ES2936253T3 - Disposición de filamentos LED con estructura disipadora de calor - Google Patents

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Abstract

Una disposición de filamentos (100) de diodos emisores de luz, LED, que comprende al menos un filamento LED (120) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, A, en el que al menos un filamento LED comprende una matriz de una pluralidad de diodos emisores de luz (140) , LED y un encapsulante (145) que comprende un material translúcido, en el que el encapsulante encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED. La disposición de filamentos de LED comprende además una estructura de disipador de calor (150), en la que el encapsulante del al menos un filamento de LED está en conexión térmica con la estructura del disipador de calor para disipar el calor del al menos un filamento de LED, y en el que el disipador de calor la estructura comprende una superficie reflectante (160) para reflejar la luz incidente del al menos un filamento LED. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición de filamentos LED con estructura disipadora de calor
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a disposiciones de iluminación que comprenden uno o varios diodos emisores de luz. Más específicamente, la presente invención se refiere a una disposición de filamentos de diodo emisor de luz (LED) con una estructura disipadora de calor.
Antecedentes de la invención
El uso de diodos emisores de luz (LED) con fines de iluminación sigue atrayendo la atención. En comparación con las lámparas incandescentes, las lámparas fluorescentes, las lámparas de tubos de neón, etc., los LED ofrecen numerosas ventajas, como una mayor vida útil, un menor consumo de energía y una mayor eficiencia con respecto a la relación entre energía luminosa y energía térmica. En particular, las lámparas de filamentos LED son muy apreciadas por ser muy decorativas.
Además de proporcionar un rendimiento máximo de la luz y/o un color específico de la luz de las lámparas de filamentos lEd , el diseño o la construcción de un dispositivo de iluminación debe tener en cuenta la evacuación del calor generado por los filamentos LED. Debe tenerse en cuenta que el efecto del calor puede ser perjudicial para los filamentos LED, y ello puede hacer que su funcionamiento se vuelva errático e inestable. Por tanto, la gestión térmica es una cuestión importante para evitar el daño térmico de los filamentos LED, y es necesario disipar el exceso de calor para mantener la fiabilidad del dispositivo de iluminación y evitar el fallo prematuro de los filamentos LED.
Sin embargo, la gestión térmica actual de las disposiciones de LED puede ser a menudo ineficaz, y puede ser insuficiente en caso de que se desee obtener rendimientos lumínicos relativamente elevados de las disposiciones de LED.
Por tanto, un objetivo de la presente invención es intentar superar al menos algunas de las deficiencias de las disposiciones de LED actuales en relación con sus propiedades de disipación de calor insuficientes y/o ineficaces, y proporcionar una disposición de LED con una gestión térmica mejorada.
El documento EP2827046A1 describe una disposición de filamentos LED según el preámbulo de la reivindicación 1 independiente de la presente invención.
Sumario de la invención
Por tanto, es de interés superar al menos algunas de las deficiencias de la gestión térmica actual de las disposiciones de LED que, por ejemplo, comprenden filamentos LED, para un funcionamiento mejorado de estas disposiciones de LED.
Un filamento LED proporciona luz de filamento LED y comprende una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) dispuestos en una matriz lineal. Preferiblemente, el filamento LED tiene una longitud L y una anchura W, donde L>5W. El filamento LED puede estar dispuesto en una configuración recta o en una configuración no recta tal como, por ejemplo, una configuración curva, una espiral 2D/3D o una hélice. Preferiblemente, los LED están dispuestos en un soporte alargado como, por ejemplo, un sustrato, que puede ser rígido (fabricado por ejemplo de un polímero, vidrio, cuarzo, metal o zafiro) o flexible (por ejemplo fabricado de un polímero o metal, por ejemplo, una película o lámina).
En caso de que el soporte comprenda una primera superficie principal y una segunda superficie principal opuesta, los LED están dispuestos en al menos una de estas superficies. El soporte puede ser reflectante o transmisivo para la luz, como translúcido y preferiblemente transparente.
El filamento LED comprende un encapsulante que cubre al menos parcialmente al menos parte de la pluralidad de LED. El encapsulante también puede cubrir al menos parcialmente al menos una de la primera o segunda superficie principal. El encapsulante puede ser un material polimérico que puede ser flexible tal como, por ejemplo, una silicona. Además, los LED pueden estar dispuestos para emitir luz LED, por ejemplo, de diferentes colores o espectros. El encapsulante puede comprender un material luminiscente que está configurado para convertir al menos parcialmente luz LED en luz convertida. El material luminiscente puede ser un fósforo, como un fósforo inorgánico y/o puntos cuánticos o barras.
El filamento LED puede comprender múltiples subfilamentos.
Este y otros objetivos se alcanzan proporcionando una disposición de filamentos LED con las características de la reivindicación independiente. Las formas de realización preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.
Por tanto, según la presente invención, se proporciona una disposición de filamentos de diodo emisor de luz, LED. La disposición de filamentos LED comprende al menos un filamento LED que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, en la que el al menos un filamento LED comprende una matriz de una pluralidad de diodos emisores de luz, LED. El al menos un filamento LED comprende un encapsulante que comprende un material translúcido, en el que el encapsulante encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED. La disposición de filamentos LED comprende además una estructura disipadora de calor, que comprende un elemento alargado térmicamente conductor que se extiende en la dirección del eje longitudinal A, estando conectado el al menos un filamento LED al elemento alargado térmicamente conductor, en la que el encapsulante del al menos un filamento LED forma una conexión térmica entre la estructura disipadora de calor y el filamento LED para una disipación del calor procedente del al menos un filamento LED. La estructura disipadora de calor comprende una superficie reflectante para reflejar la luz incidente del al menos un filamento LED. La disposición de filamentos LED comprende además una abrazadera para presionar el encapsulante del al menos un filamento LED contra la estructura disipadora de calor.
Por tanto, la presente invención se basa en la idea de proporcionar una disposición de filamentos LED, en la que el calor pueda disiparse de manera conveniente y eficiente desde el/los filamento(s) LED durante el funcionamiento, al tiempo que se minimiza cualquier obstrucción de la luz emitida desde la disposición de filamentos LED. Por tanto, la presente invención puede proporcionar la combinación de una distribución de luz deseada del/de los filamento(s) LED durante el funcionamiento, mientras que al mismo tiempo se optimiza la gestión térmica de la disposición de filamentos LED a través de la estructura disipadora de calor.
En la presente invención la estructura disipadora de calor puede ser un elemento conductor de calor como, por ejemplo, una tira metálica, sobre la que se conecta el filamento LED de modo que forme una conexión térmica entre la estructura disipadora de calor y el encapsulante del filamento LED, preferiblemente por toda la longitud del filamento. Preferiblemente, cada filamento está dotado de un elemento disipador de calor independiente.
La presente invención es ventajosa porque la conexión térmica entre el encapsulante del/de los filamento(s) LED y la estructura disipadora de calor, por ejemplo mediante contacto físico directo, garantiza una transferencia eficiente de calor del/de los filamento(s) LED a la estructura disipadora de calor mediante conducción. Por consiguiente, la presente invención proporciona una gestión térmica eficiente de la disposición de LED, minimizando así los efectos perjudiciales del calor sobre los LED del/de los filamento(s) LED durante el funcionamiento.
La presente invención es además ventajosa porque la luz omnidireccional proporcionada por el/los filamento(s) LED se mantiene en un grado relativamente grande en la disposición de filamentos LED, porque la estructura reflectante disipadora de calor está configurada para reflejar de manera eficiente la luz incidente desde los LED del/de los filamento(s) LED.
Se apreciará que la disposición de filamentos LED de la presente invención comprende además relativamente pocos componentes. El número relativamente bajo de componentes es ventajoso porque la disposición de filamentos LED es de fabricación relativamente barata. Además, el número relativamente bajo de componentes de la disposición de filamentos LED implica un reciclado más sencillo, especialmente comparado con los dispositivos o las disposiciones que comprenden un número relativamente alto de componentes, lo que impide una operación sencilla de desmontaje y/o reciclado.
La disposición de filamentos LED comprende al menos un filamento LED. El al menos un filamento LED comprende, a su vez, una matriz de LED. Por el término “matriz”, se hace referencia en este caso a una disposición o cadena lineal de LED, o similar, dispuesta sobre el/los filamento(s) LED. El/los filamento(s) LED comprende(n) además un encapsulante que comprende un material translúcido, en el que el encapsulante encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED. Por el término “encapsulante”, se hace referencia en este caso a un material, elemento, disposición, o similar, que está configurado o dispuesto para rodear, encapsular y/o encerrar la pluralidad de LED del/de los filamento(s) LED. Por el término “material translúcido”, se hace referencia en este caso a un material, composición y/o sustancia que es translúcida y/o transparente para la luz visible. La disposición de filamentos LED comprende además una estructura disipadora de calor. Por el término “estructura disipadora de calor”, se hace referencia en este caso sustancialmente a cualquier estructura, componente, disposición, o similar, configurada y/o dispuesta para disipar el calor. La estructura disipadora de calor comprende una superficie reflectante para reflejar la luz incidente del al menos un filamento LED. Por “superficie reflectante”, se hace referencia en este caso a una superficie que está configurada, es adecuada y/o está dispuesta para reflejar la luz incidente.
Según una forma de realización de la presente invención, la estructura disipadora de calor puede comprender un recubrimiento reflectante. Por “recubrimiento reflectante”, se hace referencia en este caso a un recubrimiento o capa que está configurada para reflejar la luz incidente. Por ejemplo, un recubrimiento o una capa de alta reflectividad tal como aluminio (Al) y/o plata (Ag) puede evaporarse sobre la estructura disipadora de calor. La presente forma de realización es ventajosa porque el recubrimiento reflectante de la estructura disipadora de calor puede reflejar de manera eficiente la luz emitida desde el/los filamento(s) LED durante el funcionamiento de la disposición de filamentos LED.
Según una forma de realización de la presente invención, el encapsulante del al menos un filamento LED puede estar dispuesto en contacto físico directo con la estructura disipadora de calor. Dicho de otro modo, la conexión térmica entre el encapsulante y la estructura disipadora de calor puede estar implementada por el encapsulante y la estructura disipadora de calor que están en contacto físico directo entre sí. La presente forma de realización es ventajosa porque el contacto físico directo del encapsulante del al menos un filamento LED y la estructura disipadora de calor garantiza una transferencia eficiente de calor del/de los filamento(s) LED a la estructura disipadora de calor durante el funcionamiento de la disposición de LED. Por consiguiente, las condiciones operativas de la disposición de LED en cuanto a gestión térmica pueden mejorarse aún más.
Según una forma de realización de la presente invención, el encapsulante del al menos un filamento LED puede estar pegado a la estructura disipadora de calor. La presente forma de realización es ventajosa porque el pegamento puede garantizar la fijación del encapsulante a la estructura disipadora de calor. Además, la disipación de calor del encapsulante a la estructura disipadora de calor puede mejorarse incluso adicionalmente, por ejemplo proporcionando un pegamento que puede comprender partículas conductoras de calor.
Según la presente invención, el filamento LED comprende una abrazadera para presionar el encapsulante del al menos un filamento LED contra la estructura disipadora de calor. Por “abrazadera”, se hace referencia en este caso sustancialmente a cualquier dispositivo para sujetar y/o presionar el encapsulante del al menos un filamento LED a/contra la estructura disipadora de calor. La presente invención es ventajosa porque la transferencia de calor desde el encapsulante del al menos un filamento lEd y la estructura disipadora de calor puede ser incluso más eficiente. Por consiguiente, las condiciones operativas de la disposición de lEd en cuanto a gestión térmica pueden mejorarse aún más. Se apreciará que al presionar el encapsulante del filamento LED contra la estructura disipadora de calor, el encapsulante puede deformarse al menos parcialmente. Esta deformación puede aumentar el área de contacto entre el encapsulante y la estructura disipadora de calor, y así mejorar el efecto de disipación de calor aún más.
Según una forma de realización de la presente invención, la disposición de filamentos LED puede comprender además un sustrato translúcido y termoconductor dispuesto entre el encapsulante del al menos un filamento LED y la estructura disipadora de calor. Debido a la transparencia y/o translucidez del sustrato, la luz emitida desde el filamento LED durante el funcionamiento puede atravesar el sustrato, reflejarse por la estructura disipadora de calor, y puede volver a atravesar el sustrato tras esta reflexión. La presente forma de realización es ventajosa porque la disposición y/o las propiedades del sustrato pueden influir en la distribución de la luz de una manera deseada. Por ejemplo, la elección del material de sustrato, el grado de transparencia y/o translucidez del sustrato, el índice de refracción del material de sustrato, el color del sustrato, etc., pueden reproducir la luz emitida desde el filamento LED de una manera deseada. La presente forma de realización es además ventajosa porque el sustrato es termoconductor (es decir, tiene una conductividad térmica relativamente elevada), de modo que puede conseguirse una transferencia eficiente de calor del/de los filamento(s) LED y la estructura disipadora de calor durante el funcionamiento de la disposición de LED. Como consecuencia de la disipación de calor realizada de manera correspondiente por la estructura disipadora de calor, las condiciones operativas de la disposición de LED en cuanto a gestión térmica pueden mejorarse aún más. En una forma de realización preferida, el filamento LED puede comprender un sustrato transparente y termoconductor dispuesto entre el encapsulante del al menos un filamento LED y la estructura disipadora de calor. La forma de realización es ventajosa porque la transparencia del sustrato proporciona menos reflexión posterior y, por tanto, una mayor transmisión, lo que mejora la iluminación omnidireccional del filamento LED.
Según una forma de realización de la presente invención, el sustrato translúcido y termoconductor puede comprender un material seleccionado del grupo que consiste en vidrio, zafiro y cuarzo. Alternativamente, puede utilizarse un material cerámico translúcido como sustrato translúcido y termoconductor. En una forma de realización preferida, el sustrato translúcido y termoconductor es transparente. Como el sustrato transparente proporciona menos reflexión posterior y, por tanto, mayor transmisión, puede mejorarse la eficiencia de la disposición de filamentos LED. Por ejemplo, puede escapar más luz y se (re)absorbe menos luz durante el funcionamiento de la disposición de filamentos LED. La forma de realización también mejora la conformación del haz de la disposición de filamentos LED en caso de que el sustrato translúcido y termoconductor esté conformado para realizar una conformación del haz.
Según una forma de realización de la presente invención, el sustrato translúcido y termoconductor puede extenderse a lo largo del eje longitudinal, y puede ser más largo que el al menos un filamento LED a lo largo del eje longitudinal. La presente forma de realización es ventajosa porque el sustrato translúcido y termoconductor puede garantizar, en mayor medida, una reproducción de luz y/o transferencia de calor deseada en la disposición de LED.
Según una forma de realización de la presente invención, el filamento LED puede comprender además una disposición de colimador configurada para colimar la luz emitida desde el al menos un filamento LED. La presente forma de realización es ventajosa porque la disposición de colimador puede permitir una distribución y colimación homogéneas de la luz emitida desde la disposición de filamentos LED durante el funcionamiento.
Según una forma de realización de la presente invención, la disposición de colimador puede comprender el sustrato translúcido y termoconductor de la forma de realización anterior, y en la que el sustrato translúcido y termoconductor está configurado para proporcionar una reflexión interna total para la luz incidente del al menos un filamento LED. Dicho de otro modo, el sustrato translúcido y termoconductor puede estar integrado en la disposición de colimador, o incluso ser el único elemento que constituya la disposición de colimador, para colimar la luz emitida desde el al menos un filamento LED. Por tanto, la disposición de colimador puede ser el sustrato translúcido y termoconductor. Para una reflexión interna total óptima, el sustrato translúcido y termoconductor puede ser preferiblemente transparente. La presente forma de realización es ventajosa porque la propiedad de reflexión interna total proporcionada por el sustrato puede llevar a una disposición de filamentos LED incluso menor, simplificada y/o económica.
Según una forma de realización de la presente invención, la disposición de colimador puede comprender al menos un reflector que encierre al menos parcialmente el al menos un filamento LED, y en la que la disposición de colimador, a través del al menos un reflector, está configurada para colimar la luz emitida desde el al menos un filamento LED. La presente forma de realización es ventajosa porque la previsión de (un) reflector(es) en la disposición de colimador de la disposición de filamentos LED es conveniente con el fin de colimar la luz. Por ejemplo, y según una forma de realización de la presente invención, el al menos un reflector puede comprender al menos un espejo para la reflexión especular de la luz emitida desde el al menos un filamento lEd . Alternativamente, o en combinación con la disposición de uno o varios espejos, el al menos un reflector puede comprender un recubrimiento para la reflexión difusa de la luz emitida desde el al menos un filamento LED según otra forma de realización más de la presente invención.
Según una forma de realización de la presente invención, la pluralidad de LED del al menos un filamento LED está configurada para emitir luz desde una superficie respectiva de cada LED de la pluralidad de LED, y en la que al menos un lEd de la pluralidad de LED está dispuesto en el al menos un filamento LED de modo que la superficie respectiva del al menos un LED de la pluralidad de LED esté orientada hacia la estructura disipadora de calor. Dicho de otro modo, las superficies emisoras de luz de la pluralidad de LED pueden estar dispuestas de modo que estén orientadas hacia la estructura disipadora de calor de la disposición de filamentos LED. La presente forma de realización es ventajosa porque es posible una iluminación indirecta mediante la disposición de filamentos LED, en la que la luz se distribuye y refleja por la estructura disipadora de calor y/o el sustrato translúcido y termoconductor de la disposición de filamentos LED.
Según una forma de realización de la presente invención, el al menos un filamento LED puede estar configurado para emitir luz de manera omnidireccional en el plano perpendicular al eje longitudinal. Por el término “de manera omnidireccional”, se hace referencia en este caso a que la luz del/de los filamento(s) LED puede emitirse en todas las direcciones. Por tanto, según la forma de realización, la luz del/de los filamento(s) LED puede emitirse de una manera circunferencial con respecto a la disposición del/de los filamento(s) LED a lo largo del eje longitudinal. Como el/los filamento(s) LED de la disposición de filamentos LED puede(n) proporcionar una distribución de luz en (casi) todas las direcciones desde el/los filamento(s) LED, la presente forma de realización es ventajosa porque puede conseguirse una iluminación deseada y/o personalizada.
Según una forma de realización de la presente invención, se proporciona un dispositivo de iluminación. El dispositivo de iluminación comprende una disposición de filamentos lEd según una cualquiera de las formas de realización anteriores. El dispositivo de iluminación comprende además una cubierta que comprende un material al menos parcialmente transparente, en el que la cubierta encierra al menos parcialmente la disposición de filamentos LED. Con “cubierta”, se hace referencia en este caso a un elemento envolvente, tal como una tapa, cubierta, envoltura, o similar, que comprende un material al menos parcialmente translúcido y/o transparente. Además, el dispositivo de iluminación comprende una conexión eléctrica conectada a la disposición de filamentos LED para suministrar energía a la pluralidad de LED de la disposición de filamentos LED. La presente forma de realización es ventajosa porque la disposición de LED según la invención puede disponerse de manera conveniente en sustancialmente cualquier dispositivo de iluminación, tal como una lámpara de filamentos LED, una luminaria, un sistema de iluminación, o similar. El dispositivo de iluminación puede comprender además un controlador (driver) para suministrar energía a los LED de la disposición de filamentos LED. Adicionalmente, el dispositivo de iluminación puede comprender además un controlador para el control individual de dos o más subconjuntos de LED de la disposición de filamentos LED, tal como un primer conjunto de LED, un segundo conjunto de LED, etc.
Según una forma de realización de la presente invención, el al menos un filamento LED puede estar dispuesto hundido parcialmente en la estructura disipadora de calor. El efecto obtenido es una gestión térmica mejorada. La razón es un área de contacto mayor entre el filamento LED y la estructura disipadora de calor.
Según una forma de realización de la presente invención, el al menos un filamento LED puede estar dispuesto hundido parcialmente en el sustrato translúcido y termoconductor. El efecto obtenido es una gestión térmica mejorada. La razón es un área de contacto mayor entre el filamento LED y el sustrato translúcido y termoconductor.
Según una forma de realización de la presente invención, la estructura disipadora de calor y el sustrato translúcido y termoconductor pueden estar conformados de una manera no plana en la interfaz entre la estructura disipadora de calor y el sustrato translúcido y termoconductor. Preferiblemente, la forma de la estructura disipadora de calor y el sustrato translúcido y termoconductor es tal que la luz del filamento LED que se emite sustancialmente perpendicular al sustrato translúcido y termoconductor se refleja por el disipador de calor en la dirección opuesta al filamento LED. El efecto obtenido es una eficiencia mejorada. La razón es que queda atrapada menos luz entre el filamento LED y la estructura disipadora de calor.
Según una forma de realización de la presente invención, la estructura disipadora de calor y/o el sustrato translúcido y termoconductor pueden comprender estructuras en la interfaz entre la estructura disipadora de calor y el sustrato translúcido y termoconductor. Preferiblemente, las estructuras en el disipador de calor y/o sustrato translúcido y termoconductor se proporcionan en una parte de la superficie del sustrato translúcido y termoconductor. La parte se sitúa preferiblemente en una ubicación por debajo del filamento LED. El efecto obtenido es una eficiencia mejorada. La razón es que queda atrapada menos luz entre el filamento LED y la estructura disipadora de calor, porque la luz se redirige hacia ángulos mayores.
Otros objetivos, características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes al estudiar la siguiente divulgación detallada, los dibujos y las reivindicaciones adjuntas. Los expertos en la técnica se darán cuenta de que pueden combinarse diferentes características de la presente invención para crear formas de realización distintas de las que se describen a continuación.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se describirán estos y otros aspectos de la presente invención en más detalle, con referencia a los dibujos adjuntos que muestran una o varias formas de realización de la invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente una lámpara de filamentos LED según la técnica anterior, que comprende filamentos LED,
la figura 2 muestra esquemáticamente un filamento LED de una disposición de filamentos LED según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención, y
las figuras 3-10 muestran esquemáticamente disposiciones de filamentos LED según formas de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
Descripción detallada
La figura 1 muestra una lámpara de filamentos LED 10 según la técnica anterior, que comprende una pluralidad de filamentos LED 20. Las lámparas de filamentos LED 10 de este tipo son muy apreciadas, ya que son muy decorativas, y proporcionan numerosas ventajas en comparación con las lámparas incandescentes, como una mayor vida útil, un menor consumo de energía y una mayor eficiencia con respecto a la relación entre energía luminosa y energía térmica.
La figura 2 muestra esquemáticamente un filamento LED 120, que se extiende a lo largo de un eje A. El filamento LED 120 puede tener preferiblemente una longitud Lf en el intervalo de 1 cm a 20 cm, más preferiblemente 2 cm a 12 cm y lo más preferiblemente 3 cm a 10 cm. El filamento LED 120 puede tener preferiblemente una anchura Wf en el intervalo de 0,5 mm a 10 mm, más preferiblemente 0,8 mm a 8 mm y lo más preferiblemente 1 a 5 mm. La relación de aspecto Lf/Wf es preferiblemente de al menos 5, más preferiblemente al menos 8 y lo más preferiblemente al menos 10.
El filamento LED 120 comprende una matriz o “cadena” de LED 140 que está dispuesta en el filamento LED 120. Por ejemplo, la matriz o “cadena” de LED 140 puede comprender una pluralidad de LED 140 dispuestos de manera adyacente, en la que entre cada par de LED 140 se proporciona un cableado respectivo. La pluralidad de LED 140 comprende preferiblemente más de 5 LED, más preferiblemente más de 8 LED e incluso más preferiblemente más de 10 LED. La pluralidad de LED 140 pueden ser LED de emisión directa que proporcionan un color. Los LED 140 son preferiblemente LED azules. Los LED 140 también pueden ser LED UV. Puede utilizarse una combinación de LED 140, por ejemplo LED UV y LED de luz azul. Los LED 140 pueden comprender diodos láser. La luz emitida desde el filamento LED 120 durante el funcionamiento es preferiblemente luz blanca. La luz blanca se encuentra preferiblemente a menos de 15 SDCM del lugar del cuerpo negro (BBL). La temperatura de color de la luz blanca está preferiblemente en el intervalo de 2000 a 6000 K, más preferiblemente en el intervalo de 2100 a 5000 K, lo más preferiblemente en el intervalo de 2200 a 4000 K tal como, por ejemplo, 2300 K o 2700 K. La luz blanca tiene preferiblemente un CRI de al menos 75, más preferiblemente al menos 80, lo más preferiblemente al menos 85 tal como, por ejemplo, 90 o 92.
El filamento LED 120 comprende además un encapsulante 145 que comprende un material translúcido, en el que el encapsulante 145 encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED 140. Por ejemplo, y como se indica en la figura 2, el encapsulante 145 encierra completamente la pluralidad de LED 140. El encapsulante 145 puede comprender un material luminiscente, que está configurado para emitir luz bajo excitación de energía externa. Por ejemplo, el material luminiscente puede comprender un material fluorescente. El material luminiscente puede comprender un fósforo inorgánico, fósforo orgánico y/o puntos cuánticos/barras. La luz de LED azul/UV puede absorberse parcial o completamente por el material luminiscente y convertirse en luz de otro color, por ejemplo, verde, amarillo, naranja y/o rojo.
La figura 3 muestra una disposición de filamentos LED 100 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Se apreciará que la disposición de filamentos LED 100 puede proporcionarse en una lámpara de filamentos LED según la figura 1 o en sustancialmente cualquier otro dispositivo de iluminación, disposición o luminaria. La disposición de filamentos LED 100 comprende un filamento LED 120, por ejemplo según la figura 2, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, A. Debe tenerse en cuenta que puede haber una pluralidad de filamentos LED, aunque en la figura 2 sólo se muestra un filamento LED 120 para una mayor comprensión. El filamento LED 120 comprende una matriz de una pluralidad de diodos emisores de luz 140, LED. En la figura 3, los LED 140 están dispuestos a lo largo del eje longitudinal, A, como se muestra en la figura 2. El filamento LED 120 comprende además un encapsulante 145 que comprende un material translúcido, en el que el encapsulante 145 encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED 140. En este caso, la sección transversal del encapsulante 145 perpendicular al eje longitudinal A es circular, aunque cabe indicar que el encapsulante 145 puede tener sustancialmente cualquier otra forma de sección transversal. El filamento LED 120 está configurado para emitir luz de manera omnidireccional en el plano perpendicular al eje longitudinal A.
La disposición de filamentos LED 100 comprende además una estructura disipadora de calor 150, dispuesta para disipar el calor procedente del filamento LED 120 durante el funcionamiento. En este caso, la estructura disipadora de calor 150 se muestra esquemáticamente como una capa, aunque debe tenerse en cuenta que la estructura disipadora de calor 150 puede adoptar sustancialmente cualquier forma. Por ejemplo, la estructura disipadora de calor 150 puede dotarse de rebordes, aletas o similares, para una disipación del calor aún más eficiente. El material de la estructura disipadora de calor 150 es preferiblemente un metal o aleación con una conductividad térmica relativamente alta, tal como cobre (Cu) o aluminio (Al). La conductividad térmica del disipador de calor es preferiblemente de al menos 200 W/mK, más preferiblemente más de 250 W/mK y lo más preferiblemente más de 300 W/mK.
El encapsulante 145 del filamento LED 120 se encuentra en conexión térmica con la estructura disipadora de calor 150 para una disipación del calor procedente del filamento LED 120. Más específicamente, como se indica en la figura 3, el encapsulante 145 del filamento LED 120 está dispuesto en contacto físico directo con la estructura disipadora de calor 150. Por ejemplo, el encapsulante 145 del filamento LED 120 puede estar pegado a la estructura disipadora de calor 150, para lo cual puede utilizarse preferiblemente un pegamento a base de silicona. El pegamento puede comprender además partículas conductoras de calor. El pegamento puede cubrir una parte del filamento LED 120, o puede cubrir completamente el filamento LED 120. En caso de que el filamento LED 120 esté pegado a la estructura disipadora de calor 150, la estructura disipadora de calor 150 puede comprender protuberancias, orificios y/o cavidades de modo que el filamento LED 120 se adhiera firmemente a la estructura disipadora de calor 150. El contacto físico directo entre el encapsulante 145 y la estructura disipadora de calor 150 se proporciona por toda la longitud del filamento LED 120 a lo largo del eje longitudinal A. Adicionalmente, la disposición de filamentos LED 100 comprende además una abrazadera (no mostrada) para presionar el encapsulante 145 del filamento LED 120 contra la estructura disipadora de calor 150.
La estructura disipadora de calor 150 de la disposición de filamentos LED 100 comprende una superficie reflectante 160 para reflejar la luz incidente del filamento LED 120 durante el funcionamiento. La superficie reflectante 160 puede comprender, por ejemplo, un recubrimiento reflectante. La superficie reflectante 160 está configurada para reflejar la luz incidente, y puede comprender un recubrimiento o capa de alta reflectividad tal como aluminio (Al) y/o plata (Ag) que se evapora sobre la estructura disipadora de calor 150.
Mediante la disposición de filamentos LED 100 en la figura 3, el calor puede disiparse de manera conveniente y eficiente desde el filamento LED 120 durante el funcionamiento, al tiempo que se minimiza cualquier obstrucción de la luz emitida desde la disposición de filamentos LED. Por tanto, la disposición de LED 100 puede proporcionar la combinación de una distribución de luz deseada del filamento LED 120 durante el funcionamiento, mientras que al mismo tiempo se optimiza la gestión térmica de la disposición de filamentos LED 100 a través de la estructura disipadora de calor 150.
La figura 4 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. En este caso, la disposición de filamentos LED 100 comprende un sustrato 200 translúcido y termoconductor que está dispuesto entre el encapsulante 145 del filamento LED 120 y la estructura disipadora de calor 150. En comparación con la longitud Lf del filamento LED 120, la longitud del sustrato 200 translúcido y termoconductor está preferiblemente en el intervalo de 1,1 Lf a 2 Lf, más preferiblemente en el intervalo de 1,1 Lf a 1,5 Lf y lo más preferiblemente en el intervalo de 1,1 Lf a 1,3 Lf. La anchura del sustrato translúcido y termoconductor está preferiblemente en el intervalo de 2Wf a 20 Wf, más preferiblemente en el intervalo de 2Wf a 12 Wf y lo más preferiblemente en el intervalo de 2Wf a 10Wf. El sustrato 200 translúcido y termoconductor puede estar pegado a la estructura disipadora de calor 150. El sustrato 200 translúcido y termoconductor puede comprender, por ejemplo, vidrio, zafiro y/o cuarzo. Debido a la transparencia y/o translucidez del sustrato 200, la luz emitida desde el filamento LED durante el funcionamiento puede atravesar el sustrato 200, reflejarse por la estructura disipadora de calor 150, y puede volver a atravesar el sustrato 200 tras esta reflexión, como se indica en la figura 4. Además, como el sustrato 200 es termoconductor (es decir, tiene una conductividad térmica relativamente elevada), el sustrato 200 transfiere el calor de manera eficiente desde el filamento LED 120 a la estructura disipadora de calor 150 durante el funcionamiento de la disposición de LED 100. Se apreciará que el sustrato 200 translúcido y termoconductor, que se extiende a lo largo del eje longitudinal A, puede ser más largo que el filamento LED 120.
La figura 5 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La disposición de filamentos LED 100 comprende una disposición de filamentos LED según la figura 3 o la figura 4, y comprende además una disposición de colimador 300 que está configurada para colimar la luz emitida desde el filamento LED 120. La disposición de colimador 300 comprende un reflector 310 indicado esquemáticamente, que en esta forma de realización a modo de ejemplo tiene la forma de una pantalla de lámpara. Por ejemplo, el reflector 310 puede tener forma de copa, es decir, constituir un reflector parabólico. El reflector 300, que está dispuesto en el disipador de calor 150, encierra al menos parcialmente el filamento LED 120. A través del reflector 310, la disposición de colimador 300 está configurada para colimar la luz emitida desde el filamento LED 120 para permitir una distribución de luz homogénea desde la disposición de filamentos LED 100. Por tanto, durante el funcionamiento de la disposición de filamentos LED 100, la luz emitida desde el filamento LED 120 puede reflejarse por la estructura disipadora de calor 150, y reflejarse por la disposición de colimador 300. El reflector 310 puede comprender uno o varios espejos para una reflexión especular de la luz emitida desde el filamento LED 120. La reflectividad del al menos un reflector puede ser, por ejemplo de al menos un 80%, más preferiblemente un 85% e incluso más preferiblemente al menos un 90%. Además, la reflectividad puede ser constante en todo el espectro visible de la luz. Alternativamente, o en combinación con el/los espejo(s) para una reflexión especular de la luz emitida desde el filamento LED 120, el reflector 310 puede comprender un recubrimiento para la reflexión difusa de la luz emitida desde el filamento LED 120. Por ejemplo, el recubrimiento puede comprender partículas de TiO2 , BaSO4 y/o AbO3. Alternativamente, o en combinación, el reflector 310 puede comprender al menos una superficie tratada para la reflexión difusa de la luz emitida desde el filamento LED 120. Aunque no se muestra en la figura 5, debe tenerse en cuenta que la disposición de filamentos LED 100 puede comprender además un sustrato translúcido y termoconductor según una o varias de las formas de realización descritas anteriormente.
La figura 6 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. En este caso, la disposición de colimador 300 comprende el sustrato 200 translúcido y termoconductor que está configurado para colimar la luz emitida desde el filamento LED 120. Más específicamente, el sustrato 200 translúcido y termoconductor está configurado para proporcionar una reflexión interna total (TIR) de la luz incidente del filamento LED 120. En una sección transversal del sustrato 200 translúcido y termoconductor, perpendicular al eje longitudinal A, una parte de base del sustrato 200 translúcido y termoconductor es más estrecha que una parte superior del sustrato 200 translúcido y termoconductor. Esta geometría permite una reflexión interna total de la luz incidente del filamento LED 120 como se indica en la figura 6. La figura 7 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. El al menos un filamento LED 120 puede estar dispuesto hundido parcialmente en la estructura disipadora de calor 150.
La figura 8 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. El al menos un filamento LED 120 puede estar dispuesto hundido parcialmente en el sustrato 200 translúcido y termoconductor.
La figura 9 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La estructura disipadora de calor 150 y el sustrato 200 translúcido y termoconductor pueden estar conformados de una manera no plana en la interfaz I entre la estructura disipadora de calor 150 y el sustrato 200 translúcido y termoconductor. Preferiblemente, la forma de la estructura disipadora de calor 150 y el sustrato 200 translúcido y termoconductor es tal que la luz del filamento LED 120 que se emite sustancialmente perpendicular al sustrato 200 translúcido y termoconductor se refleja por el disipador de calor 150 en la dirección opuesta al filamento LED 120.
La figura 10 muestra esquemáticamente una disposición de filamentos LED 100 según otra forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La estructura disipadora de calor 150 y/o el sustrato 200 translúcido y termoconductor pueden comprender estructuras en la interfaz entre la estructura disipadora de calor 150 y el sustrato 200 translúcido y termoconductor. Por ejemplo comprende estructuras refractivas, difractivas o de dispersión.
El experto en la técnica es consciente de que la presente invención no se limita en modo alguno a las formas de realización preferidas descritas anteriormente. Por el contrario, son posibles muchas modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, uno o varios de los filamentos LED 120, la estructura disipadora de calor 150, el reflector 300, etc., pueden tener formas, dimensiones y/o tamaños diferentes de los representados/descritos.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una disposición de filamentos de diodo emisor de luz, LED, (100), que comprende
al menos un filamento LED (120) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, A, en la que el al menos un filamento LED comprende:
una matriz de una pluralidad de diodos emisores de luz (140), LED, y
un encapsulante (145) que comprende un material translúcido, en la que el encapsulante encierra al menos parcialmente la pluralidad de LED, y
una estructura disipadora de calor (150), que comprende un elemento alargado térmicamente conductor que se extiende en la dirección del eje longitudinal A, estando conectado dicho al menos un filamento LED (120) al elemento alargado térmicamente conductor, en la que el encapsulante del al menos un filamento LED forma una conexión térmica entre la estructura disipadora de calor y el filamento LED para una disipación del calor procedente del al menos un filamento LED, y
en la que la estructura disipadora de calor comprende una superficie reflectante (160) para reflejar la luz incidente del al menos un filamento LED, caracterizada por que la disposición de filamentos LED comprende una abrazadera para presionar el encapsulante del al menos un filamento LED contra la estructura disipadora de calor.
2. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 1, en la que la estructura disipadora de calor comprende un recubrimiento reflectante.
3. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 1 o 2, en la que el encapsulante del al menos un filamento LED está pegado a la estructura disipadora de calor.
4. La disposición de filamentos LED según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sustrato (200) translúcido y termoconductor dispuesto entre el encapsulante del al menos un filamento LED y la estructura disipadora de calor.
5. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 4, en la que el sustrato translúcido y termoconductor comprende un material seleccionado del grupo que consiste en vidrio, zafiro, cuarzo.
6. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 4 o 5, en la que el sustrato translúcido y termoconductor se extiende a lo largo del eje longitudinal, y es más largo que el al menos un filamento LED a lo largo del eje longitudinal.
7. La disposición de filamentos LED según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una disposición de colimador (300) configurada para colimar la luz emitida desde el al menos un filamento LED.
8. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 4 o 5, y 7, en la que la disposición de colimador comprende el sustrato translúcido y termoconductor, y en la que el sustrato translúcido y termoconductor está configurado para proporcionar una reflexión interna total para la luz incidente del al menos un filamento LED.
9. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 7, en la que la disposición de colimador comprende al menos un reflector (310) que encierra al menos parcialmente el al menos un filamento LED, y en la que la disposición de colimador, a través del al menos un reflector, está configurada para colimar la luz emitida desde el al menos un filamento LED.
10. La disposición de filamentos LED según la reivindicación 9, en la que el al menos un reflector comprende al menos un espejo para la reflexión especular de la luz emitida desde el al menos un filamento LED.
11. La disposición de filamentos LED según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la pluralidad de LED del al menos un filamento LED está configurada para emitir luz desde una superficie respectiva de cada LED de la pluralidad de LED, y en la que al menos un LED de la pluralidad de LED está dispuesto en el al menos un filamento LED de modo que la superficie respectiva del al menos un LED de la pluralidad de LED esté orientada hacia la estructura disipadora de calor.
12. La disposición de filamentos LED según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el al menos un filamento LED está configurado para emitir luz de manera omnidireccional en el plano perpendicular al eje longitudinal.
13. Dispositivo de iluminación, que comprende:
una disposición de filamentos LED según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
una cubierta que comprende un material al menos parcialmente transparente, en el que la cubierta encierra al menos parcialmente la disposición de filamentos LED, y
una conexión eléctrica conectada a la disposición de filamentos LED para suministrar energía a la pluralidad de LED de la disposición de filamentos LED.
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