LED SUMERGIDOS.

Sistema de matriz de LED (102; 202; 302; 402) que comprende al menos un paquete (100;

200; 300; 400) de LED, comprendiendo dicho al menos un paquete de LED un LED (104; 204; 304, 404) y estando dispuesto en un sustrato (106; 206; 306; 406) dotado de medios (108; 208, 308; 408) para suministrar al paquete de LED una tensión de excitación, en el que dicho al menos un paquete de LED está sumergido en una capa (112; 212; 312; 412) de soporte, caracterizado porque el al menos un paquete de LED comprende un reflector que tiene una superficie (120; 220; 320; 420) reflectante para colimar la luz emitida por el LED (104; 204; 304; 404), en el que una capa (110; 210, 310; 410) superior está dispuesta de modo que encierra dicha capa (112; 212; 312; 412) de soporte entre la capa (110; 210, 310; 410) superior y el sustrato (106; 206; 306; 406)

LED sumergidos.

La presente invención se refiere a diodos emisores de luz (LED) incorporados en material de tipo vidrio, véase por ejemplo el documento WO 2004/068596 o US 2005/0274973.

Los diodos emisores de luz (LED) incorporados en vidrio se fabrican actualmente para elementos emisores de luz arquitectónicos. En estos elementos, matrices de LED bidimensionales están encerradas entre dos placas de vidrio que están laminadas por un polímero, habitualmente PVB (polivinilbutiral). Los LED se fijan en una placa de vidrio en la que está presente un patrón de conductores para proporcionar la corriente para los LED. La construcción anterior es beneficiosa puesto que transmite durabilidad a la construcción, por lo que aumenta el campo de uso.

Un problema presente para LED totalmente sumergidos en un medio de tipo vidrio es que se produce una reflexión interna total (TIR) en la superficie de contacto entre la superficie de vidrio y el aire del entorno. Una consecuencia es que la luz con ángulos superiores al ángulo crítico se refleja totalmente en la superficie de contacto de vidrio/aire. Sin embargo, la luz totalmente reflejada se absorbe en el sistema de vidrio/PVB/vidrio (por múltiples reflexiones internas). En el caso de un LED aislado en una pila de vidrio grande toda la luz totalmente reflejada se absorbe finalmente. Sin embargo, a densidades de LED relativamente altas (por ejemplo > 0,5 cm^-2) la luz totalmente reflejada podría dispersarse en paquetes vecinos, dando lugar a un desacoplamiento de luz impredecible.

Cuando el sistema de LED (como se ha descrito anteriormente) se usa para fines de iluminación, el rendimiento es inaceptable porque la eficacia óptica es baja y no se controla el deslumbramiento; es decir no hay forma de detener la salida de luz del sistema de matriz de LED en direcciones no deseadas.

La presente invención pretende eliminar los problemas anteriores proporcionando un sistema de matriz de LED según la reivindicación 1, que comprende al menos un LED en forma de un paquete de LED dispuesto en un sustrato dotado de medios para suministrar al paquete de LED una tensión de excitación, en el que dicho al menos un paquete de LED está sumergido en una capa de soporte. Dicho sistema de matriz de LED está caracterizado porque el paquete de LED también comprende un reflector que tiene una superficie reflectante para colimar la luz emitida por el LED. El uso de un colimador reflectante hace posible aumentar la eficacia óptica reduciendo la reflexión interna total (TIR) que se produce cuando la luz emitida desde el LED sumergido en la capa de soporte, que tiene un índice de refracción mayor que 1, debe pasar la superficie de contacto entre dicha capa y el medio del entorno, generalmente aire. El reflector tam- bién hace posible reducir el deslumbramiento, es decir, mantener la luz emitida desde el sistema de matriz de LED dentro de un intervalo angular alrededor de una dirección preferida, que es preferible para fines de iluminación dirigida.

El sistema de matriz de LED se dota preferiblemente de una capa superior dispuesta de manera que encierra la capa de soporte entre la capa superior y el sustrato. La capa superior puede servir como protección frente a daños para aumentar la vida útil del sistema de matriz de LED. La luminaria transparente resultante es visualmente atractiva y el dispositivo de la invención hace posible integrar elementos emisores de luz en superficies transparentes.

En una realización preferida, el sustrato y la capa superior están fabricados de vidrio y la capa de soporte está fabricada de polivinilbutiral (PVB) que tiene índices de refracción prácticamente iguales. La combinación de vidrio y PVB se conoce bien para el vidrio laminado.

La superficie reflectante de dicho colimador tiene preferiblemente una sección transversal, ortogonal a una normal de la capa de soporte, que aumenta como una función de la distancia respecto al LED y según una realización, la superficie reflectante comprende un cono truncado que se extiende desde el LED. Un cono truncado no es el colimador ideal pero la simplicidad de su forma hace que sea relativamente sencillo de fabricar, y por tanto, económico.

Para aumentar la eficacia óptica, la superficie reflectante puede comprender un concentrador parabólico compuesto (CPC). Puesto que un CPC puede describirse matemáticamente es posible utilizar técnicas de trazado de rayos para tener en cuenta de manera más precisa rayos oblicuos, etc., y de este modo se optimiza la forma del CPC usando técnicas de trazado de rayos para satisfacer las propiedades deseadas de la luz emitida desde el sistema de matriz de LED.

Una cubierta transparente puede disponerse esencialmente paralela a la capa de soporte, en la parte superior del reflector y el volumen definido por el LED, la superficie reflectante y la cubierta transparente pueden rellenarse con un medio gaseoso. Esta disposición hace que la prefabricación del paquete de LED sea relativamente sencilla y que pueda almacenarse sin riesgo de daños de las superficies reflectantes y similares.

Según una realización, la superficie reflectante comprende preferiblemente un material reflectante metálico y un revestimiento de interferencia. El reflector puede consistir en un metal sólido o algún otro material, tal como una cerámica, que se reviste con un material metálico. Un revestimiento metálico es una manera sencilla de aumentar la reflectancia de una superficie y la superficie reflectante y el revestimiento de interferencia la aumenta adicionalmente. Un reflector que consiste en un material metálico puede ser muy robusto y fácil de manejar, por ejemplo en el caso de aluminio, y en otros casos, tales como cuando se usa plata, es necesario sellar la superficie reflectante usando, por ejemplo, la cubierta transparente mencionada anteriormente.

En una realización, un primer volumen adyacente a y radialmente fuera de la superficie reflectante se rellena con un medio que tiene un índice de reflexión que es menor que el de un segundo volumen radialmente dentro de la superficie reflectante, por lo que la luz irradiada desde el LED experimenta una reflexión total en dicha superficie reflectante. La reflexión total en una superficie de contacto entre medios con diferentes índices de refracción es una manera de conseguir una eficacia óptica máxima para el sistema. Esta disposición tendrá generalmente una relación de aspecto (altura dividida entre anchura con respecto a una dirección normal a la placa de sustrato) que es ligeramente superior que para el caso mencionado previamente en el que la superficie reflectante se dota de un revestimiento. Por tanto, usar la reflexión total en este contexto es adecuado para aplicaciones en las que la eficacia óptica es de vital importancia mientras que puede aceptarse un sistema de matriz de LED ligeramente más grueso. El sistema de matriz de LED resultante en conjunto también será transparente en un mayor grado que si la superficie reflectante comprende un metal. Dependiendo de la aplicación, la característica de mayor grado de transparencia puede proporcionar tanto ventajas técnicas como un valor estético.

La reflexión total puede obtenerse si el primer volumen comprende un gas con un índice de refracción de 1 y el segundo volumen comprende un material transparente con un índice de refracción que sea equivalente al índice de refracción de la capa de soporte, es decir mayor que 1. La última característica reduce el número de superficies de refracción, reduce la complejidad del sistema y también aumenta el aspecto transparente del sistema, aunque obviamente se producirá una reflexión interna total para algunos ángulos de visión.

Usando un sistema de la invención es posible evitar la reflexión interna total y así aumentar la eficacia óptica así como mantener el deslumbramiento a un nivel aceptable, al menos por debajo de 500 cd/m², fuera de un cono direccional deseado.

En otro aspecto, la producción del sistema de matriz de LED de la invención comprende básicamente las etapas siguientes:

- disponer un paquete de LED en una placa de sustrato dotada de medios para suministrar al paquete de LED una tensión de excitación,

- aplicar una capa de soporte de polímero sobre el paquete de LED,

- calentar la pila mientras se aplica una presión y así se sumerge el colimador por completo en el medio de polímero.

El procedimiento anterior también puede comprender la etapa de rellenar previamente el colimador con un polímero, para mejorar el procesamiento.