Dispositivo de diodo emisor de luz de alto brillo.
Dispositivo (10) de diodo emisor de luz (LED), que comprende:
una pluralidad de chips (12) LED situados sobre un sustrato (14),
y
una pluralidad de elementos (16, 36) de guiado de luz que tienen cada uno una ventana (24) de entrada y una ventana (26) de salida,
en el que dichos elementos están dispuestos para permitir transferir luz desde al menos un chip LED desde dicha ventana de entrada a dicha ventana de salida,
caracterizado porque
dichos elementos están dispuestos además de modo que dichas ventanas de salida forman varias superficies (20) laterales interiores de una cavidad (22), cavidad que tiene además una abertura (30) de salida para permitir la extracción de luz desde dicho dispositivo.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2006/053318.
Solicitante: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V..
Nacionalidad solicitante: Países Bajos.
Dirección: GROENEWOUDSEWEG 1 5621 BA EINDHOVEN PAISES BAJOS.
Inventor/es: SORMANI,JOSEPH,L.,A.,M, VAN AS,Marco.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G02B27/10 FISICA. › G02 OPTICA. › G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 27/00 Aparatos o sistemas ópticos no previstos en ninguno de los grupos G02B 1/00 - G02B 26/00, G02B 30/00. › Sistemas que dividen o cambian los haces (mezcla y división de señales de luz que utilizan guías de ondas ópticos G02B 6/28; sistemas para polarizar G02B 27/28).
- H01L25/075 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 25/00 Conjuntos consistentes en una pluralidad de dispositivos semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00; módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas H01L 31/042). › siendo los dispositivos de un tipo previsto en el grupo H01L 33/00.
- H01L33/58 H01L […] › H01L 33/00 Dispositivos semiconductores que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie especialmente adaptados para la emisión de luz; Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Detalles (H01L 51/50 tiene prioridad; dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores formados en o sobre un sustrato común y que incluyen componentes semiconductores con al menos una barrera de potencial o de superficie, especialmente adaptados para la emisión de luz H01L 27/15; láseres de semiconductor H01S 5/00). › Elementos ópticos para modificación del campo.
- H01L33/60 H01L 33/00 […] › Elementos reflectantes.
PDF original: ES-2379984_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo de diodo emisor de luz de alto brillo.
La presente invención se refiere a un dispositivo de diodo emisor de luz (LED) que comprende una pluralidad de chips LED.
Los chips LED se usan cada vez más para fines de alumbrado e iluminación. Por ejemplo, para crear luz blanca, se usan LED azules o de UV recubiertos con fósforo, denominados LED convertidos con fósforo. El fósforo convierte al menos parte de la radiación azul en por ejemplo luz amarilla. Juntas, la luz azul no convertida y la luz amarilla generan una luz blanca.
Sin embargo, los chips LED individuales no proporcionan actualmente el brillo suficiente para muchas aplicaciones, como visualización de proyecciones e iluminación delantera de coche. Por tanto, se usan dispositivos LED que comprenden series de chips LED, por ejemplo como se da a conocer en el documento US6325524. En el documento US6325524, así como en el documento US 2005/067944 y en muchos otros múltiples dispositivos de chip LED conocidos, varios chips LED se colocan uno al lado del otro sobre un sustrato. La luz desde los chips LED se recoge entonces mediante un sistema óptico que cubre los chips LED. Sin embargo, debido a la amplia extensión del sistema óptico que cubre todos los chips LED, hay una pequeña cantidad de luz por unidad de área de superficie, dando como resultado un bajo brillo.
Es un objeto de la presente invención superar este problema y proporcionar un dispositivo LED de alto brillo, mejorado.
Este y otros objetos que serán evidentes a partir de la siguiente descripción se logran por medio de un dispositivo LED que comprende una pluralidad de chips LED situados sobre un sustrato, y una pluralidad de elementos de guiado de luz que tienen cada uno una ventana de entrada y una ventana de salida, en el que los elementos están dispuestos para permitir transferir luz desde al menos un chip LED desde la ventana de entrada a la ventana de salida, y en el que los elementos se disponen además de modo que las ventanas de salida forman varias superficies laterales interiores de una cavidad, cavidad que tiene además una abertura de salida para permitir la extracción de luz desde el dispositivo.
La invención se basa en la comprensión de que guiando luz desde una pluralidad de chips LED a una cavidad común, la luminancia de la abertura de salida de la cavidad puede ser mayor que la luminancia de un único chip LED. Ello sin que el tamaño de la abertura de salida exceda significativamente el tamaño de uno de los chips LED. Por tanto, puede conseguirse un dispositivo LED de alto brillo.
Preferiblemente, al menos un chip LED adicional se sitúa sobre el sustrato para emitir luz en la superficie inferior de la cavidad opuesta a la abertura de salida. Esto incrementa adicionalmente el brillo del dispositivo LED. El al menos un chip LED adicional puede por ejemplo colocarse en la superficie inferior de la cavidad, en caso de que la cavidad esté de manera razonable a nivel con el sustrato. Alternativamente, el al menos un chip LED adicional puede dotarse de un elemento de guiado de luz adicional para transferir luz desde el/los LED adicional (es) , desde una ventana de entrada a una ventana de salida del elemento de guiado de luz adicional, en el que la superficie inferior de la cavidad está formada esencialmente por la ventana de salida. El elemento de guiado de luz adicional es útil por ejemplo en caso de que la cavidad no esté a nivel con el sustrato.
Supongamos que la cavidad tiene cuatro superficies laterales interiores, cada superficie lateral interior con una ventana de salida que transfiere luz desde un chip LED. Además, un quinto chip LED se coloca en la superficie inferior de la cavidad. Además, el tamaño de la superficie inferior y el tamaño de la abertura de salida corresponden preferiblemente al área del chip LED inferior. En tal caso, para un sistema sin pérdidas, el brillo podría ser cinco veces mayor que para un único chip LED, manteniéndose el área de emisión de luz.
En una realización de la presente invención, cada elemento de guiado de luz es un prisma triangular que tiene una primera, una segunda y una tercera cara lateral, en el que las caras laterales primera y segunda están dispuestas en un ángulo esencialmente recto. Es decir, el área de la base del prisma es un triángulo rectángulo. Además, la ventana de entrada puede formarse en al menos una parte de una de las caras laterales en ángulo recto, y la ventana de salida puede formarse en al menos una parte de la otra cara lateral en ángulo recto. Preferiblemente, el tamaño de las ventanas de entrada y de salida corresponde al tamaño del chip LED. En un caso en el que la ventana de entrada y la ventana de salida cubre esencialmente todas caras laterales en ángulo recto, respectivamente, los chips LED pueden colocarse muy juntos sobre el sustrato, lo que permite un dispositivo LED compacto. En un caso en el que la ventana de entrada y la ventana de salida sólo cubren una parte de las caras laterales en ángulo recto, respectivamente, los chips LED pueden colocarse más alejados unos de otros sobre el sustrato, lo que facilita la fabricación.
Preferiblemente, la cara lateral que aloja la ventana de salida y la tercera cara lateral están dispuestas en un ángulo de aproximadamente 45º . Sin embargo, la cara lateral que aloja la ventana de salida y la tercera cara lateral pueden disponerse alternativamente en un ángulo agudo. Esto mejora la reflexión interna total dentro del prisma.
En otra realización de la presente invención, los elementos de guiado de luz comprenden además un paralelepípedo rectangular que extiende el prisma triangular en una de las caras laterales en ángulo recto del prisma, en el que la ventana de entrada se forma en al menos una parte de la otra cara lateral en ángulo recto, y la ventana de salida se forma en al menos una parte de la cara del paralelepípedo rectangular opuesta a la cara dirigida hacia el prisma. Esto permite a los chips LED colocarse más alejados unos de otros sobre el sustrato, lo que facilita la fabricación. El prisma triangular y el paralelepípedo rectangular pueden formarse de una pieza, es decir se crean y se forman de manera solidaria en una única pieza o trozo de material, en contraposición a dos partes separadas unidas entre sí.
El dispositivo LED puede comprender además fósforo para convertir la longitud de onda de al menos parte de la luz
o radiación desde los chips LED. La cavidad puede por ejemplo estar dotada internamente de un recubrimiento de fósforo. Es decir, las ventanas de salida de los elementos de guiado de luz y el chip LED adicional colocado en la parte inferior de la cavidad pueden estar dotadas de un recubrimiento de fósforo. Como alternativa a los recubrimientos de fósforo, toda la cavidad puede llenarse con un material de fósforo. El fósforo, en combinación con chips LED azules o de UV, permite a un dispositivo LED emitir por ejemplo luz blanca.
Preferiblemente se interpone un filtro entre cada chip LED y elemento de guiado de luz, o entre cada elemento de guiado de luz y el fósforo, filtro que está adaptado para transmitir luz no convertida desde los chips LED y reflejar luz convertida. Los filtros ofrecen la ventaja de evitar pérdidas de luz y dirigen toda la luz convertida hacia delante hacia la cavidad. Esto da como resultado extracción de luz eficiente y un brillo aumentado. Otro filtro puede situarse encima del fósforo, filtro que está adaptado para reflejar luz no convertida. Por tanto, cualquier luz no convertida desde los chips LED se refleja de vuelta para su conversión o mezcla. Esto da como resultado también una extracción de luz eficiente y un brillo aumentado.
La cavidad del dispositivo LED puede llenarse además con una resina transparente, tal como resina de silicona, para potenciar la eficiencia de desacoplamiento del dispositivo.
El dispositivo LED puede comprender además un elemento óptico, tal como un colimador, una lente de desacoplamiento o un concentrador parabólico compuesto (CPC) , dispuesto para recibir cualquier luz emitida desde la abertura de salida. El colimador ofrece la ventaja de que el ángulo de emisión puede reducirse a cualquier valor deseado, mientras que la lente de desacoplamiento y el CFC pueden potenciar el desacoplamiento de luz desde el dispositivo. Preferiblemente, en caso de que la cavidad se llene con una resina transparente, el elemento óptico está en contacto óptico con la resina transparente.
Este y otros aspectos de la presente invención se describirán a continuación con... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Dispositivo (10) de diodo emisor de luz (LED) , que comprende:
una pluralidad de chips (12) LED situados sobre un sustrato (14) , y una pluralidad de elementos (16, 36) de guiado de luz que tienen cada uno una ventana (24) de entrada y una ventana (26) de salida, en el que dichos elementos están dispuestos para permitir transferir luz desde al menos un chip LED desde dicha ventana de entrada a dicha ventana de salida,
caracterizado porque
dichos elementos están dispuestos además de modo que dichas ventanas de salida forman varias superficies (20) laterales interiores de una cavidad (22) , cavidad que tiene además una abertura (30) de salida para permitir la extracción de luz desde dicho dispositivo.
2. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que dicha cavidad tiene una superficie (28) inferior opuesta a la abertura de salida, y en el que al menos un chip (12a) LED adicional se sitúa sobre el sustrato para emitir luz en la superficie inferior de la cavidad.
3. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que cada elemento de guiado de luz comprende un prisma
(16) triangular que tiene una primera (18a) , una segunda (18b) y una tercera (18c) cara lateral, estando dispuestas dichas caras laterales primera y segunda en un ángulo esencialmente recto.
4. Dispositivo LED según la reivindicación 3, en el que dicha ventana de entrada se forma en al menos una parte de una de las caras laterales en ángulo recto, y dicha ventana de salida se forma en al menos una parte de la otra cara lateral en ángulo recto.
5. Dispositivo LED según la reivindicación 4, en el que la cara lateral que aloja la ventana de salida y la tercera cara lateral están dispuestas en un ángulo de aproximadamente 45º .
6. Dispositivo LED según la reivindicación 4, en el que la cara lateral que aloja la ventana de salida y la tercera cara lateral están dispuestas en un ángulo agudo.
7. Dispositivo LED según la reivindicación 3, en el que cada elemento de guiado de luz comprende además un paralelepípedo (36) rectangular que extiende el prisma triangular en una de las caras laterales en ángulo recto del prisma triangular, y en el que dicha ventana de entrada se forma en al menos una parte de la otra cara lateral en ángulo recto, y dicha ventana de salida se forma en al menos una parte de la cara (38a) del paralelepípedo rectangular opuesta a la cara (38b) dirigida hacia el prisma.
8. Dispositivo LED según la reivindicación 7, en el que dichos prisma triangular y paralelepípedo rectangular están formados de una pieza.
9. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que el tamaño de las ventanas de entrada y de salida corresponde esencialmente al tamaño de los chips LED.
10. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que dicha cavidad está dotada internamente de un recubrimiento (32) de fósforo para convertir la longitud de onda de al menos parte de la luz emitida desde los chips LED.
11. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que dicha cavidad se llena con un material (34) de fósforo para convertir la longitud de onda de al menos parte de la luz emitida desde los chips LED.
12. Dispositivo LED según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que se interpone un filtro entre cada chip LED y elemento de guiado de luz, o entre cada elemento de guiado de luz y el fósforo, filtro que está adaptado para transmitir luz no convertida y reflejar luz convertida.
13. Dispositivo LED según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que se sitúa un filtro encima del fósforo, filtro que está adaptado para reflejar luz no convertida.
14. Dispositivo LED según la reivindicación 1, en el que dicha cavidad se llena con una resina (46) transparente.
15. Dispositivo LED según la reivindicación 1, que comprende además un elemento óptico, tal como un colimador, una lente (48) de desacoplamiento o un concentrador (50) parabólico compuesto, dispuesto para recibir cualquier luz emitida desde dicha abertura de salida
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