DE10051159C2 - LED-Modul, z.B. Weißlichtquelle - Google Patents

LED-Modul, z.B. Weißlichtquelle

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Description

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul (LED, light emitting diode, Leuchtdiode) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
LED-Module sind beispielsweise aus IEICE Trans. Electron., Vol. E80-C, No. 2, February 1997, S. 285-290 bekannt. Beschrieben ist hierin ein LED-Modul mit einem Siliziumsubstrat, das eine Mehrzahl von geätzten Vertiefungen aufweist, in denen jeweils ein LED-Chip angeordnet ist. Die schrägstehenden Wände der Vertiefungen dienen dabei als Reflektor für die emittierte Strahlung.
Weiterhin ist in DE 198 28 970 C2 ein Verfahren zur Herstellung und Vereinzelung von Halbleiter- Lichtemissionsdioden beschrieben. Hierin ist eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von LEDs und einer Haltevorrichtung gezeigt. Die Haltevorrichtung weist ein Halbleiter- oder Metallsubstrat mit einer Mehrzahl von Vertiefungen auf, die als Aufnahme für die einzelnen LEDs dienen.
Für viele Anwendungen werden LED-Module mit geringen Abmes­ sungen und hoher Leuchtdichte benötigt. Diese Module eignen sich insbesondere als Halbleiterlichtquelle in Verbindung mit abbildenden Optiken wie beispielsweise Projektoren.
Eine Erhöhung der Leuchtdichte eines LED-Moduls kann prinzi­ piell dadurch erreicht werden, daß die Packungsdichte der einzelnen Leuchtkörper erhöht wird, wobei zugleich die opti­ sche Ausgangsleistung beibehalten oder vergrößert wird.
Bei fortschreitender Miniaturisierung besteht ein Problem darin, die auf immer kleiner werdendem Raum entstehende elek­ trische Verlustwärme abzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vielseitig verwendbares LED-Modul mit hoher Leuchtdichte zu schaffen, das eine möglichst hohe Pac­ kungsdichte der einzelnen LEDs aufweist und zugleich kosten­ günstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein LED-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche 2 bis 28.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine Mehrzahl von LEDs auf einem Träger aufgebracht ist, wobei der Träger mindestens eine Halbleiterschicht enthält und die LEDs auf einer ebenen Hauptfläche des Trägers angeordnet sind. Unter "LEDs" sind hierbei vor allem LED-Chips, also Leuchtdiodenhalbleiterkör­ per mit Kontaktflächen, zu verstehen.
Zur elektrischen und thermischen Verbindung zwischen den LEDs und der Umgebung des LED-Moduls sind dabei verschiedene Strukturen vorgesehen. Die Ableitung der elektrischen Ver­ lustwärme erfolgt hauptsächlich durch den Träger hindurch. Für die elektrische Versorgung der LEDs sind gesonderte Lei­ tungsstrukturen, vorzugsweise auf der Oberfläche des Trägers, ausgebildet.
Mit Vorteil ist durch die Anordnung der LEDs auf einer ebenen Hauptfläche des Trägers eine besonders hohe Packungsdichte der LEDs möglich. Weiter ist so eine sehr dünne Ausführung des Trägers möglich, durch die der thermische Widerstand des Trägers reduziert und die Abführung der Verlustwärme erleich­ tert wird.
Als Halbleitermaterial für die Halbleiterschicht im Träger wird vorzugsweise Silizium oder Galliumarsenid verwendet. Weitergehend sind auch gut wärmeleitende, keramikartige Mate­ rialien wie beispielsweise Aluminiumnitrid oder Bornitrid oder Karbide wie beispielsweise Siliziumkarbid einsetzbar. Im folgenden sind auch diese Verbindungen sowie davon abgelei­ tete, bei der Herstellung von Halbleitern üblicherweise ver­ wendete Materialien unter dem Begriff "Halbleiter" zu verste­ hen.
Mit Vorteil weisen solche Materialien, insbesondere Silizium, eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und sind daher als Material für einen wärmeabführenden Träger sehr gut geeignet. Zudem werden die genannten Materialien häufig in der Halbleiterin­ dustrie eingesetzt und sind dort leicht verfügbar.
Vorzugsweise wird der Träger auf der Seite, auf der die LEDs aufgebracht sind, von einer elektrisch isolierenden Schicht begrenzt. Dadurch wird eine Parallelschaltung der LEDs ver­ hindert, so daß eine individuelle Verschaltung der LEDs mög­ lich ist. Weitergehend können auch mehrere Isolationsschich­ ten ausgebildet sein, zwischen denen elektrisch leitfähige Schichten angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung sind mit Vorteil komplexe Verschaltungen der einzelnen Leuchtkörper realisierbar.
Die Isolierschicht kann beispielsweise mit Hilfe bekannter Verfahren in Form einer Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid­ schicht gebildet sein. Bevorzugt ist die Isolierschicht zwei­ lagig ausgeführt, wobei auf eine Siliziumoxidschicht eine Si­ liziumnitridschicht aufgebracht ist. Diese Isolierschicht kann so dünn ausgeführt werden, daß sie die Wärmeleitfähig­ keit des Trägers nicht beeinträchtigt. Weiterhin zeichnet sich eine solche Isolierschicht durch einen hohen Isolations­ grad und eine große Beständigkeit gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, aus.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind auf dem Träger einzelne, voneinander getrennte, leitfähige Berei­ che ausgebildet, auf die die einzelnen LEDs direkt oder über Zwischenschichten aufgebracht sind. Besonders bevorzugt sind hierbei leitfähige Bereiche mit einem hohen Reflexionsvermö­ gen, die durch Reflexion der in Richtung des Trägers abge­ strahlten Strahlungsanteile die Lichtausbeute des LED-Moduls erhöhen. Als Material für solche leitfähigen Bereiche mit ho­ hem Reflexionsvermögen eignet sich beispielsweise Aluminium.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, auf den leitfähigen Bereichen gesondert Chipanschlußbereiche auszubilden, die eine dauerhafte und sichere Befestigung der Halbleiterkörper bei gleichzeitig guter Kontaktgabe gewähr­ leisten. Besonders geeignet sind Chipanschlußbereiche in Form eines Stapels dünner Metallschichten, wobei die einzelnen Schichten vorzugsweise Titan oder Edelmetalle wie Gold oder Platin enthalten.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Träger mit der von den LEDs abgewandten Seite auf einen Kühl­ körper aufgebracht, der vorzugsweise als Metallschicht oder Metallblock ausgebildet ist. Eine solche Metallschicht weist eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf und verbessert damit die Wärmeableitung aus dem LED-Modul. Zugleich wird die me­ chanische Stabilität des LED-Moduls erhöht. Mit Vorteil läßt sich so ein dicht gepacktes LED-Modul mit sehr hoher Leucht­ dichte und einer effizienten Wärmeabfuhr schaffen.
Als Materialien für den Kühlkörper eignen insbesondere auf­ grund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit Kupfer oder Aluminium. Vorzugsweise ist der Kühlkörper mit dem Träger mittels einer Lötmasse oder eines wärmeleitenden Klebstoffs verbunden, wo­ durch ebenfalls ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
Bevorzugt werden bei der Erfindung LEDs auf einem Träger mon­ tiert, die im Betrieb jeweils Licht unterschiedlicher Farbe emittieren (im folgenden auch kurz als Farbe der LED bezeich­ net). Damit ist mit der Erfindung die Erzeugung von mischfar­ bigem Licht möglich, wobei sich die Farbe des abgestrahlten Lichts additiv aus den Farben des von den einzelnen LEDs ab­ gestrahlten Lichts ergibt.
Mit Vorteil ist dabei die Farbe des Mischlichts durch eine entsprechend unterschiedliche Bestromung der einzelnen LEDs einstellbar.
Eine andere Möglichkeit zur Festlegung der Mischfarbe besteht darin, LEDs gleicher Farbe in jeweils verschiedener Anzahl in einem LED-Modul zu verwenden. Beide Möglichkeiten können so­ wohl kumulativ als auch alternativ verwendet werden, wobei letztere den Vorteil einer gleichmäßigeren Verteilung des Be­ triebsstroms auf die einzelnen LEDs besitzt, während erstere im Betrieb flexibler ist und eine präzisere Einstellung des Farborts ermöglicht.
Besonders bevorzugt werden LEDs, die Licht mit einer Zentral­ wellenlänge im roten, grünen, und blauen Spektralbereich emittieren, zusammen, beispielsweise zu gleichen Anteilen, bei der Erfindung eingesetzt. Damit wird ein LED-Modul ge­ schaffen, das bei entsprechender Bestromung mit hoher Leucht­ dichte weißes Licht emittiert. Weitergehend kann durch Varia­ tion der Bestromung der einzelnen LEDs Licht von unterschied­ licher Farbe emittiert werden, wobei der Farbraum zu großen Teilen abgedeckt ist. Insbesondere der Weißpunkt (Unbunt­ punkt, Farbort x = y = z = 0,33) kann sehr genau eingestellt wer­ den. Damit ist die Erfindung als Weißlichtquelle zur Erzeu­ gung rein weißen Lichts hoher Intensität ohne störenden Farb­ stich einsetzbar.
Mit großem Vorteil eignet sich dieses LED-Modul als Glühlam­ penersatz und kann beispielsweise als Weißlichtquelle in Pro­ jektoren verwendet werden. Hierbei sind besonders die gerin­ gen Abmessungen und die hohe Leuchtdichte des erfindungsgemä­ ßen LED-Moduls von Vorteil.
Speziell eignet sich ein solches LED-Modul als Lichtquelle in LCD-Projektoren. Die mit der Erfindung ausgestatteten LCD- Projektoren können sehr kompakt ausgeführt werden, wobei die Lichtquelle hinsichtlich Lebensdauer, Energieverbrauch und anfallender Verlustwärme herkömmlichen Lichtquellen mit Glüh­ drähten überlegen ist. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich die Erfindung vorzugsweise im mobilen Einsatz, bei­ spielsweise im Kfz-Bereich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Dimmbarkeit des LED-Moduls, d. h. der Änderung der Leuchtdichte durch Va­ riation des Betriebstroms. Im Gegensatz zu Glühdrähten tritt dabei in einem großen Leuchtdichteintervall keine wesentliche spektrale Änderung des abgestrahlten Lichts auf. Die Varia­ tion des Betriebsstroms kann dabei beispielsweise durch Puls­ weitenmodulation erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die LEDs in Form einer Matrix auf dem Träger angeordnet. Dies er­ laubt eine hohe Packungsdichte der LEDs und erleichtert die automatisierte Herstellung des LED-Moduls.
Weitergehend sind die LEDs mit jeweils gleicher Farbe in ei­ nem regelmäßigen, matrixartigen Muster auf dem Träger ange­ ordnet. Unter einer regelmäßigen Anordnung ist dabei eine An­ ordnung zu verstehen, die durch wiederholte Aneinanderreihung eines oder mehrerer Grundmuster entsteht. Durch eine solche Anordnung wird die Ansteuerung der LEDs vereinfacht und der Verdrahtungsaufwand bei der Herstellung reduziert.
Um eine homogene Farbmischung zu erzielen, ist es vorteil­ haft, die LEDs hinsichtlich ihrer Farbe in periodisch wieder­ kehrender Folge in den Matrixzeilen anzuordnen, wobei vor­ zugsweise die LED-Anordnungen in den einzelnen Matrixzeilen gleich oder gleichartig sind.
Werden die Anordnungen in den einzelnen Matrixzeilen so auf­ einander ausgerichtet, daß in den Matrixspalten jeweils LEDs der selben Farbe angeordnet sind, so können gleichfarbige LEDs jeweils einer Spalte sehr leicht in Serienschaltungen zusammengefaßt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Anordnungen in den Matrix­ zeilen mit gerader Zeilennummer (bei fortlaufender Numerie­ rung) um eine Spaltenbreite gegenüber den Anordnungen in den Matrixzeilen mit ungerader Zeilennummer jeweils nach links oder nach rechts zu verschieben. Dadurch werden einfarbige Spalten vermieden, die Ausbildung von Farbartefakten unter­ drückt und ein besonders homogener Farbeindruck erzielt. Zu­ gleich lassen sich die LEDs gleicher Farbe leicht durch zick­ zackartige Verbindungen zu Serienschaltungen zusammenfassen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben aus der nachfolgenden Beschreibung von vier Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Mo­ duls,
Fig. 2 eine schematische Aufsicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Moduls,
Fig. 3 eine schematische Aufsicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Moduls und
Fig. 4 eine schematische Aufsicht eines vierten Ausfüh­ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Moduls.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind dabei mit den sel­ ben Bezugszeichen versehen.
Der Träger 2 des in Fig. 1 dargestellten LED-Moduls 1 weist ein entsprechend der unten beschriebenen LED-Chipanordnung strukturiertes Siliziumsubstrat 5 auf, das auf einen Kühlkör­ per 3 in Form eines Kupferblocks aufgelötet ist. Als Lot 4 wird ein Gold-Zinn-Lot verwendet, so daß eine mechanisch sta­ bile Verbindung und ein effizienter Wärmeübergang zwischen dem Siliziumsubstrat 5 und dem Kupferblock 3 gewährleistet ist. Alternativ kann das Siliziumsubstrat 5 auch mittels eines wärmeleitfähigen Klebstoffs mit dem Kupferblock 3 verbun­ den sein.
Das Siliziumsubstrat 5 ist mehrlagig gebildet. Den Substrat­ körper bildet eine Schicht aus undotiertem Silizium. Darauf ist eine zweilagige Isolierschicht 6 aufgebracht, die aus ei­ ner Siliziumoxidschicht 7 und einer Siliziumnitridschicht 8 besteht, wobei die Siliziumoxidschicht 7 an den Substratkör­ per grenzt.
Die so gebildete, zweilagige Isolierschicht 6 ist mit den be­ kannten Methoden der Siliziumtechnologie leicht herstellbar und zeichnet sich neben der elektrischen Isoliereigenschaft durch große Beständigkeit, insbesondere gegen Eindringen von Feuchtigkeit aus.
Auf die Isolierschicht 6 ist eine Mehrzahl von voneinander getrennten Metallflächen 9 aufgebracht, auf denen wiederum Chipanschlußbereiche 10 ausgebildet sind. Die Metallflächen 9 bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Ein Chipanschlußbereich 10 weist jeweils einen Stapel aus drei dünnen Metallschichten auf, die von der Seite des Siliziumsubstrats 5 aus gesehen aus Titan, Platin und Gold bestehen.
Auf die Goldoberfläche des Chipanschlußbereichs 10 ist je­ weils ein LED-Halbleiterkörper 11 mittels eines leitfähigen Klebstoffs aufgeklebt. Eine Lötverbindung zwischen Halblei­ terkörper 11 und Chipanschlußbereich 10 wäre ebenfalls mög­ lich.
Zur weiteren Kontaktierung sind die Halbleiterkörper 11 auf der dem Träger 2 abgewandten Seite mit einer Kontaktfläche 12 versehen und mit Drahtverbindungen 13 untereinander verbun­ den. Die Aluminiumflächen 9 dienen sowohl als Drahtanschluß­ bereiche, die jeweils elektrisch in Verbindung mit der dem Träger 2 zugewandten Seite des aufmontierten Halbleiterkörpers 11 stehen, als auch als Reflektoren für die im Betrieb erzeugte Strahlung.
Die Dicke des Kupferblocks 3 beträgt bei dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel 3,0 mm, die Dicke des Siliziumsubstrats 5 220 µm und die Dicke der Isolierschicht 6 0,62 µm. Die Alumi­ niumschicht 9 ist mit einer Dicke von 1,0 µm, der Chipan­ schlußbereich 10 mit einer Gesamtdicke von 0,3 µm ausgebil­ det. Mit einem 200 µm dicken Halbleiterkörper wird bei einem Rastermaß von 600 µm × 600 µm und einem Halbleiterquerschnitt von 260 µm × 260 µm insgesamt ein thermischer Widerstand von 177 K/W, bezogen auf eine Rastereinheit, erreicht.
Unter stationären Bedingungen beträgt damit bei einer typi­ schen elektrischen Verlustleistung von 50 mW pro LED der Tem­ peraturunterschied zwischen Halbleiteroberfläche und Trä­ gerunterseite etwa 8,9 K (unabhängig von der Anzahl der Ra­ stereinheiten).
In Fig. 2a ist die flächige Anordnung der LEDs in der Auf­ sicht gezeigt. Auf dem Träger sind insgesamt 180 LEDs 11 mon­ tiert, je 60 LEDs mit einer Zentralwellenlänge im roten, grü­ nen und blauen Spektralbereich. Die LEDs sind in Form einer Matrix angeordnet, wobei in jeder Matrixzeile 17a, b in peri­ odischer Folge eine rote LED 14, eine grüne LED 15 und eine blaue LED 16 nebeneinander angeordnet sind.
Die Anordnungen in den einzelnen Matrixzeilen 17a, b sind da­ bei so aufeinander ausgerichtet, daß die Matrixzeilen mit un­ gerader Zeilennummer 17b jeweils dieselbe Anordnung aufweisen und so in diesen Matrixzeilen 17b jeweils gleichfarbige LEDs untereinander angeordnet sind. Unter der Zeilennummer ist da­ bei die Nummer zu verstehen, die bei üblicher, fortlaufender Numerierung der Matrixzeilen von oben nach unten den einzel­ nen Matrixzeilen jeweils zugewiesen ist.
Die Anordnung der LEDs in den Matrixzeilen 17a mit gerader Zeilennummer entspricht der Anordnung in den Matrixzeilen 17b mit ungerader Zeilennummer, ist jedoch gegenüber den Matrix­ zeilen 17b mit ungerader Zeilennummer um eine Spaltenbreite nach links verschoben. In der linken Randspalte sind nur die ungeradzahligen Matrixzeilen 17b, in der rechten Randspalte nur die geradzahligen Matrixzeilen 17a mit LEDs bestückt, so daß jede Matrixzeile dieselbe Anzahl von LEDs enthält.
Diese Gesamtanordnung der LEDs ermöglicht eine Verdrahtung der untereinander liegenden LEDs gleicher Farbe durch eine zickzackartige Serienschaltung und damit eine einfache An­ steuerung gleichfarbiger LEDs.
Gegenüber einer Anordnung, in der in den Matrixspalten nur gleichfarbige LEDs angeordnet sind, besitzt die gezeigte An­ ordnung den Vorteil, daß keine durchgehenden Linien oder Dia­ gonalen gleicher Farbe auftreten. Damit wird eine homogen mischfarbige Abstrahlung erreicht und das Auftreten störender Artefakte unterdrückt.
Die Verdrahtung erfolgt in Richtung der Matrixspalten, wobei der Kontakt 12 auf dem Halbleiterkörper 11 einer jeden LED außer in der letzten Matrixzeile durch eine Drahtverbindung 13 mit der Aluminiumfläche 9 der diagonal darunterliegenden LED gleicher Farbe verbunden ist.
Die LEDs der ersten und letzten Matrixzeile sind mit Draht­ verbindungen an weiter außen liegenden Kontaktfläche 18 ange­ schlossen. Im Betrieb werden über diese Kontaktflächen 18 je­ weils die in zwei benachbarten Spalten angeordneten LEDs gleicher Farbe mit Strom versorgt.
Aufgrund der LED-Serienschaltung kann das Modul mit Spannun­ gen versorgt werden, die einem Vielfachen der LED-Versor­ gungsspannungen entsprechen und die ohne großen Aufwand aus den üblichen mobilen Bordnetzen erzeugt werden können.
Da die LED-Spalten gleicher Farbe voneinander getrennt ange­ schlossen werden können, ist auch bei einem Ausfall einer Spalte das Modul mit Vorteil noch weitgehend funktionstüch­ tig.
In Fig. 2b ist eine Aluminiumfläche 9 vergrößert darge­ stellt. Diese Fläche 9 besitzt eine rechteckige Grundform, wobei an einer Ecke eine rechteckige Ausnehmung 19 gebildet ist und an einer der Ecke gegenüberliegenden Kante ein der Ausnehmung 19 entsprechendes, etwas verkleinertes Flächen­ stück 20 angesetzt ist.
Diese Formgebung ermöglicht eine flächenfüllende und vonein­ ander isolierte Anordnung der Aluminiumflächen 9. Das Flä­ chenstück 20 bildet dabei den Drahtanschlußbereich zur Kon­ taktierung des jeweils auf der Alumiumfläche 9 aufgebrachten Halbleiterkörpers 11. Dieser Drahtanschlußbereich ist von dem Chipanschlußbereich 10 beabstandet, da sich bei der Montage des Halbleiterkörpers 11 auf den Chipanschlußbereich 10 Lot- bzw. Klebstoffreste in der Umgebung des Chipanschlußbereichs 10 ablagern können, die eine sichere Drahtkontaktierung er­ schweren.
Die in den geradzahligen Matrixzeilen 17a angeordneten Flä­ chen 9 entsprechen der in Fig. 2b gezeigten Form. Die Flä­ chen 9 in den ungeradzahligen Matrixzeilen 17b gehen aus die­ ser Form durch horizontale Spiegelung hervor. Die abwech­ selnde Anordnung dieser Formen ermöglicht die gezeigte Seri­ enschaltung mit Zickzackverdrahtung bei vorteilhaft kurzen Verdrahtungswegen.
Das so gebildete LED-Modul weist eine Kantenlänge von etwa 9 mm × 10 mm auf und erreicht für Weißlicht eine Leuchtdichte von 77 kcd/m2. Damit stellt das LED-Modul eine Lichtquelle mit einstellbarer Farbe, insbesondere eine Weißlichtquelle auf LED-Basis mit höchster Packungs- und Leuchtdichte dar.
In Fig. 3 sind weitere vorteilhafte Anordnungen hinsichtlich der LED-Farbe gezeigt. Bei dem in Fig. 3a dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind die LEDs in den Matrixzeilen wiederum in periodisch wiederkehrender Folge angeordnet. In den Ma­ trixspalten sind jeweils LEDs gleicher Farbe angeordnet. Die Serienschaltung von LEDs gleicher Farbe ist hierbei besonders einfach.
Bei dem in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel sind die LEDs in den Matrixzeilen ebenfalls in periodisch wieder­ kehrender Folge angeordnet. Die Anordnung in einer Matrix­ zeile ergibt sich dabei ab der zweiten Zeile aus der darüber­ liegenden Matrixzeile durch Verschiebung um eine Spalten­ breite nach rechts. Auch hier können die LEDs gleicher Farbe durch Serienschaltungen entlang der Diagonalen von links oben nach rechts unten leicht zusammengefaßt werden.
Das in Fig. 3c dargestellt Ausführungsbeispiel entspricht der in Fig. 2a gezeigten Anordnung. Hierbei wurden durchge­ hende Linien gleicher Farbe vermieden, so daß keine störenden Artefakte entstehen können und so eine besonders homogen ab­ strahlende Lichtquelle gebildet ist.
Selbstverständlich können beide zyklische Dreierpermutationen der LED-Farben, die in Fig. 3d dargestellt sind, verwendet werden. Ebenso können alle Matrixzeilen gegen die entspre­ chenden Spalten vertauscht werden.
Bei der in Fig. 3e dargestellten Anordnung sind nur die in­ nerhalb eines kreisförmigen Umrisses (gestrichelt) liegenden Rasterplätze bestückt. Diese Anordnung ist vorteilhaft in Verbindung mit einer Optik mit einer entsprechenden kreisför­ miger Eintrittsapertur, wie sie beispielsweise zylindersymme­ trische Optiken aufweisen. Durch die gezeigte Anordnung wird die Eintrittsapertur gleichmäßig ausgeleuchtet. Zugleich wird durch die Reduktion der LED-Bestückung auf Rasterplätze, die innerhalb der Eintrittsapertur liegen, die Leistungsaufnahme des LED-Moduls vorteilhaft gesenkt, ohne damit die Ausleuch­ tung der Optik zu verringern.
Hinsichtlich ihrer Farben sind die LEDs bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ähnlich wie in Fig. 3c angeordnet, so daß LEDs gleicher Farbe durch zickzackartige Serienschaltung in Rich­ tung der Matrigspalten zusammengefaßt werden können. Hingegen wurde von der periodisch wiederkehrenden Anordnung entlang der Matrixzeilen abgewichen und die Anzahl der grünen LEDs erhöht, so daß bei diesem Modul insgesamt 34 grüne, 19 rote und 16 blaue LEDs verwendet werden. Bei dieser Gewichtung der LED-Anzahl erzeugt das LED-Modul bei gleicher Bestromung al­ ler LEDs weißes Mischlicht.
Je nach Anwendungsfall können auch einzelne Aspekte der in den Fig. 3a bis 3e dargestellten Anordungen kombiniert werden. Selbstverständlich können auch einfachere Schaltungen und Anordnungen, beispielsweise eine ungeordnete Verteilung der LED-Farben oder eine reine Serienschaltung aller LEDs verwendet werden. Im letzteren Fall hängt wie bei Fig. 3e der Farbort des Mischlichts von den Häufigkeiten der LEDs gleicher Farbe ab.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vor­ montiertem Zustand gezeigt. Das LED-Modul 1 ist auf das Zen­ trum einer Grundplatte 21 aus Kupfer geklebt oder gelötet. Die Kontaktanschlüsse 18 zur Stromversorgung der LED-Matrix­ spalten sind über einen Leiterrahmen 22 mit strahlenförmig nach außen verlaufenden Leiterbahnen zu vergrößerten Lötan­ schlüssen 23 am Rand der Grundplatte geführt, wobei die Lötanschlüsse 23 so beabstandet und ausgeführt sind, daß sie leicht mit einer elektronischen Baugruppe zur Ansteuerung bzw. Stromversorgung des LED-Moduls 1 verbunden werden kön­ nen.
Über dem Leiterrahmen ist ein Vergußrahmen 24 montiert, des­ sen Innenbereich mit einer dünnen Vergußschicht, vorzugsweise aus einem transparenten Reaktionsharz wie zum Beispiel Epoxidharz, zum Schutz des LED-Moduls gefüllt ist.

Claims (28)

1. LED-Modul (1) mit einer Mehrzahl von LED-Halbleiterkörpern (11) und einem Träger (2) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, wobei der Träger (2) mindestens eine Halbleiter­ schicht (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hauptfläche des Trägers (2) eben ausgebildet ist und die LED-Halbleiterkörper (11) auf der ersten Hauptfläche des Trägers aufgebracht sind.
2. LED-Modul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Halbleiterschicht (5) Silizium oder Gal­ liumarsenid enthält.
3. LED-Modul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mehrlagig gebildet ist.
4. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) auf der Seite der ersten Hauptfläche von min­ destens einer elektrischen Isolierschicht (6) begrenzt ist.
5. LED-Modul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Isolierschicht (6) mehrlagig gebildet ist.
6. LED-Modul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Isolierschicht (6) Siliziumoxid oder Si­ liziumnitrid enthält.
7. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Hauptfläche des Trägers (2) leitfähige Berei­ che (9) ausgebildet sind, auf die die LED-Halbleiterkörper (11) aufgebracht sind.
8. LED-Modul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Bereiche (9) ein hohes Reflexionsvermögen im Spektralbereich der von den LED-Halbleiterkörpern (11) emit­ tierten Strahlung aufweisen.
9. LED-Modul (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Bereiche (9) Aluminium enthalten.
10. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Isolierschicht (6) Chipanschlußbereiche (10) gebildet sind und die LED-Halbleiterkörper (11) auf den Chipanschluß­ bereichen (10) aufgebracht sind.
11. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf den leitfähigen Bereichen (9) Chipanschlußbereiche (10) gebildet sind und die LED-Halbleiterkörper (11) auf den Chip­ anschlußbereichen (10) aufgebracht sind.
12. LED-Modul (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipanschlußbereiche (10) jeweils einen Stapel dünner Me­ tallschichten aufweisen.
13. LED-Modul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten Titan, Kupfer oder Edelmetalle, insbeson­ dere Gold oder Platin, enthalten.
14. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) auf der Seite der zweiten Hauptfläche mit ei­ nem Kühlkörper (3) verbunden ist.
15. LED-Modul (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) Kupfer oder Aluminium enthält.
16. LED-Modul (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) an die Halbleiterschicht (5) grenzt.
17. LED-Modul (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) mit der Halbleiterschicht (5) durch eine Lötmasse (4) oder einen wärmeleitfähigen Klebstoff verbunden ist.
18. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Halbleiterkörper (11) auf dem Träger (2) in Form ei­ ner Matrix angeordnet sind.
19. LED-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Halbleiterkörper (11) im Betrieb Licht verschiedener Zentralwellenlänge emittieren.
20. LED-Modul (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das von den einzelnen LED-Halbleiterkörpern (11) im Betrieb emittierte Licht Zentralwellenlängen im roten, grünen oder blauen Spektralbereich aufweist.
21. LED-Modul (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Halbleiterkörper (11) mit der jeweils gleichen Zen­ tralwellenlänge regelmäßig auf dem Träger (2) angeordnet sind.
22. LED-Modul (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Halbleiterkörper (11) in den Matrixzeilen (17a, b) be­ züglich ihrer Zentralwellenlängen in periodisch wiederkehren­ der Folge angeordnet sind.
23. LED-Modul (1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der LED-Halbleiterkörper (11) in den Matrixzei­ len (17a, b) bezüglich der Zentralwellenlängen dieselbe peri­ odisch wiederkehrende Folge aufweist.
24. LED-Modul (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in den Matrixspalten jeweils LED-Halbleiterkörper (11) mit derselben Zentralwellenlänge angeordnet sind.
25. LED-Modul (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der LED-Halbleiterkörper (11) in den Matrixzei­ len (17b) mit ungerader Zeilennummer gleich ist und die An­ ordnung in den Matrixzeilen (17a) mit gerader Zeilennummer aus der darüber liegenden Matrixzeile (17b) durch Verschie­ bung um eine Spaltenbreite nach links oder nach rechts her­ vorgeht.
26. Verwendung eines LED-Moduls (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 25 zur Erzeugung weißen Mischlichts, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbort des Mischlichts durch den Betriebsstrom der LED- Halbleiterkörper (11) festgelegt wird.
27. Verwendung eines LED-Moduls (1) nach Anspruch 26 zur Er­ zeugung weißen Mischlichts, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Halbleiterkörper (11) mit gleicher Zentralwellenlänge mit dem gleichen Betriebsstrom versorgt werden.
28. Verwendung eines LED-Moduls (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 25 zur Erzeugung von Mischlicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Häufigkeiten der LED-Halbleiterkörper (11) mit gleicher Zentralwellenlänge so gewählt sind, daß bei gleicher Bestrom­ ung aller LED-Halbleiterkörper (11) weißes Mischlicht erzeugt wird.
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