BRPI0616227A2 - dispositivo emissor de luz de cor variÁvel, sistema de iluminaÇço de cor variÁvel, rede de sistema de iluminaÇço de cor variÁvel, conjunto de dispositivo emissor de luz de cor variÁvel, controlador para um sistema de iluminaÇço de cor variÁvel , e , mÉtodo para controlar um dispositivo emissor de luz de cor variÁvel - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL, SISTEMA DE ILUMINAÇçO DE COR VARIÁVEL, REDE DE SISTEMA DE ILUMINAÇçO DE COR VARIÁVEL, CONJUNTO DE DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL, CONTROLADOR PARA UM SISTEMA DE ILUMINAÇçO DE COR VARIÁVEL, E, MÉTODO PARA CONTROLAR UM DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL. A presente invenção relaciona-se a um dispositivo emissor de luz de cor variável (10) incluindo um diodo emissor de luz (12) para emitir luz, qual diodo por sua vez inclui uma pluralidade de camadas eletricamente condutoras (14, 16, 18), pelo menos uma das quais sendo tal que espalhamento de corrente lateral no diodo seja limitada para formar pelo menos dois segmentos eletricamente endereçáveis independentemente (36), para permitir iluminação de um número opcional dos segmentos. Pelo menos um dos vários segmentos é provido com um conversor de comprimento de onda (34) adaptado para converter pelo menos parte da luz emitida de seu segmento associado para gerar luz de uma certa cor primária. A invenção também relaciona-se a sistemas incorporando pelo menos um tal dispositivo emissor de luz e um método para controlar um tal dispositivo emissor de luz.
Description
"DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL, SISTEMA DEILUMINAÇÃO DE COR VARIÁVEL, REDE DE SISTEMA DEILUMINAÇÃO DE COR VARIÁVEL, CONJUNTO DE DISPOSITIVOEMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL, CONTROLADOR PARA UMSISTEMA DE ILUMINAÇÃO DE COR VARIÁVEL, E, MÉTODO PARACONTROLAR UM DISPOSITIVO EMISSOR DE LUZ DE COR VARIÁVEL"
A presente invenção relaciona-se a um dispositivo emissor deluz de cor variável, como também a sistemas incorporando um tal dispositivoemissor de luz de cor variável e um método para controlar pelo menos um taldispositivo emissor de luz.
E bem conhecido que combinar a luz projetada de uma corcom a luz projetada de outra cor resultará na criação de uma terceira cor.Também é bem conhecido que as três cores primárias mais geralmente usadas(isto é, vermelho, verde e azul) podem ser combinadas em proporçõesdiferentes para gerar quase qualquer cor no espectro visível.
Estes conhecimentos são utilizados amplamente em váriossistemas de iluminação de cor variável, em que cores diferentes podem sergeradas misturando cores primárias de modos predeterminados. Tais sistemassão usados por exemplo para propósitos de iluminação. Um tal sistema éexposto no documento de patente US6016038. Em US6016038, comotambém em outros sistemas de iluminação de cor variável conhecidos edispositivos emissores de luz de múltiplas cores, uma fonte luminosaindividual, isto é um diodo emissor de luz (LED), é usada para criar cada corprimária. Quer dizer, o sistema inclui uma pluralidade de fontes luminosas,cada uma provendo uma única cor. Outro exemplo é exposto no documentode patente US5952681, em que um LED de múltiplas cores inclui três de LEDindividuais chips arranjados sobre um substrato, qual LED em combinaçãocom camadas conversoras de comprimento de onda podem emitir luzvermelha, verde e azul.
Porém, uma desvantagem dos sistemas e dispositivosexistentes é a dificuldade em misturar as cores primárias das fontes luminosasindividuais. Como as fontes luminosas são separadas espacialmente (as fontesluminosas são normalmente colocadas uma ao lado da outra e separadaslateralmente, como por exemplo em US5952681), todos os tipos de soluçõesópticas são aplicadas para misturar a luz e garantir mistura de cor homogêneaao longo do feixe emitido. Por exemplo, divisor/combinadores de feixe,espelhos dicróicos, placas de difusão, etc., são usados. Tais soluções ópticaspodem ser caras e/ou diminuir a eficácia luminosa, etc., especialmente comoas fontes luminosas individuais podem ser desalinhadas em relação uma aoutra. As fontes luminosas podem ser giradas ou ladrilhadas, queparticularmente em denominados LEDs de fósforo convertido causará nãouniformidades de cor e intensidade.
Além disso, ao usar várias fontes luminosas separadas, cadauma gerando uma cor primária em um sistema de iluminação de cor, alguémtem que considerar assuntos de acondicionamento a fim de alcançar umsistema de iluminação a cores homogêneo. Quer dizer, alguém deve assegurarque as fontes luminosas separadas estejam casadas quando vem a brilhar,comprimento de onda de radiação emitida, etc.
Outra desvantagem com usar várias fontes luminosasseparadas é que elas podem ocupar desnecessariamente uma grandequantidade de espaço. Por exemplo, em US5952681, há uma área nãoirradiante relativamente grande devido ao uso repetitivo de eletrodos de tipoN para cada chip.
E um objetivo da presente invenção aliviar estes problemas, eprover uma dispositivo emissor de luz de cor variável melhorado.
Este e outros objetivos que serão evidentes da descriçãoseguinte são alcançados por meio de um dispositivo emissor de luz de corvariável, como também sistemas incorporando pelo menos um tal dispositivoemissor de luz e um método para controlar um tal dispositivo emissor de luz,de acordo com as reivindicações anexas.
De acordo com um aspecto da invenção, é provido umdispositivo emissor de luz de cor variável incluindo um diodo emissor de luzpara emitir luz, qual diodo inclui uma pluralidade de camadas eletricamentecondutoras, pelo menos uma das quais sendo tal que espalhamento de correntelateral no diodo seja limitado a fim de formar pelo menos dois segmentoseletricamente endereçáveis independentemente, para permitir iluminação deum número opcional dos segmentos, em que pelo menos um dos váriossegmentos é provido com um conversor de comprimento de onda adaptadopara converter pelo menos parte da luz emitida de seu segmento associadopara gerar luz de uma certa cor primária.
A invenção é baseada no conhecimento que o diodo pode serdividido em vários segmentos endereçáveis independentemente ouindividualmente ou partes limitando a espalhamento de corrente no diodo. Odiodo, em combinação com conversores de comprimento de ondaapropriados, pode ser usado para emitir variavelmente uma pluralidade decores diferentes, quais cores por sua vez podem ser combinadas ou misturadasa uma cor de saída global desejada. Um segmento, vários segmentos, ou todosos segmentos podem estar iluminando em qualquer dado momento, e aintensidade da iluminação de cada segmento preferivelmente pode servariada, dependendo da cor e potência de saída global desejada. Cadaconversor de comprimento de onda é casado espacialmente egeometricamente com seu segmento associado.
Ter pelo menos dois segmentos, um dos quais sendo providocom um conversor de comprimento de onda, significa que o dispositivoemissor de luz é capaz de emitir pelo menos duas cores primárias (que podemser combinadas ou misturadas a uma terceira cor). Assuma por exemplo que odispositivo emissor de luz inclui dois segmentos. Neste caso, cada um dosdois segmentos pode ser provido com um conversor de comprimento de ondadiferente, por meio de que duas cores primárias diferentes podem ser geradas.Alternativamente, um segmento é provido com um conversor de comprimentode onda, que gera uma certa cor primária, enquanto a outra cor (primária) é acor da luz emitida diretamente do outro segmento.
Uma vantagem com o dispositivo emissor de luz de corvariável de acordo com a invenção é que as cores primárias se originam damesma fonte (na maioria das aplicações chegando virtualmente a uma fontepontual), por esse meio reduzindo a necessidade por sistemas ópticos caros ouineficazes para misturar as cores primárias emitidas. Tal dispositivo emissorde luz de cor variável também ocupa pequeno espaço, e a área irradiante dodispositivo emissor de luz é aumentada consideravelmente. Além disso, aousar um dispositivo emissor de luz tendo um diodo, alguém é aliviado damaioria de assuntos de condicionamento mencionados acima.
O diodo preferivelmente inclui uma única camada ativacontínua interposta entre uma camada de tipo N e uma camada de tipo P.Ademais, os pelo menos dois segmentos eletricamente endereçáveisindependentemente compartilham preferivelmente a mesma única camadaativa contínua, isto é, partes diferentes da única camada ativa contínuapertencem a segmentos diferentes.
Ademais, o diodo é preferivelmente crescido monoliticamente.A diferença deveria ser notada entre um único diodo (crescidomonoliticamente) tendo vários segmentos endereçáveis individualmente deacordo com a invenção, e dispositivos da arte anterior incluindo um conjuntode diodos de monólito montados a um substrato. O anterior é uma construçãode uma única entidade, enquanto o último é uma construção de entidadesindividuais.
O confinamento de corrente discutido acima pode seralcançado de vários modos. Em uma concretização, o diodo inclui pelo menosuma região de alta resistência, a extensão de qual define os segmentos.Resistência aqui se refere à oposição ao fluxo de corrente elétrica. Assim, apelo menos uma região de alta resistência limita o espalhamento de correnteno diodo. A pelo menos uma região de alta resistência por exemplo pode seralcançada corroendo quimicamente canais de separação ou bloqueio no diodo.Abrasão mecânica ou remoção a laser também poderia ser usada.Alternativamente, alguém pode passivar eletricamente regiões do diodoimplementando dopantes passivadores no material hospedeiro do diodo.
A pelo menos uma região de alta resistência estápreferivelmente incorporada em pelo menos uma das camadas eletricamentecondutoras do diodo. Pode ser incorporada por exemplo na camada de tipo P.As regiões de alta resistência podem ter uma tal extensão na camada de tipo Pque a camada de tipo P seja contínua ou descontínua. Aqui, a camada ativa e acamada de tipo N são desestruturadas eletricamente, e o espalhamento decorrente é determinado pelas regiões de alta resistência na camada de tipo P.As regiões de alta resistência poderiam alternativamente de um modosemelhante ser incorporadas na camada de tipo N, em qual caso a camadaativa e a camada de tipo P são desestruturadas eletricamente.
Alternativamente, a pelo menos uma região de alta resistênciapode ser incorporada na camada ativa e pelo menos um da camada de tipo P ecamada de tipo N. Neste caso, a pelo menos uma região de alta resistênciadeveria ter uma extensão lateral/horizontal na camada ativa tal que a camadaativa permaneça contínua, isto é, formada em um pedaço. A pelo menos umaregião de alta resistência pode ser incorporada em ambas camada de tipo P ea camada ativa (em qual caso, a camada de tipo N é desestruturadaeletricamente, e o espalhamento de corrente é determinado pelas regiões dealta resistência nas duas camadas estruturadas (isto é, a camada de tipo Peacamada ativa), ou em todas as camadas condutoras (isto é, a camada de tipo P,a camada ativa e a camada de tipo N)).
Preferivelmente, as regiões de alta resistência têm a mesmaextensão horizontal ou lateral em todas as camadas nas quais elas estãoincorporadas. Isto pode ser alcançado usando uma única máscara e uma únicoetapa de gravura. É porém possível para as regiões de alta resistência em umacamada terem uma extensão lateral diferente ou padrão que outra camada. Istopode ser alcançado usando duas máscaras e duas etapas de gravura. As duasmáscaras podem se sobrepor por parte do padrão, uma pode ser uma extensãoda primeira, elas podem ser completamente diferentes, etc. Isto permite umacamada estruturada, mas ativa contínua junto com uma camada de tipo Pestruturada e descontínua.
No caso que a pelo menos uma região de alta resistência estáincorporada em todas as camadas condutoras, a camada ativa estruturada e acamada de tipo N deveriam ser contínuas, enquanto a camada de tipo Pestruturada pode ser contínua ou descontínua. Preferivelmente, a pelo menosuma região de alta resistência se estende verticalmente por parte da seçãotransversal da camada de tipo N a fim de evitar que o fluxo de corrente entreum segmento e o contato de tipo N seja completamente obstruído.
Em outra concretização, contatos elétricos são conectados àcamada de tipo Pea espessura da camada de tipo P é tal que espalhamento decorrente lateral no diodo seja limitado, por meio de que os segmentos sãodefinidos pela área de contato entre os contatos e a camada de tipo P. Assim,o espalhamento de corrente lateral no diodo é determinado pela espessura dacamada de tipo P e pelo tamanho e extensão dos contatos elétricos conectadosà camada de tipo P.
Em ainda outra concretização, o pelo menos um conversor decomprimento de onda está em contato mecânico e óptico com o diodo. Istooferece a vantagem de reduzir a quantidade de radiação de um segmento queé espalhada aos conversores de comprimento de onda associados comsegmentos vizinhos devido à refração e/ou reflexão nas interfaces entre osvários componentes do diodo.
O dispositivo emissor de luz de acordo com a invenção podeincluir por exemplo pelo menos um conversor de comprimento de ondaadaptado para converter pelo menos parte da luz entrante da camada ativa emluz vermelha, pelo menos um conversor de comprimento de onda adaptadopara converter pelo menos parte da luz entrante em luz verde, e pelo menosum conversor de comprimento de onda adaptado para converter pelo menosparte da luz entrante em luz azul, assim formando um dispositivo emissor deluz de RGB. No caso que a camada ativa do diodo emite luz azul, osconversores de comprimento de onda azuis podem ser omitidos.Alternativamente, o dispositivo emissor de luz de acordo com a invençãopode incluir por exemplo pelo menos um conversor de comprimento de ondaadaptado para converter pelo menos parte da luz azul entrante da camadaativa em luz amarela a fim de produzir luz branca. Deveria ser notado porémque várias outras combinações de cor são possíveis.
De acordo com outro aspecto da invenção, é provido umsistema de iluminação de cor variável incluindo pelo menos um dispositivoemissor de luz de cor variável de acordo com a descrição anterior, e pelomenos um controlador, cada controlador sendo acoplado a pelo menos umdispositivo emissor de luz de cor variável e capaz de variar a intensidade dailuminação de cada segmento de seus dispositivos emissores de luz associadosa fim de gerar uma cor misturada desejada em resposta a um sinal de controlede entrada.
De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é providouma rede de sistema de iluminação de cor variável incluindo uma pluralidadede sistemas emissores de luz de cor variável de acordo com a descriçãoanterior, os controladores de quais sistemas sendo acoplados juntos em umarede, e um processador central para prover sinais de controle de entrada,baseado em instruções de uma interface do usuário, para os controladores pordita rede.
De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é provido umconjunto de dispositivo emissor de luz de cor variável, incluindo umapluralidade de dispositivos emissores de luz de cor variável de acordo com adescrição anterior, em que o segmento responsável por emitir luz de umacerta cor primária em combinação com qualquer conversor de comprimentode onda em um dos dispositivos emissores de luz está conectado em série como segmento ou segmentos responsáveis por emitir luz da mesma cor primáriaem pelo menos um dos outros dispositivos emissores de luz.
De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é provido umcontrolador para um sistema de iluminação de cor variável, o sistemaincluindo pelo menos um dispositivo emissor de luz de cor variável de acordocom a descrição anterior, em que o controlador é acoplado a pelo menos umdos dispositivos emissores de luz de cor variável e adaptado para variar aintensidade da iluminação de cada segmento de seus dispositivos emissores deluz associados a fim de gerar uma cor misturada desejada em resposta a umsinal de controle de entrada.
De acordo com ainda outra concretização da invenção, éprovido um método para controlar um dispositivo emissor de luz de corvariável de acordo com a descrição anterior, o método incluindo variar aintensidade da iluminação de cada segmento do dispositivo emissor de luz afim de gerar uma cor misturada desejada em resposta a um sinal de controlede entrada.
Estes aspectos adicionais da invenção oferecem vantagenssemelhantes como o primeiro aspecto discutido da invenção.
Estes e outros aspectos da presente invenção serão descritosagora em mais detalhe, com referência aos desenhos anexos mostrandoconcretizações atualmente preferidas da invenção.Figura 1 é uma vista lateral de seção transversal de umdispositivo emissor de luz de cor variável de acordo com uma concretizaçãoda invenção;
Figura 2 é uma vista de fundo parcial do dispositivo emissorde luz de cor variável na Figura 1;
Figuras 3a-3b são vistas laterais de seção transversal de umdispositivo emissor de luz de cor variável de acordo com outra concretizaçãoda invenção;
Figuras 4a-4b são vistas de fundo parciais ilustrando padrõesde região de alta resistência exemplares para os dispositivos emissores de luzde cor variável nas Figuras 3a-3b;
Figura 5 é uma vista lateral de seção transversal de umavariante dos dispositivo emissores de luz de cor variável nas Figuras 3a-3b;
Figura 6 é uma vista lateral de seção transversal de outrovariante dos dispositivos emissores de luz de cor variável nas Figuras 3a-3b;
Figura 7 é uma vista lateral de seção transversal de umdispositivo emissor de luz de cor variável de acordo com ainda outraconcretização da invenção;
Figuras 8a-8m são vistas de topo esquemáticas ilustrandovárias estruturas de camada ativas;
Figura 9 é uma vista de topo de um dispositivo emissor de luzde cor variável tendo uma configuração 3x3;
Figura 10 é um diagrama de um sistema de iluminação de corvariável incluindo um dispositivo emissor de luz de cor variável de acordocom a invenção; e
Figura 11 é um diagrama de uma rede de sistema deiluminação de cor variável incluindo uma pluralidade de sistemas emissoresde luz de cor variável da Figura 10.
Figura 1 é uma vista lateral de seção transversal de umdispositivo emissor de luz de cor variável 10 de acordo com umaconcretização da invenção. O dispositivo emissor de luz de cor variável 10inclui um diodo emissor de luz 12, que por sua vez inclui uma camada ativa14 interposta entre uma camada de tipo N 16 e uma camada de tipo P 18.Estas camadas podem ser por exemplo camadas dopadas apropriadamentecom GaN. O diodo 12 está montado sobre uma sub-montagem 20 providacom contatos elétricos 22 que estão conectados a um circuito (não mostrado)para excitar o diodo. A camada de tipo N 16 é provida com um contato 24 queestá soldado a um dos contatos elétricos 22 (por meio de bossa de solda 26),por esse meio conectando a camada de tipo N 16 ao circuito excitando odiodo. A camada de tipo P 18 está conectada semelhantemente ao circuito porcontatos 28a-28c, bossas de solda 30a-30c e contatos elétricos 22. Em cima dacamada de tipo N 16, é provido um substrato transparente 32, e em cima dosubstrato transparente 32, são providos conversores de comprimento de onda34a-34c.
Figura 2 é uma vista de fundo parcial do dispositivo emissorde luz de cor variável 10 na Figura 1, e ilustra os contatos de camada de tipo P28a-28c, a camada de tipo P 18, e os conversores de comprimento de onda34a-34c. Note que em todas as figuras de vista de fundo, os elementos sãodescritos em um modo de "pirâmide" de forma que por exemplo osconversores de comprimento de onda de topo possam ser mostrados. Porém,em concretizações atuais, esta estrutura de pirâmide não se aplicaránecessariamente.
Devido ao projeto do dispositivo emissor de luz de corvariável 10, o diodo 12 é dividido em vários segmentos 36a-36c, quaissegmentos podem ser atuados individualmente a fim de emitir luz. A radiaçãoemitida pela camada ativa 14 em um segmento 36 é convertida por seuconversor de comprimento de onda 34 associado. Na operação do dispositivoemissor de luz de cor variável 10, dependendo da saída global desejada, umsegmento, vários segmentos, ou todos os segmentos podem estar iluminandoem qualquer dado momento endereçando os segmentos apropriados. Também,a intensidade da irradiação emitida de um certo segmento pode ser controlada.Desse modo, várias cores podem ser emitidas do mesmo diodo.
Assuma por exemplo que os conversores de comprimento deonda 34a-34c correspondem a vermelho, verde, e azul, respectivamente.Atuando ou endereçando o segmento 36a, luz vermelha pode ser emitida.Endereçando os segmentos 36a e 36b, luz vermelha e verde pode ser emitida.Endereçando todos os três segmentos 36a-36c, luz vermelha, verde e azulpode ser emitida.
Individualmente iluminar segmentos separados ou partes dodiodo é feito possível devido à limitação do espalhamento de corrente nodiodo. O princípio atrás da limitação do espalhamento de corrente no diodonas Figuras 1 e 2 será explicado no seguinte.
Espalhamento de corrente em um volume particular édeterminado pelas características de volume (área de superfície contraprofundidade) e mobilidade de elétrons/buracos. Em um semicondutor, oanterior é descrito por coeficientes de difusão. Para muitos semicondutorescompostos, incluindo os sistemas de material de AlInGaP e AlInGaN que sãoos materiais básicos de diodos emissores de luz visível, há uma grandediferença, freqüentemente excedendo uma ordem de magnitude, entre amobilidade de elétrons, pertinente em material de tipo N, e a mobilidade deburacos, pertinente em material de tipo P, dependente dos níveis de dopagem.Quando um campo elétrico externo é aplicado sobre um semicondutor dopadoP ou semicondutor dopado N (tal como a camada tipo P 18 ou camada tipo N16), a corrente de carga elétrica é descrita por uma combinação de deriva (emvirtude do campo elétrico externo aplicado) e difusão. Para níveis de dopagemtípicos (10^17 -10^18 cm"3 ), isto resulta em um forte espalhamento de correntelateral na região de tipo N, e quase nenhum tal espalhamento no material detipo Ρ. Conseqüentemente, uma região dopada P grossa é precisada parapermitir espalhamento lateral suficiente.
No dispositivo emissor de luz 10 nas Figuras 1 e 2, a espessurada camada tipo P 18 é selecionada de forma que o espalhamento de correntelateral na camada, isto é, o espalhamento de corrente na direção horizontal naFigura 1, seja limitado. Desse modo, segmentos endereçáveis individualmente36 podem ser definidos pelas áreas de contato entre os contatos 28 e a camadade tipo P 14. Assim, na concretização mostrada nas Figuras 1 e 2, oespalhamento de corrente é determinado pelas espessura da camada de tipo P14 e pelo tamanho e posicionamento dos contatos 28a-28c. Como pode servisto nas Figuras 1 e 2, o tamanho dos contatos 28a-28c ajuda a definir ossegmentos 36a-36c. Também, o tamanho e posicionamento dos conversoresde comprimento de onda 34a-24c correspondem aos segmentos 36a - 36c.
No dispositivo emissor de luz 10 nas Figuras 1 e 2, algumespalhamento de corrente pode ocorrer entre segmentos diferentes 36. Istosignifica que quando um primeiro segmento é ativado, corrente pode seespalhar a um segundo segmento adjacente, de forma que pelo menos umaparte deste segundo segmento seja iluminado igualmente. Este espalhamentode corrente não desejado pode ser diminuído incorporando regiões de altaresistência no diodo (como ilustrado por exemplo nas Figuras 3-6), quaisregiões de alta resistência separam/definem os segmentos e bloqueiam acorrente elétrica em um segmento para interagir com qualquer segmentovizinho.
Os dispositivos emissores de luz nas Figuras 3a-3b sãosemelhantes àqueles na Figura 1, exceto pelo fato de que a camada tipo P 18 éestruturada através de regiões de alta resistência 40. Na Figura 3a, as regiõesde alta resistência 40 estão incorporadas como sulcos "enchidos" na camadatipo P 18. Quer dizer, as regiões de alta resistência 40 se estendemverticalmente por parte da seção transversal da camada tipo P 18, por meio deque a camada de tipo P permanece contínua. Alternativamente, as regiões dealta resistência 40 podem se estender verticalmente pelo todo da seçãotransversal da camada tipo P 18, até a camada ativa 14, como ilustrado naFigura 3b.
Exemplos da extensão horizontal ou lateral das regiões de altaresistência 40 na camada de tipo P são ilustrados nas Figuras 4a-4b. Na Figura4a, as regiões de alta resistência se estendem através de quase a largura inteirada camada de tipo P. Na Figura 4b, as regiões de alta resistência se estendematravés da largura inteira da camada de tipo P. Como pode ser visto nasFiguras 3a-3b e 4a-4b, a extensão das regiões de alta resistência 40 assimlimita/define os segmentos 36. As regiões altamente resistivas 40 podem serrealizadas por exemplo através de gravura, implantação de íons, etc.
Também deveria ser notado que combinar as variantesmostradas na Figura 3b e Figura 4b resulta em uma camada de tipo Pdescontínua. Uma camada tipo P descontínua provê limitação de correntemelhorada.
A fim de ademais diminuir o espalhamento de correnteindesejado entre segmentos, as regiões de alta resistência 40 podem seestender também na camada ativa 14, como ilustrado na Figura 5, ou aindaademais na camada tipo N 16, como ilustrado na Figura 6. Na Figura 6, aregião de alta resistência 40 se estende verticalmente por parte da seçãotransversal da camada tipo N 16. A camada de tipo N 16 permanece contínua,a fim de evitar que qualquer segmento 36 esteja completamente cortadoeletricamente do contato tipo N 24 e do circuito 22. As regiões de altaresistência podem ter as mesmas ou diferentes extensões laterais nas camadas.Por exemplo, as regiões de alta resistência na camada de tipo P podem ter talextensão que a camada de tipo P se torne descontínua, enquanto as regiões dealta resistência na camada ativa poderiam ter tal extensão que a camada ativapermaneça contínua, isto é, formada em um único pedaço. Exemplos deprojetos das regiões de alta resistência 40 na camada ativa 14, com segmentosresultantes, são ilustrados nas Figuras 8a-8m. Cada uma das Figuras 8a-8dilustra uma camada ativa em forma retangular, onde pelo menos uma regiãode alta resistência se estende paralela ao lado curto da camada ativa. Cadauma das Figuras 8e-8g ilustra um camada ativa em forma quadrada, onde oprojeto global das regiões de alta resistência é essencialmente em forma decruz. Cada uma das Figuras 8h-8m ilustra uma camada ativa em formacircular: nas Figuras 8h-8i, as regiões de alta resistência tem uma formaglobal de estrela, na Figura 8j, a região de alta resistência tem uma formaespiralada, e nas Figuras 8k-8m, a região de alta resistência tem uma forma decruz.
Exceto para espalhamento de corrente entre segmentos comodiscutido acima, também pode haver "diafonia" óptica entre pixéis. Querdizer, radiação da camada ativa, qual radiação é emitida pela camada de tipoN e o substrato transparente aos conversores, pode ser refratada e/ou refletidanas interfaces entre os vários componentes do diodo. Depois derefração/reflexão, a radiação pode alcançar um conversor de comprimento deonda ou de cor associado com um segmento vizinho. A fim de reduzir esta"diafonia" óptica, os componentes pertinentes do diodo podem ser casados emíndice para evitar refração/reflexão. Ademais, o efeito de "diafonia" ópticapode ser reduzido removendo o substrato transparente entre a camada de tipoN e os conversores, de forma que os conversores estejam em contato óptico emecânico com o diodo, como mostrado na Figura 7. Na Figura 7, osconversores estão montados diretamente à camada de tipo N. Deveria sernotado que o substrato transparente pode ser omitido de um modo semelhanteem quaisquer dos dispositivos emissores de luz mostrados nas Figuras 1-6.
Também, embora um dispositivo emissor de luz tendo umaconfiguração 3x1 tenha siso exposto acima (veja Figura 2 por exemplo), odispositivo emissor de luz de acordo com a invenção pode incluir muitos maissegmentos, por exemplo nove segmentos em uma configuração 3x3 comomostrado na Figura 9. O dispositivo emissor de luz 10 na Figura 9 inclui umconjunto de um conversor de azul 34c, um conjunto de quatro conversores devermelho 34a, e um conjunto de quatro conversores de verde 34b.Correspondentemente, o diodo subjacente é dividido em nove segmentosendereçáveis.
Além disso, vários dispositivos emissores de luz do tipodescrito acima podem ser combinados. Por exemplo, três dispositivosemissores de luz 3x1 podem ser combinados para formar um dispositivoemissor luz 3x3. Neste caso, segmentos em dispositivos emissores de luz 3x1diferentes podem ser conectados em série. Se por exemplo cada dispositivoemissor de luz 3x1 incluir um segmento provido com um conversor de corvermelha, estes três "segmentos vermelhos" podem ser conectados em série,formando um "canal de cor" vermelho que pode ser energizado por uma únicacorrente de excitação por meio de um único excitador. Quer dizer, váriossegmentos podem ser endereçados em grupos. Uma vantagem com usarconfiguração em série (em vez de endereçar individualmente cada segmentousando conexões paralelas) é que a tensão é aumentada em lugar da corrente,que é benéfico para os excitadores. Também, usar uma única conexão a váriossegmentos reduz o número de conexões requeridas.
Os dispositivos emissores de luz de cor variável expostos nestepedido podem ser incorporados vantajosamente em um sistema de iluminaçãode cor variável, um exemplo de qual é ilustrado na Figura 10.
Figura 10 é um diagrama de um sistema de iluminação de corvariável 50 incluindo um dispositivo emissor de luz de cor variável 10. Odispositivo emissor de luz de cor variável 10 pode ser de qualquer tipodescrito acima. O dispositivo emissor de luz 10 está acoplado a umcontrolador 52. O controlador 52 é capaz de controlar seu dispositivo emissorde luz associado baseado em um sinal de controle de entrada 54. Maisespecífico, o controlador 52 é capaz de variar a intensidade da irradiação decada segmento de seu dispositivo emissor de luz associado a fim de gerar umacor misturada desejada em resposta ao sinal de controle de entrada.
O sistema de iluminação de cor variável 50 pode ademaisincluir várias ópticas 56 adaptadas para manipular a saída do dispositivoemissor de luz 10. A óptica pode por exemplo ser óptica de formação defeixe, óptica de homogeneização, etc.
Também, o sistema de iluminação de cor variável 50 podeincluir sensores 58 adaptados para medir várias características do dispositivoemissor de luz 10, tal como a cor atual e fluxo da saída do dispositivo emissorde luz, a temperatura do dispositivo emissor de luz, etc. A razão para estasmedições é que as características ópticas dos dispositivos emissores de luzpodem mudar quando elas elevam em temperatura durante operação. Asmedidas da saída atual podem então ser usadas como valores derealimentação que o controlador usa para ajustar o dispositivo emissor de luzde forma que a saída atual tanto quanto possível iguale a saída desejada.Assim, a precisão de saída do dispositivo emissor de luz é melhorada.
Além disso, o sistema de iluminação de cor variável 50 podeincluir muitos componentes adicionais, tais como elementos de esfriamentoativos e/ou passivos para manter a temperatura durante operação, tensão e/oudetectores de corrente para detecção de falha, etc.
Vários sistemas de iluminação de cor variável 50 podem seracoplados juntos, formando uma rede de sistema de iluminação de corvariável como ilustrada na Figura 11. Na Figura 11, a rede de sistemas deiluminação de cor variável 64 inclui três sistemas de iluminação de corvariável 50a-c, os controladores 52a-c de quais estão acoplados em uma redea um processador central 60. Os controladores 52a-c podem por exemplo seracoplados a um barramento de dados comum, que por sua vez está acopladoao processador central 60. Qualquer de uma variedade de protocolosdiferentes (tais como DMX, DALI, etc.) pode ser usado para transferir dadosentre o processador central 60 e os controladores 52a-c, ou entre oscontroladores.
O processador central 60 está ademais acoplado a umainterface de usuário 62.
Na operação da rede de sistema de iluminação 64, um usuáriofixa, pela interface de usuário 62, cores desejadas, saídas de fluxo desejadas,padrões de iluminação, etc., para a rede de sistema de iluminação. A entradade usuário é transferida ao processador central 60, que por sua vez provê oscontroladores 52a-c com sinais de controle de entrada 54a-c correspondentes.Cada controlador 52 controla seu dispositivo emissor de luz 10 associado deacordo com o sinal de controle de entrada, como descrito acima.
A pessoa qualificada na arte percebe que a presente invençãopor nenhum meio está limitada às concretizações preferidas descritas acima.Pelo contrário, muitas modificações e variações são possíveis dentro daextensão das reivindicações anexas. Por exemplo, embora os exemplosanteriores mostrem uma configuração de 'flip-chip1, também é possível usarpor exemplo um diodo ligado por fios tendo blocos de contato no lado de topodo diodo.
Ademais, enquanto a Figura 11 mostra uma rede incluindo trêsdispositivos emissores de luz de cor variável, deveria ser apreciado que ainvenção não está limitada neste respeito, como qualquer número dedispositivos emissores de luz pode ser usado no sistema de iluminação.
Claims (15)
1. Dispositivo emissor de luz de cor variável (10),caracterizado pelo fato de incluir um diodo emissor de luz (12) para emitirluz, dito diodo incluindo uma pluralidade de camadas eletricamentecondutoras (14, 16, 18), pelo menos uma das quais sendo tal queespalhamento de corrente lateral no diodo seja limitada para formar pelomenos dois segmentos eletricamente endereçáveis independentemente (36),para permitir iluminação de um número opcional dos segmentos, em que pelomenos um dos vários segmentos é provido com um conversor decomprimento de onda (34) adaptado para converter pelo menos parte da luzemitida de seu segmento associado para gerar luz de uma certa cor primária.
2. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito diodo inclui uma únicacamada ativa contínua (14) interposta entre uma camada de tipo N (16) e umacamada de tipo P (18).
3. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois segmentoseletricamente endereçáveis independentemente compartilham a mesma únicacamada ativa contínua.
4. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comqualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que odito diodo inclui pelo menos uma região de alta resistência (40), a extensão dedita pelo menos uma região de alta resistência definindo ditos segmentos.
5. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região de altaresistência está incorporada em dita camada de tipo P.
6. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região de altaresistência está incorporada em dita camada de tipo N.
7. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região de altaresistência está incorporada em dita camada ativa e pelo menos uma ditacamada de tipo de P e camada de tipo N.
8. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 2, caracterizado pelo fato de que contatos elétricos (28) estãoconectados à camada de tipo P, e em que a espessura de dita camada de tipo Pé tal que espalhamento de corrente lateral no diodo seja limitado, por meio deque dito segmentos são definidos pela área de contato entre os contatos e acamada de tipo P.
9. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito diodo é crescidomonoliticamente.
10. Dispositivo emissor de luz de cor variável de acordo comreivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um conversor decomprimento de onda está em contato mecânico e óptico com o diodo.
11. Sistema de iluminação de cor variável (50), caracterizadopelo fato de incluir:pelo menos um dispositivo emissor de luz de cor variável (10)de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-10, e pelo menos umcontrolador (52), cada controlador estando acoplado a pelo menos umdispositivo emissor de luz de cor variável e capaz de variar a intensidade dailuminação de cada segmento de seus dispositivos emissores de luz associadosa fim de gerar uma cor misturada desejada em resposta a um sinal de controlede entrada (54).
12. Rede de sistema de iluminação de cor variável (64),caracterizado pelo fato de incluir:uma pluralidade de sistemas emissores de luz de cor variável(50) de acordo com reivindicação 11, os controladores de quais estandoacoplados juntos em uma rede, eum processador central (60) para prover sinais de controle deentrada, baseado em instruções de uma interface de usuário (62), para oscontroladores por dita rede.
13. Conjunto de dispositivo emissor de luz de cor variável,caracterizado pelo fato de incluir uma pluralidade de dispositivos emissoresde luz de cor variável (10) como definidos em qualquer uma dasreivindicações 1-10, em que o segmento responsável por emitir luz de umacerta cor primária em combinação com qualquer conversor de comprimento10 de onda em um dos dispositivos emissores de luz está conectado em série como segmento ou segmentos responsáveis por emitir luz da mesma cor primáriaem pelo menos um outro dos dispositivos emissores de luz.
14. Controlador (52) para um sistema de iluminação de corvariável, o sistema incluindo pelo menos um dispositivo emissor de luz de corvariável (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1-10,caracterizado pelo fato de que o controlador está acoplado a pelo menos umdos dispositivos emissores de luz de cor variável e adaptado para variar aintensidade da iluminação de cada segmento de seus dispositivos emissores deluz de cor variável associados a fim de gerar uma cor misturada desejada emresposta a um sinal de controle de entrada (54).
15. Método para controlar um dispositivo emissor de luz decor variável (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1-10, ométodo caracterizado pelo fato de incluir:variar a intensidade da iluminação de cada segmento dodispositivo emissor de luz a fim de gerar uma cor misturada desejada emresposta a um sinal de controle de entrada (54).
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