂを有する。これらの熱伝導性素子５ｂは、発光モジュール１の上側領域に配置される。ここでも単位面積当たりの熱伝導性素子の数は、主延在方向に沿って増加し、ひいては平均熱抵抗が下がる。
【００８１】
図１４に示した発光モジュール１も複数の熱伝導性素子５ｂを有する。これらの熱伝導性素子は、冷却体６の前面に配置される。冷却体６の基体４は、接続支持体３よりも大きな基本面を有する。したがって基体４の縁部は、基体４の中央に配置されている接続支持体３を取り囲んでいる。この縁部領域に熱伝導性素子５ｂが設けられている。さらに伝導性素子５ｂは、発光モジュール１の中央および上側領域に配置されている。熱伝導性素子５ｂの領域では、冷却体６の平均熱抵抗が低減される。単位面積当たりの熱伝導性素子５ｂの数は主延在方向に沿って増大するため、平均熱抵抗はこの主延在方向に沿って減少することになる。
【００８２】
この発光モジュール１が、ケーシングフレームを有する発光ユニット７、例えば広告板に使用される場合、このケーシングフレームにより、ビーム放射半導体素子２と接続支持体３とが取り囲まれ、また同時に熱伝導性素子５ｂと、基体４の張り出した縁部とが隠される。
【００８３】
基体４の張り出した縁部を用いて、この発光モジュール１をケーシングフレーム８に固定することができる。これによって同時に冷却体６と、ケーシングフレーム８とが熱接触される。ケーシングフレームは有利には、基体４の熱抵抗よりも小さいかまたは等しい熱抵抗を有する材料を含んでいる。これにより、上側および中央領域において発光モジュール１を良好に冷却することができる。
【００８４】
ここで示しておきたいのは、温度が問題とならないシステムでは、発光モジュール内の温度調整は、最も簡単には下側領域における熱抵抗を大きくすることによって行うことができ、これによって比較的高い温度が加えられ、またこれに伴って高い空乏層温度を得ることができる。境界温度値を有しかつ温度が問題となるシステムでは、中央および上側領域において熱抵抗を下げることが有利である。
【００８５】
図１５には広告板７の斜視図が示されている。広告板７は垂直に立てられている。この広告板の外径寸法は、1.10ｍ×2ｍである。
【００８６】
この広告板７は、スライド（図示せず）を有しており、このスライドはケーシングフレーム８によって囲われている。このスライドは、上で説明した発光モジュールによって照明されるが、このことは図に示されていない。
【００８７】
本発明は、ドイツ共和国特許明細書第DE102008054233.4号に優先権を主張するものであり、その開示内容を引用によって本願の開示内容に取り入れるものとする。
【００８８】
本発明は、実施例に基づく上記の説明に制限されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびに特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことは、このような特徴または組み合わせそのものが特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であってもあてはまるものである。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２】
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【図４】
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