包括导热体的发光模块、灯和灯具.pdf

提供了一种发光模块(100)、灯和灯具。发光模块(100)包括外壳(106)、固态发光器(112)、发光元件(102)和导热体(104)。外壳(106)包括在外壳(106)的第一侧的光出射窗，并且外壳(106)包括在外壳的与第一侧不同的第二侧的基底(108)，外壳(106)包围包含透光的空腔材料的空腔(114)。固态发光器(112)被设置于空腔(114)内，并且耦合到基底(108)。固态发光器(112)被配置为发射第一颜色范围的光到空腔(114)中。在固态发光器(112)和光出射窗之间光学布置发光元件(102)。发光元件(102)包括用于将第一颜色范围的光的至少一部分转化为与第一颜色范围不同的第二颜色范围的光的发光材料。导热体(104)被布置于空腔(114)内，并且具有比空腔材料的热导率更高的热导率。导热体(104)热耦合到发光元件(102)，并且热耦合到基底(108)。

权利要求书
1.  一种发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，包括：
外壳(106、556)，包括在所述外壳(106、556)的第一侧的光出射窗(204)和在所述外壳(106、556)的第二侧的基底(108、504、558)，所述第二侧与所述第一侧不同，所述外壳(105、556)包围包含透光的空腔材料(206)的空腔(114、564)，
固态发光器(112)，被设置于所述空腔(114、564)内，并且耦合到所述基底(108、504、558)，所述固态发光器(112)被配置为将所述第一颜色范围的光发射到所述空腔(114、564)中，
发光元件(102、552)，被光学布置于所述固态发光器(112)和所述光出射窗(204)之间，所述发光元件(102、552)包括用于将所述第一颜色范围的光的至少一部分转换为与所述第一颜色范围不同的第二颜色范围的光的发光材料，
导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)，被布置于所述空腔(114、564)内，并且具有比所述空腔材料(206)的热导率更高的热导率，所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)热耦合到所述发光元件(102、552)，并且热耦合到所述基底(108、504、558)。

2.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述基底(108、504、558)包括用于将所述发光模块(100、300、400、430、460、550、604)热耦合到散热器(208)的热耦合界面(110)。

3.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)为透光材料并且光耦合到所述空腔材料(206)。

4.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、 506、554)由下列材料中的至少一个制成：铜、铝、氧化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化铝、氧化铍、氧化锌、锌和银。

5.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)面向所述空腔(114、564)的第一表面是反光的或者在所述第一表面上提供反光层(211)。

6.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)面向所述发光元件(102、552)的第二表面是反光的或者在所述第二表面上提供反光层(210)。

7.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)沿平行于所述基底(108、504、558)的假想平面的截面形状为圆形、椭圆形或六边形。

8.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述基底(108、504、558)为导热印刷电路板。

9.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)通过导热黏合剂(212、214)耦合到所述基底(108、504、558)和／或耦合到所述发光元件(102、552)以便提供在所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)与所述基底(108、504、558)之间和／或在所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)与所述发光元件(102、552)之间的热耦合。

10.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)在所述空腔(114、564)中的位置由下列标准中的至少一个限定：
i)所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)在特定位置接触所述发光元件(102、552)，在所述特定位置处， 如果所述固态发光器(112)在工作中或如果所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)不可用，则所述发光元件(102、552)将具有最高温度，
ii)在所述位置处，所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)的长度最小，
iii)与所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)在所述空腔(114、564)内的另一位置相比，所述光输出最大，
iv)与所述导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)在所述空腔(114、564)内的另一位置相比，沿所述光出射窗(204)的所述光输出的均匀程度最大。

11.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述发光模块(100、300、400、430、460、550、604)包括多个导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)，每个导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)被布置在所述空腔内，并且具有比所述空腔材料(206)的热导率更高的热导率，每个导热体(104、213、406、432、466、502、506、554)热耦合到所述发光元件(102、552)并且热耦合到所述基底(108、504、558)。

12.  根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，其中所述外壳(106、556)包括壁(107、302、402、462)，所述壁(107、302、402、462)的材料具有比所述空腔材料(206)的热导率更高的热导率，在所述光出射窗(204)与所述基底(108、504、558)之间插入所述壁(107、302、402、462)，并且所述壁(107、302、402、462)热耦合到所述发光元件(102、552)和所述基底(108、504、558)。

13.  一种灯(600)，包括根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)。

14.  一种灯具(650)，包括根据权利要求1所述的发光模块(100、300、400、430、460、550、604)，或者包括根据权利要求13所述的灯(600)。

说明书包括导热体的发光模块、灯和灯具
技术领域
本发明涉及包括发光元件的发光模块。
背景技术
公布的专利申请US2009／0322208A1公开了一种发光设备。发光二极管(LED)被提供在凹入外壳形成的锥形空腔中。在凹入外壳的前面覆盖有透明的导热层，在该导热层上提供耐高温的磷光体层。在凹入外壳的背板处提供散热器，并且凹入外壳的侧壁覆盖有金属框架。可以用诸如硅酮的材料填充锥形空腔。
LED向磷光体层发射光。磷光体层将LED光的一部分转换为另一种颜色的光。尽管该光的颜色转换是相对高效的，但是磷光体层还是耗散了一些能量。通常，被转换光能量的20％至30％由于磷光体层所引入的斯托克斯(Stokes)频移而损失，并且大约2％至20％由于受限的量子效率而损失。特别地，当使用大功率LED时，磷光体层可以变得相当热，这导致磷光体层效率的降低。发光设备的磷光体层中所产生的热量由透明导热层向金属框架进行传导，它随后向散热器排出该热量。
尽管发光设备提供了金属框架以从磷光体层导出热量，该磷光体层的中心区域，即该磷光体层的位于最远离金属框架的区域，仍然变得相当热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有发光元件的发光模块，当发光模块工作时，发光元件的温度保持相对地低。
本发明的第一方面提供了一种如权利要求1所述的发光模块。 本发明的第二方面提供了如权利要求13所述的灯。本发明的第三方面提供了如权利要求14所述的灯具。有益的实施例在从属权利要求中限定。
根据本发明的第一方面，发光模块包括外壳、固态发光器、发光元件和导热体。外壳包括位于外壳第一侧的光出射窗，并且外壳包括位于外壳的第二侧的基底，该第二侧不同于第一侧，外壳包围包括透光的空腔材料的空腔。固体发光器被设置于空腔内，并且耦合至基底。固态发光器被配置为将第一颜色范围的光发射到空腔中。发光元件光学地布置在固态发光器和光出射窗之间。发光元件包括用于将第一颜色范围的光的至少一部分转换为与第一颜色范围不同的第二颜色范围的光的发光材料。导热体被布置在空腔内，并且比空腔材料的热导率更高的热导率。导热体热耦合到发光元件并且热耦合到基底。
导热体热耦合到发光元件和基底，并且因此导热体在发光元件和基底之间提供具有低热阻的导热路径，该基底可以耦合到散热器。热耦合意味着热耦合的特征具有直接接触或者经由导热良好的耦合结构或材料的接触，换句话讲，在热耦合的特征之间不存在热绝缘。耦合结构或材料还应具有与空腔材料的热导率相比的相对良好的热导率，或者这种耦合结构或材料相对薄，从而由于通过这种耦合结构或材料的热路径相对地短而导致其热阻相对地低。因此，通过经过导热体的导热路径从发光元件向基底导热比经过空腔材料的更容易。因此，如果固态发光器在工作中并且发光元件的温度上升到热耦合界面的温度以上，则热量通过导热体传导到基底，从而可以例如将热量提供到散热器。因此，如果固态发光器在工作中，则发光元件的温度保持在可接受的边界内。这就避免了磷光体层的退化或者磷光体层效率的降低。热梯度的减少还将导致设备中热应力的减少，这是有利的因为热机械应力可能导致可靠性的问题，诸如由于脱层或者裂纹的形成所致的设备故障。
注意到，基底可以具有相对大的热容量，并且因此基底可以作 为散热器。另外，在其他实施例中，基底可以具有用于向发光模块的环境提供其所接收的热量的鳍。基底本身至少部分地导热，并且被配置为从导热体接收热量。经由导热体的导热所获得的效果至少在于发光元件和基底之间的温度差减小，并且如果基底被配置作为散热器或被配置为将热传导到另一个散热器，则获得对发光模块元件温度的进一步的限制。在两种情况中发光元件的温度保持在可接受的边界内。
在空腔内提供导热体意味着，可以在空腔内的几乎每一位置提供导热体，并且这样它可以热耦合到发光元件的任何位置以及到基底的任何位置，以便获得将热量从发光元件导向热耦合界面的最佳效果。这是有利的，因为其允许设计使用最小数量的(导热的)元件以获得从发光元件的最佳导热的发光模块。
注意到，技术人员不会考虑在空腔内使用导热体，这是是因为空腔具有从光源向发光元件和／或向光出射窗传输光的功能，并且空腔具有混合不同颜色的光的功能。技术人员预期到导热体将干扰这些功能，并且这样技术人员将会选择均匀填充有一种空腔材料的空腔，该空腔材料主要对光传导和光混合的功能有贡献。
可选地，基底包括用于将发光模块热耦合到散热器的热耦合界面。因此，热耦合界面热耦合到导热体并且可以向散热器传导发光元件的热量。
可选地，导热体为透光材料并且光耦合到空腔材料。导热体可以干扰由光源发射的和／或由发光元件向光出射窗发射的光的光路。另外，导热体可以吸收光。如果导热体为透光材料并且光耦合到空腔材料，则减少所发射光的路径的变形并且避免光的损失。另外，如果导热体还光耦合到发光材料，则通过导热体传输的光可以直接发射到发光元件中，并且从而避免对于向发光模块看的观察者而言在发光元件中可见的暗点。
可选地，导热体由下列材料中的一种制成：铜、铝、氧化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化铝、氧化铍、氧化锌、锌和银。材料具有高 热导率，并且由此可以将发光元件所产生的相对大量的热量从发光材料导出，从而将发光元件的温度保持在可接受的边界内。另外，材料中的一些材料是反光的(例如，一些金属，或具有立方晶体结构的致密的氮化硼陶瓷)，并且不吸收照射到导热体上的许多光，并且因此导热体没有使发光模块的效率降低很多。
可以被用于导热体的材料的其它示例是：钼、铬、钨或诸如黄铜、青铜、钢铁之类的合金。可以被用于导热体的陶瓷的其它示例是：蓝宝石、二氧化铪、氧化钇、氧化锆、钇铝石榴石(YAG)。还可以用玻璃材料制造导热体，诸如硼硅玻璃、钠钙玻璃、熔融石英、石英玻璃。还可以用聚合物制造导热体，诸如硅酮树脂、导热黏合剂、填充有导热微粒的导热聚合物。其它有利的材料有碳、石墨或石墨烯。以上所给出的示例还可以彼此组合使用。导热体材料的最相关特性在于导热体材料的热导率比空腔材料的热导率更好。
可选地，导热体的面向空腔的第一表面是反光的或者在第一表面上提供反光层。因此，在导热体和空腔之间的界面是反光的。这就避免了从空腔入射到导热体上的光被吸收，并且因此减少了发光模块的效率。当导热体不透光时，这特别的有益。反光层可以是涂层或模制层，或者环绕反光较弱的导热材料的反射壳体插入物。可以用于发光层的材料例如是：陶瓷壳体(诸如反射Al2O3或氧化锆)；金属表面层(诸如银或铝薄膜层)，或者具有孔隙或嵌入于诸如聚合物之类的粘合剂中的颜料(诸如TiO2、Al2O3或BN或氧化锆或二氧化铪或氧化钇)的反射涂层，该聚合物例如聚酰胺、环氧树脂、聚酯、硅酮树脂、或硅酸盐、或硅酸烷基酯(alkylsilicate)、或含氟聚合物(fluoro polymer)(例如特氟龙材料)。反射层还可以为多层反射器诸如双色向(dichroic)滤光器。反光层可以是提供在第一表面的涂层。
可选地，导热体的面向发光元件的第二表面是反光的或者在第二表面上提供反光层。因此，在发光元件和导热体之间的界面是反光的。如果导热体不透光，则在导热体接触发光元件的位置，光不 能进入发光材料，并且这样向发光模块看的观察者可以看到暗点。可以在发光元件内对光进行光导，并且由发光元件的发光材料发射在第二颜色范围内的颜色的光。被引导的光以及在第二颜色范围的颜色的光可以入射在第二平面上，并且因为该光被第二反光表面反射，则减少了暗点并且沿光出射窗可以获得更均匀的光输出分布。可以在反光层中使用的材料是颜料诸如例如TiO2、Al2O3、BN和ZnO。反光层可以基于聚合物粘合剂诸如硅酮、硅酸盐或硅酸烷基酯。反光层可以是提供在第二表面上的涂层。这样的涂层的示例是铝、银层。另外，反光层可以是反射器诸如例如多层反射器或双色向反射器。另外，反光层可以是在导热体和发光元件之间施加的、反光的黏合剂。其他有利材料的示例在上文中讨论在导热体的第一表面上使用有利发光材料的地方进行了讨论。
可选地，导热体的沿与基底平行的假想平面的截面形状为圆形、椭圆形或六边形。圆形或椭圆形截面是有利的，因为其在反射表面之间没有不连续(discrete)过渡的前提下，提供了有利的反光。圆形截面对于在空腔内空间的使用时相对高效。具有六边形截面的导热体相对于圆形截面导热体而言提供了额外的导热材料以传导更多的热量，但同时空腔内空间的使用相对地低。注意到，发明并不限于上述导热体截面形状。任意形状可以是可能的。导热体截面形状的其他示例是：正方形、矩形、三角形、星形，等等。还注意到，导热体的截面可以根据到发光元件的距离的函数改变。例如，导热体可以是锥形的并且如此导热体圆形截面的直径向着发光元件减少。另外，靠近基底的导热体的截面形状可以是正方形，而靠近发光元件的截面形状可以是圆形。另外，导热体可以具有洞，以允许光通过洞传输。
可选地，基底为导热印刷电路板。
导热基底或作为导热印刷电路板的基底在导热体和热耦合界面之间提供有益的热耦合，从而使得发光元件中所产生的热量被良好地传导到所耦合的散热器。通过使用基底以将热量从空腔中的导热 体向空腔外的基底的一侧传导，热耦合界面可以被布置在发光模块的背侧。背侧对于散热器而言通常是有利的位置，因为其相对地远离光出射窗，并且因此相对容易地覆盖散热器，使得其对于观察者不可见。在另一个实施例中，在另一个位置(诸如例如在发光元件和基底之间插入的壁的外侧表面处)提供热耦合界面，。
可选地，导热体通过导热黏合剂耦合到基底和／或到发光元件，以便在导热体和基底和／或在导热体和发光元件之间提供热耦合。
可选地，通过下列准则中的至少一个在空腔内限定导热体的位置：
i)导热体在特定的点接触发光元件，在该特定的点处，如果固态发光器在工作中并且如果导热体不可用时，发光元件将具有最高温度，
ii)在该位置，导热体长度最小，
iii)与导热体在空腔内的另一位置相比，光输出最大，
iv)与导热体在空腔内的另一位置相比，沿光出射窗的光输出的均匀程度最大。第一准则意味着导热体在如下位置热耦合到发光元件，在该位置处，如果导热体不存在，发光元件在该位置的温度将高于发光元件在热导体可能耦合到热导体的其他位置的温度。如果导热体耦合到这样的位置，则与导热体在另一位置耦合到发光元件时的热流相比，通过导热体流向热耦合间隔的热流将相对地大。第二准则意味着选择导热体的位置使得导热体的长度相对地短，并且因此是良好的热导体。第三和第四准则隐含优化该位置以避免从固态发光器向发光元件的光束的变形。这就意味着如果选择另一位置，则变形会更多，这意味着例如发光模块的效率降低或者获得更不均匀的光输出。注意到，可以根据发光模块的特定要求使用不同的准则以在不同的参数之间找到最优值。
可选地，发光模块包括多个导热体。每个导热体被布置于空腔内，并且具有比空腔材料热导率更高的热导率。每个导热体热耦合到发光元件并且热耦合到基底。使用多个导热体允许向基底传导更 多热量，并且因此在发光元件内的温度保持在可接受的边界内。另外，通过使用更多导热体，更多优化参数变得可用，可以使用这些参数以从发光模块获得相对高的光输出，同时在发光元件内的温度梯度在工作中相对地平坦，这就意味着在发光元件内的温度差小。
可选地，外壳包括壁，该壁的材料具有比空腔材料热导率更高的热导率。壁被插入到光出射窗和基底之间，并且壁热耦合到发光元件和基底。导热壁是将热量从发光材料向热耦合界面导出的附加措施。如果发光元件为覆盖全部光出射窗的层，并且如果光出射窗完整沿着壁延伸，则出于上述目的该壁的使用也特别有利。注意到，在一个实施例中，壁的外侧表面可以是热耦合界面或可以作为进一步的散热器。
根据本发明的第二个方面，提供了一种灯，其包括根据本发明的第一方面的发光模块。
根据本发明的第三个方面，提供了一种灯具，其包括根据本发明的第二方面的灯，或者其包括根据本发明的第一方面的发光模块。
根据本发明的第二方面的灯以及根据本发明的第三方面的灯具提供了与根据本发明的第一方面的发光模块的相同的益处，并且具有与系统的相应实施例有相似效果的相似实施例。
通过参考下文描述的实施例，本发明的这些以及其他方面是显而易见的并且将得以被阐明。
本领域技术人员将理解，上述提及的本发明的实施例、实施方式和／或方面中的两个或更多可以以任意认为有用的方式组合。
与发光模块的所描述的修改和变形相对应的发光模块、灯和／或灯具的修改和变形可以被本领域技术人员基于本文的描述而实施。
附图说明
在附图中：
图1图示了根据本发明第一方面的发光模块的实施例，
图2a图示了图1的发光模块的沿线A-A’的截面，
图2b图示了根据本发明第一方面的光发射模块的实施例的一部分的两个截面，
图3a图示了包括多个发光模块并且具有导热壁的发光模块的实施例的截面。
图3b图示了导热体对发光元件的温度梯度的影响，
图4a至4c图示了发光模块的三个变形的截面，
图5a图示了导热体的实施例，
图5b了发光模块的备选实施例，
图6a图示了根据本发明第二方面的灯，并且
图6b图示了根据本发明的第三方面的灯具。
应注意到，相同的参考标记在在不同的附图中所表示的项具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在已经解释此类项目的功能和／或结构的情况下，则没有必要在具体实施方式中对其做重复的解释。
具体实施方式
图1示出了第一实施例。图示了发光模块100。发光模块100具有外壳106，其包括壁107和基底108。外壳具有由发光元件102形成的光出射窗。在图1的具体实施例中，将发光元件102绘制为层。发光元件102包括例如分散或分子溶解于透明基体聚合物中的发光材料。在其它实施例中，发光元件102可以具有不同的形状或者可以由其上提供有发光材料的透明基板形成。该发光材料可以是任意能够将第一颜色的光转换为第二颜色的光的材料，诸如有机发光材料、无机磷光体、量子点材料或其组合。发光元件102可以由单个层或多个层构成。每个层可以包含单一发光材料或不同发光材料的组合。另外，发光元件可以是陶瓷磷光体。外壳106包围空腔114。在基底108的一侧(即基底108的面向空腔114的一侧)提供有固态发光器112，该固态发光器112在工作过程中向发光元件102发射光。固态发光器112发射第一颜色范围中的光，并且在发光元件102 中的发光材料吸收第一颜色范围中的光的一部分，并且将所吸收光的一部分发射为第二颜色范围中的光。发光模块100的总发光量为发光器112所发射的光的一部分(即为不被发光元件102吸收的光)，与由发光元件102的发光材料所发射的光的组合。外壳106在侧面(即图1中绘制为发光模块100的背侧)具有热耦合界面110。可以将散热器耦合到热耦合界面110。热耦合界面110例如为导热相对良好并且热耦合到固态发光器112以便接收由固态发光器112所产生的热量的表面。用透光材料填充空腔114。该透光材料可以为气体(诸如空气)、液体(诸如硅酮油或矿物油)或可以是另一种材料(诸如硅酮、硅酸盐、硅酸烷基酯(alkylsilicate)、玻璃或陶瓷)。发光模块110还包括圆柱形导热体104。导热体104位于空腔114中，以使得其与发光元件102和基底108相接触。发光元件102和导热体104之间的直接接触导致发光元件102和导热体104之间相对好的热耦合。基底108提供导热体104和热耦合界面110之间的热耦合。在另一个实施例(未示出)中，导热体可以穿过基底108向热耦合界面延伸。该导热体是具有如下热导率的材料，该热导率至少高于空腔114中材料的热导率。
如果固态发光器112在工作中，这意味着固态发光器112发射第一颜色范围的光，则发光元件102吸收一些第一颜色范围的光，并且将所吸收的光转换为第二颜色范围中的光。如上所述，转换效率不是100％，并且在发光元件102内产生一些热量。发光材料可以具有受限的量子效率例如80％至90％，这导致固态发光器112的光的20％至10％被转换为热。另外，可能处于20％至30％量级的斯托克斯(Stokes)频移损耗导致光向热转换。发光元件102可能变得相对地热，而发光模块100的其他部分由于耦合到热耦合界面110的散热器的冷却而保持相对地凉。由于沿导热体的温度梯度，热量从发光元件102向热耦合界面110传输，并且因此传输至散热器。因此，发光元件102的温度并不变得太高，因为如果发光元件102的温度升高，则从发光元件102向散热器传输更多的热量。
可以在发光模块100内使用的固态发光器的示例为发光二极管、激光二极管或有机发光二极管。
空气的热导率系数为0.027W／mK，并且如果用空气填充空腔114，则导热体104可以由例如热导率系数为0.1-0.3W／mK的硅酮制成。在此类情况中，更多的适合用于导热体104的材料有：玻璃(其热传导率为1W／mK)、氧化铝陶瓷或蓝宝石(其热导率系数为大约30W／mK)、铝(其热导率系数为160-270W／mK)或铜(其热导率为380W／mK)。硅酮或玻璃是透光的，并且由可以使用它们产生透光导热体104。注意到，适用于导热体104的材料不限于所讨论的材料。任意具有比空腔材料的热导率系数更高的热导率系数的材料都是有益的材料。另外，因为硅酮和玻璃是透光的，在具体实施例中它们也可以作为空腔材料使用。由，在具体实施例中，导热体材料的热导率系数必须高于硅酮或玻璃的热导率系数。
导热体104还可以包括散热网格，诸如金属网格，以及一些其它导热元件。散热网格可以与发光元件102相接触，并且其它导热元件热耦合到散热网格和基底108。
透明导热材料还可以用于导热体104顶部，在处导热体104与发光元件102相接触。透明导热材料可以例如是ITO或IZO材料的薄膜或涂层。
图2a图示了图1的发光模块100沿线A-A’的截面。发光模块100的外壳106由壁和基底108构成。基底108可以具有热通孔209，其由相对高热导率系数的材料填充。然而，如果基底108是相对好的导热体或很薄，则不需要这样的热通孔209。
外壳106包围空腔114，并且具有光出射窗204。发光模块100的元件所产生的光发射通过光出射窗204到发光模块100的周围中。在图2a的实施例中，由发光元件102形成光出射窗204。在其它实施例中，发光元件可以位于另一位置，例如位于更靠近固态发光器112的位置。
用透光材料206填充空腔114。另外，在空腔114内、在基底 112上提供在工作中向发光元件102发射第一颜色的光的固态发光器112。在空腔114内还提供能够将热量202从发光元件102传导向热耦合界面110的导热体104。
在图2a的实施例内，在基底108的与外壳的面向空腔的一侧相对的一侧提供热耦合界面110。还可以在外壳106的其它表面提供热耦合界面110。
散热器108耦合到热耦合界面110以便向发光模块100的周围提供热量。
导热体104连接至存在于基底108中(例如存在于在设置有热通孔209的多层FR4印刷电路板上／中)的导热图案和／或通孔209，或者导热体104是它们的一部分。另外，可以将导热体104和具有通孔209的基底108制造为单个元件，并且由导热体104成为基底108的一部分。
在一个实施例中，导热体104是透光的，并且光耦合到空腔材料206。因此，空腔材料206和导热体104光学地形成一体。透过空腔114的光还可以透过导热体104，并且可以在发光元件102与导热体104相接触的区域中透射进入发光元件102。这避免了通过空腔114的光路的变形，并且避免了向发光元件102看的观察者看到暗点。另外，发光元件102可以覆盖光出射窗204的一部分，这允许一些来自固态发光器112的直接光发射。另外，发光元件102可以包括多个发光材料和／或发光层。在发光材料和／或发光层之间可以存在中间载流子或粘附层。发光材料之一或者发光层之一还可以存在在空腔114内。
在图2b中呈现两个实施例，其示出可以如何布置在热导体104和发光元件102和／或基底108之间的接触。
在图2b的左边，导热体104的第一表面涂覆有反光材料211。第一表面面向空腔114。反光材料211的涂覆避免了光被导热体104吸收。另外，导热体104的第二表面涂覆有反光材料210。第二表面面向发光元件102。特别地，当导热体104不透光时，在第二表面上 提供这样的反光材料是有益的，由向光射出窗204反射被引导通过发光元件102的光或者在发光元件102中所产生的光以便被发射到发光模块100的周围。在图2b中，在位置215指示光的反射。这避免了在发光元件102中在导热体104接触发光元件102的位置看到暗点。
第一表面可以涂覆有反光材料211，或者第二表面可以涂覆有反光材料210，或者两个表面均可以涂覆有反光材料。还可以为第一表面配置反光层，其通过环绕导热体104布置反光材料的圆柱而制造，例如，圆柱可以用反光陶瓷制造，并且导热体可以是在该圆柱内布置的金属针。
在图2b右边，导热体113通过导热黏合剂212热耦合到发光元件102，并且导热体104通过另一个或相同类型的导热黏合剂214耦合到基底108。导热黏合剂214可以平行于发光元件102延伸，以同样作为在空腔材料206和发光元件102之间的黏合剂。特别地，如果导热体104是透光的，则具有导热透光的黏合剂212是有益的，并且如果导热体104是不透光的，则具有导热反光的黏合剂212是有益的。另外，导热体213的形状是锥形的。特别地，如果导热体213是不透光的，则具有锥形的导热体213是有益的，因为导热体213和发光元件102之间的接触区域的尺寸小且仅可能在光出射窗可见小的暗点，并且锥形可以帮助向发光元件102反射光，从而由发光模块向周围发射最大的光量。
在另一个实施例中，导热体102可以不与空腔材料206热接触。空腔材料可以是配备有孔的硅酮、玻璃或陶瓷的固体层，并且在孔内设置多个导热体102，并且在导热体102和空腔材料206之间可以存在空气间隙。此类空气间隙所产生的光学优势在于在空腔材料206和空气之间的界面处的反光特别强，并且如此减小了在光和导热体102之间的相互作用，这就减小了例如当导热体102不反光时的光吸收。
在图3a中示出了发光模块300的另一个实施例。图3a示出了沿 基本上平行于外壳302的基底108或者基本上平行于发光元件的平面的截面。该图被绘制为似乎观察者经由光出射窗向空腔内看，并且为了描绘清楚，发光元件并未示出。发光元件被提供为层，并且形成光出射窗口，从而与外壳302一起包封空腔。发光模块300具有基底，其上提供在衬底304上的固态发光器112。固态发光器112向发光元件发光。在空腔的中心提供导热体104，其截面形状为六边形。导热体104热耦合到发光元件(未示出)，并且热耦合到热耦合界面(未示出)。可以在该发光模块300背侧提供该热耦合界面。
进一步，发光模块300具有外壳302，外壳302为具有热导率优于填充空腔的材料的热导率的导热材料。外壳302的热导率与导热体104的热导率可比拟。外壳302还热耦合到发光元件，并且热耦合到热耦合界面。
还可以在(导热的)支撑结构上提供该发光元件(未示出)，并且该导热体可以热耦合到支撑结构。
图3b示出了在发光模块300的实施例中使用导热体104的效果。在左边，示出了发光模块的发光元件的第一温度梯度350，该发光元件为形成光出射窗的层。第一温度梯度350与类似于发光模块300的发光模块300有关，但在空腔内不具有导热体104。在工作中，发光元件中心的第一区356变得相当热，环绕中心的第二区354获得中间的温度，并且与导热外壳最近的第三区352获得相对低的温度。第一温度梯度350可以用于确定空腔内导热体104的位置。如果第一区356经由导热体104直接耦合到热耦合界面，则在导热体的两端之间获得相对大的温度差，并且获得从发光材料向热耦合界面的相对大的热流。因此，如图3b右边所示，如果在图3a的发光模块300中使用该导热体104，则获得第二温度梯度360。接近发光元件中心的第一区366以及接近外壳302的壁的第三区362，具有到热耦合界面的低热阻的热路径，并且如此在发光器112工作时保持相对低的温度。在第一区366和第三区362之间为第二区364，其在发光模块300工作时获得中间温度。因此发光元件在任意特定区域不会 变得相当热，并且如此该发光元件更少退化，并且因此具有更长的工作寿命。
图4a至4c示出了图3a的发光模块300的变形的截面图。
在图4a中示出了发光模块400的第一变形。外壳402的壁并不特别地由导热良好的材料制成。在空腔中提供三个具有方形截面的导热体406。另外，在该发光模块的基底上提供多个固态发光器405，该固态发光器405提供在衬底404上。导热体406位于空腔内的这样的位置，该位置使得固态发光器405朝向发光元件的发光路径受到的干扰最小。
在图4b中示出了发光模块430的第二变形。未在衬底上，但在外壳402的基底上直接提供固态发光器405。一个固态发光器405位于空腔的中心，并且将其余固态发光器405布置为靠近外壳402的壁的圆圈。在图4b的实施例中，导热体432由具有高导热率的透光材料制成。进一步，导热体432被制造为环形，并且该环形导热体被布置于在中心的一个固态发光器405和其余固态发光器405之间。因为该导热体透光，一个空腔光学地可见。另外，环形导热体432具有与发光元件和热耦合界面的相当大的接触区域，并且如此提供从发光元件向热耦合界面的、具有低热阻的热路径。
在一个实施例中，导热体432不透光，并且形成将空腔分隔为两个子空腔的壁。形成光出射窗的一个发光元件(未示出)由两个子空腔所共享，并且由于发光元件或者在其上提供有发光元件的载体层中的光导，(导热体432所形成的)内壁的可见性被抑制。进一步，导热体432可以包括孔，其允许光在子空腔之间透过以允许光的混合。
还注意到，导热体432具有环形截面，然而，在其它实施例中截面形状可以不同，例如为矩形或三角形。另外，导热体432可以是空腔内将空腔再分隔为两个子空腔的壁。壁可以由透光材料制造，或者可以不透光并且具有一些孔或开口以允许光从一个子空腔向其余子空腔传输。
在图4c中，示出了发光模块460的第三个变形。固态发光器464相对大。例如，固态发光器为有机发光二极管，其具有大的发光表面。另外，外壳462的壁是导热的。在空腔中配置了四个导热体466，其位于靠近外壳462的壁，并且更具体地，导热体466热耦合到外壳462的导热壁。在导热体466与导热壁之间的热耦合提供了具有更低热阻的导热路径。另外，导热体466位于它们仅以较小的程度干扰固态发光器464的发光路径的位置。
外壳462的导热壁可以例如由诸如铝的金属制成，并且壁的面向空腔的表面可以涂覆有反光材料。在其它实施例中，壁由导热塑料制成，诸如例如填充有导热微粒的聚酰胺。
发光模块460的另一个变形可以为，热耦合界面不在外壳462的背侧(即发光模块460的与光出射窗相反的侧)提供，但热耦合界面被提供于外壳462的壁的圆周。在该实施例中，外壳462的壁可以提供有例如作为散热器的金属鳍。
图5a示出了导热体500的另一个实施例。导热体500是导热棒502、506的组合，导热棒502、506交叉地布置于在彼此上。可以提供发光元件在棒502的上表面上，并且这样在发光元件和导热体500之间存在相当大的接触表面，这因此导致在导热体500和发光元件之间良好的热耦合。另外，棒506的下表面可以被布置在空腔的基底504上，并且可以热耦合到热耦合界面，并且如此向热耦合界面提供良好的热耦合。在棒502、506的彼此交叉点，上棒502从发光元件接收的热量510可以被传输到下棒506，其经由基底向热耦合界面提供热量510。为了表述清楚，在图5中图示了多个固态发光器508，并且由固态发光器508发射的光通过棒502、506之间的空间传送到发光元件。所示出的结构有双重目的：在棒502、506之间的空间之间的光缺失，以及通过发光模块的散热。
图5b示出了发光模块550的备选实施例的截面。发光模块550的外壳556具有有限程度的壁，并且主要由基底558构成。空腔564由外壳556和形成为曲面的发光元件552包围。发光模块550的出 射窗由发光元件552形成。发光元件的边与外壳556相接触。在空腔内提供固态发光器，其可以为发光二极管或例如激光发光二极管。另外，用空腔材料填充空腔564。在空腔内还提供有导热体554，其在导热体554一端热耦合到基底，并且在导热体554的另一端热耦合到发光元件552。导热体554为导热材料棒，其具有比空腔材料的热导率更好的热导率。
图6a示出了根据本发明的第二方面的灯600。灯600具有传统灯泡的外形，并且灯泡的玻璃602可以散射半透明的。灯600的下部608包含用于提供例如市电转换和／或调光的驱动电路，并且该驱动电路控制到(多个)固态发光器的电流，并且用于将灯600连接到电源，并且可以由可用作散热器的金属制造。备选地，可以典型地使用具有来自鳍的大表面积的铝壳而提供环绕插座的附加的散热器。根据本发明的第一方面，灯600包括至少一个发光模块604。发光模块604可以用导热材料606连接到灯600的基底608。注意到，在灯600的其它实施例中，灯可以具有灯管的外形。
图6b示出了根据本发明的第三方面的灯具650。灯具650包括至少一个根据本发明的第一方面的发光模块604。如果灯具例如由金属制造，发光模块604可以热耦合到灯具650，从而灯具650作为散热器。
应注意到，上述实施例是图示而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离附加权利要求的范围的情况下，设计许多备选实施例。
在权利要求中，任何置于圆括号之间的参考标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用并不排除除了在权利要求中宣称的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一个”并不限制多个这种元件的存在。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机实施。在枚举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个装置可以由同一硬件项实现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施这一仅有事实并不表示不能有益地使用这些措施的组合。