Dispositivo emisor luz que comprende:

un circuito integrado de diodos emisores de luz;

una lente transparente, que recubre dicho circuito integrado de diodo emisor de luz y separada del mismo; y

una capa de fósforo, contenida en el interior de dicha lente o depositada sobre una superficie interior o exterior de dicha lente,

caracterizado porque la zona de superficie de la capa de fósforo es por lo menos diez veces la zona de superficie expuesta del circuito integrado de diodo emisor de luz

LED recubierto con eficacia mejorada.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo emisor de luz, que comprende un diodo emisor de luz azul o UV o diodo láser (LED) y un fósforo excitable. Más en particular, la presente invención se refiere a un LED recubierto de fósforo, que presenta una geometría específica, dada a conocer para el recubrimiento diseñado para mejorar la eficacia del LED.

Existe actualmente un mercado para los LED para iluminación general, denominados LED blancos. Estos LED blancos emiten una radiación que aparece sustancialmente blanca para quienes la perciben. El LED blanco más conocido consiste en capas de GalnN, de crecimiento epitaxial, emisoras de luz azul, sobre zafiro (alúmina monocristal) o SiC monocristal. Las pastillas de circuito integrado emisoras de luz azul están recubiertas con un fósforo que convierte parte de la radiación azul en un color complementario, por ejemplo, una emisión de color amarillo-verde. En conjunto, la emisión de luz azul y amarilla-verde genera una luz blanca, normalmente con una temperatura de color correlacionada de aproximadamente 5.000ºK y un índice de reproducción de los colores, Ra, igual a aproximadamente de 70 a 75. Existen también LED blancos que utilizan un circuito integrado emisor de UV y fósforos diseñados para convertir la radiación de UV en luz visible. En condiciones normales, se necesitan dos o más bandas de emisión de fósforo.

Los LED recubiertos con fósforo blancos suelen presentar típicamente eficacias del paquete entre aproximadamente el 50 y el 70%. La eficacia del paquete se define como la relación de rendimiento de luz real del LED a la luz que se obtendría si toda la radiación generada escapara desde el paquete sin ser absorbida. En la invención aquí descrita en la presente memoria, se pueden obtener eficacias del paquete que se aproxima al 100%.

En la técnica anterior, los LED con recubrimiento de fósforo presentan rendimientos del paquete bastante bajos, en parte debido a que las partículas de fósforo generan una luz que es radiada igualmente en todas las direcciones. Parte de esta luz es dirigida, invariablemente, hacia el circuito integrado de LED, el substrato, el soporte y la estructura de plomo. Todos estos elementos absorben parte de esta luz. Además, debido a que los fósforos no suelen ser absorbedores perfectos de la radiación de luz azul o de UV de longitud de onda larga, parte de la radiación excitada inicial, emitida por el propio circuito integrado de LED, es también reflejada sobre los elementos estructurales antes citados. Por último, en el caso de circuitos integrados emisores de UV, con el fin de absorber toda la radiación UV y evitar su sangrado, el recubrimiento de fósforo debe ser, en condiciones normales, relativamente grueso, por lo menos con un espesor de 5 a 7 partículas. Esto aumenta todavía más la reflectancia visible del recubrimiento. La luz perdida debido a la absorción de la radiación por el circuito integrado de LED, su soporte, reflector y estructura de plomo limitarán la eficacia del paquete.

Como fue anteriormente indicado, los rendimientos típicos de los paquetes son del 50 al 70%. Por lo tanto, existe una oportunidad significativa de mejorar la eficacia de los paquetes de LED si dicha eficacia se pudiera aumentar a casi un 100%. Las lámparas fluorescentes, por ejemplo, que utilizan también recubrimientos de fósforo, presentan rendimientos próximos al 100% principalmente debido a que la luz que se genera por el recubrimiento de fósforo y es objeto de radiación en la lámpara no incide sobre cualesquiera estructuras absorbentes.

Otro importante problema que se resuelve por la presente invención es la uniformidad de la eficacia del fósforo. Los diseños actuales dan lugar a que los rendimientos de los paquetes antes citados presenten normalmente el circuito integrado emisor de luz azul o de UV montado sobre un sustrato y a continuación, colocado en un receptáculo receptor recubierto de plata. Este receptáculo es rellenado con una silicona o resina epoxídica silicónica con el polvo de fósforo embebido en su interior. Las partículas de fósforo son distribuidas, de forma aleatoria, en el lodo de silicona que, además del efecto antes citado de brillo reducido del paquete debido a la retro-dispersión de la luz, el correspondiente espesor del fósforo difiere también, en gran medida, de la geometría del recubrimiento. Esto da lugar a una separación de colores en el haz generado. Además, da lugar a diferentes colores para diferentes partes debido a los distintos modelos de recubrimiento y espesores así como anillos de colores azul o amarillo indeseables en el modelo de emisión de LED.

El problema de la uniformidad del recubrimiento de fósforo ha sido resuelto en la patente US nº 5.959.316, en la que una capa de fósforo o fluorescente de espesor uniforme está separada de un circuito integrado de LED por un espaciador transparente. El conjunto completo se incorpora luego en una resina epoxídica de encapsulado transparente.

Las patentes US nº 2002 079506 y US nº 2001 000622 dan a conocer varias formas de realización de dispositivos emisores de luz que presentan diferentes tipos de geometrías de superficies recubiertas de fósforo.

Otro problema que se encuentra en los paquetes de LED de la técnica anterior es que la eficacia del fósforo disminuye cuando está situado en una capa sobre la parte superior, o adyacente al circuito integrado de LED. Esto se debe al calor residual de la pastilla de circuito integrado que caliente el fósforo y cambia sus características de emisión. Otro inconveniente de los paquetes de LED de la técnica anterior es que, debido al hecho de que el recubrimiento de fósforo se aplica de forma no uniforme, la cantidad de fósforo utilizada suele ser mayor que la necesaria para la conversión eficiente de la luz emitida por el circuito integrado. Las composiciones del fósforo son relativamente caras y este importe adicional aumenta, en gran medida, el coste total del LED.

Una forma de reducir al mínimo las pérdidas luminosas en los LED es asegurar que el soporte, el reflector y la estructura de plomo estén recubiertos con la mayor cantidad posible de material reflectante. La mayoría de los fabricantes aplican este procedimiento. No obstante, el circuito integrado de LED, por sí mismo, en particular en el caso de un circuito integrado con un sustrato de SiC, absorbe cantidades significativas de su propia radiación y de la radiación del fósforo. Además, otras partes de la estructura del LED, por ejemplo el soporte, son grandes absorbentes de la radiación visible y de casi - UV. De forma sorprendente, los elementos de la estructura de plomo y del reflector recubierto de plata son algo absorbentes de ambas radiaciones. Debido a esta absorción y al hecho de que una parte importante de la radiación es objeto de rebote entre el recubrimiento de fósforo y la estructura del LED, raramente se consiguen rendimientos del paquete superiores a entre 50 y el 70% incluso con las superficies recubiertas.

Un procedimiento alternativo para depositar el fósforo en la silícona es un receptáculo receptor según se utiliza en los productos de LED de LumiLED's LUXEON^TM. En estos diseños, el circuito integrado de LED emisor se recubren con un recubrimiento conformado delgado de fósforo. Esta disposición reduce la falta de uniformidad en el espesor del recubrimiento sobre el circuito integrado así como favorece la uniformidad de color de un LED a LED. Sin embargo, puede disminuir realmente la eficacia global del LED porque el circuito integrado y su soporte son absorbentes y más de la mitad de la radiación generada por el recubrimiento de fósforo es reflejada directamente de nuevo hacia estos componentes.

Por lo tanto, sería ventajoso para diseñar un LED recubierto de fósforo que presente una eficacia luminosa máxima aumentando el rendimiento del paquete del LED por encima del 70% y preferentemente próximo al 100%.

Además, sería deseable fabricar LED blancos de fósforo con luz azul/UV con una capa de fósforo uniforme y rendimiento cromático constante y, en el caso de circuitos integrados emisores de UV, un LED sin una cantidad significativa de fugas de radiación de UV al medio ambiente.

Asimismo, es deseable aumentar la eficacia de la conversión del fósforo aplicando un espesor de recubrimiento uniforme del fósforo y situando este revestimiento alejado del circuito integrado de LED para impedir que el calor desde el circuito integrado le sea transmitido.

Además, es deseable...

1. Dispositivo emisor luz que comprende:

un circuito integrado de diodos emisores de luz;

una lente transparente, que recubre dicho circuito integrado de diodo emisor de luz y separada del mismo; y

una capa de fósforo, contenida en el interior de dicha lente o depositada sobre una superficie interior o exterior de dicha lente,

caracterizado porque la zona de superficie de la capa de fósforo es por lo menos diez veces la zona de superficie expuesta del circuito integrado de diodo emisor de luz.

2. Dispositivo emisor de luz según la reivindicación 1, que comprende, además, un relleno transparente situado entre dicho circuito integrado de diodo emisor de luz y dicha lente.

3. Dispositivo emisor de luz según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que dicho circuito integrado de diodo emisor de luz presenta una emisión primaria en el intervalo comprendido entre 200 y 480 nm.

4. Dispositivo emisor de luz según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho dispositivo emisor de luz emite luz blanca.

5. Dispositivo emisor de luz según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha lente comprende una esfera o una semiesfera y dicho circuito integrado de diodo emisor de luz está situado en el centro aproximado de dicha esfera o semiesfera.

6. Dispositivo emisor de luz según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha lente se fabrica a partir de vidrio.