ES2318306T3 - Procedimiento y aparato para sistemas de lamparas con panel de led. - Google Patents
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Abstract
una fuente de luz (12) para producir radiación que tiene una longitud de onda igual o inferior a 510 nm; y un recinto (14) que rodea un área de generación de radiación de la fuente de luz para rodear por lo menos sustancialmente la radiación, comprendiendo el recinto: unos laterales; una primera parte que es sustancialmente reflectante de la radiación, y por lo menos una segunda parte que comprende una parte (32) de fósforo en un panel superior extraíble e intercambiable (30) que encaja en una abertura (50) en una parte superior del recinto, estando separada la segunda parte con respecto al área generadora de radiación de la fuente de luz, comprendiendo la parte de fósforo: una superficie receptora de radiación y una superficie emisora de luz para entregar luz visible.
Description
Procedimiento y aparato para sistemas de
lámparas con panel de LED.
La presente solicitud se refiere a la técnica de
los sistemas de iluminación por LED que producen luz visible.
Encuentra aplicación en la iluminación de uso general y se
describirá haciendo referencia particularmente a esta última. Los
expertos en la materia apreciarán la aplicabilidad de la presente
solicitud a una variedad de aplicaciones tales como iluminación
ornamental, de efectos especiales, y otras.
Típicamente, los sistemas de iluminación por
LED, que producen luz blanca o visible, incorporan LED azules
recubiertos con fósforo que convierte parte de la radiación de luz
azul en un color complementario, por ejemplo, una emisión
amarilla-verde. Las emisiones combinadas de azul,
amarillo y verde producen una luz blanca, que tiene típicamente una
temperatura correlacionada de aproximadamente 5.000 K y un índice de
rendimiento de color (Ra) de aproximadamente entre 70 y 75.
En los últimos años, sistemas de iluminación por
LED blancos desarrollados recientemente unifican un chip emisor de
UV recubierto con fósforo que están diseñados para convertir la
radiación UV en luz visible. Frecuentemente, para conseguir una
aproximación a la luz blanca se utilizan dos o más bandas de emisión
de fósforo.
Existen varios problemas asociados a los LED
recubiertos con fósforo. Históricamente, los LED recubiertos con
fósforo presentan unos rendimientos de los encapsulados bastante
bajos. El rendimiento del encapsulado se define como la relación de
la producción lumínica real del LED con respecto a la luz que se
obtendría si toda la radiación generada saliese del encapsulado sin
ser absorbida. Como las partículas de fósforo generan luz que es
irradiada equitativamente en todas las direcciones, parte de la luz
es dirigida hacia atrás, por ejemplo, hacia la estructura del chip,
sustrato, submontura, y conductores de los LED, que absorben una
cantidad sustancial de luz. Adicionalmente, como los fósforos no
son típicamente absorbentes perfectos de la radiación UV o azul,
parte de la radiación emitida por el propio chip de los LED se ve
reflejada también hacia atrás sobre los elementos estructurales
mencionados anteriormente.
Adicionalmente, para evitar las fugas de UV, el
recubrimiento de fósforo debe ser de forma típica relativamente
grueso, por ejemplo, un espesor de por lo menos entre 5 y 7
partículas, lo cual hace que aumente la reflectancia visible del
recubrimiento. La luz perdida debido a una absorción de radiación
(tanto inicial como convertida) por parte de la estructura del
chip, la submontura, el reflector y los conductores de los LED
limita el rendimiento del encapsulado de los LED recubiertos con
fósforo a típicamente entre el 50 y 70%.
Además, ciertos fósforos, tales como algunos de
la familia del manganeso, presentan unos tiempos de decaimiento
excesivos. Cuando los fósforos con tiempos de decaimiento excesivos
se exponen a una emisión de flujo elevado, es decir, muy próximos a
los LED, el rendimiento efectivo se reduce.
El documento EP 0933823, considerado como la
técnica anterior más cercana, da a conocer un aparato de iluminación
que comprende: una fuente de luz para producir radiación UV; y un
recinto que rodea un área generadora de radiación de la fuente de
luz para rodear por lo menos sustancialmente la radiación,
comprendiendo el recinto: unos laterales, una primera parte que es
sustancialmente reflectante de la radiación, y por lo menos una
segunda parte que comprende una parte de fósforo sobre un panel
superior no extraíble fijado en la parte superior del recinto,
estando separada la segunda parte con respecto al área generadora de
radiación de la fuente de luz, comprendiendo la parte de fósforo:
una superficie receptora de radiación y una superficie emisora de
luz para entregar luz visible.
La presente solicitud contempla un aparato nuevo
y mejorado que supera los problemas mencionados anteriormente y
otros.
Según un aspecto de la presente invención, se da
a conocer un aparato de iluminación que comprende una fuente de luz
para producir radiación que tiene una longitud de onda igual o
inferior a 510 nm y un recinto que rodea una zona generadora de
radiación de la fuente de luz para rodear por lo menos
sustancialmente la radiación. El recinto comprende unos laterales,
una primera parte que es sustancialmente reflectante de la
radiación, y por lo menos una segunda parte que comprende una parte
de fósforo sobre un panel superior extraíble e intercambiable que
encaja en una abertura en una parte superior del recinto. La segunda
parte está separada del área generadora de radiación de la fuente
de luz. La parte de fósforo comprende una superficie receptora de
radiación y una superficie emisora de luz para entregar luz
visible.
Una de las ventajas de la presente solicitud
reside en separar de forma remota el fósforo con respecto a las
fuentes de los LED.
Otra de las ventajas reside en proporcionar una
estructura en la que la combinación y concentración de los fósforos
se ajustan de forma remota.
Otra de las ventajas reside en la
intercambiabilidad del panel contenedor de fósforo.
La solicitud puede materializarse en varios
componentes y disposiciones de componentes, y en varias etapas y
disposiciones de etapas. Los dibujos se ofrecen únicamente con el
fin de ilustrar las formas de realización preferidas y no deben
considerarse como limitativos de la solicitud.
La Figura 1 es una vista esquemática de un
conjunto de iluminación por LED según la presente solicitud;
la Figura 2 es una vista en parte transversal de
un elemento contenedor de fósforo;
la Figura 3 es una vista esquemática de un
conjunto de iluminación por LED con un panel superior extraíble;
y
la Figura 4 es una vista en parte transversal
del conjunto de iluminación por LED que presenta un recinto con
forma de bombilla.
En referencia a las Figuras 1 y 3 a 4, un
conjunto (10) de iluminación con panel de LED comprende en general
una fuente (12) de luz y un recinto (14) que rodea a la radiación
emitida por la fuente (12) de luz. La fuente (12) de luz comprende
un sistema (16) de interconexión para montar y conectar dispositivos
emisores de luz o LED (18) tales como LED UV en chip o
encapsulados. Preferentemente, los LED (18) tienen longitudes de
onda inferiores a 510 nm. Un disipador término (20), que comprende
una pluralidad de elementos disipadores de calor tales como unas
aletas (22), está dispuesto en conexión térmica con los LED (18) y
el sistema de interconexión (16) para disipar calor generado por
los LED (18). Preferentemente, el sistema de interconexión (16)
comprende una placa de circuito impreso o una placa de
interconexión o placas de interconexión (24) que comprende
circuitería para alimentar los LED (18) y los conductores para la
comunicación eléctrica con una fuente de alimentación. Las placas de
interconexión (24) se seleccionan de entre placas de circuito
disponibles comercialmente, tales como las placas de circuito
disponibles en BERGQUIST, con el fin de proporcionar medios
adecuados para eliminar calor generado por los LED (18) y disiparlo
en el disipador térmico (20). Preferentemente, la placa de
interconexión (24) es una placa del tipo térmicamente conductora,
de resina de vidrio epoxi con vías térmicas, o similares. Una
superficie de montaje (26) del sistema de interconexión (16) se
fabrica preferentemente a partir de un material altamente
reflectante. En una de las formas de realización, la superficie (26)
está recubierta con un material reflectante dejando las aberturas
para los emisores. Preferentemente, el conjunto de iluminación (10)
utiliza una electrónica interna o externa para lograr los niveles
deseados de control de voltaje y corriente. En una de las formas de
realización, se crean circuitos en serie y/o paralelo para
proporcionar el voltaje de funcionamiento deseado y mejorar la
fiabilidad del sistema en su conjunto.
Los LED (18) están fijados a la(s)
placa(s) de interconexión (24) en matrices o tiras
dependiendo de los requisitos del sistema de iluminación. En una de
las formas de realización, en la que se usan los LED encapsulados,
los LED (18) están soldados, pegados mediante el uso de un adhesivo
conductor, o fijados de otra manera con capacidad de conducción a
la placa de interconexión (24). En otra de las formas de
realización, en la que se usan los LED sobre chip o LED sobre
submonturas, los LED (18) están unidos directamente a la placa de
interconexión (24) mediante el uso de un adhesivo térmicamente
conductor y están unidos eléctricamente por cables a la circuitería.
Alternativamente, los LED sobre chip están montados con tecnología
flip-chip y fijados directamente a la placa
(24) usando métodos de adhesivos conductores, soldadura,
termosónicos o de termocompresión. Sobre la superficie del chip de
los LED sobre chip se aplica preferentemente un gel de adaptación
del índice. El sistema de interconexión (16) está fijado al
disipador térmico (20) usando un compuesto térmicamente
conductor.
Continuando con la referencia a la Figura 1, el
recinto (14) comprende cuatro paredes o laterales (28) y un panel
superior (30). Por lo menos una parte del recinto (14) comprende una
capa (32) de fósforo para convertir la radiación UV, emitida por
los LED (18), en luz visible. En una de las formas de realización,
la capa (32) de fósforo es un fósforo tricolor
(rojo-verde-azul) que está
dispersado en el interior o en una capa uniforme interna del panel
(30). Preferentemente, la óptica de control está integrada en la
estructura del panel. Un intersticio de aire entre el panel
superior (30) y los LED (18) está controlado por una altura del
recinto (14), por ejemplo, la altura de las paredes (28). La altura
del recinto se determina de tal manera que el sistema de iluminación
(10) proporcione un patrón de emisión uniforme. Típicamente, la
altura del recinto se selecciona dependiendo de la separación y del
patrón de emisión angular de los LED (18).
Preferentemente, por lo menos una parte de las
paredes (28) del recinto comprende un recubrimiento reflectante de
UV de tal manera que una cantidad sustancial de la radiación UV que
incide en las paredes (28) es reflejada de vuelta hacia el recinto
(14). Opcionalmente, las paredes (28) están construidas a partir del
material reflectante de UV. En una de las formas de realización, un
interior de las paredes (28) está recubierto con un material que es
altamente reflectante para las longitudes de onda de luz generadas
por el fósforo que está presente dentro del sistema.
Típicamente, los fósforos para el sistema de
iluminación (10) se seleccionan para obtener un rendimiento elevado
y un color apropiado durante el funcionamiento del sistema de
iluminación (10), y para minimizar la intensidad de los efectos de
saturación. Preferentemente, los fósforos se seleccionan de entre
los fósforos con temperaturas de color (CCTs) comprendidas entre
2.500 y 10.000 K e índices de rendimiento de color (CRIs)
comprendidos entre 50 y 99. La mezcla o concentración de los
fósforos se modifican fácilmente para crear una amplia variedad de
temperaturas de color, puntos de color o CRIs para un usuario
individual sin cambios en la fuente de luz (12). En la Tabla 1 se
proporcionan ejemplos de fósforos inorgánicos que se usan en la
presente solicitud. En una de las formas de realización, se usan
los fósforos orgánicos o combinaciones de fósforos inorgánicos y
orgánicos. Entre los ejemplos de los fósforos orgánicos para ser
usados con la presente solicitud se encuentran los colorantes
Lumogen F de BASF tales como Amarillo 083 Lumogen F, Naranja 240
Lumogen F, Rojo 300 Lumogen F, y Violeta 570 Lumogen F.
Evidentemente, se contempla también el uso de otros fósforos tales
como los complejos de tierras raras con componente orgánico
descritos en la patente US nº 6.366.033; los fósforos de puntos
cuánticos descritos en la patente US nº 6.207.229; los nanofósforos
descritos en la patente US nº 6.048.616; u otros fósforos
adecuados.
Preferentemente, los efectos de saturación se
minimizan seleccionando fósforos con los tiempos de decaimiento más
reducidos (\tau<1 ms). Opcionalmente, los efectos de saturación
se minimizan difundiendo el flujo UV eventual sobre fósforos que
presenten tiempos de decaimiento más largos. En una de las formas de
realización, la difusión de flujo UV eventual sobre fósforos se
logra alejando más las capas de fósforo con respecto a los LED
emisores de UV.
Haciendo referencia a la Figura 2, un
recubrimiento (40) está dispuesto sobre una superficie (42)
receptora de radiación o interior de la capa (32) de fósforo. El
recubrimiento (40) es transmisor para las longitudes de onda de los
LED (18) aunque reflectante para las longitudes de onda producidas
por los fósforos de la capa (32) de fósforo. Opcionalmente un
segundo recubrimiento (44) está dispuesto sobre una superficie (46)
emisora de luz o exterior de la capa (32) de fósforo para reflejar
cualquier fuga no convertida de los LED de vuelta hacia la capa
(32) de fósforo.
Haciendo referencia nuevamente a la Figura 3, en
una de las formas de realización, el recinto (14) comprende el
panel superior (30) que es un panel sustituible o extraíble que
encaja en una abertura (50) en una parte superior del recinto (14).
Una construcción de este tipo del recinto (14), que incluya, por
ejemplo, el panel superior fosforescente extraíble, permite una
intercambiabilidad del panel (30) para satisfacer temperaturas de
color e índices de rendimiento de color personalizados para un
usuario individual aunque utilizando la misma fuente de luz (12) y
paredes (28) del recinto.
Haciendo referencia nuevamente a la Figura 4, en
una de las formas de realización, el sistema de iluminación (10)
está construido de manera que tiene un aspecto similar al tipo de
bombilla incandescente convencional. Evidentemente, se contempla
también que el sistema de iluminación (10) se pueda construir para
tener un aspecto similar a otras formas geométricas, tales como
esferas, elipses, o que se construya de forma personalizada para
ajustarse a las necesidades de un usuario individual. El recinto
(14) comprende una primera parte (52) que está dispuesta en la
placa de interconexión (16) y se extiende longitudinalmente en la
dirección opuesta al disipador térmico (20). Una segunda parte (54)
del recinto (14) encaja en la abertura (50) (no mostrada) en la
parte superior de la primera parte (52) para rodear la radiación
emitida por la fuente de iluminación (12). Preferentemente, la
primera parte (52) del recinto (14) comprende un recubrimiento
reflectante de UV como propiedad inherente del material mientras
que la segunda parte (54) comprende un fósforo (32) convertidor de
radiación.
La solicitud se ha descrito haciendo referencia
a las formas de realización preferidas. Al leer y entender la
anterior descripción detallada se pondrán de manifiesto
modificaciones y alteraciones de dichas formas de realización. Se
pretende que la solicitud se considere de manera que incluya todas
estas modificaciones y alteraciones en la medida en la que las
mismas entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas o
los equivalentes de las mismas.
Claims (10)
-
\global\parskip0.900000\baselineskip
1. Aparato de iluminación que comprende:- \quad
- una fuente de luz (12) para producir radiación que tiene una longitud de onda igual o inferior a 510 nm; y
- \quad
- un recinto (14) que rodea un área de generación de radiación de la fuente de luz para rodear por lo menos sustancialmente la radiación, comprendiendo el recinto:
- \quad
- unos laterales;
- \quad
- una primera parte que es sustancialmente reflectante de la radiación, y
- \quad
- por lo menos una segunda parte que comprende una parte (32) de fósforo en un panel superior extraíble e intercambiable (30) que encaja en una abertura (50) en una parte superior del recinto, estando separada la segunda parte con respecto al área generadora de radiación de la fuente de luz, comprendiendo la parte de fósforo:
- una superficie receptora de radiación y una superficie emisora de luz para entregar luz visible.
- 2. Aparato según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz comprende:
- \quad
- unos LED (18) dispuestos en una placa (24) de circuito para emitir la radiación; y
- \quad
- un disipador término (20) dispuesto en un lateral de la placa de circuito en oposición a los LED para disipar calor generado por los LED.
- 3. Aparato según la reivindicación 2, en el que una superficie de montaje (26) de la placa de circuito impreso es reflectante de la radiación.
- 4. Aparato según la reivindicación 2, en el que el disipador térmico (20) comprende una pluralidad de aletas (22).
- 5. Aparato según la reivindicación 1, en el que la parte (32) de fósforo es un cuerpo en general plano que comprende:
- \quad
- una capa interna sustancialmente uniforme de un material de fósforo.
- 6. Aparato según la reivindicación 1, en el que la parte (32) de fósforo comprende:
- \quad
- un primer recubrimiento reflectante (40) dispuesto sobre una superficie receptora de radiación, el cual es transmisor para longitudes de onda de la radiación y reflectante para longitudes de onda de luz emitida por fósforo existente en la parte de fósforo.
- 7. Aparato según la reivindicación 1, en el que la parte (32) de fósforo comprende:
- \quad
- un segundo recubrimiento reflectante (44) dispuesto sobre una superficie emisora de luz, siendo dicho segundo recubrimiento reflectante para la radiación y transmisor para longitudes de onda de luz emitidas por fósforo existente en la parte de fósforo.
- 8. Aparato según la reivindicación 1, en el que una superficie interior de los laterales (28) es material reflectante que es sustancialmente reflectante para la radiación y longitudes de onda de luz emitidas por el fósforo.
- 9. Aparato según la reivindicación 8, que comprende además:
- \quad
- una pluralidad de paneles superiores extraíbles y sustituibles, en los que la mezcla y concentración de fósforo están predeterminadas para cada parte de fósforo de cada panel superior de tal manera que el sistema de iluminación produce múltiples colores preseleccionados de luz visible intercambiando los paneles superiores.
- 10. Aparato de iluminación según la reivindicación 2, en el que:
- \quad
- la fuente de luz (12) tiene una dirección de emisión de radiación principal;
- \quad
- la placa (24) de circuito es una placa de PC;
- \quad
- los LED (18) son LED de UV;
- \quad
- el recinto (14) rodea la dirección de emisión de la radiación;
- \quad
- la parte (32) que contiene fósforo se encuentra en general en oposición a la fuente de luz, y la parte que contiene fósforo comprende:
- \quad
- una capa (40) reflectante de luz visible en un primer lateral del fósforo encarado a la fuente de luz y una capa (44) reflectante de luz UV en un segundo lateral del fósforo alejado de la fuente de luz.
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