ES2346569T3 - Iluminacion con led que tiene temperatura de color (ct) continua y ajustable, mientras se mantiene un cri elevado. - Google Patents

Iluminacion con led que tiene temperatura de color (ct) continua y ajustable, mientras se mantiene un cri elevado.

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ES2346569T3 ES06829551T ES06829551T ES2346569T3 ES 2346569 T3 ES2346569 T3 ES 2346569T3 ES 06829551 T ES06829551 T ES 06829551T ES 06829551 T ES06829551 T ES 06829551T ES 2346569 T3 ES2346569 T3 ES 2346569T3
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Robbie Thielemans
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Abstract

Un sistema de iluminación por módulo de diodo electroluminiscente, LED, (100) que comprende: - dos o más dispositivos LED múltiples-en-uno, MIO, (120), comprendiendo cada dispositivo MIO-LED (120) al menos tres LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) juntos en un cuerpo de alojamiento (210, 310) en el que: a) las partes emisoras de luz de dichos al menos tres LEDs están encapsuladas en y conectadas por un material transparente sólido, y b) dichos al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) emiten cada uno un color de luz diferente, por lo que cada color se selecciona entre el grupo que consiste en azul, rojo, verde, amarillo, naranja, cian, morado, blanco y magenta, - un procesador de señal digital, DSP (112), caracterizado por - un convertidor digital-analógico, DAC, (124) para cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o un conjunto de LEDs, en el que el sistema está configurado de manera que las señales del DSP (112) regulan el color y el brillo totales de la luz emitida por los dispositivos MIO-LED (120) controlando la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs a través del DAC, - el material transparente sólido comprende al menos un material de fósforo (228) que es activada por luz emitida desde uno o más de dichos LEDs, produciendo así una luz que tiene un espectro más amplio que el emitido por dicho LED de activación, y - el material de fósforo (228) comprende uno o más de los fósforos enumerados en las Tablas 1, 2 ó 3, o un iluminador óptico **(Ver fórmula)** **(Ver fórmula)** **(Ver fórmula)**

Description

Iluminación con LED que tiene temperatura de color (CT) continua y ajustable, mientras se mantiene un CRI elevado.
Campo de la invención
La presente invención se refiere generalmente al campo de los dispositivos de iluminación formados por diodos electroluminiscentes. En particular, la presente invención se dirige a una plataforma mecánica y electrónica modular, autónoma y multifuncional para aplicaciones de iluminación con diodo electroluminiscente (LED) que tiene temperatura de color (CT) continua y ajustable y puede mantener un CRI elevado.
Antecedentes
Un LED es un dispositivo semiconductor que puede producir una emisión con un color brillante y alta eficacia a pesar de su pequeño tamaño. En el pasado, los LEDs se han aplicado principalmente a dispositivos de visualización. Por este motivo, el uso de LEDs como fuente luminosa para fines de iluminación todavía no se ha investigado y desarrollado suficientemente. Las publicaciones de patente DE-10-2005/022.832-A1 y WO-2005/030.903-A1 son ejemplos de LEDs de la técnica anterior para fines de iluminación. El documento US-2006/0.214.876-A1 desvela un dispositivo LED para retroiluminación de una pantalla. Para abrirse paso en el mercado de la iluminación, es beneficioso presentar al mercado un producto de iluminación que proporcione una motivación convincente para el uso del mismo. En particular, las actuales soluciones LED en el mercado de la iluminación son muy específicas de la aplicación y/o excesivamente voluminosas, es decir, demasiado complejas mecánica y técnicamente, para impulsar su uso general.
Por ejemplo, en una solución LED típica, los LEDs de la misma dictan uno o más diseños de placas de circuito impreso y a continuación los diseños de placas de circuito impreso dictan el diseño mecánico. El producto resultante es, por tanto, limitado debido a que su diseño está adaptado sólo para una aplicación, por ejemplo sólo para una lámpara de escritorio o una luz en el techo. Sus especificaciones de diseño no son adecuadas para otras aplicaciones de iluminación. Alternativamente, puede proporcionarse un producto genérico de iluminación con LED que está formado por componentes separados que requieren un montaje, por ejemplo productos electrónicos separados, fuentes de alimentación separadas, cableado separado y un sistema de control separado. En consecuencia, dicho diseño genérico es difícil de vender a un cliente porque requiere un conocimiento altamente técnico del mismo, que es disuasorio para el cliente. Dado que no es comprendido fácilmente por una persona no técnica (por ejemplo, un cliente), no es probable que este producto genérico de iluminación con LED se convierta en un estándar en el mercado de la iluminación. Por estos motivos, existe una necesidad de un producto genérico de iluminación con LED que proporcione facilidad de uso para una persona no técnica y que sea multifuncional, con el fin de proporcionar un producto de iluminación con LED que sea aceptado fácilmente en el mercado de la iluminación y que sea adecuado para múltiples aplicaciones de iluminación.
Breve descripción de los dibujos
La fig. 1 ilustra un diagrama de cromaticidad;
la fig. 2A ilustra un diagrama esquemático de un dispositivo LED múltiple-en-1 (MIO) (3-en-1) de acuerdo con una forma de realización de la invención;
la fig. 2B ilustra una vista desde arriba del dispositivo MIO-LED (3-en-1) según se representa en la fig. 2A;
la fig. 2C ilustra una vista en sección transversal del dispositivo MIO-LED (3-en-1) según se representa en la fig. 2A;
la fig. 3A ilustra un diagrama esquemático de un dispositivo MIO-LED (4-en-1) de otra forma de realización de la invención;
la fig. 3B ilustra una vista desde arriba del dispositivo MIO-LED (4-en-1) según se representa en la fig. 3A; y
la fig. 3C ilustra una vista en sección transversal del dispositivo MIO-LED (4-en-1) según se representa en la fig. 3A;
la fig. 4 ilustra un diagrama de bloques funcional de un sistema de módulo LED, de acuerdo con la invención;
la fig. 5 ilustra una vista frontal en perspectiva de un dispositivo LED modular, que aloja el sistema de módulo LED de la fig. 4;
la fig. 6 ilustra una vista posterior en perspectiva del dispositivo LED modular, que aloja el sistema de módulo LED de la presente invención;
las fig. 7A y 7B ilustran una primera y una segunda vista en perspectiva, respectivamente, de un montaje de PCB para formar el sistema de módulo LED de la presente invención;
la fig. 8 ilustra una vista en despiece ordenado de dispositivo LED modular, que aloja el sistema de módulo LED de la presente invención;
la fig. 9 ilustra una vista en sección transversal de dispositivo LED modular, que aloja el sistema de módulo LED de la presente invención;
la fig. 10 ilustra una vista frontal de un alojamiento/sumidero térmico del dispositivo LED modular que aloja el sistema de módulo LED de la presente invención;
la fig. 11 ilustra una configuración LED de ejemplo del sistema de módulo LED de la presente invención;
la fig. 12 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento de funcionamiento del sistema de módulo LED de la presente invención; y
la fig. 13 ilustra un circuito de LED para aumentar la eficacia;
la fig. 14 ilustra una configuración del dispositivo LED modular en la que un acoplador secundario proporciona potencia al mismo por medio de inducción;
la fig. 15 muestra una configuración en la que una fuente de alimentación c.c. proporciona potencia a un acoplador primario externo;
la fig. 17 muestra una fuente de alimentación inductiva; 2010 puede incluir circuitería adicional configurada para detectar la posición de la fuente luminosa en una cadena;
la fig. 18 muestra un riel común que suministra potencia de alta frecuencia directamente a un acoplador primario;
la fig. 19 muestra un riel común que suministra potencia de la red eléctrica (c.a.) o potencia c.c. indirectamente a un acoplador primario.
Resumen de algunas formas de realización de invención
Una forma de realización de la presente invención es un sistema de iluminación por módulo de diodo electroluminiscente, LED, (100) que comprende:
- dos o más dispositivos LED múltiples en uno, MIO, (120), comprendiendo cada dispositivo MIO-LED (120) al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) juntos en un cuerpo de alojamiento (210, 310) en el que:
a)
las partes emisoras de luz de dichos al menos tres LEDs están encapsuladas y conectadas por un material transparente sólido, y
b)
dichos al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) emiten cada uno un color de luz diferente, de manera que cada color se selecciona entre el grupo que consiste en azul, rojo, verde, amarillo, naranja, cian, morado, blanco y magenta,
- un procesador de señal digital, DSP (112), y
- un convertidor digital-analógico, DAC, (124) para cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o un conjunto de LEDs, en el que el sistema está configurado de manera que las señales del DSP (112) regulan el color y el brillo global de luz emitida por los dispositivos MIO-LED (120) controlando la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs a través del DAC.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el material transparente sólido comprende al menos un material de fósforo (228) que es activado por luz emitida desde uno o más de dichos LEDs, produciendo así luz que tiene un espectro más ancho que la emitida por dicho LED de activación.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el material de fósforo (228) comprende uno o más de los fósforos enumerados en las Tablas 1, 2 ó 3, o un abrillantador óptico.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que:
- al menos un LED en un dispositivo MIO-LED (120) emite luz azul, y
- el material de fósforo (228) es fósforo de itrio-aluminio-granate, YAG.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dicho DSP (112) está configurado para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs, de manera que el color y el brillo de luz emitida es el mismo para cada dispositivo MIO-LED (120).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además un modulador de anchura de pulsos, PWM, un conmutador (126) para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o un conjunto de LEDs, usando señales del DSP (112).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el DSP está configurado para controlar el conmutador de PWM (126) para ajustar la potencia suministrada a dos o más LED del mismo color presentes en dispositivos MIO-LED separados (120), cuando dichos dos o más LEDs emiten tonos diferentes de dicho color.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el DSP está configurado para controlar el DAC para ajustar la potencia suministrada a dos o más LEDs del mismo color presentes en dispositivos MIO-LED separados (120), cuando dichos dos o más LEDs emiten tonos diferentes de dicho color.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dichos dos o más LEDs del mismo color no se han agrupado por ordenación.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además uno o más sensores de temperatura (130) configurados para proporcionar información de temperatura del módulo al DSP (112).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el DSP (112) está configurado para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs de un dispositivo MIO-LED (120) basándose en información de temperatura recibida de los sensores de temperatura (130), de manera que el color y el brillo de luz emitida desde cada dispositivo MIO-LED (120) se mantienen cuando existen cambios de temperatura.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además uno o más ventiladores de refrigeración del aire (260), configurados para enfriar al menos algunos de los LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dicho DSP (112) está configurado para controlar la potencia para el ventilador (260) basándose en información de temperatura recibida de los sensores de temperatura (130).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el DSP (112) está configurado, de manera que el color y el brillo de luz emitida de cada dispositivo MIO-LED (120) se mantengan cuando existan cambios de temperatura.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además una o más interfaces de red (114) configuradas para señales para el DSP (112), lo que permite un control externo.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además uno o más sensores de IR (114) configurados para proporcionar señales al DSP (112), lo que permite un control externo.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además una fuente de alimentación (116) configurada para suministrar potencia a los LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) y otros componentes.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dicha fuente de alimentación (116) tiene una pluralidad de salidas de tensión c.c., proporcionando, cada una, una tensión diferente para corresponderse con la tensión nominal para un LED emisor del color (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dicha fuente de alimentación (116) está configurada para adaptar su nivel de salida, para al menos un color dependiente, en la salida de luz requerida, controlado por el DSP.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además un acoplador de inducción secundario (2005), que proporciona potencia a la fuente de alimentación (116) por inducción electromagnética desde un acoplador de inducción primario (2006).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, que comprende además un dispositivo de almacenamiento de memoria (128) configurado para proporcionar datos al DSP (112) relativos a información de compensación de color y/o brillo de cada dispositivo MIO-LED
(120).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el DSP (112) está configurado para vigilar continuamente la potencia suministrada a cada LED (212, 214, 216) con el fin de mantener el color y el brillo proporcionados por cada dispositivo MIO-LED (120).
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que el color y el brillo se mantienen según relaciones entre corriente y comportamiento del color, y/o datos de salida de luz frente a temperatura.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que dichas relaciones se almacenan como datos dentro del dispositivo de almacenamiento (128) cuando está presente.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, en el que la temperatura de color, CT, de la luz emitida es ajustable.
Otra forma de realización de la presente invención es un sistema de módulo LED (100) según se describe anteriormente, capaz de emitir luz que proporciona un alto índice de reproducción de los colores, CRI.
Otra forma de realización de la presente invención es un dispositivo LED modular (201) que comprende un alojamiento y uno o más sistemas de módulo LED (100) según se describe anteriormente, por el que:
- se dispone una matriz de dispositivos MIO-LED (120) como una superficie emisora de luz
- se proporciona un medio mecánico para apilar dos o más dispositivos LED modulares (201).
Otra forma de realización de la presente invención es un dispositivo LED modular (201) según se describe anteriormente, por el que dicho medio de alineamiento mecánico alinea las superficies emisoras de luz respectivas para proyectar luz hacia la misma dirección.
Otra forma de realización de la presente invención es un dispositivo LED modular (201) según se describe anteriormente, en el que el alojamiento comprende un material de interfaz que puede usarse para hacer contacto con otros materiales conductores del calor, de manera que se transfiera calor desde el dispositivo más fácilmente.
Descripción detallada de la invención
A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria descriptiva tienen el mismo significado que se entiende comúnmente entre los expertos en la materia.
Los artículos "un" y "una" se usan en la presente memoria descriptiva para referirse a uno o más de uno, es decir a al menos uno del objeto gramatical del artículo. A modo de ejemplo, "un ventilador de refrigeración" significa un ventilador de refrigeración o más de un ventilador de refrigeración.
A lo largo de esta solicitud, el término "aproximadamente" se usa para indicar que un valor incluye la desviación típica de error para el dispositivo o procedimiento que se está empleando para determinar el valor.
La recitación de intervalos numéricos por puntos de valoración incluye todos los números enteros y, cuando resulta apropiado, fracciones subsumidas dentro de este intervalo (por ejemplo, de 1 a 5 puede incluir 1, 2, 3, 4 cuando se refiere, por ejemplo, a un número de ventiladores de refrigeración, y también puede incluir 1,5, 2, 2,75 y 3,80, cuando se refiere, por ejemplo, a medidas). La recitación de puntos de valoración también incluye los valores de puntos de valoración en sí (por ejemplo, de 1,0 a 5,0 incluye 1,0 y 5,0).
La presente invención se refiere a un producto genérico de iluminación con LED que proporciona facilidad de uso para un individuo no técnico y que es multifuncional y adecuado para múltiples aplicaciones de iluminación. En particular, un dispositivo LED modular de la presente invención puede usarse como un dispositivo de iluminación autónomo. Alternativamente, el dispositivo LED modular de la presente invención puede usarse como un bloque de construcción universal y genérico para formar dispositivos de iluminación para cualquier aplicación de iluminación. En particular, un dispositivo de iluminación puede estar formado por una disposición configurada fácilmente de múltiples dispositivos LED modulares de la presente invención.
En la descripción ofrecida a continuación se hace referencia a los dibujos que ejemplifican formas de realización particulares de la invención; en ningún modo pretenden ser limitativas. El experto en la materia puede adaptar el dispositivo y los componentes de sustitución y las características según las prácticas comunes del experto en la materia.
La fig. 4 ilustra un diagrama de bloque funcional de un sistema de módulo LED (100), de acuerdo con la invención. El sistema de módulo LED (100) es el diseño eléctrico de un dispositivo LED modular que proporciona un bloque de construcción genérico que es fácil de usar y adecuado para múltiples aplicaciones de iluminación. El sistema de módulo LED (100) incluye preferentemente un circuito de LED (110), un procesador de señal digital (DSP) (112), una interfaz de red (114) y una fuente de alimentación (116). El circuito de LED (110) incluye además una matriz de LED (118) que está formada por una pluralidad de dispositivos "múltiples-en-uno"-LED (MIO-LED) 120 (por ejemplo, dispositivos MIO-LED 120-1 a 120-n), una pluralidad de fuentes de corriente (122) (por ejemplo, fuentes de corriente 122-1 a 122-n), al menos un convertidor digital-analógico (DAC) (124), una pluralidad de conmutadores de modulación de anchura de pulso (PWM) (126) (por ejemplo, conmutadores de PWM 126-1 a 126-n), al menos un dispositivo de almacenamiento (128), uno o más sensores de temperatura (130), y un sensor de infrarrojo (IR) (132). En la fig. 4 se muestra una configuración sugerida que conecta los componentes del sistema de módulo LED (100).
La matriz de LED (118) del circuito de LED (110) puede estar en cualquier configuración de matriz de dispositivos LED, como una matriz de dispositivos MIO-LED (120). Las configuraciones LED de ejemplo incluyen, pero no se limitan a, matrices de 15 x 3, 16 x 4, 17 x 4, 17 x 5 y 18 x 5.
Dispositivos múltiples-en-uno (dispositivos MIO-LED)
Cada dispositivo MIO-LED (120) (por ejemplo, cada dispositivo MIO-LED 120-1 a 120-n) de matriz de LED (118) puede comprender una multitud de LED, es decir, puede ser un dispositivo "múltiple-en-uno"-LED (MIO-LED). Un dispositivo MIO-LED es un dispositivo que tiene una serie de LEDs en un cuerpo de alojamiento, por ejemplo, 3 LEDs (3-en-1), 4 LEDs (4-en-1), 5 LEDs (5-en-1), 6 LEDs (6-en-1), 7 o más LEDs, etc. De los LEDs presentes en un dispositivo MIO-LED, tres cualesquiera de ellos pueden emitir un color de luz diferente, con lo que cada color se selecciona entre el grupo que consiste en azul, rojo, verde, amarillo, naranja, cian, morado, blanco y magenta.
Los LEDs usados en la presente invención pueden ser de cualquier clase de LED conocida en la técnica, capaces de proporcionar luz en la longitud de onda requerida o dentro de una banda definida de longitudes de onda. Los LEDs comprenden normalmente material semiconductor impregnado, o dopado, con impurezas para crear una unión p-n. Dichos LEDs se comportan como diodos en la medida en que la corriente fluye desde el lado p, o ánodo, al lado n, o cátodo, pero no en la otra dirección. La longitud de onda de la luz emitida depende de la energía de hueco de banda de los materiales que forman la unión p-n. Cuando el material semiconductor es una sustancia inorgánica o una mezcla, puede ser cualquiera adecuado para la longitud de onda requerida, por ejemplo fosfuro de aluminio y galio (AlGaP) para luz verde o fosfuro de galio (GaP) para luz roja, amarilla o verde, seleniuro de cinc (ZnSe) para luz azul. Dicha combinación de materiales semiconductores es conocida en la técnica. Cuando el material semiconductor es una sustancia orgánica o una mezcla (es decir, para producir un OLED), puede ser cualquiera adecuado para la longitud de onda requerida. Dichas sustancias orgánicas son conocidas en la técnica. El término LED usado en la presente memoria descriptiva cubre los semiconductores emisores de luz que están formados por materiales inorgánicos u orgánicos.
Generalmente, la calidad de luz blanca producida por fuentes luminosas para fines de iluminación se expresa en términos del valor de un índice de reproducción de los colores (CRI). Más específicamente, las fuentes luminosas, como los LED, del mismo color pueden variar ampliamente en la calidad de la luz que se emite. Una fuente luminosa puede tener un espectro continuo, mientras que la otra fuente luminosa emite luz en algunas bandas estrechas sólo del espectro. Por tanto, una manera útil de determinar la calidad de una fuente luminosa es su CRI, que sirve como una distinción de calidad entre fuentes luminosas que emiten luz del mismo color. El máximo valor de CRI alcanzable es 100. El CRI es un procedimiento para describir el efecto de una fuente luminosa sobre la apariencia de color de los objetos, en comparación con una fuente luminosa de referencia de la misma temperatura de color. Además, la CT es una forma simplificada de caracterizar las propiedades espectrales de una fuente luminosa. Una CT baja implica luz más cálida (más amarilla/roja), mientras que una CT alta implica una luz más fría (más azul). La unidad estándar para temperatura de color es el Kelvin (K). Por ejemplo, la luz diurna tiene una CT más bien baja cerca del amanecer (aproximadamente 3.200 K) y una CT más elevada hacia el mediodía (aproximadamente 5.500 K). Teniendo esto en mente, el uso de los dispositivos MIO-LED (120) en una matriz de LED (118) proporciona un sistema de módulo LED (100) y dispositivos LED modulares asociados (fig. 5 a 10) con un intervalo de CT continuo, uniforme y ajustable (por ejemplo, de 3.200 K a 9.500 K) mientras se mantiene un CRI elevado (por ejemplo, 90 o superior) para aplicaciones de iluminación.
El dispositivo MIO-LED tiene valores elevados de CRI para aplicaciones de iluminación, como, por ejemplo, iluminación cenital en una habitación o iluminación en un área al aire libre. Como una fuente luminosa que emite energía radiante que está relativamente equilibrada en todas las longitudes de onda visibles parecerá blanca para el ojo, los dispositivos LED de la presente invención proporcionan múltiples LEDs, por ejemplo, rojos, verdes y azules, en un paquete, lo que permite una mezcla de colores con el fin de proporcionar una fuente luminosa blanca apropiada para fines de iluminación que, además, tiene la capacidad de proporcionar seguimiento de la CT.
En particular, los dispositivos MIO-LED de la presente invención pueden usar al menos un material de fósforo para convertir luz coloreada (por ejemplo roja, verde, azul) en una luz de espectro más amplio, como, por ejemplo, luz blanca. Un material de fósforo es cualquier material que está activado por luz (por ejemplo azul, ultravioleta, roja, verde) producida por un LED, de manera que produce una luz de espectro más amplio, como, por ejemplo, luz blanca. Una luz de espectro más amplio es luz que tiene una anchura de banda más ancha en comparación con la luz de activación, es decir, el LED. Preferentemente se proporciona un LED azul en combinación con material de fósforo para producir luz blanca.
El material de fósforo puede disponerse sobre los otros LEDs del dispositivo MIO-LED; al hacerlo, proporciona un mecanismo para difundir la luz emitida por el LED, que reproduce el LED como emisor de superficie en lugar de un dispositivo de emisión puntual y, así, es más adecuado para fines de iluminación generales. El material de fósforo no tiene que limitarse al LED, sino que puede disponerse sobre cualquier parte transparente de cualquier carcasa o alojamiento. Además, los dispositivos MIO-LED de la presente invención tienen un CRI elevado (por ejemplo, > 90) sobre un intervalo de CT continuo, uniforme y ajustable de, por ejemplo, 3.200 K a 9.500 K.
La fig. 1 ilustra un diagrama de cromaticidad (101), que se proporciona como una referencia para la exposición que sigue en relación con los dispositivos MIO-LED de la presente invención. Como es bien conocido, un diagrama de cromaticidad, como el diagrama de cromaticidad (101), es una línea de forma triangular que conecta las cromaticidades de los espectros de colores. En el caso del diagrama de cromaticidad (101), esta línea define un triángulo de color (111). La línea curva dentro del triángulo de color (111) del diagrama de cromaticidad (101) muestra el lugar donde reside el color del espectro y se denomina lugar espectral. En particular, una curva de cuerpo negro (113) es el lugar espectral para la luz blanca. Las combinaciones de colores, como tonos de azul, verde, amarillo, naranja y rojo, junto con la curva del cuerpo negro (113) se mezclan y producen luz blanca. La temperatura de colores a lo largo de la curva de cuerpo negro (113) se indican en kelvin. Además, la fig. 1 muestra el intervalo de CT a lo largo de la longitud de la curva de cuerpo negro (113). Por ejemplo, el final de la curva de cuerpo negro (113) que está cerca del área azul indica una CT de 10.000 K (luz fría) y se acerca al infinito. En cambio, el final de la curva de cuerpo negro (113) que está cerca del área roja indica una CT de 2.500 K (luz cálida) y se acerca a cero. Además, los expertos en la materia comprenderán que cuanto mayor sea el número de colores del espectro que están presentes con niveles de energía suficientemente altos dentro de una fuente de luz blanca, más alto será el CRI de la fuente de luz blanca y, así, mayor será la calidad de la luz blanca.
Según un aspecto de la invención, un dispositivo MIO-LED comprende tres o más LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) (fig. 2A a 3C) juntos en un cuerpo de alojamiento (210, 310) en el que
a) las partes emisoras de luz de al menos tres LEDs están encapsuladas en y conectadas por un material transparente sólido,
c) dichos al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) emiten cada uno un color de luz diferente, por el que cada color se selecciona entre el grupo que consiste en azul, rojo, verde, amarillo, naranja, cian, morado, blanco y magenta.
El material transparente sólido puede comprender un material rígido o puede comprender un material no rígido (por ejemplo, con propiedades de tipo gel). Algunos ejemplos de materiales transparentes sólidos adecuados incluyen, por ejemplo, epóxido y silicio. El material transparente sólido puede confinar las partes emisoras de luz; esto puede significar que toda la luz emitida pasa a través del material transparente sólido, y ninguna luz puede escapar a otro lugar. El material transparente sólido puede conectar las partes emisoras de luz; esto puede significar que las partes emisoras de luz entran en contacto con un material transparente sólido continuo común.
El material transparente sólido puede mezclarse con una cantidad de material de fósforo (228) que comprende uno o más fósforos activados por luz emitida desde uno o más de los LEDs encapsulados, para así producir luz que tiene un espectro más amplio en comparación con la luz de activación, es decir, el LED, según se menciona anteriormente. Algunos ejemplos de material de fósforo (228) adecuado incluyen fósforo de itrio-aluminio-granate (fósforo YAG) que es activado por luz azul.
Los ejemplos de fósforos que pueden estar presentes en un material de fósforo (228) incluyen, pero no se limitan a cualquiera de los indicados en los compuestos de las Tablas 1, 2 ó 3, en los que el color de luz emitida se indica también entre paréntesis. Los fósforos pueden mezclarse de manera que proporcionen el ancho espectro de emisión necesario.
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Los ejemplos de otros fósforos incluyen, pero no se limitan a, abrillantadores ópticos, que actúan como fósforos sensibles a UV con persistencia lumínica cercana a cero. Habitualmente son compuestos orgánicos, que se encuentran normalmente en detergentes. Con el fin de obtener un espectro de emisión más ancho y los colores deseados, los fósforos mencionados anteriormente pueden mezclarse según las prácticas de la persona experta.
Así, la disposición de un MIO-LED que incluye material de fósforo (228) permite la producción de luz blanca en virtud de la interacción entre el fósforo y los LEDs de activación (por ejemplo, LED emisor en azul). Los autores de la invención han encontrado también que permite el ajuste de la CT en virtud de los LEDs de no activación presentes (por ejemplo, rojo o amarillo cuando el fósforo es fósforo YAG). Además, el fósforo tiene un efecto de difusión eficiente en la salida de luz, lo que significa que la luz se mezcla a muy corta distancia; la consecuencia es un CRI más elevado en comparación con LED separados y sin difusión.
Una ventaja adicional es que los LEDs de no activación pueden usarse para ajustar diferencias menores en la CT entre dos dispositivos MIO-LED cualesquiera; la consecuencia es que puede eliminarse la ordenación (la práctica de los fabricantes de probar en cada LED el flujo, el color y la tensión y de colocar cada uno en un recipiente para tolerancias dadas).
Según un aspecto de la invención, las trayectorias de luz emitida por dichos al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) se superponen al menos parcialmente. Esto requiere que dichos LEDs estén en estrecha proximidad entre sí. Preferentemente, los LEDs se disponen de forma que sus trayectorias de luz se superpongan, de manera que sus colores individuales se combinen cuando el MIO-LED activado se vea a una distancia no inferior a 50 mm. Esta distancia de visualización puede reducirse a no menos de 5 mm cuando está presente el fósforo de difusión.
Forma de realización 3 en 1 de un dispositivo MIO-LED
La fig. 2A ilustra un diagrama esquemático de un dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) de acuerdo con una forma de realización de la invención. El dispositivo LED (3-en-1) (200) incluye un cuerpo de alojamiento del dispositivo (210) dentro del cual se disponen tres LED (212, 214, 216). El cuerpo de alojamiento (210) coloca los LEDs de manera que las trayectorias de luz emitida por los mismos se superpongan al menos parcialmente. También proporciona una dirección de proyección apropiada para las trayectorias de luz. El dispositivo LED 3-en-1 (200) incluye además una pluralidad de tomas (218) que están dispuestas en el perímetro del cuerpo de alojamiento del dispositivo (210). Más específicamente, el cátodo y el ánodo de LED (212) están conectados eléctricamente a un primer par de tomas (218), respectivamente; el cátodo y el ánodo de LED (214) están conectados eléctricamente a un segundo par de tomas (218), respectivamente; el cátodo y el ánodo de LED (216) están conectados eléctricamente a un tercer par de tomas (218). respectivamente; como se muestra en la fig. 2A.
La fig. 2B ilustra una vista desde arriba (no a escala) del dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) de una forma de realización de la invención. La fig. 2C ilustra una vista en sección transversal (no a escala) del dispositivo MIO-LED (3-en-1) 200, tomada a lo largo de la línea A-A de la fig. 1B. Las fig. 2B y 2C muestran que los LEDs (212, 214, y 216) del dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) están dispuestos físicamente en una cavidad formada por las paredes laterales y el suelo del cuerpo del alojamiento (210). En particular, los LEDs (212, 214 y 216) están montados en pedestales respectivos (222) que están dispuestos dentro del cuerpo del alojamiento (210), según se muestra en las fig. 2B y 2C. Además, los LEDs (8212, 214 y 216) están encapsulados dentro del cuerpo del alojamiento (210) de los dispositivos LED 3-en-1 (200) mediante el uso de un material transparente sólido (224), y dicho material confina y conecta las partes emisoras de luz.
Con referencia continuada a las fig. 2A, 2B y 2C, el dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) está formado por una matriz 1 x 3 de LED. El cuerpo del alojamiento (210) puede estar formado por cualquier material adecuadamente rígido, ligero, conductor térmicamente y no conductor eléctricamente, como, pero sin limitarse a, plástico moldeado o cerámica. El cuerpo del alojamiento (210) proporciona una cavidad dentro de la cual se montan los LED (212, 214, y 216). La cavidad puede estar formada por un conjunto de paredes laterales y un suelo, según se muestra en las fig. 2B y 2C. La longitud, la anchura y la altura del cuerpo del alojamiento (210) pueden variar. Una longitud, anchura y altura de ejemplo pueden ser 5,5 x 5,5 x 2,5 milímetros (mm), respectivamente. Las tomas (218) están formadas por material eléctricamente conductor, como, pero sin limitarse a, una aleación de cobre revestida con oro. Las tomas (218) pueden ser de cualquier estructura de toma estándar, como una toma de tipo montaje en superficie. En un lado dado del cuerpo del alojamiento (210), la separación entre las tomas (218) puede ser, por ejemplo, de 1,78 mm.
El LED (212), el LED (214) y el LED (216) pueden ser dispositivos de molde de LED estándar de diversas combinaciones definidas por la aplicación o el usuario que producen luz blanca. En particular, la combinación de los colores individuales emitidos por el LED (212), el LED (214) y el LED (216), respectivamente, se mezclan para producir una luz blanca y, con ello, hacen del dispositivo LED 3-en-1 (200) un dispositivo de iluminación blanca. En una forma de realización preferida, al menos uno entre el LED (212), el LED (214) y el LED (216) es un LED azul, mientras que el color de los dos LEDs restantes puede variar (por ejemplo, diversas combinaciones de rojo, verde, azul, amarillo, naranja, cian y/o magenta). La colocación del LED azul dentro de la disposición de LED (212), LED (214) y LED (216) normalmente es irrelevante, por ejemplo, puede estar flanqueada por LED de otros colores, o puede flanquear a uno de los otros LEDs. En un ejemplo, el LED (212) es un LED rojo, el LED (214) es un LED azul, y el LED (216) es un LED verde. En otro ejemplo, el LED (212) es un LED amarillo, el LED (214) es un LED azul y LED (216) es un LED cian. El dispositivo LED 3-en-1 (200) no se limita a los ejemplos citados anteriormente, sino que son posibles otras combinaciones de colores.
El LED (212), el LED (214) y el LED (216) pueden estar montados cada uno en un pedestal (222), respectivamente, que reside dentro de una cavidad formada por el cuerpo del alojamiento (210). Cada pedestal (222) está formado por un material eléctricamente conductor, tal como, pero sin limitarse a, cobre, aluminio, plata u oro. Mediante el uso de cada pedestal (222), se unen cables eléctricamente conductores (no mostrados) entre el ánodo y el cátodo de cada LED y su par respectivo de tomas (218) y, así, se forma una conexión eléctrica entre ellos, según se muestra en la fig. 2A. Los pedestales (222) y, así, el LED (212), el LED (214) y el LED (216) pueden colocarse en un paso, por ejemplo, de 0,95 mm.
El LED (212), el LED (214) y el LED (216) están encapsulados dentro del cuerpo del alojamiento (210) mediante el uso de material transparente sólido (224), un material que confina y conecta las partes emisoras de luz. El material transparente sólido (224) puede comprender, por ejemplo, un epóxido transparente. El epóxido puede combinarse con una cantidad de material de fósforo (228) (por ejemplo, fósforo YAG). La combinación de material de fósforo con un LED azul produce una fuente luminosa blanca de alto brillo. El epóxido, en el que se combina el fósforo YAG, puede ser una resina epoxídica transparente. Además, el porcentaje de fósforo YAG que está presente dentro del material transparente sólido (224) puede estar, por ejemplo, entre el 0% y el 5%. Un fabricante de ejemplo de LED blanco de alto brillo mediante el uso de fósforo YAG en combinación con un LED azul es Nichia Corporation (Japón). El YAG se usa comúnmente como fósforo de conversión descendente en LED blancos, ya que el fósforo YAG puede ser excitado por la radiación de LED azules, lo que produce luz blanca. Un proveedor de ejemplo de fósforos de polvo que consisten en partículas de tamaño micrométrico y submicrométrico es Nitto Denko Technical Corporation (Carlsbad, CA). Además, otra ventaja de la presencia del material de fósforo (228) (por ejemplo, fósforo YAG) dentro del material transparente sólido (224) es que el material de fósforo (228) actúa para difundir la luz que es emitida por el LED (212), el LED (214) y el LED (216). Como consecuencia, el dispositivo LED 3-en-1 (200) se convierte de una fuente luminosa de emisión puntual en una fuente luminosa de emisión en superficie, que es más adecuada para aplicaciones de iluminación funcionales.
Con referencia continuada a las fig. 2A, 2B y 2C, se desvelan varias combinaciones de LED coloreados dentro del dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) para producir una fuente luminosa blanca que es adecuada para aplicaciones de iluminación funcionales, por ejemplo, rojos (R), verdes (G), azules (B), amarillos (Y), naranjas (O), cian (C), morados (P) y/o magenta (M). En cada caso, el dispositivo LED 3-en-1 (200) puede incluir al menos un LED azul que reacciona con el YAG (es decir, B + YAG) para producir luz blanca. En el caso en el que el dispositivo LED 3-en-1 (200) incluye R, G y B + YAG, la combinación de los mismos proporciona el mecanismo por el que la CT (véase fig. 1) puede determinarse y ajustarse, en comparación con fuentes luminosas estándar. La adición de R y G proporciona un desplazamiento a lo largo de la curva del cuerpo negro (112) del diagrama de cromaticidad (100) de la fig. 1 más hacia el área azul, en comparación con un LED con B + YAG en solitario. Además, al variar la corriente que se suministra al LED (212), el LED (214) y el LED (216), los colores de los LED pueden cambiar ligeramente, lo que tiene a continuación un efecto positivo en la producción de un CRI más elevado. En otra configuración de ejemplo, el dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) puede incluir Y, P, y B + YAG, para producir luz blanca y para proporcionar todavía un desplazamiento adicional a lo largo de la curva del cuerpo negro (112) hacia el área azul, en comparación con B + YAG en solitario o R, G y B + YAG. En otra configuración de ejemplo más, el dispositivo LED 3-en-1 (200) puede incluir Y, C y B + YAG para producir un dispositivo con un CRI todavía más alto debido a que esta combinación añade todavía más espectros a la luz.
En todos los casos de dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200), la adición de dos colores, como R y G, a B + YAG añade más espectros de luz, lo que aumenta el CRI y, así, aumenta la calidad de la luz.
Forma de realización 4 en 1 de un dispositivo MIO-LED
La fig. 3A ilustra un diagrama esquemático de un dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) de una segunda forma de realización de la invención. El dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) incluye un cuerpo del alojamiento (310) dentro del cual se disponen cuatro LEDs (312, 314, 316, 318). El dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) incluye además una pluralidad de tomas (320) que están dispuestas en el perímetro del cuerpo del alojamiento (310). Más específicamente, el cátodo y el ánodo del LED (312) pueden estar conectados eléctricamente a un primer par de tomas (320), respectivamente; el cátodo y el ánodo del LED (314) pueden estar conectados eléctricamente a un segundo par de tomas (320), respectivamente; el cátodo y el ánodo del LED (316) pueden estar conectados eléctricamente a un tercer par de tomas (320), respectivamente; el cátodo y el ánodo del LED (318) pueden estar conectados eléctricamente a un cuarto par de tomas (320), respectivamente; según se muestra en la fig. 3A.
La fig. 3B ilustra una vista desde arriba (no a escala) del dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) de la segunda forma de realización de la invención. La fig. 3C ilustra una vista en sección transversal (no a escala) del dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300), tomada a lo largo de la línea B-B de la fig. 3B. Las fig. 1B y 1C muestran que los LEDs (312, 314, 316 y 318) del dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) están dispuestos físicamente en una cavidad formada por las paredes laterales y el suelo del cuerpo del alojamiento (310). En particular, los LEDs (312, 314, 316 y 318) están montados en pedestales respectivos (322) que están dispuestos dentro del cuerpo del alojamiento (310), según se muestra en las fig. 3B y 3C. Además, los LEDs (312, 314, 316 y 318) están encapsulados dentro del cuerpo del alojamiento (310) del dispositivo LED 4-en-1 (300) mediante el uso de un material transparente sólido (324), que puede estar formado, por ejemplo, a partir de un epóxido transparente; el epóxido puede estar combinado con una cantidad de fósforo YAG (328), según se muestra en la fig. 3C.
Con referencia continuada a las fig. 3A, 3B y 3C, el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) puede estar formado por una matriz de LEDs de 1 x 4. Alternativamente, el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) puede estar formado por una matriz de LEDs de 2 x 2. Cualquier disposición está dentro del ámbito de la invención. El cuerpo del alojamiento (310) puede estar formado por cualquier material adecuadamente rígido, ligero, térmicamente conductor y eléctricamente no conductor, como, pero sin limitarse a, plástico moldeado o cerámica. El cuerpo del alojamiento (310) proporciona una cavidad dentro de la cual se montan los LEDs (312, 314, 316 y 318). La cavidad está formada por un conjunto de paredes laterales y un suelo, según se muestra en las fig. 3B y 3C. La longitud, la anchura y la altura del cuerpo del alojamiento (310) pueden variar. Una longitud, anchura y altura de ejemplo pueden ser de 6,5 x 5,5 x 2,5 mm, respectivamente. Se forman tomas (320) de material eléctricamente conductor, como, pero sin limitarse a, una aleación de cobre revestida con oro. Las tomas (320) pueden ser de cualquier estructura de tomas estándar, como una toma de tipo montaje en superficie. En un lado dado del cuerpo del alojamiento (310), la separación entre las tomas (320) puede ser, por ejemplo, de 1,78 mm.
El LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318) pueden ser dispositivos de molde de LED estándar de varias combinaciones de color definidas por la aplicación o por el usuario que producen luz blanca. En particular, la combinación de los colores individuales emitidos por el LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318), respectivamente, se mezclan para producir una luz blanca y, con ello, convertir el dispositivo LED 4-en-1 (300) en un dispositivo de iluminación blanca. En una forma de realización preferida, al menos dos entre el LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318) son LEDs azules, mientras que el color de los dos LEDs restantes puede variarse (por ejemplo, varias combinaciones de rojo, verde, azul, amarillo, naranja, cian y/o magenta). La colocación de dos LEDs azules dentro de la disposición física de 1 x 4 o 2 x 2 de LED (312), LED (314), LED (316) y LED (318) es irrelevante. En un ejemplo, el LED (312) es un LED rojo, el LED (314) es un LED azul, el LED (316) es un LED azul y el LED (318) es un LED verde, es decir, el rojo puede ser adyacente al azul, que es adyacente a otro azul, que es adyacente al verde. En otro ejemplo, el LED (312) es un LED amarillo, el LED (314) es un LED azul; el LED (316) es un LED azul y el LED (318) es un LED cian, es decir, el amarillo puede ser adyacente al azul; que es adyacente a otro azul, que es adyacente a cian. El dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) no se limita a los ejemplos citados anteriormente; son posibles otras combinaciones y disposiciones de color.
El LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318) pueden estar montados cada uno en pedestales (322), respectivamente, que residen dentro de la cavidad formada por el cuerpo del alojamiento (310). Cada pedestal (322) puede estar formado por un material eléctricamente conductor, como, pero sin limitarse a, cobre, aluminio, plata u oro. Por el uso de cada pedestal (322), pueden unirse cables eléctricamente conductores (no mostrados) entre el ánodo y el cátodo de cada LED y su par de tomas respectivo (320) y, así, se forma una conexión eléctrica entre ellos, según se muestra en la fig. 3A. Los pedestales (322) y, así, el LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318) pueden colocarse en un paso, por ejemplo, de 0,95 mm.
El LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318) pueden estar encapsulados dentro del cuerpo del alojamiento (310) mediante el uso de un material transparente sólido (324), material que confina y conecta las partes emisoras de luz. El material transparente sólido (324) puede comprender, por ejemplo, una mezcla de epóxido transparente (por ejemplo, epóxido 326); el material transparente sólido epóxido puede combinarse con una cantidad de material de fósforo (por ejemplo, fósforo YAG 328). La combinación de material de fósforo con un LED azul produce una fuente luminosa blanca de alto brillo. El epóxido (326) y el fósforo YAG (328) de material transparente sólido (324) son sustancialmente idénticos en forma y función al epóxido y el fósforo YAG del material transparente sólido (224), según se describe en las fig. 2A, 2B y 2C. De nuevo, una ventaja de la presencia de material de fósforo (por ejemplo, fósforo YAG 328) dentro de epóxido es que el material de fósforo actúa para difundir la luz que es emitida por el LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318). Como consecuencia, el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) se convierte de una fuente luminosa de emisión puntual en una fuente luminosa de emisión de superficie, que es más adecuada para aplicaciones de iluminación funcionales.
Como los LEDs azules suelen tener un tiempo de vida más corto que R y G, la presencia de dos LEDs azules en el dispositivo MIO-LED permite al usuario activar un LED azul en solitario y después activar el segundo LED azul sólo cuando el primer LED azul empieza a fallar. Alternativamente, los dos LED azules pueden ser activados simultáneamente, pero con un nivel de potencia reducido, que prolonga su tiempo de vida. En ambos casos, se proporciona una técnica para prologar el tiempo de vida global del dispositivo debido a un fallo del LED azul. Una ventaja adicional de incluir dos LEDs azules es que en el caso de que, si el material sólido transparente perdiera el color (por ejemplo, se volviera pardo) con el tiempo, la activación del segundo LED azul puede ayudar a superar las pérdidas debidas al envejecimiento del material transparente. Esta técnica puede aplicarse también a otros LEDs dependientes de sus características de tiempo de vida.
En el caso en el que el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) incluya R, G, B + YAG y B + YAG, la combinación de los mismos proporciona el mecanismo por el que la CT puede determinarse y ajustarse, en comparación con fuentes luminosas estándar. Además, al variar la corriente que se suministra al LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318), los colores de los LEDs pueden cambiar ligeramente, lo que después tiene un efecto positivo al producir un CRI más alto. Además, el dispositivo LED 4-en-1 (300) o dispositivo MIO-LED superior (> 4-en-1) proporciona un dispositivo aún más extendido (multiespectro) en comparación con el dispositivo LED 3-en-1 (200), lo que da como resultado un CRI todavía más alto.
En otra configuración de ejemplo, el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) incluye R, G, O y B + YAG, que proporciona un dispositivo todavía más extendido (multiespectro) para conseguir un CRI todavía más alto. Como los tres LEDs del dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) y el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) se activan simultáneamente, su potencia nominal puede reducirse para cierta iluminación en comparación con un LED blanco en solitario que produzca la misma iluminación. Por ejemplo, cada LED puede disipar 250 vatios sólo en comparación con un dispositivo que disipa de 1 a 5 vatios. Por tanto, el sistema de gestión térmica (no mostrado) para dispositivos MIO-LED de la presente invención (por ejemplo, el dispositivo MIO-LED (3-en-1) 200 o el dispositivo MIO-LED (4-en-1) 300) puede simplificarse en comparación con LEDs de alta potencia. Además, la combinación de múltiples LEDs (por ejemplo, tres o cuatro) en un solo paquete produce un dispositivo emisor en superficie, en lugar de un dispositivo emisor puntual.
En el caso en el que el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) incluya R, G, B + YAG, y B + YAG, la combinación de los mismos proporciona el mecanismo por el que la CT puede determinarse y ajustarse, en comparación con fuentes luminosas estándar. Además, al variar la corriente que se suministra al LED (312), el LED (314), el LED (316) y el LED (318), los colores de los LED pueden cambiar ligeramente, lo que tiene después un efecto positivo al producir un CRI más alto. Además, el dispositivo MIO-LED 4-en-1 (300) (u otro dispositivo MIO-LED > 4-en-1) proporciona un dispositivo todavía más extendido (multiespectro) en comparación con dispositivo LED 3-en-1 (200), lo que da como resultado un CRI todavía más alto.
Las tomas separadas para cada LED del dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200) y el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) (u otro dispositivo MIO-LED > 4-en-1) permite el control individual de tensión de polarización directa (por ejemplo, R = 2 voltios, B y G = 4 voltios). Sin embargo, la presente invención no se limita a tomas separadas. Alternativamente, el dispositivo LED 3-en-1 (200) y el dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) pueden incluir una toma común para activar múltiples LEDs cuando actúan, por ejemplo, en una configuración de ánodo común o de cátodo común.
Como el ojo humano es muy sensible a las variaciones en la luz blanca, la combinación de R y G con B + YAG proporciona un mecanismo para obtener un CRI alto. La compensación de las diferencias individuales de color entre los MIO-LED B + YAG en solitario proporcionan un amplio intervalo de aproximadamente el 75% de CRI, pero la adición de R y G a B + YAG permite, por ejemplo, que el dispositivo se ajuste a 6.900 K y se mantenga constante. La adición de R y G a B + YAG permite que la compensación mueva la luz a lo largo de la curva de CT (véase fig. 1). El resultado es un dispositivo MIO-LED (por ejemplo, un dispositivo MIO-LED (3-en-1) 200 o un dispositivo MIO-LED (4-en-1) 300) de la presente invención que proporcionan un dispositivo de iluminación de luz blanca que tiene una CT en el intervalo de 3.200 K a 9.500 K y un CRI de 90 y superior.
Otras formas de realización de un dispositivo MIO-LED
Además, la presente invención no se limita a dispositivos MIO-LED 3-en-1 y 4-en-1, son posibles dispositivos n-en-1. Por ejemplo, un dispositivo 6-en-1 puede estar formado mediante el uso de R, G, B + YAG e Y, C, B + YAG. R, G, B + YAG permite el desplazamiento de CT sólo hacia el rojo, mientras que Y, C, B + YAG permite además un desplazamiento de CT hacia el azul (véase fig. 1). En este ejemplo, se proporciona una capacidad de ajuste adicional. En todos los ejemplos de dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200), dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) y dispositivos n-en-1, la adición de dos o más colores, como R y G, ya que B + YAG añade más espectros de luz, lo que aumenta el CRI y, así, aumenta la calidad de luz. También puede dar al usuario la oportunidad de optimizar para diferentes requisitos de iluminación.
Además, en todos los ejemplos de dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200), dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) y dispositivos n-en-1, el material transparente sólido puede ser de base de silicio en lugar de base de epóxido, ya que el uso de silicio puede aumentar el tiempo de vida del dispositivo. Además, en todos los ejemplos de dispositivo MIO-LED (3-en-1) (200), dispositivo MIO-LED (4-en-1) (300) y dispositivos n-en-1, los LEDs pueden sustituirse por dispositivos de LED orgánico (OLED) para producir una fuente luminosa blanca que es adecuada para aplicaciones de iluminación funcional.
Módulos y procedimientos que incorporan MIO-LED
Una forma de realización de la presente invención es un módulo (100) que incorpora una pluralidad de dispositivos MIO-LED según se describe anteriormente. En la siguiente descripción, se hace referencia a la fig. 4 que describe una pluralidad de dispositivos MIO-LED (120) presentes en un módulo (100). La pluralidad de dispositivos MIO-LED (120) (por ejemplo 120-1) puede configurarse como una matriz de LED (118).
La matriz de LED comprende una disposición de LEDs, que proyectan conjuntamente luz desde la matriz, combinando su salida de luz. La matriz puede comprender columnas y filas según se representa en la fig. 5. Sin embargo no se limita a esta disposición, y alternativamente puede disponerse, por ejemplo, en forma circular, espiral, irregular, etc.
La matriz puede comprender, por ejemplo, un dispositivo MIO-LED (3-en-1) RGB + YAG que se describe anteriormente. Como el LED B + YAG produce luz blanca, el dispositivo MIO-LED RGB + YAG se refiere como dispositivo MIO-LED RGW. En otro ejemplo, un dispositivo MIO-LED (120) de matriz de LED (118) puede ser un dispositivo MIO-LED (OCB) naranja, cian y azul que se describe anteriormente. Dos o más dispositivos MIO-LED (120) pueden ser diferentes, por ejemplo, la matriz (118) puede comprender varias combinaciones de dispositivos MIO-LED descritos anteriormente, como una combinación de dispositivos MIO-LED RGW y OCB. Se describen más detalles de una configuración LED de ejemplo que incluyen una combinación de dos dispositivos MIO-LED son referencia a la fig. 4. Los dispositivos MIO-LED descritos pueden ser dispositivos 3-en-dispositivos, es decir, tener sólo tres LED, o pueden comprender LED adicionales formando así, por ejemplo, un dispositivo 4-en-1, 5-en-1, 6-en-1, etc.
Las fuentes de corriente (122-1) a (122-n) se asocian con dispositivos MIO-LED (120-1) a través de (120-n), respectivamente, y cada una representa múltiples dispositivos de fuente de corriente (por ejemplo, una fuente de corriente 122 para el LED R, una fuente de corriente 122 para el LED G y una fuente de corriente 122 para el LED W). Así, cada uno de los LED dentro de cada dispositivo MIO-LED (120) puede tener una fuente de corriente dedicada (122).
Las fuentes de corriente (122) pueden ser cualquier fuente de corriente constante disponible comercialmente que sea capaz de suministrar una corriente constante, normalmente en el intervalo de 5 a 80 miliamperios (mA), a los dispositivos MIO-LED (120). Un dispositivo de corriente constante de ejemplo incluye, pero no se limita a, el activador de corriente controlado por PWM de 16 canales DM132, suministrado por Silicon Touch Technology Inc. (Taiwán).
El módulo (100) de la presente invención puede comprender un DAC (124) que esté conectado a los dispositivos MIO-LED (120) de manera que se controle el brillo de cada LED, o de un conjunto (por ejemplo 2, 3, 4, 5, 6 o más) de LEDs en el mismo. Así, puede haber un DAC por LED o un DAC por conjunto de LEDs. Cuando un DAC (124) controla un conjunto de LEDs, los LEDs del conjunto pueden ser del mismo color. Esto permite que una disposición de un grupo de dispositivos MIO-LED (por ejemplo 2, 3, 4, 5 ó 6 o más) esté controlada por un DAC (124) para cada color de LED presente. Por ejemplo, cuando los dispositivos MIO-LED de un grupo contienen cada uno LED RGB + YAG, puede haber 3 DAC (124) que controlen este grupo, uno por cada color presente en cada dispositivo MIO-LED.
En la fig. 4 se muestra un ejemplo de una configuración del DAC (124) presente en un circuito de LED (110). El DAC (124) puede ser cualquier dispositivo convertidor digital-analógico disponible comercialmente. El DAC (124) puede tener, por ejemplo, resolución de 8 bits, 10 bits o 12 bits. La entrada digital del DAC (124) puede estar proporcionada por el DSP (112) y múltiples salidas analógicas del DAC (124) alimentan a fuentes de corriente respectivas (122). Como consecuencia, el DAC (124) se usa para ajustar el valor de corriente de cada fuente de corriente (122) según la entrada digital del DAC (124). El circuito de LED (110) no se limita a un solo DAC (124) que alimenta a todas las fuentes de corriente (122), según se muestra en la fig. 4. Alternativamente, el circuito de LED (110) puede incluir una combinación de múltiples DACs (124) con el fin de ajustar los valores de corriente de las fuentes de corriente (122). En un ejemplo, el dispositivo DAC puede ser, pero no se limita a, el DAC de 8 canales AD5308, suministrado por Analog Devices (Norwood, Massachusetts).
Cada uno de los LEDs dentro del dispositivo MIO-LED (120) puede estar conectado a un conmutador de PWM dedicado (126) que permite el control de activación/desactivación del MIO-LED (120) o de cada LED del mismo, usando una señal. Por ejemplo, los conmutadores de modulación de anchura de pulso (PWM) (126-1) a (126-n) están asociados con los dispositivos MIO-LED (120-1) a (120-n), respectivamente; cada uno puede representar múltiples dispositivos conmutadores de PWM (por ejemplo, un conmutador de PWM (126) para el LED R, un conmutador de PWM (126) para el LED G y un conmutador de PWM (126) para el LED W). Cada conmutador de PWM (126) (por ejemplo, cada conmutador de PWM 126-1 a 126-n) del circuito de LED (110) puede ser un conmutador electrónico, como un conmutador FET, que se usa para conectar o desconectar una fuente de corriente dada (112) de su LED respectivo por medio de una señal PWM (no mostrada) que es generada por el DSP (112). Como es bien conocido, la modulación de anchura de pulsos es una técnica para controlar un circuito analógico, como un circuito de LED (110), con las salidas digitales de un procesador, como DSP (112). Cada LED dentro de un dispositivo MIO-LED (120) puede tener una combinación dedicada de una fuente de corriente (122) y un conmutador de PWM (126), que permite el control individual de cada LED dentro del dispositivo MIO-LED, que es representado por un dispositivo MIO-LED (120) en la fig. 4.
El conmutador de PWM (126) puede usarse para atenuar un dispositivo MIO-LED (120). La técnica de atenuación PWM es útil, ya que permite que la salida de color de un LED permanezca esencialmente constante cuando la corriente no se altera durante la atenuación (sólo la duración de pulsos proporcionada a un LED). Sin embargo, no es el procedimiento de atenuación más eficaz, ya que la corriente suministrada al LED sigue siendo la misma usando atenuación PWM incluso en salidas de luz muy bajas. La presente invención puede emplear, en su lugar, atenuación de corriente. Puede superar los cambios de salida de color de un dispositivo MIO-LED (120) para diferentes corrientes al caracterizar a un dispositivo MIO-LED a diversas corrientes. El sistema puede superar los cambios de salida de color a diferentes corrientes alterando la salida de color relativa de cada LED dentro de dicho dispositivo MIO-LED (120). Esta caracterización puede realizarse en la fábrica, y la asociación entre corriente, color y salida de luz proporcionarse como información mantenida en una memoria a la que puede acceder el DSP. Según un aspecto de la invención, la atenuación se realiza usando una mezcla de control de PWM y control de corriente.
El dispositivo de almacenamiento (128) del circuito de LED (110) puede estar presente en un módulo (100) de la presente invención configurado para proporcionar datos al DSP (112). El dispositivo de almacenamiento (128) está conectado de manera que proporciona información a un DSP (112) en relación con el comportamiento del módulo. Un ejemplo de información de color que puede almacenarse en el dispositivo de almacenamiento (128) incluye, pero no se limita a, corriente frente a comportamiento del color y salida de luz frente a temperatura. El dispositivo de almacenamiento (128) puede ser cualquier medio de almacenamiento no volátil, como un dispositivo de memoria de acceso aleatorio (RAM), un dispositivo de memoria de sólo lectura programable (PROM) o un dispositivo de memoria de sólo lectura programable y borrable (EPROM). La capacidad de almacenamiento del dispositivo de almacenamiento (128) es igual o mayor a la requerida para almacenar datos de color para cada dispositivo MIO-LED (120), que se usa para compensación de color de cada dispositivo MIO-LED (120), según se necesite, durante el funcionamiento del sistema de módulo LED 100.
Los datos de color que se almacenan en un dispositivo de almacenamiento (128) pueden determinarse en el momento en que se montan los componentes de circuito de LED (110) (es decir, en la fabricación). Estos datos de color pueden almacenarse dentro del dispositivo de almacenamiento (128) en el momento del montaje o, alternativamente, almacenarse cuando el sistema de módulo LED (100) se coloca en el campo.
El módulo (100) de la presente invención puede comprender uno o más sensores de temperatura (130) configurados para proporcionar datos al DSP (112) según se indica en el circuito de LED (110). Los sensores de temperatura (130) son dispositivos de detección de temperatura disponibles comercialmente para detectar la temperatura de funcionamiento de la aplicación física del sistema de módulo LED (100), como una placa de circuito impreso que se asocia al circuito de LED (110). En particular, puede instalarse una pluralidad de sensores de temperatura (130) en estrecha proximidad con la aplicación física de la matriz de LED (118) y en una forma distribuida con respecto al área consumida por la matriz de LED (118). Las salidas de sensores de temperatura (130) son suministradas al DSP (112), con el fin de que el DSP (112) aplique compensación de color de dispositivos MIO-LED (120) que se base en variaciones de temperatura. Además, los sensores de temperatura (130) pueden usarse para medir la temperatura interna del paquete (fig. 5 a 10) del sistema de módulo LED (100). El DSP (112) puede usar la información de los sensores de temperatura (130) para controlar mecanismos de refrigeración del paquete del sistema de módulo LED (100), con el fin de mantener una temperatura constante en el mismo. En un ejemplo, el dispositivo de sensor de temperatura puede ser, pero no se limita a, el sensor de temperatura AD7415, suministrado por Analog Devices (Norwood, Massachusetts).
El módulo (100) de la presente invención puede comprender uno o más sensores IR (132). El sensor IR puede estar configurado para proporcionar una señal al DSP (112) según se indica en el circuito de LED (110). El sensor IR (132) puede ser un dispositivo de detección de IR disponible comercialmente para detectar señales IR de un dispositivo de control remoto (no mostrado), que se usa para accionar el sistema de módulo LED (100). Una salida digital del sensor IR (132) alimenta el DSP (112), que interpreta y responde en consecuencia a las órdenes de control remoto. Un dispositivo de sensor IR de ejemplo incluye, pero no se limita a, el sensor IR TSOP 341, suministrado por Vishay Intertechnology, Inc. (Malvern, PA). Las funciones de control remoto que se reciben a través del sensor IR (132) y que se interpretan mediante el uso de DSP (112) incluyen, pero no se limitan a, ajuste del brillo, ajuste de color individual, selección de patrones, selección de temperatura de color, selección de CRI, y así sucesivamente. El dispositivo de control remoto (no mostrado) puede ser cualquier unidad de control remoto universal disponible comercialmente, como las usadas en televisiones o reproductores de DVD. Una unidad de control remoto de ejemplo que es adecuada para su uso con el sistema de módulo LED 100 es el dispositivo de control remoto universal Philips ProntoPRO TSU6000, suministrado por Royal Philips Electronics N.V, (Amsterdam, Países Bajos).
El DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede ser un microprocesador de propósito general para procesar instrucciones de microprocesador estándar. Los DSPs admiten habitualmente un conjunto de instrucciones especializadas para realizar rápidamente cálculos de procesamiento de señal común. En un ejemplo, el dispositivo DSP puede ser, pero no se limita a, el TI2802 DSP de Texas Instruments (Dallas, TX). El DSP (112) administra el funcionamiento global del sistema de módulo LED (100). Las funciones que son administradas mediante el uso de DSP (112) y que proporcionan multifuncionalidad al sistema de módulo LED (100) incluyen, pero no se limitan a, control de comunicaciones, control de activación/desactivación de dispositivos MIO-LED (120) individuales, control de activación/desactivación de la matriz de LED completa (118), control del sistema de refrigeración, control de administración de potencia, control de brillo variable (es decir, atenuación), control de color variable, control de eficacia operativa variable y control de CRI variable. Al hacerlo, las operaciones de DSP (112) incluyen, pero no se limitan a, las siguientes:
- interpretación y respuesta para controlar información que es recibida a través del sensor IR (132) desde un dispositivo de control remoto;
- interpretación y respuesta para controlar información que es recibida a través de la interfaz de red (114) desde un dispositivo controlador externo, como un ordenador;
- interpretación de información que es recibida de sensores de temperatura (130), con el fin de controlar un mecanismo de refrigeración (no mostrado);
- interpretación de información que se recibe de sensores de temperatura (130), con el fin de aplicar compensación de temperatura según se necesite al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128); y
- aplicación de compensación de color según se necesite al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de corriente frente a comportamiento del color, dentro del dispositivo de almacenamiento (128).
Al realizar las operaciones anteriores, la función del DSP (112) consiste en calcular constantemente los valores óptimos para controlar la salida de luz de cada dispositivo MIO-LED (120). Cuando el DSP (112) recibe una petición de una cierta cantidad de luz para un cierto color, el DSP (112) responde de manera que el circuito de LED (110) se optimiza en eficacia o en CRI.
El DSP (112) puede configurarse de manera que la CT y el brillo de la luz emitida desde cada dispositivo MIO-LED (120) se ajusten para ser idénticos. En otras palabras, el DSP (112) puede enviar señales de control que ajustan la potencia a los LEDs, de manera que la CT y el brillo de la luz emitida desde cada dispositivo MIO-LED (120) son uniformes dentro de cada módulo. Según se menciona anteriormente, el DSP puede configurarse para mantener la CT y el brillo. Alternativamente, el DSP (112) puede configurarse para ajustar la CT y el brillo de la luz emitida de cada dispositivo MIO-LED (120). Esta aplicación puede ser útil cuando se usa un módulo (100) como parte de un monitor para la visualización de imágenes como vídeo, imágenes estáticas u ordenador.
El módulo (100) de la presente invención puede comprender una o más interfaces de red (114). La interfaz de red (114) puede configurarse para intercambiar señal y datos de control con el DSP (112) según se indique en el circuito de LED (110). La interfaz de red (114) del sistema de módulo LED (100) proporciona una interfaz de comunicaciones entre el sistema de módulo LED (100) y un dispositivo de control externo, como un ordenador (no mostrado). El diseño de la interfaz de red (114) puede ser específico del protocolo de comunicación. Alternativamente, el diseño de la interfaz de red (114) puede sustentar protocolos de comunicación múltiples.
Los protocolos de comunicación que pueden sustentarse por la interfaz de red (114) incluyen, pero no se limitan a, Interfaz de Iluminación Direccionable Digital (DALI); DMX/DMX512 y DVI/HDMI, que son protocolos digitales de vídeo/datos; Estándar Recomendado 232 (RS-232); Estándar Recomendado 485 (RS-485); Red de Área de Controlador (CAN); Interfaz Digital en Serie (SDI); Interfaz Digital en Serie de Alta Definición (HD SDI); Ethernet; Art-Net Ethernet; ZigBee inalámbrica; y Bluetooth inalámbrico.
La fuente de alimentación (116) del sistema de módulo LED (100) está configurada para recibir una fuente de potencia (por ejemplo 90-250 V c.a., 50-60 Hz), y transformarla, si es necesario, para alimentar a los LEDs y otros componentes. La fuente de alimentación (116) puede ser una fuente de alimentación de modo conmutación a medida. Como es bien conocido, una fuente de alimentación de modo conmutación incorpora componentes electrónicos de manejo de potencia que se activan y desactivan continuamente con alta frecuencia y, así, la tensión de salida es controlada al variar el ciclo de trabajo, la frecuencia o una fase de estas transiciones. La entrada de la fuente de alimentación (116) puede ser una tensión de corriente alterna (c.a.) voltaje (V c.a.) en el intervalo de 90 a 264 V c.a., 50-60 Hz. Por ejemplo, la tensión de entrada puede ser de 110 ó 220 V c.a. Alternativamente, la entrada de la fuente de alimentación (116) puede obtenerse de una fuente de inducción electromagnética según se describe más adelante. La fuente de alimentación (116) puede estar diseñada para proporcionar, por ejemplo, 25 vatios y puede incluir una característica de corrección del factor de potencia (PFC), que es una técnica para contrarrestar los efectos no deseables de cargas eléctricas que crean un factor de (p.f.) que es menor que 1. La fuente de alimentación (116) proporciona potencia para todos los dispositivos electrónicos activos dentro del sistema de módulo LED (100). En particular, la fuente de alimentación (116) produce múltiples tensiones de LED (V-LED del circuito de LED 110) para alimentar los dispositivos MIO-LED (120), que incluyen LEDs de diferentes colores (cada color requiere una tensión V-LED diferente). La Tabla 4 a continuación muestra tensiones de c.c. de ejemplo que se asocian con cada color de LED.
TABLA 4 Ejemplo tensiones V-LED
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Según una forma de realización de la invención, la salida de tensión de la fuente de alimentación (116) es ajustable según la potencia requerida. Por ejemplo, un LED blanco puede tener una tensión V-LED máxima de 3,5 V especificada a una corriente de 20 mA. Otro LED puede tener un V-LED de 3,2 V especificada a una corriente de 10 mA. Cuando se optimiza la eficacia, la fuente de alimentación puede configurarse para recibir una señal del DSP para ajustar la salida de tensión, por ejemplo, de 3,5 V a 3,2 V.
Además, la fuente de alimentación (116) puede proporcionar potencia para un ventilador de refrigeración (mostrado en las fig. 6 y 8) que está asociado con el paquete de sistema de módulo LED (100). La tensión de salida para el ventilador de refrigeración puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 2 a 5 voltios c.c. Alternativamente, la tensión c.c. puede mantenerse constante y el ventilador puede activarse usando PWM. Así, la potencia del ventilador puede regularse. Esto resulta ventajoso cuando es importante mantener la eficacia, es decir, reducir la entrada de potencia reduciendo la actividad del ventilador, o reducir el ruido también reduciendo la actividad del ventilador.
Además, el sistema de módulo LED (100) puede incluir una batería recargable (no mostrada), que proporciona potencia al sistema de módulo LED (100) del dispositivo LED modular (200) en el caso de que se pierda la fuente de alimentación c.a. Puede cargarse mediante el regulador de potencia (116) cuando está presente la fuente de potencia.
Mientras anteriormente se menciona el uso de potencia c.a. o c.c., la entrada de potencia a la fuente de alimentación (116) puede ser directa o indirecta usando inducción electromagnética. Así, el sistema de módulo LED 100 puede incluir una parte de recepción para una potencia acoplada inductivamente. En dicho sistema, una bobina de inducción (acoplador secundario), parte del sistema de módulo LED (100), recibe potencia por inducción de una bobina externa (acoplador primario). La bobina externa puede estar integrada en un marco de soporte para el sistema. Esto puede permitir al sistema de módulo LED funcionar sin cables eléctricos, simplificando así enormemente la configuración del sistema. La potencia transferida por la disposición inductiva puede oscilar entre menos de 1 vatio (por ejemplo 100 mW) y centenares de vatios.
En la fig. 14 se ilustra una implementación de acoplamiento inductivo para transferir energía desde una fuente eléctrica hacia el sistema de iluminación. Una fuente de alimentación inductiva externa (2010) comprende un acoplador primario (2005) que recibe potencia (2001) de una fuente de red eléctrica (por ejemplo electricidad c.a. de red a 50 Hz, o corriente alterna de 1 a 200 kHz) a través de cables (2003). La fuente de alimentación inductiva (2010) puede convertir la potencia (2001) en caso necesario y suministrarla al acoplador primario (2005) en una forma que pueda ser transmitida sin cables a una bobina receptora (acoplador secundario) (2006) que forma parte del sistema de módulo LED (100). En la fuente de alimentación inductiva (2010) pueden estar presentes circuitos adicionales (2002, 2004) para realizar la tarea, por ejemplo, de convertir la fuente eléctrica (2001) en una forma de onda de alta frecuencia, y/o recibir/emitir información de datos que usa el acoplador primario (2005); el ondulador (2002) (si fuera necesario), y el modulador de y/o desmodulador de datos (2004) están indicados respectivamente en la fig. 14.
El sistema de módulo LED (100) puede comprender un acoplador secundario (2006) que recibe potencia sin cables mediante acoplamiento inductivo del acoplador primario (2005). La salida de potencia (2009) es suministrada directa o indirectamente como entrada a la fuente de alimentación (116) descrita anteriormente. También puede haber presentes circuitos adicionales (2007, 2008) en el sistema de módulo LED (100) para controlar la tensión de la salida de potencia (2009), y/o para añadir información de datos de recepción/emisión usando el acoplador secundario (2006); el controlador de tensión (2007), y el modulador y/o desmodulador de datos (2008) están indicados respectivamente en la fig. 14.
Los acopladores primario (2005) y secundario (2006) respectivos pueden tener cualquier forma adecuada. Algunas formas pueden tener ventajas para eficacia de la transferencia de energía y algunas formas pueden optimizarse de manera que permitan un fácil montaje o enganche de la fuente luminosa en los acopladores primarios. Algunas formas de acoplador pueden permitir un diseño de panel plano de ambos acopladores.
Además de usar los acoplamientos (2005, 2006) para transferir energía, la transferencia de datos también puede intercambiarse en los acoplamientos (2005, 2006). La transferencia de datos puede ser bidireccional, es decir, desde el sistema de módulo LED (100) a la fuente de alimentación (2010) y viceversa. La transferencia de datos podría implementarse usando diversas técnicas de modulación (por ejemplo, modulación de clave de desplazamiento de fase). Esta técnica evita las conexiones (conectores o enchufes) entre las fuentes luminosas y la fuente eléctrica y la fuente de datos. De ahí que la fuente de lámpara pueda cerrarse o sellarse herméticamente para, por ejemplo, su uso al aire libre para un cierto nivel de protección IP.
El acoplador primario (2005) puede estar integrado dentro de un marco o mecanismo de sujeción que sostiene mecánicamente el sistema de módulo LED (100) o el alojamiento del mismo. El acoplador primario (2005) puede estar incluido en un cable, conectando posiblemente más sistemas de módulo LED (100), que se conectan con una fuente eléctrica. Por medio del cableado, puede interconectarse una pluralidad de acopladores primarios 2005 para formar una forma en 2D o 3D de fuentes luminosas.
Según se menciona anteriormente, la fuente de alimentación inductiva (2010) puede incorporar circuitos adicionales (2002) para convertir energía en una frecuencia de forma de onda adecuada para el sistema de transferencia de potencia; se muestra un ejemplo de esto (fig. 15) que representa un ondulador (2002) que recibe potencia c.c., que convierte en potencia de mayor frecuencia (por ejemplo de 1 a 200 kHz) para su uso por el acoplador primario (2005).
Según se menciona anteriormente, la fuente de alimentación inductiva (2010) puede incorporar circuitos adicionales (2002) para generar transferencia de datos (unidireccional o bidireccional) (2012, 2013) si fuera aplicable; se muestra un ejemplo de esto en la (fig. 16) que representa un modulador y/o desmodulador de datos (2008) que recibe potencia c.c.
La fuente de alimentación inductiva (2010) puede incorporar circuitos adicionales (2015) configurados para detectar la posición de la fuente luminosa en una cadena (2012) (o matriz) de fuentes luminosas (fig. 17).
Según se menciona anteriormente, la fuente de alimentación inductiva (2010) puede estar alimentada a partir de la potencia tradicional de la red eléctrica (por ejemplo 120-250 V c.a., 50-60 Hz). Sin embargo, alternativamente puede recibir potencia de un ondulador de alta frecuencia (por ejemplo, de 6 a 250 V c.a., 1- 200 kHz). Según una forma de realización de la invención, la potencia de alta frecuencia para el acoplador primario (2001) se proporciona por separado a la fuente de alimentación inductiva (2010) por medio de un riel común (2013). Dicha configuración está indicada en la fig. 18. Según otro aspecto de la invención, la potencia de la red eléctrica o potencia c.c. es suministrada a la fuente de alimentación inductiva (2010) por medio de un riel común (2014), potencia que se usa para accionar los circuitos y el acoplamiento primario por medio de un ondulador (2002). El uso de rieles comunes permite que varias fuentes luminosas se acoplen convenientemente a una pluralidad de fuentes de alimentación inductivas (2010), mediante las cuales la fuente eléctrica (2001) está disponible en rieles comunes. Cualquier riel común (2011, 2013, 2014), o cable que conecte la fuente de alimentación inductiva (2010) puede sellarse para su uso al aire libre.
Según un aspecto de la invención, los rieles comunes (2011, 2013, 2014), que conectan el acoplador primario (2001) están sellados herméticamente para uso al aire libre o bajo el agua.
Cambiando la salida de potencia del acoplador primario, puede controlarse la luz emitida por el sistema de módulo LED (100). Dicho control podría realizarse como añadido o alternativa a cualquier control electrónico ya presente en los sistemas de módulo LED (100).
El sistema de módulo LED (100) puede incorporar componentes electrónicos, por ejemplo, un controlador de tensión (2007), configurado para ajustar la potencia o tensión o corriente recibida del acoplamiento secundario (2006). Esto puede usarse para compensar cambios en la energía recibida, compensar tolerancias del acoplador y los componentes electrónicos, la variación en el entrehierro del acoplamiento inalámbrico.
El sistema de módulo LED (100) puede incorporar componentes electrónicos por ejemplo un modulador y/o desmodulador de datos (2008), de manera que reciba datos digitales del lado primario y puede contener componentes electrónicos de manera que emitan datos al lado primario como ya se ha mencionado anteriormente.
El sistema de módulo LED (100) puede contener cualquier receptor o transceptor IR de manera que sea capaz de ajustar la funcionalidad de la fuente luminosa. Estos datos también podrían transmitirse a la fuente de alimentación inductiva (2010) para su uso en una red o para controlar otras fuentes luminosas en el sistema.
El sistema de módulo LED (100) puede incorporar cualquier receptor y/o emisor inalámbrico para comunicarse con otras fuentes luminosas o controlar dispositivos para el sistema de iluminación.
El sistema de módulo LED (100) puede unir al acoplador primario la fuente de alimentación inductiva (2010) parte de la fuente de alimentación inductiva (2010) mediante un montaje. Dicho montaje incluye un montaje ajustable con un enganche.
El sistema de módulo LED (100) puede también sellarse herméticamente cuando es posible una aplicación al aire libre o bajo el agua.
Con referencia continuada a la fig. 4, el funcionamiento del sistema de módulo LED (100) puede ser el siguiente. El DSP (112) recibe órdenes de un dispositivo de control remoto por medio del sensor IR (132) o de un controlador externo a través de una interfaz de red (114) y, así, un usuario activa el circuito de LED (110).
Posteriormente, un usuario selecciona una o más funciones o modos de operación del sistema de módulo LED (100) y el circuito de LED (110) se ajusta consiguientemente. Por ejemplo, un usuario selecciona un brillo, color, eficacia y/o CRI deseado. El DSP (112) interpreta y responde a las selecciones del usuario solicitando la información en el dispositivo de almacenamiento (128) para cada dispositivo MIO-LED (120) y calculando el valor de corriente requerido para controlar cada dispositivo MIO-LED (120). A continuación el DSP (112) ajusta cada fuente de corriente (122) de forma consiguiente por medio del DAC (124). Además, el DSP (112) lleva un seguimiento continuo de los datos de temperatura de los sensores de temperatura (130) con el fin de aplicar compensación de temperatura, según se necesite, y de controlar el sistema de refrigeración (no mostrado). Opcionalmente, la corrección para conseguir un color uniforme a partir de un dispositivo MIO-LED (120) a sus vecinos se consigue digitalmente por medio de conmutadores de PWM (126), mientras que la salida de luz general de cada dispositivo MIO-LED (120) se controla por medio de fuentes de corriente (122). El control de la salida de luz por medio de corriente permite una eficacia operativa máxima. Además, puede garantizarse el uso de los datos de corrección que están almacenados en el dispositivo de almacenamiento (128), la reproducción máxima de color y los niveles de salida de color. En resumen, el funcionamiento del sistema de módulo LED (100) usa la combinación de impulso LED analógico y compensación digital. Los componentes electrónicos del sistema de módulo LED (100) proporcionan mecanismos de realimentación mediante los cuales el DSP (112) puede calcular y, por tanto, ajustar, por ejemplo, el brillo, el CRI y
la CT.
La fig. 5 ilustra una vista frontal en perspectiva de un dispositivo LED modular (201), que comprende un alojamiento y un sistema de módulo LED (100) de la fig. 4. El dispositivo LED modular (201) es la aplicación física de un dispositivo LED modular que proporciona un bloque de construcción genérico que es fácil de usar y adecuado para múltiples aplicaciones de iluminación. El dispositivo LED modular (201) puede incluir una placa de LED (250) sobre la que se montan los componentes de circuitos de LED (110) del sistema de módulo LED (100) de la fig. 5. El dispositivo LED modular 201 puede incluir además un alojamiento/sumidero térmico (252). El alojamiento/sumidero térmico (252) sirve como el paquete para todos los componentes eléctricos del sistema de módulo LED (100) y facilita el sistema de administración térmica. Además, el dispositivo LED modular (201) puede incluir un conjunto de tornillos/separadores (254) para sujetar la placa de LED (250) al alojamiento/sumidero térmico (252) y, opcionalmente, para unir opcionalmente uno o más dispositivos ópticos (por ejemplo, lente, filtro, difusor) a la cara de la placa de LED (250). Opcionalmente, la cara exterior de la placa de LED (250) puede incluir capa de silicio, con el fin de proporcionar una barrera contra la contaminación o la intrusión de agua.
En la fig. 5 se muestra también un Detalle A de un dispositivo LED 3-en-1 (256), que es un ejemplo de un dispositivo MIO-LED (120) del circuito de LED (110) del sistema de módulo LED (100) de la fig. 1. La fig. 5 muestra que el dispositivo LED 3-en-1 (256) incluye, por ejemplo, tres LEDs (258). Los LED (258) pueden ser, por ejemplo, LED RGW u OCB para formar un dispositivo MIO-LED RGW u OCB, según se describe anteriormente.
La fig. 6 ilustra una vista posterior en perspectiva de dispositivo LED modular (201), que comprende un alojamiento y un sistema de módulo LED (100) de la presente invención. La fig. 6 muestra que el dispositivo LED modular (201) incluye además un conjunto de puntos de enganche (220) que están instalados en el alojamiento/sumidero térmico (252), un ventilador de refrigeración (260) montado en la parte posterior del alojamiento/sumidero térmico (252) que está asegurada mediante una protección del ventilador (262), un puerto de potencia c.a. (226) y uno o más (por ejemplo, dos) puertos de E/S (264).
En referencia de nuevo a las fig. 5 y 6, la placa de LED (250) puede ser una placa de circuito impreso (PCB) multicapa para implementar el circuito de LED (110) del sistema de módulo LED (100) de la fig. 4. En particular, la cara exterior de la placa de LED (250), según se muestra en la fig. 5, es una aplicación física de la matriz de LED (118) del circuito de LED (110), en la que los dispositivos MIO-LED (por ejemplo 3 en 1) (256) de la placa de LED (250) equivalen a los dispositivos MIO-LED (120) del circuito de LED (110). En el lado interior (no mostrado) de la placa de LED (250) se montan los componentes eléctricos de soporte del circuito de LED (110) (por ejemplo, fuentes de corriente (122), DAC (124), conmutadores de PWM 126, dispositivo de almacenamiento 128, sensores de temperatura 130 y sensor IR 132). En particular, se instalan sensores de temperatura (130) (no visibles) en una forma distribuida en toda el área de la placa de LED (250).
Además, se proporciona un pequeño orificio (no mostrado) que se asocia con el sensor IR (132) dentro de la placa de LED (250), con el fin de proporcionar un puerto en la línea de visión para recibir señales IR de un dispositivo de control remoto.
La fig. 9 ilustra una vista en sección transversal del dispositivo LED modular (201), que comprende un alojamiento y el sistema de módulo LED (100) de la presente invención. tomados a lo largo de la línea A-A de la fig. 2. La fig. 9 muestra un montaje de PCB (230) así como una placa de montaje (238) asegurada dentro del alojamiento/sumidero térmico (252). Además, la fig. 9 muestra que el alojamiento/sumidero térmico (252) incluye una pluralidad de aletas de refrigeración (240) para proporcionar una gran área superficial desde la cual disipar el calor. Además, las aletas de refrigeración exteriores (240) pueden ahusarse en un ángulo \alpha, de manera que la parte del alojamiento/sumidero térmico (252) que aloja la placa de LED (250) tenga una dimensión mayor que la parte opuesta del alojamiento/sumidero térmico (252). El ángulo \alpha puede estar en el intervalo de, por ejemplo, 2 a 15 grados, con un ejemplo específico de 4 grados. Aunque puede usarse un único dispositivo LED modular (201) como dispositivo de iluminación autónomo, en el caso de un dispositivo de iluminación con LED que está formado por una configuración de múltiples dispositivos LED modulares genéricos (201), los lados ahusados del dispositivo LED modular (201) permiten el montaje de múltiples dispositivos LED modulares (201) entre sí con una ligera curvatura. El dispositivo LED modular ahusado (201) permite, por tanto, su uso en una aplicación de iluminación que requiere una superficie curva, demostrando de nuevo la multifuncionalidad del dispositivo LED modular (201).
La fig. 10 ilustra una vista frontal de un alojamiento/sumidero térmico (252) del dispositivo LED modular (201) que aloja el sistema de módulo LED (100) de la presente invención. En particular, la fig. 10 muestra la parte del alojamiento/sumidero térmico (252) que aloja la placa de LED (250) y la placa de montaje (238). La fig. 10 muestra que el alojamiento/sumidero térmico (252) incluye además un conjunto de ranuras de alineación (242) y fiadores de alineación (244) que están dispuestos a lo largo de su perímetro exterior. Aunque un dispositivo LED modular único (201) puede usarse como dispositivo de iluminación autónomo, en el caso de una iluminación con dispositivo LED que está formada por una configuración de múltiples dispositivos LED modulares genéricos (201), la combinación de puntos de enganche (220) (mostrada en la fig. 6), ranuras de alineación (242) y fiadores de alineación (244) proporciona mecanismos para un fácil montaje de dispositivos LED modulares (201) entre sí. Por ejemplo, las ranuras de alineación (242) de unos dispositivos LED modulares (201) se alinean fácilmente y se ajustan con los fiadores de alineación (244) de un dispositivo LED modular vecino (201).
Análogamente, los puntos de enganche (220) de un dispositivo LED modular (201) pueden alinearse fácilmente y ajustarse con puntos de enganche (220) de un dispositivo LED modular vecino (201). En consecuencia, el dispositivo LED modular (201) proporciona un bloque de construcción universal para formar un dispositivo de iluminación para cualquier aplicación de iluminación.
En referencia de nuevo a las fig. 5 y 6, el alojamiento/sumidero térmico (252) puede estar formado por un material, como, pero sin limitarse a, aluminio o magnesio, que tenga una alta conductividad térmica y que sea ligero. El diseño del alojamiento/sumidero térmico (252) en combinación con el ventilador de refrigeración (260) proporciona una transferencia uniforme de calor en todo el dispositivo LED modular (201) y, así, proporciona disipación de calor uniforme. La parte interior (no visible) del alojamiento/sumidero térmico (252) puede incluir guías de flujo de aire integradas, con el fin de distribuir eficazmente el flujo de aire desde el ventilador de refrigeración (260) a los puntos calientes dentro del dispositivo LED modular (201). El alojamiento/sumidero térmico (252) puede incluir además espacios para instalar los componentes electrónicos (por ejemplo, en forma de PCB) que se asocian con el sistema de módulo LED (100), que se muestran en más detalle en las fig. 7A, 7B y 8.
Según una forma de realización de la invención, el alojamiento/sumidero térmico (252) puede incluir un material de interfaz que puede usarse para entrar en contacto con otros materiales conductores del calor, de manera que se transfiera calor desde el dispositivo más fácilmente.
En referencia de nuevo a las fig. 5 y 6, el ventilador de refrigeración (260) puede ser un ventilador de c.c. disponible comercialmente que sea adecuadamente pequeño para ser instalado dentro del alojamiento/sumidero térmico (252) y que proporcione unos metros cúbicos por minuto (MCM) de flujo de aire que sea adecuado para enfriar el dispositivo LED modular (201) cuando esté en funcionamiento. En un ejemplo, el ventilador de refrigeración (260) puede ser el ventilador AFB03505HA, suministrado por Delta Electronics, Inc. (Fremont, CA), que es un ventilador de 0,156 MCM que tiene un diámetro de 35 milímetros (mm). En otro ejemplo, el ventilador de refrigeración (260) puede ser el ventilador AFB0305MA, suministrado por Delta Electronics, Inc. (Fremont, CA), que es un ventilador de 0,085 MCM que tiene un diámetro de 30 milímetros (mm).
El ventilador de refrigeración (260) tiene un rebaje y, así, está alineado con la superficie posterior del alojamiento/sumidero térmico (252) y está asegurado por una protección del ventilador (262), según se muestra en la fig. 6. En el caso de que la parte posterior del alojamiento/sumidero térmico (252) tope con un obstáculo, el ventilador de refrigeración (260) continuará girando y extraerá aire de los extremos del alojamiento/sumidero térmico (252). El ventilador de refrigeración (260) puede controlar completamente la temperatura por medio de la combinación del DSP (112) y los sensores de temperatura (130). Además, el ventilador de refrigeración (260) puede ser apagarse en algunas aplicaciones con el fin de conseguir una reducción del ruido y/o prolongar la vida útil del ventilador de refrigeración (260). La protección del ventilador (262) puede estar formada por cualquier material ligero y rígido, como plástico moldeado, e incluye espacios para un puerto de electricidad c.a. (226), y, por ejemplo, dos puertos de E/S (264). El puerto de electricidad c.a. (226) puede ser un receptáculo estandarizado para conectar la tensión de entrada de c.a. (por ejemplo, 110 o 220 V c.a.) al regulador de potencia (116). Los puertos de E/S (264) pueden ser receptáculos estandarizados para conectar cables de comunicaciones para los diversos protocolos de comunicación que se describen en la fig. 4. En particular, el primer puerto de E/S (264) puede proporcionar una conexión de E/S a los componentes electrónicos del dispositivo LED modular (201), mientras que las señales de E/S pueden pasarse en forma de cadena por medio del segundo puerto de E/S (264) a otra forma del dispositivo LED modular (201). De esta manera, un dispositivo de iluminación con LED puede estar formado por una configuración de múltiples dispositivos LED modulares genéricos (201).
En referencia de nuevo a las fig. 5 y 6, el dispositivo LED modular (201) puede estar formado por cualquier matriz definida por el usuario de dispositivos MIO-LED (256) y, así, sus dimensiones pueden variar consiguientemente. A modo de ejemplo, las fig. 5 y 6 ilustran un caso de dispositivo LED modular (201) que está formado por una matriz 17 x 5 de dispositivos MIO-LED (256). En este ejemplo, el dispositivo LED modular (201) puede tener una profundidad, d, de entre 40 y 50 mm (por ejemplo, 44 mm). Si los dispositivos MIO-LED (256) se instalan en un paso de, por ejemplo, 8,94 mm en la dimensión X, paso x, la longitud global resultante, I, del dispositivo LED modular (201) puede ser, por ejemplo, de 152 mm. Si los dispositivos MIO-LED (256) se instalan en un paso de, por ejemplo, 8,55 mm en la dimensión Y, paso y, la altura global resultante, h, del dispositivo LED modular (201) puede ser, por ejemplo, de 42,75 mm.
Las fig. 7A y 7B ilustran una primera y una segunda vista en perspectiva, respectivamente, de un montaje de PCB (230) para formar el sistema de módulo LED (100) de la presente invención. El montaje de PCB (230) incluye una disposición de la placa de LED (250) que está conectada mecánica y eléctricamente a una placa de control de activación (232), que está conectada mecánica y eléctricamente a una placa de fuente de alimentación (F/A) (234) y una placa de interfaz de red (236), sobre la cual se instalan uno o más (por ejemplo, dos) conectores de E/S (238).
Como la placa de LED (250), la placa de control de activación (232), la placa F/A (234) y la placa de interfaz de red (236) pueden ser PCB multicapa para implementar los componentes electrónicos del sistema del módulo LED (100) de la fig. 4. En particular, la placa de control de activación (232) es la aplicación física del DSP (112) del sistema de módulo LED (100), que incluye un dispositivo DSP y los circuitos asociados, la placa F/A (234) es la aplicación física del regulador de potencia (116) del sistema de módulo LED (100), que incluye un diseño compacto de un circuito de potencia de modo conmutación, y la placa de interfaz de red (236) es la aplicación física de la interfaz de red (114) del sistema de módulo LED (100), que incluye circuitos receptores/activadores a los que se accede por medio de conectores de E/S (238). La placa de interfaz de red (236) permite la configuración de hasta (512) dispositivos LED modulares entre sí. Las conexiones mecánicas y eléctricas (por ejemplo, la E/S de señales y la potencia) entre la placa de LED (250), la placa de control de activación (232), la placa F/A (234) y la placa de interfaz de red (236) se proporcionan por medio de conectores multipatilla estándar que permiten que cada PCB del montaje de PCB (230) se conecte y desconecte fácilmente a voluntad.
La fig. 8 ilustra una vista en despiece ordenado del dispositivo LED modular (201), que aloja el sistema de módulo LED (100) de la presente invención. En particular, la fig. 8 muestra el montaje de la placa de LED (250), la placa de control de activación (232), la placa F/A (234), la placa de interfaz de red (236), el ventilador de refrigeración (260) y la protección del ventilador (262) en relación con el alojamiento/sumidero térmico (252). Según se muestra en la fig. 8, el alojamiento/sumidero térmico (252) incluye regiones de espacio, con el fin de alojar todos los elementos en las mismas. Se proporcionan más detalles del alojamiento/sumidero térmico (252) con referencia a la fig. 9 y 10.
Además, la fig. 8 muestra que el dispositivo LED modular (201) incluye una placa de montaje (238) que topa con el lado interior de la placa de LED (250). La placa de montaje (238) sirve como interfaz mecánica y térmica entre la placa de LED (250) y el alojamiento/sumidero térmico (252). La superficie interior de la placa de LED (250) está revestida con un material de dispersión del calor, como Gap pad VO Ultra soft de 0,317 cm de grosor de GPVOUS-0.125-AC-0816 de The Bergquist Company (Chanhassen, MN), con el fin de transferir el calor que se genera por los circuitos de la placa de LED (250) a la placa de montaje (238) y después al alojamiento/sumidero térmico (252). La combinación de placa de LED (250) y placa de montaje (238) está unida mecánicamente al alojamiento/sumidero térmico (252) por medio de tornillos/separadores (254) que se muestran en la fig. 5. La placa de montaje (238) puede estar formada por un material rígido, ligero y conductor térmico, como, pero sin limitarse a, aluminio o magnesio. Un orificio de holgura dentro de la placa de montaje (238) aloja el conector eléctrico entre la placa de LED (250) y la placa de control de activación (232).
El diseño del dispositivo LED modular (201), que incluye el montaje de PCB (230), proporciona un mecanismo según el cual los componentes electrónicos pueden considerarse sustituibles.
Más específicamente, el montaje de PCB (230) y, en particular, la placa de LED (250) en combinación con placa de montaje (238) pueden retirarse fácilmente de la cara del dispositivo LED modular (201). Además, cuando la placa de LED (250) en combinación con la placa de montaje (238) se proporciona como un elemento consumible, se incluyen todos sus datos de caracterización y los controladores.
La fig. 11 ilustra una configuración LED de ejemplo (800) del sistema de módulo LED (100) de la presente invención. A modo de ejemplo, la configuración LED (800) muestra una matriz de 17 x 5 de dispositivos MIO-LED. Los dispositivos MIO-LED presentes en la configuración (800) están dispuestos en filas 1 a 5 y en columnas A a Q. Además, a modo de ejemplo, los dispositivos MIO-LED pueden ser dispositivos MIO-LED RGW u OCB, o una combinación de ellos según se describe anteriormente. En particular, la fig. 11 muestra una primera cantidad de dispositivos MIO-LED RGW (W), una segunda cantidad de dispositivos MIO-LED RGW (W) que están girados 180 grados con respecto a sus vecinos, una primera cantidad de dispositivos MIO-LED OCB (3-en-1) (X), una segunda cantidad de dispositivos MIO-LED OCB (X) que están girados 180 grados con respecto a sus vecinos. La presencia de dispositivos MIO-LED OCB en combinación con dispositivos MIO-LED RGW proporciona un control mejorado del CRI, en comparación con la presencia de dispositivos MIO-LED RGW en solitario. Además, la presencia de dispositivos MIO-LED OCB en combinación con dispositivos MIO-LED RGW proporciona una mejora de la eficacia, el color y el control del brillo, en comparación con la presencia de dispositivos MIO-LED RGW en solitario. Además, la alternancia de la orientación física de los dispositivos MIO-LED RGW y OCB en relación con sus vecinos proporciona compensación de las diferencias en el color percibido debidas a diferencias en los ángulos de visualización.
Las especificaciones de rendimiento de ejemplo, por ejemplo, las configuraciones son las siguientes.
Configuración de LED 16 x 4 LED de 64 MIO-LED RGW: paso x = 9,5 mm, paso y = 10,69, CRI = 92%, brillo = 800 lm, CT = 3.200 K, potencia = 22 W;
Configuración de LED 16 x 4 de 48 MIO-LED RGW y 16 OCB: paso x = 9,5 mm, paso y = 10,69, CRI = 95%, brillo = 700 lm, CT = 3.200 K, potencia = 22 W;
Configuración de LED 17 x 5 de 85 MIO-LED RGW: paso x = 8,94 mm, paso y = 8,55, CRI = 92%, brillo = 1.100 lm, CT = 3.200 K, potencia = 25 W; y
Configuración de LED 17 x 5 de 64 MIO-LED RGW y 21 OCB: paso x = 8,94 mm, paso y = 8,55, CRI = 95%, brillo = 920 lm, CT = 3.200 K, potencia = 25 W.
La fig. 12 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento (900) de funcionamiento de un sistema de módulo LED, como el sistema del módulo LED (100) de la presente invención. En particular, el funcionamiento de sistema de módulo LED (100) usa la combinación de activación LED analógica y compensación digital. El procedimiento (900) incluye, pero no se limita a, las siguientes etapas. En la etapa (910), el DSP (112) de sistema de módulo LED (100) puede recibir órdenes de control de un dispositivo de control remoto por medio del sensor IR (132) y/o un controlador externo, como un ordenador, por medio de la interfaz de red (114). El procedimiento (900) avanza a la etapa (912).
En la etapa (912), el DSP (112) de sistema de módulo LED (100) puede interpretar las órdenes de control basándose en un conjunto de órdenes predeterminadas para las que se programa que el DSP (112) los reconozca. Las órdenes predeterminadas pueden relacionarse, por ejemplo, con control de comunicaciones, control activo/inactivo de dispositivos MIO-LED individuales (120), control activo/inactivo de toda la matriz de LED (118), control de sistema de refrigeración, control de administración de potencia, control de brillo variable (es decir, atenuación), control de color variable, control de eficacia operativa variable y control de CRI variable. El procedimiento (900) avanza a la etapa (914).
En la etapa (914), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede responder a las órdenes de control ejecutando un conjunto de instrucciones de programa predeterminadas para cada orden de control respectiva. El procedimiento (900) avanza a las etapas (916, 918, 920, 922 y 924).
En la etapa (916), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede vigilar y controlar continuamente las condiciones térmicas del dispositivo LED modular (201), con el fin de proporcionar un funcionamiento óptimo. En particular, el DSP (112) puede interpretar la información que se recibe de los sensores de temperatura (130), con el fin de aplicar compensación de temperatura, según se necesite, al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128). La compensación puede aplicarse a los LED (118) mediante el DSP (112) que controla las fuentes de corriente (122) por medio del DAC (124) y/o el DSP (122) que controla los conmutadores de PWM (126). El procedimiento (900) regresa a la etapa (910).
En la etapa (918), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede vigilar y controlar continuamente el brillo del dispositivo LED modular (201), con el fin de proporcionar un funcionamiento óptimo. En particular, el DSP (112) puede aplicar compensación de brillo, según se necesite, al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de corriente frente a comportamiento del color y datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128). La compensación puede aplicarse a los LED (118) mediante el DSP (112) que controla las fuentes de corriente (122) por medio del DAC (124) y/o el DSP 122 que controla los conmutadores de PWM (126). El procedimiento (900) regresa a la etapa (910).
En la etapa (920), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede vigilar y controlar continuamente el color del dispositivo LED modular (201), con el fin de proporcionar un funcionamiento óptimo. En particular, el DSP (112) puede aplicar compensación de color, según se necesite, al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de corriente frente a comportamiento del color y datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128). La compensación puede aplicarse a los LED (118) mediante el DSP (112) que controla las fuentes de corriente (122) por medio del DAC (124) y/o el DSP (122) que controla los conmutadores de PWM (126). El procedimiento (900) regresa a la etapa (910).
En la etapa (922), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede vigilar y controlar continuamente el CRI del dispositivo LED modular (201), con el fin de proporcionar un funcionamiento óptimo. En particular, el DSP (112) puede aplicar compensación del CRI, según se necesite, al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de corriente frente a comportamiento del color y datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128). La compensación puede aplicarse a los LED (118) mediante el DSP (112) que controla las fuentes de corriente (122) por medio del DAC 124 y/o el DSP 122 que controla los conmutadores de PWM (126). El procedimiento (900) regresa a la etapa (910).
En la etapa (924), el DSP (112) del sistema de módulo LED (100) puede vigilar y controlar continuamente la CT de dispositivo LED modular (201), con el fin de proporcionar un funcionamiento óptimo. En particular, el DSP (112) puede aplicar compensación, según se necesite, al circuito de LED (110) que se basa en información, como datos de corriente frente a comportamiento del color y datos de salida de luz frente a temperatura, dentro del dispositivo de almacenamiento (128). La compensación puede aplicarse a los LED (118) mediante el DSP (112) que controla fuentes de corriente 122 por medio del DAC (124) y/o el DSP (122) que controla los conmutadores de PWM (126). El procedimiento (900) regresa a la etapa (910).
En una disposición de circuito alternativa de matriz de LED 118 del circuito de LED (110) de la fig. 4 que da como resultado un aumento de la eficacia, los múltiples LED W pueden activarse por medio de una fuente de corriente común (122), de la cual se da un ejemplo que se muestra con referencia a la fig. 13. La fig. 13 ilustra un circuito de LED (1000) para incrementar la eficacia. El circuito de LED (1000) muestra los LED W (es decir, B + YAG) de una pluralidad de dispositivos MIO-LED conectados eléctricamente en serie y activados mediante una fuente de corriente común (122). A modo de ejemplo, la fig. 13 muestra cuatro dispositivos MIO-LED (3 en 1) (1010), en los que los LED W están conectados eléctricamente en serie y son activados por una fuente de corriente común (122) y en el que todos los LED R y G restantes son activados por una fuente de corriente separada (122). En la disposición del circuito de LED (1000), se requieren nueve fuentes de corriente (122), en lugar de doce según se describe con referencia a la matriz de LED 118 del circuito de LED (110) de la fig. 4. El número reducido de fuentes de corriente (122) da como resultado un aumento en la eficacia del dispositivo. El escenario del circuito de LED (1000) proporciona menos control de color y de brillo en comparación con cada LED W que tiene su propia fuente de corriente dedicada (122); sin embargo, en una aplicación de iluminación estática, la uniformidad del brillo es menos crítica. Además, en este escenario el LED R y el LED G, que se activan individualmente, pueden usarse para proporcionar compensación de color.

Claims (15)

1. Un sistema de iluminación por módulo de diodo electroluminiscente, LED, (100) que comprende:
- dos o más dispositivos LED múltiples-en-uno, MIO, (120), comprendiendo cada dispositivo MIO-LED (120) al menos tres LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) juntos en un cuerpo de alojamiento (210, 310) en el que:
a)
las partes emisoras de luz de dichos al menos tres LEDs están encapsuladas en y conectadas por un material transparente sólido, y
b)
dichos al menos tres LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) emiten cada uno un color de luz diferente, por lo que cada color se selecciona entre el grupo que consiste en azul, rojo, verde, amarillo, naranja, cian, morado, blanco y magenta,
- un procesador de señal digital, DSP (112), caracterizado por
- un convertidor digital-analógico, DAC, (124) para cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o un conjunto de LEDs, en el que el sistema está configurado de manera que las señales del DSP (112) regulan el color y el brillo totales de la luz emitida por los dispositivos MIO-LED (120) controlando la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs a través del DAC,
- el material transparente sólido comprende al menos un material de fósforo (228) que es activada por luz emitida desde uno o más de dichos LEDs, produciendo así una luz que tiene un espectro más amplio que el emitido por dicho LED de activación, y
- el material de fósforo (228) comprende uno o más de los fósforos enumerados en las Tablas 1, 2 ó 3, o un iluminador óptico
7
8
10 
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de módulo LED (100) según la reivindicación 1, en el que:
- al menos un LED en un dispositivo MIO-LED (120) emite luz azul, y
- el material de fósforo (228) es fósforo de itrio-aluminio-granate, YAG.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Sistema de módulo LED (100) según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho DSP (112) está configurado para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs, de manera que el color y el brillo de la luz emitida es el mismo para cada dispositivo MIO-LED (120).
4. Sistema de iluminación por módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un modulador de anchura de pulsos, PWM, un conmutador (126) para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o un conjunto de LEDs, mediante el uso de señales del DSP (112), preferentemente cuando el DSP está configurado para controlar el conmutador de PWM (126) para ajustar la potencia suministrada a dos o más LEDs del mismo color presentes en dispositivos MIO-LED separados (120), cuando dichos dos o más LEDs emiten tonos diferentes de dicho color.
5. Sistema de iluminación por módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el DSP está configurado para controlar el DAC para ajustar la potencia suministrada a dos o más LEDs del mismo color presentes en dispositivos MIO-LED separados (120), cuando dichos dos o más LEDs emiten tonos diferentes de dicho color, preferentemente cuando dichos dos o más LEDs del mismo color no se han agrupado mediante ordena-
ción.
6. Sistema de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además uno o más sensores de temperatura (130) configurados para proporcionar información de temperatura del módulo al DSP (112).
7. Sistema de módulo LED (100) según la reivindicación 6, en el que el DSP (112) está configurado para controlar la potencia aplicada a cada LED (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) o conjunto de LEDs de un dispositivo MIO-LED (120) basándose en la información de temperatura recibida de los sensores de temperatura (130), de manera que el color y el brillo de la luz emitida desde cada dispositivo MIO-LED (120) se mantiene cuando existen cambios en la temperatura.
8. Sistema de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además una fuente de alimentación (116) configurada para suministrar potencia a los LEDs (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318) y otros componentes, preferentemente en el que dicha fuente de alimentación (116) tiene una pluralidad de salidas de tensión c.c., suministrando, cada una, una tensión diferente para corresponderse con la tensión nominal para un LED emisor del color (212, 214, 216, 312, 314, 316, 318).
9. Sistema de módulo LED (100) según la reivindicación 8, en el que dicha fuente de alimentación (116) está configurada para adaptar su nivel de salida, para al menos un color dependiente, a la salida de luz requerida, controlado por el DSP.
10. Sistema de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el DSP (112) está configurado para vigilar continuamente la potencia suministrada a cada LED (212, 214, 216) con el fin de mantener el color y el brillo proporcionados por cada dispositivo MIO-LED (120), preferentemente, en el que el color y el brillo se mantienen según relaciones entre corriente y comportamiento del color, y/o datos de salida de luz frente a temperatura.
11. Sistema de módulo LED (100) según la reivindicación 10, en el que dichas relaciones se almacenan como datos dentro del dispositivo de almacenamiento (128) cuando está presente.
12. Sistema de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la temperatura de color, CT, de la luz emitida es ajustable.
13. Sistema de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, capaz de emitir luz que proporciona un alto índice de reproducción de los colores, CRI.
14. Dispositivo LED modular (201) que comprende un alojamiento y uno o más sistemas de módulo LED (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, por el que:
- se dispone una matriz de dispositivos MIO-LED (120) como una superficie emisora de luz
- se proporciona un medio mecánico para apilar dos o más dispositivos LED modulares (201).
15. Dispositivo LED modular (201) según la reivindicación 14, por el que dicho medio de alineamiento mecánico alinea las superficies emisoras de luz respectivas para proyectar luz hacia la misma dirección, preferentemente, en el que el alojamiento comprende un material de interfaz que puede usarse para hacer contacto con otros materiales conductores del calor, de manera que se transfiera calor desde el dispositivo más fácilmente.
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