BRPI0718194A2 - Embalagem de módulo de luz - Google Patents
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Description
"EMBALAGEM DE MÓDULO DE LUZ"
Esta invenção relaciona-se a uma embalagem de módulo de luz com um diodo emissor de luz montado sobre um substrato e um camada, que converte a luz emitida do diodo emissor de luz, onde o brilho e/ou a cor da luz deixando uma embalagem de módulo de luz é controlada.
É conhecido sentir a temperatura no diodo emissor de luz (LED) ou sentir a saída de luz no LED, e utilizar a temperatura sentida ou saída de luz sentida como uma realimentação para uma fonte de alimentação. Um controlador é usualmente utilizado com estas embalagens de módulo de luz para pelo menos "ligar" e "desligar" os LEDs. A saída de luz e/ou cor dos LEDs pode também ser controlada ajustavelmente pelo controlador. Isto requer o uso de luz ou sensores ópticos para sentir a saída de lúmen e/ou cor (um comprimento de onda) do dispositivo de luz e prover esta informação ao controlador. Em tais embalagens de módulo de luz, sentir uma saída luminosa de um LED pode prover um benefício através de sentir uma temperatura no LED. Especificamente, sentir a saída luminosa de um LED permite compensação quanto a ambas degradações induzidas pela temperatura e induzidas pela idade de uma saída luminosa pelo LED. A espécie do dispositivo de luz é descrita na US 6.617.795 B2. A embalagem de módulo de luz inclui um elemento de suporte, no qual se montam dois ou mais LEDs, pelo menos um sensor de realimentação para relatar informação quantitativa e espectral a um controlador externo à embalagem e um circuito de processamento de sinal para preparar os sinais gerados por um ou mais sensores, para processamento digital pelo controlador. Óptica passiva é montada através do LED, sensores e circuito de processamento de sinal, no elemento de suporte 12, para manipular opticamente a luz produzida pela embalagem. Desvantajosamente, a medição da saída luminosa do LED é perturbada pela luz ambiente brilhando no sensor de luz. No sentido de detectar a saída luminosa de um LED, precisamente, todas as outras fontes de luz espúrias externas precisam ser desprezadas. EP 1 067 824 A2 descreve que o impacto do LED e luz ambiente no sinal do sensor de luz pode ser separado, modulando a luz do LED e correlacionando apropriadamente a configuração de modulação e o sinal do sensor. Entretanto, isto envolve esquemas complicados de acionamento e controle. As complicações encontradas aumentam com o aumento do número de LEDs ou cadeias de LEDs, cujo brilho tem que ser controlado, uma vez que a luz a partir de um LED (cadeia) tem que ser separada da luz ambiente e da luz dos LEDs ou cadeias de LEDs adjacentes. Na US 2005/133686 Al é proposto medir individualmente o brilho de LEDs isolados. Entretanto, são usadas construções complicadas no sentido de guiar a luz de cada LED único a seu sensor de luz associado.
O W02006/087660 Al descreve uma embalagem de módulo de luz com um substrato de montagem, que é simultaneamente realizada como um contato elétrico. Dentro de recipiente tipo taça de reflexão é contido um diodo de reflexão, em que o recipiente tipo taça de reflexão é revestido por uma camada de cerâmica monolítica. A luz, emitida pelo dito elemento de diodo, ilumina dita camada de cerâmica monolítica, em que dita camada de cerâmica monolítica compreende um material conversor de comprimento de onda. No resultado, uma fonte de luz é realizada com uma superfície de iluminação homogênea, representada pela dita camada de cerâmica monolítica. Infelizmente, no arranjo específico do elemento de diodo em relação à dita camada de cerâmica monolítica, o controle da saída luminosa, emitida pelo elemento de diodo, não é habilitado, porque um elemento de sensoreamento não é capaz de ser integrado no recipiente em forma de taça de reflexão e nenhum princípio de reflexão pode ser usado para iluminar a área sensível de dito elemento de sensoreamento.
A invenção tem por objetivo melhorar a embalagem de módulo de luz acima mencionado. Em particular, é um objetivo da presente invenção prover uma embalagem de módulo de luz com uma configuração simples, onde um fluxo estabilizado pode ser aplicado, controlando o brilho e/ou a cor da luz emitida e/ou sua distribuição espacial.
Este objetivo é alcançado por uma embalagem de um módulo de luz conforme ensinado pela reivindicação 1 da presente invenção. Realizações vantajosas da embalagem inventiva são definidas nas sub reivindicações.
Conseqüentemente, uma embalagem de módulo de luz é provida de um substrato de montagem para montar e contactar eletricamente pelo menos um diodo emissor de luz, uma camada de cerâmica disposta em um trajeto da luz emitida pelo diodo emissor de luz, onde a camada de cerâmica compreende um material conversor de comprimento de onda, o diodo emissor de luz disposto entre a camada de cerâmica e o substrato de montagem, e um sensor de luz disposto no substrato de montagem, detectando uma saída luminosa do diodo emissor de luz, no sentido de controlar o brilho e/ou a cor da luz deixando o módulo de luz, onde a área sensível do sensor de luz é voltada diretamente para a camada de cerâmica e que a camada de cerâmica é apenas parcialmente translúcida para brindar o sensor de luz contra luz ambiente.
Uma das idéias essenciais desta invenção é baseada no fato de que uma camada de cerâmica está disposta na embalagem de módulo de luz, convertendo à luz primária emitida pelo LED em uma luz secundária deixando a citada embalagem de módulo de luz. Vantajosamente, a camada de cerâmica é composta de, ou inclui um material conversor de comprimento de onda tal como um fósforo. A camada de cerâmica luminescente de acordo com a invenção é mais robusta e menos sensível à temperatura do que as camadas de fósforo da técnica anterior. No sentido de detectar a saída luminosa do LED precisamente, a camada de cerâmica é apenas parcialmente
segue-se a página 3 a 3a translúcida, blindando o sensor de luz contra luz ambiente. Durante o acionamento da embalagem de módulo de luz, a camada de cerâmica luminescente atua como uma "fonte de luz ativa" a partir da qual a luz está deixando a embalagem de módulo de luz. Enquanto a camada de cerâmica converte a luz emitida do LED em uma luz secundária com um comprimento de onda diferente, a luz ambiente não afeta a medição do sensor de luz essencialmente. Preferivelmente, o impacto do espalhamento de fabricação do brilho da luz produzida da embalagem de módulo de luz pode ser compensado por calibração, variações de brilho com o envelhecimento e variações de temperatura são compensadas usando controle de realimentação, detectando a saída luminosa. O sensor de luz provê um sinal de realimentação a uma fonte de alimentação, de tal modo que a fonte de alimentação pode controlar a corrente provida ao LED. Vantajosamente, o sensor de luz é integrado na embalagem de módulo de luz, onde, deste modo, uma embalagem com fator de forma otimizado, fino, plano, pode ser obtido.
É uma vantagem essencial de acordo com a presente invenção arranjar dito sensor de luz de tal maneira, a área sensível do sensor de luz é voltada diretamente para a camada cerâmica. Então, o sensor de luz detecta a luz
segue-se a página 4 convertida da camada cerâmica. De acordo com a realização preferida da presente invenção, a camada cerâmica e o sensor de luz são extremamente finos. O sensor de luz pode ser disposto entre o substrato de montagem e a camada cerâmica. Alternativamente, o sensor de luz pode ser integrado no substrato de montagem.
Em uma outra realização, é também possível que a camada cerâmica compreenda um guia de luz, e é direcionado ao sensor de luz. Neste caso, o guia de luz transporta a quantidade desejada de saída luminosa, da camada cerâmica para o sensor de luz que é, por exemplo, embutida no substrato. Citado guia de luz pode fazer parte da camada cerâmica. Vantajosamente, o guia de luz é em forma de nariz, onde o final do guia de luz está localizado a uma distância do sensor de luz. Alternativamente, o guia de luz se estende até o sensor de luz, onde o término do guia de luz contacta a face superior do sensor de luz.
Em uma outra realização preferida, o guia de luz pode ser feito de um material diferente como a camada cerâmica, onde citado guia de luz está localizado entre a camada cerâmica e o sensor de luz.
Se desejado, adicionalmente uma camada refletora pode ser disposta na camada cerâmica, provendo uma blindagem adicional contra a luz ambiente, no sentido de assegurar que a saída luminosa detectada pelo sensor de luz não é influenciada por fontes de luz externas em geral. O sensor de luz funcionando como um sensor de realimentação, pode compreender um ou mais sensores ópticos, um ou mais sensores de temperatura (térmicos), e preferivelmente uma combinação de pelo menos um sensor óptico e pelo menos um sensor de temperatura (término). O sensor óptico pode compreender um foto-sensor convencional tal como um fotodiodo. O sensor óptico relata a saída luminosa do LED em termos quantitativos (intensidade de luz) e/ou espectrais (comprimento de onda), a um controlador externo. Adicionalmente, um sensor de temperatura está disposto no substrato de montagem, medindo a temperatura do LED e/ou do sensor de luz. O sensor de temperatura pode compreender uma junção de diodo semicondutor, um circuito de referência de intervalo de faixa ou qualquer outro elemento sensor térmico usado na técnica de circuitos integrados. O sensor térmico relata a saída quantitativa e espectral do LED ao controlador externo, medindo a temperatura do substrato de montagem, que por sua vez pode ser correlacionada à temperatura de operação do LED. O sensor de temperatura e o sensor de luz provêm um sinal de realimentação para a fonte de alimentação, que pode acionar o módulo de LED individual com o fluxo estabilizado, brilho e/ou cor predeterminados.
Em uma realização preferida da invenção, o sensor de luz está disposto adjacente à camada cerâmica. Deste modo contraste de sinal do sensor de luz é reforçado, devido ao grande ângulo de aceitação de luz do sensor acoplado opticamente, para luz gerada na camada cerâmica, comparado à luz externa. Também, luz dos LEDs adjacentes pode ser efetivamente blindada. Então, o sensor de luz detecta a saída luminosa deste LED, onde a medição do sensor de luz não é afetada pela saída dos LEDs adjacentes. Vantajosamente, o LED é conectado com um circuito de acionamento AC ou DC.
A camada cerâmica luminescente pode ser anexada ao LED, sensor de luz, substrato de montagem, por exemplo, por uma adesão oscilante, sinterização, colagem, com camadas finas de adesivos orgânicos conhecidos tais como epóxi ou um silicone, colagem com adesivo inorgânicos de alto índice e colagem com vidros sol-gel. Uma vantagem da camada cerâmica luminescente é a capacidade de moldar, moer, trabalhar, marcar a quente ou polir a camada cerâmica em formas que são desejáveis, por exemplo, para extração de luz aumentada.
Adicionalmente, elementos ópticos como lentes, fibras, etc., podem ser arranjados na embalagem de módulo de luz. Preferivelmente, a superfície da camada cerâmica compreende uma lente, uma lente de domo, uma lente de Fresnel ou uma superfície da camada cerâmica é texturizada. Um dispositivo LED usando mais de uma embalagem de módulo de luz pode apresentar variações de brilho indesejadas da luz emitida, devido a variações de brilho das fontes de luz. Módulos de luz com fluxo estabilizado podem ser usados para suprimir tais variações de brilho da luz emitida. Em uma calibração inicial, os valores de brilho (relativos) das fontes de luz individuais resultando na melhor distribuição de brilho homogênea possível da luz emitida, são determinados. Subseqüentemente, cada embalagem de módulo de luz com fluxo estabilizado controla seu brilho até o valor desejado, mesmo contra variações devidas a envelhecimento e temperatura. De um modo similar, a cor e brilho de uma fonte de LED compreendendo embalagens de módulo de luz com fluxo estabilizado e cores primárias diferentes, podem ser controlados de um modo simples antecipado comandando para cada embalagem de módulo de luz o brilho (fluxo) que este gerará, o qual foi determinado no procedimento de calibração inicial. Também, para dispositivos LED de cor variável maiores, que usam por exemplo, vários LEDs para produzir uma luz de uma cor, variações de brilho/cor da luz emitida pelo dispositivo LED completo podem ser suprimidas usando embalagens de módulo de luz com fluxo estabilizado e controlando a embalagem de módulo de luz individual para condições de brilho/fluxo predeterminadas.
A embalagem de módulo de luz da presente invenção com fluxo estabilizado pode ser aplicado a aplicações de iluminação de LED, onde o brilho e cor da luz emitida e/ou sua distribuição espacial serão controlados.
A embalagem de módulo de luz de acordo com a presente invenção pode ser usado em uma variedade de sistemas, entre eles sistemas de aplicação doméstica, sistemas de lanterna traseira, sistemas de projeção (irradiadores de LED), iluminação automotiva (por exemplo, lâmpadas de farol), sistemas de iluminação de lojas, sistemas de iluminação domésticos, sistemas de iluminação de cadência métrica, sistemas de iluminação de foco, sistemas de aplicação de fibra óptica, sistemas de projeção, sistemas de visualização de auto iluminação, sistemas de visor de segmentos, sistemas de sinalização de advertência, sistemas de aplicação de iluminação médicos, sistemas de visualização de telefone móvel, sistemas indicadores de sinalização, sistemas de iluminação decorativa ou sistemas eletrônico de um ambiente flexível, tais como têxteis e outros utilizáveis. Os componentes anteriormente mencionados, bem como os
componentes reivindicados e os componentes a serem usados de acordo com a invenção nas realizações descritas, não estão sujeitos a quaisquer exceções especiais com respeito a seu tamanho, forma, seleção de material e conceito técnico, de tal modo que os critérios de seleção conhecidos no campo pertinentes podem ser aplicados sem limitações.
Detalhes adicionais, características e vantagens do objetivo da invenção estão discutidos nas sub reivindicações e a seguinte descrição das respectivas figuras - que de um modo exemplificador - mostra realizações preferidas da embalagem de módulo de luz de acordo com a invenção. Figura 1 mostra uma vista muito esquemática de uma
embalagem de módulo de luz de acordo com uma primeira realização da presente invenção,
Figura 2 mostra uma vista muito esquemática de uma embalagem de módulo de luz de acordo com uma segunda realização da presente invenção,
Figura 3 mostra uma vista muito esquemática de uma embalagem de módulo de luz de acordo com uma terceira realização da presente invenção,
Figura 4 mostra uma vista muito esquemática de uma embalagem de módulo de luz de acordo com uma quarta realização da presente invenção,
Figura 5 mostra uma vista muito esquemática de uma embalagem de módulo de luz de acordo com uma quinta realização da presente invenção.
Figura 1 mostra uma embalagem de módulo de luz 1, com um substrato de montagem IOe uma camada cerâmica luminescente 40, onde um LED 20 é disposto entre ambas citadas camadas. Um sensor de luz 30 é colocado adjacente ao LED 20 e entre o substrato de montagem 10 e a camada cerâmica 40, no sentido de detectar uma saída luminosa do diodo emissor de luz 20. A camada cerâmica 40 é somente parcialmente translúcida para blindar o sensor de luz 30 contra luz ambiente. Nas realizações mostradas da invenção, a camada cerâmica 40 compreende um aglomerado rígido de partículas de fósforo. Durante o acionamento da embalagem de módulo de luz 1, o LED 20 emite luz primária direcionada à camada cerâmica 40. Na camada cerâmica 40, a luz primária é convertida em uma luz secundária com um comprimento de onda diferente, a qual está deixando a embalagem de módulo de luz 1. A área sensível do sensor de luz 30 é faceada diretamente com a camada cerâmica 40, no sentido de medir a saída luminosa do diodo emissor de luz 20. O sensor de luz 30 pode receber primariamente diretamente uma fração da luz emitida pelo LED 20, ou pode primariamente receber luz convertida pela cerâmica luminescente 40, ou pode receber uma combinação de ambas. Isto pode ser controlado aplicando camadas de filtro apropriadas no topo do sensor de luz 30 em sua interface na direção da cerâmica luminescente 40. O sensor de luz 30 provê um sinal de realimentação para uma fonte de alimentação não mostrada, que pode acionar o LED 20 com fluxo estabilizado e brilho e/ou cor predeterminados.
Adicionalmente, a embalagem de módulo de luz 1 pode compreender um sensor de temperatura 50, que está disposto entre a camada cerâmica 40 e o substrato de montagem 10, adjacente ao LED 20, medindo a temperatura do diodo emissor de luz 20. Como o sensor de luz 30, o sensor de temperatura 50 provê um sinal de realimentação à fonte de alimentação, no sentido de controlar o acionamento do LED 20. Adicionalmente, o sensor de temperatura 50 pode medir a temperatura do sensor de luz 30. Neste caso, o sensor de temperatura 50 pode ser colocado entre o sensor de luz 30 e o LED 20, o que não é mostrado explicitamente.
A camada cerâmica 40, que pode compreender uma estrutura em multicamadas possuindo pelo menos duas camadas cerâmicas simples anexadas uma a outra, é formada com uma face superior 42 e uma face inferior 43, onde a face inferior 43 está direcionada ao substrato de montagem 10.
Figura 2 mostra uma outra realização da invenção, onde o sensor de luz 30 é integrado no substrato de montagem 10. A camada cerâmica 40 compreende um guia de luz 41 sendo em forma de nariz, onde o final do guia de luz 41 está localizado em uma distância ao sensor de luz 30. O guia de luz 41 suporta o transporte da quantidade desejada de luz convertida pela camada cerâmica 40 ao sensor de luz 30. Nesta realização, a camada cerâmica 40 e o guia de luz 41 são uma peça uniforme.
Em uma outra realização da invenção, o guia de luz 41 pode ser feito de um material diferente como a camada cerâmica 40, o que é mostrado na Figura 3. O guia de luz 41 se estende até o sensor de luz 30, contactando a área sensível do sensor de luz 30.
De acordo com a Figura 4, a cerâmica luminescente 40 é parcialmente coberta na face superior 42 por uma camada refletora 60. A camada refletora 60 é uma camada de metal sendo metalizada sobre a camada cerâmica 40. A camada refletora 60, sendo colocada acima do sensor de luz 30, provê uma blindagem adicional contra a luz ambiente.
Figura 5 mostra uma possibilidade adicional da embalagem de módulo de luz 1, onde o sensor de luz 30 é disposto adjacente à camada cerâmica 40. Neste caso, a área sensível do sensor de luz 30 é direcionada em seu lado direito à camada cerâmica 40. O sensor de luz 30 serve como uma blindagem adicional para os LEDs, o qual pode ser disposto adjacente à embalagem de módulo de luz 1, que não são mostrados nas realizações.
LISTA DE NUMERAIS
60
42
43
50
41
40
20
30
10
embalagem de módulo de luz substrato de montagem diodo emissor de luz sensor de luz camada cerâmica guia de luz
face superior da camada cerâmica face inferior da camada cerâmica sensor de temperatura camada refletora
Claims (11)
1. Embalagem de módulo de luz (1), caracterizada pelo fato de compreender: substrato de montagem (10) para montar e contactar eletricamente pelo menos um diodo emissor de luz (20), camada cerâmica (40) disposta em um trajeto de luz emitida pelo diodo emissor de luz (20), onde a camada cerâmica (40) compreende um material conversor de comprimento de onda, o diodo emissor de luz (20) disposto entre a camada cerâmica (40) e o substrato de montagem (10), um sensor de luz (30) disposto no substrato de montagem (10), detectando uma saída luminosa do diodo emissor de luz (20), no sentido de controlar o brilho e/ou a cor da luz deixando o módulo de luz (1), onde a área sensível do sensor de luz (30) é diretamente voltada para a camada de cerâmica (40) e que a camada cerâmica (40) é apenas parcialmente translúcida para blindar o sensor de luz (30) contra a luz ambiente.
2. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com o reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sensor de luz (30) é integrado no substrato de montagem (10).
3. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com o reivindicado na reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a camada cerâmica (40) compreende um guia de luz (41) que é direcionado ao sensor de luz (30).
4. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com o reivindicado na reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o guia de luz (41) é em forma de nariz, onde o final do guia de luz (41) está localizado a uma distância do sensor de luz (30).
5. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com o reivindicado na reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o guia de luz (41) se estende até o sensor de luz (30).
6. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com quaisquer reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que uma camada refletora (60) é disposta na camada cerâmica (40), provendo uma blindagem adicional contra luz ambiente.
7. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com o reivindicado na reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a camada cerâmica (40) é formada com uma face superior (42) e uma face inferior (43), onde a face inferior (43) é direcionada ao substrato de montagem (10), onde a camada refletora (60) é disposta na face superior (42).
8. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com quaisquer reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que um sensor de temperatura (50) é disposto no substrato de montagem (10), medindo a temperatura do diodo emissor de luz (20) e/ou do sensor de luz (30).
9. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com quaisquer reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada cerâmica (40) compreende um aglomerado rígido de partículas de fósforo.
10. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com quaisquer reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada cerâmica (40) compreende uma estrutura em multicamadas possuindo pelo menos duas camadas cerâmicas únicas, que são anexadas uma a outra.
11. Embalagem de módulo de luz (1) de acordo com quaisquer reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o sensor de luz (30) é disposto adjacente à camada cerâmica (40).
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