(57)【要約】本発明は、半導体層（５）を有している坦体（２）と、多数のＬＥＤ半導体部（１１）上に堆積された平坦な主要面とを有しているＬＥＤモジュール（１）である。有利には、作動中種々異なる中心波長の光を放射するＬＥＤ半導体部（１１）が使用される。その結果、ＬＥＤモジュール（１）は、ミックス色の光を形成するのに適しており、殊に、白色光を形成するのに適している。
2004512687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のＬＥＤ半導体部（１１）と坦体（２）とを有するＬＥＤモジュール（１）であって、前記坦体は第１及び第２の主要面を有しており、前記坦体（２）は、少なくとも１つの半導体層（５）を有しているＬＥＤモジュールにおいて、
坦体（２）の第１の主要面は平坦に形成されており、ＬＥＤ半導体部（１１）は、前記坦体の前記第１の主要面上に堆積されていることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項２】
少なくとも１つの半導体層（５）は、シリコン又はガリウムヒ素を含む請求項１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項３】
坦体は多層形成されている請求項１又は２記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項４】
坦体（２）は、第１の主要面の側で、少なくとも１つの電気絶縁層（６）によって局限されている請求項１から３迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項５】
少なくとも１つの絶縁層（６）は多層形成されている請求項４記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項６】
少なくとも１つの絶縁層（６）は、酸化シリコン又はシリコンニトリドを含む請求項４又は５記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項７】
坦体（２）の第１の主要面上に伝導領域（９）が形成されており、該伝導領域上に、ＬＥＤ半導体部（１１）が堆積されている請求項１から６迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項８】
伝導領域（９）は、ＬＥＤ半導体部（１１）から放射されるビームのスペクトル領域内に高屈折力を有している請求項７記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項９】
伝導領域（９）はアルミニウムを含んでいる請求項７又は８記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１０】
絶縁層（６）上に、チップ端子領域（１０）が形成されており、ＬＥＤ半導体部（１１）は、チップ端子領域（１０）に堆積されている請求項４から６迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１１】
伝導領域（９）上にチップ端子領域（１０）が形成されており、ＬＥＤ半導体部（１１）は、チップ端子領域（１０）に堆積されている請求項７から９迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１２】
チップ端子領域（１０）は、各々薄い金属層の積層を有している請求項１０又は１１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１３】
金属層は、チタン、銅又は貴金属、例えば、金又はプラチナを含んでいる請求項１２記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１４】
坦体（２）は、第２の主要面側で冷却体（３）と結合されている請求項１から１３迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１５】
冷却体（３）は、銅又はアルミニウムを含んでいる請求項１４記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１６】
冷却体（３）は、半導体層（５）に接している請求項１４又は１５記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１７】
冷却体（３）は、半田材（４）又は熱伝導接着剤によって半導体層（５）と結合されている請求項１６記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１８】
ＬＥＤ半導体部（１１）は、坦体（２）上にマトリックスの形式で設けられている請求項１から１７迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項１９】
ＬＥＤ半導体部（１１）は、作動中、種々異なる中心波長の光を放射する請求項１から１８迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２０】
個別ＬＥＤ半導体部（１１）によって作動中放射される光は、赤、緑又は青のスペクトル領域内に中心波長を有している請求項１９記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２１】
各々同じ中心波長のＬＥＤ半導体部（１１）が規則的に坦体（２）上に設けられている請求項１９又は２０記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２２】
ＬＥＤ半導体部（１１）は、マトリックス行（１７ａ，ｂ）内に前記ＬＥＤ半導体部の中心波長に関して周期的な繰り返しシーケンスで設けられている請求項２１記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２３】
ＬＥＤ半導体部（１１）の配列構成は、マトリックス行（１７ａ，ｂ）内で前記ＬＥＤ半導体部の中心波長に関して周期的な繰り返しシーケンスを有している請求項２１又は２２記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２４】
マトリックス列内に各々同じ中心波長のＬＥＤ半導体部（１１）が設けられている請求項２３記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２５】
奇数行ナンバーのマトリックス行（１７ｂ）でのＬＥＤ半導体部（１１）の装置構成は同じであり、偶数行ナンバーのマトリックス行（１７ａ）での配列構成は、その上に位置しているマトリックス行（１７ｂ）から１列幅だけ左側又は右側にシフトすることによって行われる請求項２３記載のＬＥＤモジュール（１）。
【請求項２６】
ＬＥＤ半導体部（１１）は、付着手段を用いて半田付け又は接着されている請求項１から２５迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール。
【請求項２７】
付着手段は導電性である請求項２６記載のＬＥＤモジュール。
【請求項２８】
付着手段は、半田又は接着剤、例えば、シルバー導電接着剤である請求項２６又は２７記載のＬＥＤモジュール。
【請求項２９】
少なくとも部分的にＬＥＤ半導体部の周囲には、付着手段用の溜め部が形成されている請求項２６から２８迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３０】
ＬＥＤモジュール（１）は、共通冷却体（３）上に堆積されており、前記ＬＥＤモジュール（１）の坦体（２）は、第２の主要面の側で冷却体（３）と結合されていることを特徴とする請求項１から２９迄の何れか１記載の多数ＬＥＤモジュール（１）を有する多層装置。
【請求項３１】
冷却体（３）は、銅又はアルミニウムを含んでいる請求項３０記載の多層装置。
【請求項３２】
ＬＥＤモジュール（１）の半導体層（５）は各々、冷却体（３）に隣接している請求項３０又は３１記載の多層装置。
【請求項３３】
ＬＥＤモジュール（１）の半導体層（５）は各々、半田材（４）又は熱伝導性接着剤によって冷却体（３）と結合されている請求項３２記載の多層装置。
【請求項３４】
各ＬＥＤモジュール間に導体路が設けられている請求項３０から３３迄の何れか１記載の多層装置。
【請求項３５】
導体路は、導体路坦体上に構成されており、該導体路坦体は、例えば、冷却体上に載置されている請求項３４記載の多層装置。
【請求項３６】
導体路坦体は、導体プレート、フレキシブル導体プレート、導体プレート薄板又はフレックスボードである請求項３５記載の多層装置。
【請求項３７】
ミックス光の色位置をＬＥＤ半導体部（１１）の作動電流によって決めることを特徴とする白色ミックス光の形成のために、請求項１から２９迄の何れか１記載のＬＥＤ半導体モジュール（１）、又は、請求項３０から３６迄の何れか１記載の多層装置の使用。
【請求項３８】
同じ中心波長のＬＥＤ半導体部（１１）には、同じ作動電流が給電される請求項２６記載の使用。
【請求項３９】
同じ中心波長のＬＥＤ半導体部（１１）の頻度を、全てのＬＥＤ半導体部（１１）の同じ通電状態で、白色ミックス光が形成されるように選択することを特徴とする請求項１９から２９迄の何れか１記載のＬＥＤモジュール（１）、又は、請求項３０から３６迄の何れか１記載の多層装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、多数のＬＥＤ半導体部と坦体とを有するＬＥＤモジュールであって、坦体は第１及び第２の主要面を有しており、坦体は、少なくとも１つの半導体層を有しているＬＥＤモジュール（ＬＥＤ、ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）に関する。
【０００２】
ＬＥＤモジュールは、例えば、ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ． Ｅ８０−Ｃ， Ｎｏ． ２， Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９７ から公知である。ここには、シリコンサブストレートを有するＬＥＤモジュールが記載されており、このシリコンサブストレートは、多数のエッチング凹部を有しており、このエッチング凹部内に各々１つのＬＥＤチップが設けられている。その際、凹部の斜め壁は、放射ビーム用の反射器として使われる。
【０００３】
多数の用途のためには、小さな寸法と高い輝度のＬＥＤモジュールが必要である。このモジュールは、殊に、例えばプロジェクタのような結像光学系に用いる半導体光源として適している。
【０００４】
原理的には、個別発光体のパッケージ密度を高めるようにして、ＬＥＤモジュールの輝度を高めることができ、その際、同時に光学的な出力が維持又は増大される。
【０００５】
小型化を進めた際に生じる問題点は、スペースが狭くなるに連れて大きくなる電気損失熱の排出にある。
【０００６】
従って、本発明が基づく課題は、個別ＬＥＤができる限り高いパッキング密度を有していて、それと同時にコスト上有利に製造可能な高い輝度のＬＥＤモジュールを提供することにある。更に、本発明の課題は、その種のＬＥＤモジュールを多層構成することにある。
【０００７】
本発明によると、この課題は、多数のＬＥＤ半導体部と坦体とを有するＬＥＤモジュールであって、坦体は第１及び第２の主要面を有しており、坦体は、少なくとも１つの半導体層を有しているＬＥＤモジュールにおいて、坦体の第１の主要面は平坦に形成されており、ＬＥＤ半導体部は、坦体の第１の主要面上に堆積されていることにより解決される。並びに、ＬＥＤモジュールは、共通冷却体上に堆積されており、ＬＥＤモジュールの坦体は、第２の主要面の側で冷却体と結合されていることにより解決される。
【０００８】
本発明によると、多数のＬＥＤが坦体上に堆積されており、その際、坦体は少なくとも１つの半導体層を含んでおり、ＬＥＤは坦体の平坦な主要面上に設けられている。この際、”ＬＥＤ”とは、特に、ＬＥＤチップ、つまり、コンタクト面を有する発光ダイオード半導体のことである。更に、本発明では、他のビーム放射器を使ってもよい。これは、特に発光ダイオードの他に、一般的にルミネッセンスダイオード、例えば、レーザダイオード、スーパー放射器（Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｈｌｅｒ）を含む。その種のビーム放射器は、殊に半導体部の形式に適している。
【０００９】
その際、ＬＥＤとＬＥＤモジュールの周囲との電気的熱的結合のために、種々の構造が設けられている。電気損失熱は、主として坦体によって排出される。ＬＥＤの給電は、個別の線路構造が、有利には、坦体の表面上に構成されている。
【００１０】
有利には、坦体の平坦な主要面上にＬＥＤを構成することによって、ＬＥＤの特に高いパッキング密度が可能である。更に、坦体を非常に薄く構成して、それにより、坦体の熱抵抗を減らし、損失熱が排出され易くすることができる。坦体内の半導体層用の半導体材料として、有利には、シリコン又はガリウムヒ素が使われる。更に、良好な熱伝導性、セラミック状材料、例えば、アルミニウムニトリド又はホウ素ニトリド又はカーバイド、例えば、シリコンカーバイドを用いてもよい。以下、この結合体並びに結合体から導出された、半導体の製造時に通常使用される材料も、技術概念「半導体」として理解するものとする。
【００１１】
有利には、そのような材料、殊に、シリコンは、高い熱伝導性を有しており、従って、熱排出坦体用の材料として非常に良好に適している。しかも、前述の材料は半導体産業で頻繁に使用されており、この分野では容易に利用することができる。有利には、坦体は、ＬＥＤが堆積されている方の面で、電気絶縁層によって局限されている。そうすることによって、ＬＥＤが並列接続されてしまうのが阻止され、その結果、ＬＥＤを個別に接続することができる。更に、複数の絶縁層が形成されており、この複数絶縁層間に伝導層が設けられている。この構成では、有利には、個別発光体を複合して接続構成することができる。
【００１２】
絶縁層は、例えば、公知の方法を用いて酸化シリコン又はシリコンニトリドの形式で構成するとよい。有利には、絶縁層は、２層で形成されており、その際、酸化シリコン層上にはシリコンニトリド層が堆積されている。この絶縁層は、坦体の熱伝導性が損なわれないように薄く形成するとよい。更に、そのような絶縁層は高い絶縁度及び周囲環境の影響、特に湿気に対する大きな耐性を特徴とする。
【００１３】
本発明の有利な実施例では、坦体上に、相互に分離された個別伝導領域が構成され、この領域上に個別ＬＥＤが直接又は中間層を介して堆積されている。特に有利には、この際、高屈折力の伝導領域が形成され、この伝導領域によって、坦体の方向に放射されたビーム成分の反射により、ＬＥＤモジュールの光収量が向上する。そのような高屈折力の伝導領域用の材料として、例えば、アルミニウムが適している。
【００１４】
本発明の有利な実施例では、伝導領域上に個別チップ端子領域が形成されており、この個別チップ端子領域は、持続的且つ確実に半導体部を取り付けると同時に良好なコンタクト接続部を形成することができる。薄い金属層を積層した形式でのチップ端子領域が特に適しており、その際、個別層は有利にはチタン又は貴金属、例えば、金又はプラチナを含んでいる。
【００１５】
本発明の有利な実施例では、坦体の、ＬＥＤとは反対側の面が冷却体上に堆積されており、この冷却体は有利には金属層又は金属ブロックとして形成されている。そのような金属層は、非常に高い熱伝導性を有しており、従って、ＬＥＤモジュールからの熱排出が改善される。それと同時に、ＬＥＤモジュールの機械的な安定度が向上する。有利には、非常に高い輝度で効率的な熱排出度の密にパッキングされたＬＥＤモジュールを提供することができる。
【００１６】
冷却体用の材料としては、特に、その高い熱伝導性のために、銅又はアルミニウムが適している。有利には、半田材又は熱伝導性接着剤を用いて、冷却体は坦体と結合されており、その場所によって、良好に熱が移動するようになる。
【００１７】
有利には、本発明では、ＬＥＤは坦体上に取り付けられており、このＬＥＤは、作動中種々異なる色の各々の光を放射する（以下、短くＬＥＤの色とも呼ぶ）。従って、本発明によると、混合色の光を形成することができ、その際、放射光の色は、付加的に個別ＬＥＤから放射された光の各色から形成される。
【００１８】
その際、有利には、混合光の色は、個別ＬＥＤの種々異なる相応の通電によって調整することができる。
【００１９】
混合色を決めるための他の手段は、同じ色のＬＥＤを各々種々異なる個数でＬＥＤモジュール内に使用する点にある。両手段は、一緒に用いても択一的に用いてもよく、その際、両手段を択一的に用いる際には、個別ＬＥＤへの通電が比較的均一に配分されるという利点があり、両手段を一緒に用いる際には、作動中フレキシブルとなり、色位置を一層精確に調整することができる。
【００２０】
特に有利には、中心波長が赤、黄、青のスペクトル領域内の光を放射するＬＥＤが、例えば、本発明で用いられるのと同じ成分となるように合成される。従って、相応に通電した際に、高い輝度で白色光を放射するＬＥＤモジュールが提供される。更に、個別ＬＥＤの通電状態を変えることによって、種々異なる色の光を放射することができるようになり、その際、色空間が非常におおきな部分となるようにカバーされる。例えば、白点（無色点、色位置ｘ＝ｙ＝ｚ＝０．３３）を非常に精確に調整することができる。従って、本発明は、高い強度の純白色光を、障害となる色みなしに調整することができる。
【００２１】
極めて有利には、このＬＥＤモジュールはグローランプの代わりとして適しており、例えば、白色光源としてプロジェクタで使われる。この際、殊に、本発明のＬＥＤモジュールの小さな寸法と高い輝度は有利である。
【００２２】
特に適しているのは、そのようなＬＥＤモジュールをＬＣＤプロジェクタ内の光源として用いた場合である。本発明が装着されたＬＣＤプロジェクタは、非常にコンパクトに構成することができ、その際、光源の寿命、電力消費量及び付随して生じる損失熱を、従来技術のフィラメント付の光源のそれを凌駕する。この特性により、本発明は有利には、移動時の使用、例えば、自動車の領域内での使用に適している。
【００２３】
本発明の別の利点は、ＬＥＤモジュールを調光することができる点にあり、即ち、作動電流を変えることによって輝度を変えることができる点にある。その際、フィラメントとは異なり、大きな輝度間隔で、放射光のスペクトル変化を大して生じない。その際、作動電流は、例えば、パルス幅変調により変えられる。
【００２４】
本発明の有利な実施例では、ＬＥＤは、マトリックスの形式で坦体上に設けられている。こうすることによって、ＬＥＤのパッキング密度を高くすることができ、ＬＥＤモジュールの製造を自動化し易くなる。
【００２５】
更に、各々同じ色のＬＥＤを、規則的なマトリックス状のパターンで坦体上に設けることができる。その際、規則的な装置構成とは、１つ又は複数の基本パターンを順次繰り返して並べることによって形成される装置構成のことである。そのような装置構成により、ＬＥＤの制御を簡単にすることができ、製造時に配線コストを低減することができる。
【００２６】
均一な色混合を達成するために、有利には、ＬＥＤをその色に関して周期的な繰り返しシーケンスでマトリックス行に設けるとよく、その際、有利には、ＬＥＤ装置構成は、個別マトリックス行で同じ又は同じようにされる。
【００２７】
各装置構成を個別マトリックス行内で順次配向して、マトリックス列内で各々同じ色のＬＥＤが設けられると、各列の同じ色のＬＥＤを直列回路内に非常に容易にまとめることができる。
【００２８】
特に有利には、偶数列（順次連続するナンバリングで）のマトリックス列の配列を、奇数列のマトリックス列の配列に大して１列幅だけ各々左又は右にシフトするとよい。そうすることによって、１色列を回避することができ、それにより、色アーチファクトが形成されるのを抑制し、特に均一な色印象を達成することができる。それと同時に、同じ色のＬＥＤを容易にジグザグ状に結合して、直列回路を構成するようにまとめることができる。
【００２９】
本発明の別の特徴、利点及び目的性は、以下の図１〜４記載の実施例の説明から分かる。
【００３０】
その際、
図１は、本発明のＬＥＤモジュールの第１の実施例の部分断面略図、
図２ａ及び２ｂは、本発明のＬＥＤモジュールの第２の実施例の平面略図及び詳細略図、
図３ａ〜３ｅは、本発明のＬＥＤモジュールの第３の実施例の５つの変形平面略図、
図４は、本発明のＬＥＤモジュールの第４の実施例の平面略図、
図５は、本発明のＬＥＤモジュールの多層構成の第１の実施例の部分断面略図
図６は、本発明のＬＥＤモジュールの多層構成の第２の実施例の部分断面略図、及び
図７ａ及び７ｂは、本発明のＬＥＤモジュール用の坦体の実施例の平面略図及び部分断面略図
である。
【００３１】
その際、同じ又は同様に作用する要素は、同じ参照番号が付けられている。
【００３２】
図１に示されたＬＥＤモジュール１の坦体２は、以下説明するＬＥＤチップ装置に相応して構造化されたシリコン基板５を有しており、冷却体３に、銅ブロックの形式で半田付けされている。半田４として、金−スズ−半田が使われており、その結果、機械的に安定した結合及びシリコン基板５と銅ブロック３との間で効率的に熱伝導することができる。択一的に、シリコン基板５を熱伝導性接着剤を用いて銅ブロック３と結合してもよい。
【００３３】
シリコン基板５は、多層形成されている。基板部は、非ドーピングシリコン製の層を形成する。この基板部の上に、２層の絶縁層６が堆積されており、この絶縁層は、酸化シリコン層７及びシリコンニトリド層８から形成されており、その際、酸化シリコン層７は、基板部に接している。
【００３４】
そのように構成された２層の絶縁層６は、シリコン技術の公知の方法を用いて容易に製造することができ、電気絶縁特性の他に、大きな耐性、例えば、湿気の侵入に対する耐性を特徴とする。
【００３５】
絶縁層６上に、相互に分離された多数の金属面９が堆積されており、この金属面９上に、チップ端子領域１０が構成されている。金属面９は、有利にはアルミニウム製である。チップ端子領域１０は、各々３つの薄金属層からなる積層を有しており、この３つの金属層は、シリコン基板５の側から見て、チタン、プラチナ、金製である。
【００３６】
チップ端子領域１０の金表面上には、各々ＬＥＤ半導体部１１が、導電性接着剤を用いて接着されている。半導体部１１とチップ端子領域１０との間の半田結合も同様に可能である。
【００３７】
別のコンタクト接続のために、半導体部１１は坦体２とは反対側の面上にコンタクト面１２が設けられており、各ワイヤ接続部１３と相互に接続されている。アルミニウム面９は、各々取り付けられる半導体部１１の、坦体２側の面と電気接続されるワイヤ端子領域としても、作動中形成されるビーム用の反射器としても使われる。
【００３８】
銅ブロック３の厚みは、図示の実施例の場合、３．０ｍｍであり、シリコン基板５の厚みは、２２０μｍであり、絶縁層６の厚みは、０．６２μｍである。アルミニウム層９は、１．０μｍ厚であり、チップ端子領域１０は、０．３μｍの全厚で形成されている。２００μｍ厚の半導体部により、６００μｍ×６００μｍの網目尺度、及び、２６０μｍ×２６０μｍの半導体横断面で、総体的に、網目単位に関して、１７７Ｋ／Ｗの熱抵抗に達する。
【００３９】
従って、定常条件下で、ＬＥＤ毎に５０ｍＷの典型的な損失電力で、半導体表面と坦体下側面との温度差は、約８．９Ｋ（網目単位の数に依存しない）。
【００４０】
図２ａには、ＬＥＤの平坦な配列が平面図で示されている。坦体上には、全部で１８０個のＬＥＤ１１が取り付けられており、各々６０個のＬＥＤが中心波長赤、緑及び青のスペクトル領域内にある。ＬＥＤは、マトリックスの形式で配列されており、その際、各マトリックス行１７ａ，ｂ内で周期的シーケンスで赤ＬＥＤ１４、緑ＬＥＤ１５及び青ＬＥＤ１６が順次並べて配列されている。
【００４１】
その際、個別マトリックス行１７ａ，ｂ内の配列は、奇数行数１７ｂの各マトリックス行が、各々同じ配列を有していて、このマトリックス行１７ｂで各々同じ色のＬＥＤは上下に重ねて配列されているように、相互に配向されている。その際、行数とは、マトリックス行の通常のように連続したナンバリング時に上から下の方の個別マトリックス行に各々配属されている。
【００４２】
偶数行数のマトリックス行１７ａ内のＬＥＤの配列は、奇数行数のマトリックス行１７ｂ内の配列に相応しているが、しかし、奇数行数のマトリックス行１７ｂに対しては、１列幅だけ左の方にシフトされている。左の端の列内には、奇数マトリックス行１７ｂだけが設けられており、右側の端の列内には、ＬＥＤの偶数マトリックス行１７ａだけが設けられており、その結果、各マトリックス行は同じ数のＬＥＤを含んでいる。
【００４３】
ＬＥＤの、この全配列により、同じ色の上下に位置しているＬＥＤが、ジグザグ状に直列接続され、従って、同じ色のＬＥＤが簡単に制御される。
【００４４】
マトリックス列内で同じ色のＬＥＤだけが配列されている構成に対して、図示の配列の利点は、一直線状又は対角線状に同じ色が生じることはないという点にある。従って、均一な混合色の放射が達成され、障害となるアーチファクトが生じるのを抑制することができる。
【００４５】
マトリックス列の方向にワイヤ接続することができ、その際、コンタクト１２は、各ＬＥＤの半導体部１１上で、ワイヤ接続により、最後のマトリックス行以外、対角線状下側に位置している同じ色のＬＥＤのアルミニウム面９と接続される。
【００４６】
第１及び最後のマトリックス行のＬＥＤは、ワイヤ接続を用いて、外側の別のコンタクト面１８に接続されている。作動中、このコンタクト面１８を介して各々隣り合った２つの列に配列された同じ色のＬＥＤに電流が流される。
【００４７】
ＬＥＤの直列接続により、モジュールには電圧が印加され、この電圧は、ＬＥＤ印加電圧の数倍に相応し、あまりコストを掛けずに通常の車両搭載電源から形成することができる。同じ色のＬＥＤ列は相互に別個に接続することができるので、１つの列がない場合でもモジュールは有利に更に機能し続ける。
【００４８】
図２ｂは、アルミニウム面が拡大して示されている。この面９は、矩形の底面を有しており、その際、１つのエッジには、矩形の切欠部１９が形成され、そのエッジに対向した端には、切欠部１９に相応するが少し小さな面部分２０が形成されている。
【００４９】
このように形成することにより、アルミニウム面９を相互に絶縁して、面を充填するように配列することができるようになる。その際、面部分２０は、アルミニウム面９上に堆積された各半導体部１１のコンタクト接続のためのワイヤ端子領域を形成する。このワイヤ端子領域は、チップ端子領域１０から離されている。つまり、半導体部１１をチップ端子領域１０に取り付ける際に、半田乃至接着剤の残りがチップ端子領域１０の周囲に漏れ出て、ワイヤを確実にコンタクト接続することができなくなることがあるからである。
【００５０】
偶数マトリックス行１７ａに設けられた面９は、図２ｂに示された形状に相応する。奇数マトリックス行１７ｂの面９は、この形状を水平方向に鏡対称にした形状である。この形状を交互に配列することによって、有利にも短いワイヤ接続路でジグザグにワイヤ接続して図示のように直列接続することができる。
【００５１】
そのように形成されたＬＥＤモデルは、ほぼ９ｍｍ×１０ｍｍのエッジの長さを有しており、白色光用に輝度７７ｋｃｄ／ｍ２に達する。従って、ＬＥＤモジュールは、色が調整可能な光源、例えば、最大パッキング及び輝度のＬＥＤベースの白色光源である。
【００５２】
図３には、ＬＥＤ色に関しての別の有利な配列が図示されている。図３ａに示されている実施例では、ＬＥＤはマトリックス行で更に周期的に循環するシーケンスで配列されている。マトリックス列内で、各々同じ色のＬＥＤが配列されている。この際、同じ色のＬＥＤの直列接続は、特に簡単である。
【００５３】
図３ｂに示された実施例では、ＬＥＤは、マトリックス行で同様に周期的に繰り返すシーケンスで配列されている。１マトリックス行の配列は、その際、第２の行からそれ以上のマトリックス行で１列幅だけ右側にシフトすることによって形成される。ここでも、同じ色のＬＥＤは対角線方向に沿って左上から右下に直列接続することによって容易にまとめることができる。
【００５４】
図３ｃに示されている実施例は、図２ａに示された配列に相応する。この際、同じ色の直線が形成されるのを阻止することができ、その結果、妨害となるアーチファクトは生じなく、そのようにして特に均一放射光源を構成することができる。
【００５５】
図３ｄに示されているように、３つのＬＥＤ色が周期的に順に並ぶようにしても当然よい。同様に、相応の列に対してマトリックス行を全て交換してもよい。
【００５６】
図３ｅに図示の配列では、円形輪郭（破線）内にしかラスタのロケーションがないようにされている。この配列は、有利には、例えば、円対称光学系相応の円形入口開口を有する光学系と結合される。図示の配列によって、入口開口は均等に照射される。それと同時に、入口開口内にあるラスタのロケーションでのＬＥＤ装着を減らすことによって、ＬＥＤモジュールの電力消費を減らすことができるが、その際、光学系の照射は減らない。
【００５７】
この実施例では、ＬＥＤの色に関して、図３ｃと同様に配列されており、その結果、同じ色のＬＥＤは、マトリックス列の方向にジグザグ状に直列接続することによってまとめることができる。これに対して、マトリックス列に沿って周期的に繰り返して配列するのとは異なり、緑色ＬＥＤの個数が増え、その結果、このモジュールでは、全部で３４個の緑色ＬＥＤ、１９個の赤色ＬＥＤ、及び、１６個の青色ＬＥＤが使われる。ＬＥＤ個数を、このように重み付けした場合、ＬＥＤモジュールは、全部のＬＥＤを同様に通電した場合、白色ミックス光を形成する。
【００５８】
用途に応じて、図３ａ〜３ｅに示された配列の個別アスペクトを組み合わせてもよい。当然、もっと簡単な回路乃至配列を用いてもよく、例えば、ＬＥＤ色の下位の分布、又は、全てのＬＥＤの純直列回路を用いてもよい。後者の場合、図３ｅの場合と同様に、ミックス光の色位置は、同じ色のＬＥＤの頻度に依存している。
【００５９】
図４には、本発明の実施例が予備組立された状態で示されている。ＬＥＤモジュール１は、銅製基板２１の中心部上で接着又は半田付けされている。ＬＥＤマトリックス列の給電用のコンタクト端子１８は、導体枠２２を介して外側に向かって放射状に拡がった導体路を用いて、基板のエッジの大きな半田付け端子２３にリードされており、その際、半田付け端子２３は、ＬＥＤモジュール１の制御乃至給電用の電子構成群と容易に接続することができるように、離隔して構成されている。
【００６０】
導体枠を介して、グラウチング枠２４が取り付けられており、その内部領域は、グラウチング薄膜、有利には、透明反応性樹脂、例えば、エポキシ樹脂を、ＬＥＤモジュールの保護のために充填することができる。
【００６１】
図５には、本発明の別の実施例が示されている。図１に示された実施例とは異なり、ここでは、多数のＬＥＤモジュール１が共通冷却体３上に取り付けられており、その結果、ＬＥＤモジュール１の多層配列を形成することができる。
【００６２】
個別ＬＥＤモジュール１の構成は、半導体層５と多層絶縁層６を有する坦体２、当該坦体２上に構成された、チップ端子領域１０並びにこの領域の上に取り付けられたＬＥＤ半導体部１１を有する金属面９を含めて、図１に示されたＬＥＤモジュールにほぼ相応する。
【００６３】
その際、個別ＬＥＤモジュール上のＬＥＤの個数は、個人の必要に適合させることができる。例えば、各ＬＥＤモジュールを、１つの赤色ＬＥＤ、２つの緑色ＬＥＤ、１つの青色ＬＥＤ、つまり、全部で４つのＬＥＤを有するようにするとよい。ＬＥＤの相応に調整された作動電流で、各ＬＥＤモジュールは、それ自体で白色光源を形成する。ＬＥＤモジュールは、例えば、ミックス色光用の色光源としても適しており、その際、有利には、ＬＥＤモジュールはどんな場合でも高いパッキング密度を有しており、従って、ほぼ点状である。
【００６４】
個別ＬＥＤモジュールの給電のために、各ＬＥＤモジュール１間に導体路２４が設けられている。ワイヤ接続１３を介して、作動電流を個別ＬＥＤに給電することができる。このような直接電流給電により、個別ＬＥＤモジュール、更に、個別ＬＥＤを相互に独立して制御し、スイッチングすることができる。ここで、独立して制御したくない場合、個別モジュール又はＬＥＤを直列及び／又は並列接続してもよいのは当然である。
【００６５】
導体路２４は、有利には、適切な導体路坦体２５、例えば、導体板上に構成される。有利には、このために、フレキシブルな導体板又は相応の導体薄板、例えば、フレックスボードが使われる。
【００６６】
個別ＬＥＤモジュール１は、有利には、２次元マトリックス状に冷却体上に配設するとよい。例えば、各々４つのＬＥＤチップを有する３２個のＬＥＤモジュールを１つの共通の冷却体上にまとめるとよい。この際、導体路坦体２５の上に設けられた導体路２４は、格子形状に形成すると目的に適っており、その際、格子開口内にＬＥＤモジュール１が配設される。
【００６７】
図６には、本発明の別の実施例が示されている。図５に示した実施例の場合と同様に、冷却体３上に、複数のＬＥＤモジュール１が、その間に配設された導体路２４と共に取り付けられている。ＬＥＤモジュール１では、各々坦体２とＬＥＤ１１しか示されていない。構造は、上述のＬＥＤモジュールの場合と同様に使うことができる。この装置構成では、図５に示された実施例とは相違して、反射器２６が載着されており、この反射器は、例えば、導体路坦体２５の、冷却体３とは反対側の面上に載置するとよい。
【００６８】
反射器は、多数の貫通部２７を有しており、この貫通部の側面２８は少なくとも部分的に斜めに形成されており、反射器面として使われる。平面図では、反射器は、導体路坦体２５に相応する、例えば、格子状の形状を有している。この反射器によって、ＬＥＤモジュールの発光効率を有利に高めることができる。
【００６９】
図７ａには、４つのＬＥＤを有するＬＥＤモジュール用の坦体２の平面図が示されている。その種のＬＥＤモジュールは、例えば、図５及び６に示された実施例で使われる。図７ｂには、線Ａ−Ａに沿った断面図が示されている。分かり易くするために、例えば、層厚は尺度通り忠実に示されていない。
【００７０】
坦体は、既述のように、半導体層５、有利には、シリコン又はガリウムヒ素を含んでいて、並びに、酸化シリコン層７及び窒化シリコン層８を有することがある絶縁層６を含んでいる。
【００７１】
絶縁層６上には、相互に離隔して電気絶縁された４つの金属面９ａ，９ｂ，９ｃ及び９ｄが、例えば、アルミニウムから形成されており、各金属面は、枠状の構造体２９によって縁取りされている。金属面上には、既述のように、チップ端子領域をＬＥＤの取付のために構成してもよい（図示していない）。
【００７２】
枠状の構造体２９は、例えば、３０μｍ以下厚、殊に、５μｍ〜２５μｍ厚で突出して形成されており、ＬＥＤの取付用に使われるシルバー導電接着剤のような付着手段の受容溜め部として構成されている。その際、枠状の構造体２９は、各金属面乃至各チップ端子領域の周囲に槽状の溜め部を形成しており、この溜め部は、過剰な付着手段が隣りの金属面にまであふれ出て、各個別ＬＥＤ間が短絡するのが阻止される。
【００７３】
その種の枠状の構造体は、例えば、プラスチック、有利には、ポリイミド製にするとよく、その際、相応のプラスチック層が半導体技術による処理を用いて被着されて、構造化される。
【００７４】
坦体のエッジから、枠状の構造体２９が離隔されて、坦体の中心３１に向かって戻されるように構成されており、その結果、坦体の中心３１から見て、枠状の構造体２９の外側で、金属層９ａ，９ｂ，９ｃ及び９ｄの部分領域３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び３０ｄはカバーされていない。この部分領域３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び３０ｄは、外部ワイヤ接続用の端子個所として使われ、例えば、図５及び６に示された導体路に接続され、その際、各部分領域は、所属の金属面と導電接続される。
【００７５】
図示の実施例を用いた、本発明の説明は、本発明を限定するものでないことは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のＬＥＤモジュールの第１の実施例の部分断面略図
【図２】
本発明のＬＥＤモジュールの第２の実施例の平面略図及び詳細略図
【図３】
本発明のＬＥＤモジュールの第３の実施例の５つの変形平面略図
【図４】
本発明のＬＥＤモジュールの第４の実施例の平面略図
【図５】
本発明のＬＥＤモジュールの多層構成の第１の実施例の部分断面略図
【図６】
本発明のＬＥＤモジュールの多層構成の第２の実施例の部分断面略図
【図７】
本発明のＬＥＤモジュール用の坦体の実施例の平面略図及び部分断面略図
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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