MX2014000864A - Sistemas mejorados de iluminacion con leds y/o metodos para hacer los mismos. - Google Patents

Sistemas mejorados de iluminacion con leds y/o metodos para hacer los mismos.

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MX2014000864A
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MX
Mexico
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led
certain exemplary
light
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MX2014000864A
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Vijayen S Veerasamy
Jemssy Alvarez
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Guardian Industries
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Abstract

Ciertas modalidades ejemplares se refieren a sistemas de iluminación mejorados y/o métodos para hacer los mismos. En ciertas modalidades ejemplares, un sistema de iluminación incluye un substrato de vidrio (114) con una o más aberturas (110). Un LED (104) u otra fuente de luz se dispone en un extremo de la abertura de tal manera que la luz del LED dirigida a través de la abertura del substrato de vidrio sale del extremo opuesto de la abertura. Las superficies interiores (108) de la abertura tienen un material de espejo tal como plata para reflejar la luz emitida del LED. En ciertas modalidades ejemplares, un artículo o capa de fósforo distante se dispone en el lado opuesto al LED en el otro extremo de la abertura. En cierta modalidad ejemplar, una lente se dispone en la abertura, entre el artículo de fósforo distante y el LED. La figura más representativa de la invención es la número 1A.

Description

SISTEMAS MEJORADOS DE ILUMINACIÓN CON LEDS Y/O MÉTODOS PARA HACER LOS MISMOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Ciertas modalidades ejemplares de esta invención se refieren a sistemas de diodos emisores de luz (LEDs, por sus siglas en inglés) y/o métodos para hacer los mismos. Más particularmente, ciertas modalidades ejemplares se refieren a sistemas mejorados de LEDs con una recolección de luz incrementada y una extensión conservada para aplicaciones tales como luminarias (por ejemplo, lámparas) .
ANTECEDENTES Y SUMARIO DE LAS MODALIDADES EJEMPLARES DE LA INVENCIÓN Durante un siglo, las bombillas de luz incandescente han proporcionado la mayoría de la luz generada eléctricamente. Sin embargo, las bombillas de luz incandescente no son eficientes en general en la generación de luz. En realidad, la mayoría de la energía alimentada en una bombilla de luz. incandescente se puede convertir en calor en lugar de luz .
Más recientemente, se han desarrollado los diodos emisores de luz (LEDs) o LEDs inorgánicos (ILEDs, por sus siglas en inglés) . Estas fuentes de luz relativamente nuevas han continuado desarrollándose a un ritmo bastante rápido, con la aplicabilidad de ciertas técnicas de fabricación de semiconductores que conducen a incrementos adicionales en la salida de lúmenes. Por consiguiente, la combinación de una salida incrementada de lúmenes con la alta eficacia luminosa de los LEDs puede hacer un día que los LEDs sean una opción de iluminación preferida en ciertas situaciones. La adopción de los LEDs como fuente de luz puede estar asociada con mejoramientos en varias áreas que están asociadas con: 1) técnicas rentables para integrar materiales activos en empaques de dispositivos, 2) la interconexión de dispositivos en módulos; 3) la gestión de la acumulación de calor durante la operación; y/o 4) la homogenización espacial de la salida de luz a niveles deseados de cromaticidad durante la vida útil de un producto.
En términos generales, los LEDs tienen varias ventajas sobre las fuentes de luz incandescentes, tales como durabilidad incrementada, vidas útiles más prolongadas y consumo de energía reducido. Además, el carácter pequeño de los LEDs, su banda de emisión espectral reducida y sus voltajes de operación bajos pueden hacer un día que sean una fuente de luz preferida para una iluminación compacta, ligera y económica (por ejemplo, sistemas de iluminación en riel en estado sólido) .
A pesar de estas ventajas, sin embargo, los LEDs también sufren de ciertas desventajas. Por ejemplo, la potencia óptica por unidad de la extensión de un LED puede ser significativamente más baja que una lámpara de UHP (desempeño muy alto) . Como se sabe, la extensión se refiere a cuanto se extiende la luz en un medio determinado sobre un área determinada y un ángulo sólido. Esta diferencia puede ser de hasta, y algunas veces mayor que, un factor de 30. Algunas veces esta diferencia puede crear barreras para lograr una luminancia incrementada sobre un objetivo que es una distancia determinada lejos del plano de la fuente de luz. Por ejemplo, una fuente de luz o lámpara típica solo puede funcionar para recolectar 50% de la luz emitida de la fuente .
En ciertos casos, la eficiencia de una fuente de luz de LEDs puede ser afectada adversamente como resultado del incremento de la temperatura del empalme asociada con el LED. La temperatura del empalme puede afectar directamente el desempeño y la longevidad del LED. Conforme la temperatura del empalme se eleva, se puede esperar una pérdida significativa de la salida (luminosidad) . La tensión directa de un LED también puede ser dependiente de la temperatura del empalme. Específicamente, conforme la temperatura se eleva, la tensión directa disminuye. Este incremento puede conducir, a su vez, a un drenaje de corriente excesivo en otros LEDs en el conjunto. El drenaje puede dar por resultado una falla del dispositivo de LEDs . Las altas temperaturas también pueden afectar la longitud de onda de un LED fabricado utilizando arseniuro de galio, nitruro de galio o carburo de silicio.
Los sistemas de enfriamiento convencionales aprovechan la convección, conducción, radiación, etcétera para alejar el calor eficientemente del generador de calor. Sin embargo, en el caso de los LEDs, no existe una infraestructura para la remoción del calor fuera del lado posterior de la fuente de luz. Esto puede ser debido a que las fuentes de luz convencionales pueden depender de la convección del lado frontal de la fuente de luz.
Por consiguiente, se apreciará que las nuevas técnicas para mejorar (o aprovechar mejor) la luz de fuentes de LEDs se buscan continuamente. Por ejemplo, se apreciará que en ciertos casos puede ser deseable mejorar la eficiencia óptica y/o colimación de la luz de fuentes de luz de LEDs . También se apreciará que nuevas técnicas de gestión térmica para fuentes de luz de LEDs se buscan continuamente.
Un aspecto de ciertas modalidades ejemplares de esta invención se refiere a un aparato de recolección de luz de LEDs. Este aparato se puede adaptar para el uso, por ejemplo, en un sistema compacto de iluminación en riel basado en LEDs.
En ciertas modalidades ejemplares, se puede proporcionar un conjunto de LEDs activados con DC o AC (que pueden ser, por ejemplo, un chip en un tablero o un chip en un vidrio montado con características de gestión de calor) . En ciertas modalidades ejemplares, una lente especialmente diseñada se puede utilizar como un colimador en conjunto con las aberturas (por ejemplo, concentradores parabólicos, compuestos) formadas en un substrato de vidrio para conservar la extensión de la fuente de luz.
En ciertas modalidades ejemplares, se pueden utilizar técnicas sin formación de imágenes para adaptar superficies con el propósito de ajustar o transformar la luz emitida desde una fuente de luz (por ejemplo, una fuente de luz de LEDs) .
En ciertas modalidades ejemplares, un LED se puede disponer detrás de o dentro de una abertura que está formada en un substrato de vidrio. En ciertas modalidades ejemplares, el substrato de vidrio proporciona la superficie para crear un conjunto de agujeros de concentradores parabólicos, compuestos (CPC, por sus siglas en inglés) . En ciertas modalidades ejemplares, el substrato de vidrio puede estar estructurado para alojar un LED completamente empacado o un tablero de circuitos impresos (PCB, por sus siglas en inglés) para microplaquetas desnudas con disipadores de calor auxiliares. En ciertas modalidades ejemplares, un substrato de vidrio conformado puede alojar una lente. En ciertas modalidades ejemplares, un substrato de vidrio puede permitir que otra placa de vidrio que lleva un componente de fósforo esté separada lejanamente del LED. En ciertas modalidades ejemplares, el LED puede ser una microplaqueta desnuda.
En ciertas modalidades ejemplares, una placa de fósforo distante se puede utilizar con una lente de Fresnel para proporcionar una difusión y/u homogenización incrementada de la luz emitida.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Por lo menos una cavidad se forma en un substrato de vidrio, por lo menos la cavidad está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro y distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma. Un elemento reflectante se dispone sobre una superficie de por lo menos la cavidad. Un diodo emisor de luz (LED) se coloca en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante, asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo, conservando la extensión de la luz del LED respectivo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Por lo menos una cavidad se forma en un substrato de vidrio, por lo menos la cavidad está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma. Un elemento reflectante se dispone sobre una superficie de por lo menos la cavidad, el elemento reflectante está adaptado para reflejar por lo menos algo de la luz de la fuente de luz localizable en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el propósito de conservar la extensión de la luz de la fuente de luz.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Se proporciona un substrato de vidrio que tiene por lo menos una cavidad formada en el mismo, por lo menos la cavidad (a) está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene un elemento reflectante que está dispuesto sobre una superficie de la misma. Un diodo emisor de luz (LED) está colocado en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante, asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo, conservando la extensión de la luz del LED respectivo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un aparato. El aparato puede incluir un substrato de vidrio que tiene una pluralidad de cavidades formadas en el mismo, cada cavidad (a) está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene un elemento reflectante sobre una superficie de la misma. El aparato puede incluir una pluralidad de diodos emisores de luz (LEDs) en o cerca del primer extremo de una cavidad respectiva de las mismas con el fin de hacer posible que el elemento reflectante de la cavidad asociada refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo, conservando la extensión de la luz del LED respectivo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona una lente. La lente puede incluir: una porción de cuerpo que tiene una superficie superior curvada; un primer ensanchamiento y un segundo ensanchamiento en lados opuestos de la porción de cuerpo, el primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento son simétricos alrededor de un eje de la porción de cuerpo, en donde cada ensanchamiento comprende un primer, segundo y tercer perfil, en el cual: el primer perfil tiene forma parabólica y es curvado lejos de la porción de cuerpo, el segundo perfil se extiende generalmente hacia arriba y hacia adentro de la parte más alta del primer perfil, el tercer perfil se extiende entre la parte más alta del segundo perfil y un extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo y se forma un ángulo con respecto a los planos que se extienden desde el segundo perfil y el tercer perfil, el ángulo es de aproximadamente 20-50 grados.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un aparato. El aparato puede incluir un substrato que tiene una pluralidad de cavidades formadas en el mismo, cada cavidad es un espejo revestido y tiene una forma generalmente parabólica en la sección transversal; y una pluralidad de lentes dispuestas respectivamente en la pluralidad de cavidades, cada una de las lentes comprende: una porción de cuerpo que tiene una superficie superior curvada; un primer ensanchamiento y un segundo ensanchamiento en lados opuestos de la porción de cuerpo, el primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento son simétricos alrededor de un eje de la porción de cuerpo, en donde cada ensanchamiento comprende un primer, segundo y tercer perfil, en el cual: el primer perfil es curvado lejos de la porción de cuerpo y coincide sustancialmente con la forma parabólica de la cavidad en la cual se dispone la lente, el segundo perfil se extiende generalmente hacia arriba y hacia adentro desde la parte más alta del primer perfil y el tercer perfil se extiende entre la parte más alta del segundo perfil y un extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Se proporciona una pluralidad de lentes en cavidades respectivas que están formadas en un substrato de vidrio, en donde un LED se dispone en o cerca de cada cavidad, en donde cada una de las lentes comprende: una porción de cuerpo que tiene una superficie superior curvada; un primer ensanchamiento y un segundo ensanchamiento en lados opuestos de la porción de cuerpo, el primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento son simétricos alrededor de un eje de la porción de cuerpo, en donde cada ensanchamiento comprende un primer, segundo y tercer perfil, en el cual: el primer perfil es curvado lejos de la porción de cuerpo y coincide sustancialmente con la forma de la cavidad en la cual se inserta la lente, el segundo perfil se extiende generalmente hacia arriba y hacia adentro desde la parte más alta del primer perfil y el tercer perfil se extiende entre la parte más alta del segundo perfil y un extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lente . El vidrio o PMMA se moldea en una forma que incluye: una porción de cuerpo que tiene una superficie superior curvada; un primer ensanchamiento y un segundo ensanchamiento en lados opuestos en la porción de cuerpo, el primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento son simétricos alrededor de un eje de la porción de cuerpo, en donde cada ensanchamiento comprende un primer, segundo y tercer perfil en el cual: el primer perfil tiene una forma parabólica y es curvado lejos de la porción de cuerpo, el segundo perfil se extiende generalmente hacia arriba y hacia adentro de la parte más alta del primer perfil, el tercer perfil se extiende entre la parte más alta del segundo perfil y un extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo y se forma un ángulo con respecto a los planos que se extienden desde el segundo perfil y el tercer perfil, el ángulo es de aproximadamente 20-50 grados .
En ciertas modalidades ejemplares, la lente puede recolectar, concentrar y/o colimar luz emitida desde el LED.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un aparato donde el aparato puede incluir un primer substrato de vidrio que tiene por lo menos una cavidad formada en el mismo, cada cavidad (a) incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene una superficie reflectante; por lo menos un diodo emisor de luz (LED) en o cerca del primer extremo de una cavidad respectiva de las mismas con el fin de hacer posible que la superficie reflectante de la cavidad asociada refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo; y un material inclusivo de fósforo que está dispuesto sobre por lo menos el LED y sobre el primer extremo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Por lo menos una cavidad se forma en un substrato de vidrio, cada cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma. Un elemento reflectante se dispone sobre una superficie de por lo menos la cavidad. Un diodo emisor de luz (LED) se coloca en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo. Un material inclusivo de fósforo se dispone sobre el primer extremo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Por lo menos una cavidad se forma en un substrato de vidrio, por lo menos la cavidad está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma. Un elemento reflectante se coloca sobre una superficie de por lo menos la cavidad, el elemento reflectante está adaptado para reflejar por lo menos algo de luz de una fuente de luz localizable en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el propósito de conservar la extensión de la luz desde la fuente de luz . Una lente de colimación se dispone dentro de cada cavidad, la luz reflejada que sale del segundo extremo de cada cavidad es colimada sustancialmente con el fin de permitir 10-30 grados de distribución. Un material inclusivo de fósforo se dispone sobre el primer extremo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un sistema de iluminación que incluye el aparato. En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un sistema de iluminación con una pluralidad de aparatos interconectados .
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un ensamblaje de fósforo adaptado para el uso con un aparato de iluminación que incluye por lo menos una fuente de luz, el ensamblaje, alejándose de la fuente de luz, comprende: un primer substrato de vidrio,- una primera capa índice; un componente de fósforo; una segunda capa índice; y un segundo substrato de vidrio. La luz emitida desde por lo menos la fuente de luz es refractada parcialmente entre la primera capa índice y la segunda capa índice de tal manera que por lo menos algo de la luz emitida pasa múltiples veces a través del componente de fósforo. Los índices de refracción para la primera capa índice y la segunda capa índice coinciden sustancialmente entre sí y se seleccionan dependiendo del material componente de fósforo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un aparato que incluye un mosaico. El mosaico incluye por lo menos un primer substrato de vidrio que tiene por lo menos una cavidad formada en el mismo, cada cavidad (a) incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene una superficie reflectante. El mosaico también puede incluir por lo menos un diodo emisor de luz (LED) en o cerca del primer extremo de una cavidad respectiva de las mismas con el fin de hacer posible que la superficie reflectante de la cavidad asociada refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo. El mosaico puede incluir además un sistema o capa de gestión térmica activo que está dispuesto cerca de por lo menos el LED, de tal manera que el LED esté entre el sistema o capa de gestión térmica activo y el segundo extremo, el sistema o capa de gestión térmica activo está configurado para transferir de manera variable calor de un primer lado del sistema o capa de gestión térmica activo a un segundo lado del sistema o capa de gestión térmica activo, el primer lado está más cerca de por lo menos el LED que el segundo lado. Un controlador térmico se puede acoplar al sistema o capa de gestión térmica activo, en donde el controlador térmico está configurado para percibir una temperatura asociada con por lo menos el LED y/o el sistema o capa de gestión térmica activo y para controlar el calor transferido de manera variable del sistema o capa de gestión térmica activo, respectivo con base en el control de la temperatura percibida.
En ciertas modalidades ejemplares, el aparato reclamado comprende una pluralidad de mosaicos, en donde los mosaicos en la pluralidad están interconectados . En ciertas modalidades ejemplares, el controlador de temperatura se puede adaptar para controlar el flujo de calor cerca de algunos o la totalidad de los LEDs, mosaicos y/o el sistema de calor activo.
En ciertas modalidades ejemplares, se proporciona un método para hacer una lámpara. Se forma por lo menos una cavidad en un substrato de vidrio, cada cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma. Un elemento reflectante se dispone sobre una superficie de por lo menos la cavidad. Un diodo emisor de luz (LED) se coloca en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo. Un sistema o capa de gestión térmica activo se dispone cerca de cada uno de los LEDs colocados, donde el LED respectivo está entre el sistema o capa de gestión térmica activo y, el primer extremo, el sistema o capa de gestión térmica activo está configurado para transferir de manera variable calor de un primer lado del sistema o capa de gestión térmica activo a un segundo lado del sistema o capa de gestión térmica activo, el primer lado está más cerca del LED respectivo que el segundo lado. Un controlador térmico se acopla a por lo menos los sistemas o capas de gestión térmica activos, el controlador térmico está configurado para percibir una temperatura asociada con por lo menos el LED y/o el sistema o capa de gestión térmica activo y para controlar el calor transferido de manera variable con base en el control de la temperatura percibida.
Las características, aspectos, ventajas y modalidades ejemplares descritos en este documento se pueden asociar en cualquier combinación o sub-combinación adecuada para hacer realidad modalidades aún adicionales.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estas y otras características y ventajas pueden entenderse mejor y de manera más completa por referencia a la siguiente descripción detallada de las modalidades ilustrativas ejemplares en conjunción con los dibujos, de los cuales: La FIGURA 1A es una vista transversal ilustrativa que muestra una lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA IB es una vista transversal ilustrativa de una porción de la vista transversal de la FIGURA 1A; la FIGURA 1C es una presentación ilustrativa de una lámpara ejemplar; la FIGURA 2 es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 3A es una vista transversal ilustrativa que muestra otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 3B es una vista transversal ilustrativa que muestra un ensamblaje de fósforo ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 3C es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear un ensamblaje de fósforo ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 4 es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; las FIGURAS 5A-5B son vistas transversales ilustrativas de lentes ejemplares de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 5C es una vista transversal ilustrativa de una lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 5D es una vista transversal ilustrativa de una porción de una lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 6A muestra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara que incluye una lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 6B es una vista transversal ilustrativa que muestra otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 7 es una vista semi-transversal que muestra dimensiones ejemplares de una porción de una lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ej emplares ; las FIGURAS 8-9 muestran perfiles de iluminación ejemplares para un colimador ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 10 es una vista transversal de una placa de fósforo curvada, ejemplar; las FIGURAS 11A-11C son diagramas de luminarias ejemplares de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; la FIGURA 12 es una vista transversal de otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares ; la FIGURA 13 es una vista transversal de un sistema de gestión de calor activo, ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares; y la FIGURA 14 muestra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara que incluye una capa de gestión térmica de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES EJEMPLARES DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción se proporciona en relación con varias modalidades ejemplares las cuales pueden compartir características comunes, rasgos, etcétera. Se debe entender que uno o más rasgos de cualquier modalidad se pueden combinar con uno o más rasgos de otras modalidades. Además, los rasgos individuales o una combinación de rasgos pueden constituir una(s) modalidad (es) adicional (es) .
Ciertas modalidades ejemplares se refieren a dispositivos de LEDs donde la extensión se conserva y la luz emitida es colimada. En ciertas modalidades ejemplares, un aparato de iluminación puede funcionar para impedir un "desaprovechamiento" excesivo de luz e incrementar de ese modo la eficiencia del aparato de iluminación.
La Figura 1A es una vista transversal ilustrativa que muestra una lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. En la Figura IB, se muestra una vista transversal agrandada de una porción de la luminaria 100 de la Figura 1A. La lámpara (o luminaria) 100 incluye un tablero de circuitos impresos (PCB) 102 que se utiliza para alojar los LEDs 104. En esta modalidad, el PCB 102 se utiliza para montar los LEDs 104 con base en una técnica de chip sobre tablero (COB, por sus siglas en inglés) . Sin embargo, también se pueden utilizar otros tipos de configuraciones de LEDs. Por ejemplo, se pueden utilizar LEDs en estructuras cilindricas estándar (por ejemplo, comprendidas por un capullo de plástico) . Alternativamente, se pueden utilizar LEDs de un dispositivo montado en una superficie (SMD, por sus siglas en inglés) . Sin embargo, como se indicara anteriormente, en la modalidad ejemplar de la Figura 1, los LEDs se montan por vía de una técnica de COB. Por consiguiente, los LEDs 104 se pueden proporcionar en la forma de un chip semiconductor. Estos chips luego se pueden disponer sobre o de otra manera se pueden fijar a un PCB. La técnica de COB para proporcionar LEDs puede permitir una flexibilidad incrementada cuando se diseñan LEDs de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares.
Como quizás se muestra mejor en la Figura IB, el PCB 102 y el LED 104 se conectan por vía de un adhesivo térmicamente conductor 116. Por ejemplo, el LED 104 dispuesto en el PCB 102 se acopla térmicamente a un chip enfriador termo-eléctrico (TEC, por sus siglas en inglés) sobre el PCB 102 con el uso de recubrimientos de grafeno térmicamente conductores sobre cobre. En ciertas modalidades ejemplares, un disipador de calor pasivo se puede utilizar para conducir el calor lejos de la parte posterior del PCB que contiene los LEDs de excitación y/o circuitería de activación de un dispositivo. En ciertas modalidades ejemplares, el PCB puede incluir interconectores y/o almohadillas de cobre que se unen (por ejemplo, por vía de un pegamento térmico) a un disipador de calor especializado (por ejemplo, 102) en la parte posterior del PCB (por ejemplo, 104) .
Las conexiones 118 permiten que la corriente fluya entre el PCB 102 y el LED 104. Un recinto (por ejemplo, un compuesto de sellado) también se puede utilizar para aislar y/o sellar el LED y/o PCB y materiales asociados lejos del ambiente exterior. En ciertas modalidades ejemplares, el adhesivo térmicamente conductor 116 también puede ayudar sirviendo como recubrimiento de encapsulamiento protector. El PCB 102 puede incluir múltiples LEDs (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1A) . En ciertas modalidades ejemplares, los chips activadores y/o un sistema de gestión térmica auxiliar también se pueden incluir en/con un PCB.
En ciertas modalidades ejemplares, esta ordenación puede proporcionar densidades de energía incrementadas durante la operación del LED. También, esta ordenación puede proporcionar tiempos de respuesta incrementados en chips con dimensiones milimétricas escalables que son adecuados para la gestión térmica para aplicaciones de LEDs/ILEDs. Debido a la alta densidad de energía y la masa térmica pequeña, los tiempos de respuesta pueden ser rápidos y pueden facilitar el control de temperatura a petición e independiente por dispositivo de LEDs . Ciertas modalidades ejemplares pueden tener una salida de aproximadamente 160 X 16 lumens/vatio por LEDs por una duración prolongada de tiempo.
Aún con referencia a la Figura 1A, los LEDs 104 y el PCB asociado 102 se disponen sobre o con un substrato de vidrio 114 que se ha formado para incluir una o más aberturas 110 que pueden funcionar como, o de manera similar a, un concentrador parabólico compuesto (CPC) . Un proceso ejemplar para hacer estas estructuras en el vidrio se describe con mayor detalle posteriormente. Las aberturas se forman con lados 108 que están estructurados para reflejar luz 112A y 112B emitida desde los LEDs 104. Como se muestra en la Figura 1A, los rayos de luz 112A y 112B pueden ser sustancialmente paralelos entre sí (por ejemplo, colimados) con la salida de la abertura 110.
La Figura 1C es una presentación ilustrativa de la lámpara ejemplar de la Figura 1A (que muestra una de las aberturas 110) . Las Figuras 8-9 muestran perfiles de iluminación ejemplares para la lámpara ilustrativa que se muestra en la Figura 1C de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Se apreciará que la extensión se puede conservar en virtud de la forma transversal parabólica de las cavidades, por ejemplo, en comparación con una situación donde la luz es enviada desde un LED simple.
La Figura 2A es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Un substrato se proporciona y/o se coloca en el paso 202. En una modalidad preferida, el substrato puede ser un substrato de vidrio. Por ejemplo, se puede utilizar un vidrio base de sosa-cal-sílice. En ciertas modalidades ejemplares, el substrato de vidrio proporcionado puede tener un espesor entre 5 mra y 100 mm, más preferiblemente entre aproximadamente 10 mm y 50 mm y aún más preferiblemente de aproximadamente 20 mm. El vidrio puede tener ciertas ventajas sobre otros tipos de materiales. Por ejemplo, el vidrio puede tener una resistencia incrementada al rayado y/o resistencia incrementada a la flexión. Estas propiedades se pueden combinar con la capacidad del vidrio para ser templado químicamente y/o para mantener un acabado superficial óptico de tal manera que el vidrio sea capaz de ayudar a mantener un espejo plateado o revestido de otra manera durante un período prolongado de operación. Adicionalmente, el vidrio puede ser menos susceptible al amarillamiento a causa de los rayos ultravioleta y puede ser capaz de mantener una temperatura operacional alta por el tratamiento térmico del recubrimiento de fósforo (descrito con mayor detalle posteriormente) para la cristalización. Adicionalmente, el coeficiente de expansión del vidrio está reducido generalmente en relación con la mayoría de plásticos. Esto puede facilitar la unión del PCB a un substrato de vidrio debido a la tolerancia incrementada a los efectos de la expansión para un gran conjunto de luminarias (y de esta manera una pieza grande de vidrio) .
Mientras que el vidrio puede ser una modalidad preferida (por ejemplo, el vidrio puede no amarillecerse o degradarse bajo la iluminación de luz azul, por ejemplo en o alrededor de 460 nm, u otra luz de LEDs de luz ultravioleta) , ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar otros tipos de substratos (por ejemplo, substratos que son estables para ser expuestos a la luz azul o de otros colores) . Por ejemplo, ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar substratos que incluyen un material de plástico o cerámica. Ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar una combinación de diferentes tipos de materiales. Por ejemplo, parte del substrato puede ser vidrio y parte puede ser cerámica, plástico, metal, etcétera.
Con referencia una vez más a la Figura 2A, una vez que se proporciona el substrato, en el paso 204, uno o más orificios o aberturas se pueden formar en el substrato. La formación de la abertura puede incluir múltiples subpasos. Por ejemplo, un chorro de agua se puede utilizar para formar una abertura inicial en el substrato de vidrio. Después de hacer un orificio inicial, entonces se puede aplicar una barrena para refinar el orificio creado recientemente para dar de manera más precisa una forma deseada. Como se planteara anteriormente, la forma de las aberturas puede ser similar a o puede estar basada en un concentrador parabólico compuesto. En la construcción de esta cavidad de forma generalmente cónica, se apreciará que otras técnicas similares se pueden utilizar para formar las cavidades. Por ejemplo, se puede utilizar una barrena sin la ayuda del chorro de agua. Otras modalidades ejemplares pueden utilizar únicamente el chorro de agua y/u otras técnicas para formar los orificios en el vidrio. Ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar un molde para formar inicialmente la abertura/orificio cuando el substrato está siendo preparado inicialmente . En ciertas modalidades ejemplares, se puede utilizar C02 u otro corte de láser para realizar los agujeros en el vidrio.
La Figura 7 es una vista semitransversal que muestra dimensiones ejemplares de una porción de una cavidad ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Por consiguiente, ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar substratos de vidrio que son de aproximadamente 20 mm de espesor con orificios que se forman a una profundidad similar. Los orificios se pueden formar con una porción de aproximadamente 12 mm de diámetro en un extremo y una porción abierta de 4 mm de diámetro en el extremo apical. En ciertas modalidades ejemplares, la profundidad y/o anchura de los orificios se pueden ajustar con base en las particularidades de una aplicación determinada. Por ejemplo, la profundidad relativamente corta de 5 mm se puede utilizar con el ápice de 1 mm donde el orificio lejos del LED es de aproximadamente 4 mm de diámetro. De esta manera, los orificios pueden ser por lo menos de entre aproximadamente 5 mm y 50 mm de profundidad y pueden tener anchuras variantes de entre 1 mm y 25 mm. Los orificios pueden ser generalmente de forma arqueada, por ejemplo, como moldeados por una expresión cuadrática. En ciertas modalidades ejemplares, la profundidad de una cavidad puede ser más superficial que el espesor del substrato de vidrio. Ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar la siguiente ecuación para determinar/definir un perfil (por ejemplo, un perfil interior de una lente) : y = 0.0335 - 0.6198X + 4.5946X2 - 17.5060X3 37.1804X4 40.8119X5 + 17.1293x6 para 2 mm < mod x < 6 mm; e y = 0 para mod x < 2.
Después de formar el orificio en el paso 204, las superficies tienen un recubrimiento de espejo (por ejemplo, un material de película delgada) dispuesto sobre las mismas en el paso 206. Éste puede reflejar las superficies interiores (por ejemplo, la superficie 108 en la Figura 1A) de tal manera que en el uso la luz se refleje de la superficie interior del orificio. Adicionalmente , como se muestra en la Figura 1A la abertura y el material reflectante pueden funcionar para incrementar la colimación de los rayos de luz que se emiten desde un LED en el ápice del orificio. En ciertas modalidades ejemplares, el recubrimiento aplicado a la superficie parabólica interior (por ejemplo, 108) se puede realizar a través de un proceso en húmedo de aplicación de espejo de plata (por ejemplo, a través de la aplicación de Ag a la superficie) . El proceso de plateado puede utilizar técnicas de aplicación estándar (por ejemplo, como se utiliza en la creación de espejos) . Naturalmente, se apreciará que se pueden aplicar otros recubrimientos reflectantes. Además, o alternativamente, los recubrimientos de espejo de múltiples capas se pueden utilizar en ciertas modalidades ejemplares. Por ejemplo, en ciertas modalidades ejemplares, una capa protectora (por ejemplo, de un material inclusivo de silicio tal como óxido de silicio, nitruro de silicio u oxinitruro de silicio) se puede disponer arriba o abajo del recubrimiento de espejo.
El recubrimiento de espejo se puede proteger con un material ópticamente "claro" en el paso 208, por ejemplo, con el propósito de formar una capa protectora sobre el espejo aplicado. Ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar un recubrimiento de espejo protector que incluye, por ejemplo, un silicato, un recubrimiento de tipo sol-gel aplicado en húmedo, una capa muy densa que se coloca mediante la deposición de capas atómicas (ALD) , un polímero, un epoxi, una resina y/o similares.
El substrato de vidrio con los reflectores formados se puede combinar con un LED en el paso 210. El LED se puede montar detrás y/o en el substrato de vidrio de tal manera que la luz del LED sea dirigida dentro de la cavidad creada (por ejemplo, en la posición mostrada en la Figura 1A) . La luz emitida desde el LED entonces puede conservar la extensión y/o puede tener una colimación incrementada, por ejemplo, como resultado de las paredes laterales de espejo.
En ciertas modalidades ejemplares, se pueden utilizar múltiples LEDs en conjunción con una o más cavidades. Por ejemplo, cuatro LEDs dispuestos en un patrón se pueden disponer en una o más cavidades . Por consiguiente, la luz de los cuatro LEDs puede ser dirigida desde una o más de las cavidades. En otras palabras, en ciertas modalidades ejemplares, se puede proporcionar un mapeo uno a uno entre LEDs y cavidades, mientras que diferentes modalidades ejemplares pueden implicar un mapeo de muchos a uno entre LEDs y una cavidad individual .
La Figura 3A es una vista transversal ilustrativa que muestra otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. La lámpara 300 puede ser similar en ciertos aspectos a la luminaria 100 mostrada en la Figura 1A. Un PCB 302 se puede conectar a los LEDs 304. En ciertas modalidades ejemplares, los LEDs pueden estar comprendidos por un sello protector 306. El PCB 302 y/o los LEDs se pueden disponer o con un substrato de vidrio 316 que puede incluir múltiples aberturas u orificios 310. Los orificios pueden tener, a su vez, superficies parabólicas reflectantes 308 que funcionan para reflejar la luz emitida 312 desde el LED 304 con colimación incrementada. En esta modalidad ejemplar, se puede proporcionar una capa o placa de fósforo 314. En ciertas modalidades ejemplares, la capa o placa de fósforo 314 se puede disponer de manera espaciada de los LEDs 304 y/o el PCB 302. Por ejemplo, un substrato separado puede sostener una capa de fósforo y el substrato separado se puede disponer sobre superficies en un lado de los LEDs 304 opuestas al PCB 302 (por ejemplo, en o sobre el substrato de vidrio impreso 316) .
En ciertas modalidades ejemplares, los fósforos se pueden incluir en una tapa de epoxi de los LEDs individuales (por ejemplo, el sello 306) . Sin embargo, en ciertos casos, esta tapa de epoxi y los fósforos en la misma pueden crear íneficiencias en la transmisión de luz y/o la operación del LED. Adicionalmente, el epoxi puede estar propenso al amarillamiento . Por consiguiente, como se indicara anteriormente, ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar un estrato superior de vidrio que tiene un fósforo incorporado o revestido.
También se pueden utilizar otras técnicas para la disposición de la capa de fósforo. Por ejemplo, el fósforo puede ser estratificado sobre la parte . de arriba del substrato de vidrio (por ejemplo, a través de un proceso de pulverización iónica) , puede ser laminado entre dos o más substratos de vidrio y/o el fósforo se puede incorporar en PVB, PDMS u otros materiales a base de polímeros o similares a polímeros (por ejemplo, EVA u otros polímeros hidrófobos que encapsulan y protegen contra el ingreso de la humedad) . En cualquier caso, el vidrio modificado entonces se puede utilizar como la placa de fósforo 314 y se puede unir a la tarjeta madre posterior de vidrio que contiene un conjunto de LEDs que incluye los huecos de espejo mostrados en la Figura 3A. Ciertas modalidades ejemplares no necesitan incluir forzosamente el material sellante 306. En cambio, el orificio 310 puede ser sellado en esencia (o por completo) herméticamente con una placa de fósforo. Esta técnica puede funcionar para proteger el LED de los efectos del ambiente exterior sin sujetar la luz del LED a los inconvenientes potenciales del paso a través de la tapa de material sellante. Ciertas modalidades ejemplares pueden incluir uno o ambos del material sellante 306 y la placa de fósforo 314.
En ciertas modalidades ejemplares, los fósforos en la placa de fósforo 314 pueden estar basados en varios fósforos blancos. Por ejemplo, el Ce : YAG y/o el Mn:ZnGe04 se pueden utilizar como películas gruesas depositadas por pulverización iónica o revestidas por sol-gel sobre el substrato de vidrio. Ciertas modalidades ejemplares pueden funcionar al producir una luz "blanca" mediante la combinación de un LED azul con un fósforo amarillo. Ciertas modalidades ejemplares pueden funcionar al mezclar fósforos azul, rojo y verde. En ciertas modalidades ejemplares, diferentes tipos de placas de fósforo se pueden incluir en un conjunto de iluminación. Por ejemplo, algunas placas de fósforo pueden crear luz azul y algunas pueden crear una luz roja. De esta manera, un conjunto individual (o múltiple) puede proporcionar luces de múltiples colores para los usuarios .
En ciertas modalidades ejemplares, un LED puede producir luz en un primer espectro, un material de fósforo puede tener un segundo espectro y la luz que sale de un aparato puede tener un tercer espectro.
En ciertas modalidades ejemplares, el fósforo puede incluir un granate basado en fósforo tal como, por ejemplo granate de itrio-aluminio (YAG - por ejemplo, Y3Al50i2) . Los fósforo de YAG pueden ofrecer un alto brillo con estabilidad térmica y conflabilidad incrementadas. En ciertas modalidades ejemplares, el granate de terbio-aluminio (TAG - por ejemplo, Tb3Al50i2) se puede utilizar en fósforos ejemplares. El TAG puede tener conflabilidad y desempeño equivalentes (o similares) con brillo disminuido en relación con los fósforos de YAG.
En ciertas modalidades ejemplares, el fósforo puede ser un fósforo tipo nitruro (por e emplo, M2Si5N8) . Estos fósforos pueden tener una estabilidad térmica y conflabilidad incrementadas pero eficiencia relativamente disminuida. En ciertas modalidades ejemplares, el uso de nitruros rojos puede hacer posible un valor alto de índice de reproducción cromática (C I, por sus siglas en inglés) . También, los nitruros verdes pueden ofrecer una anchura espectral reducida (por ejemplo, NTSC Alta) .
En ciertas modalidades ejemplares, se puede utilizar un aluminato verde (por ejemplo, fósforo basado en GAL) . Estos fósforos pueden ofrecer una eficiencia incrementada con un pico de emisión verde amplio para un valor incrementado de CRI .
En ciertas modalidades ejemplares, se pueden mezclar diferentes tipos de fósforo. Por ejemplo los fósforos de TAG y GAL se pueden mezclar.
En ciertas modalidades ejemplares, un fósforo puede ser activado por un europio (Eu - por ejemplo, Eu(ll) o Eu2+) . Por ejemplo, un fósforo basado en Si04 que es activado/impurificado por europio se puede utilizar en la capa de fósforo 326.
El CRI es la medida relativa del desplazamiento en el color superficial de un objeto cuando es iluminado por una fuente de luz particular. El CRI es un promedio modificado de las medidas de la cantidad de conversión de color de un sistema de iluminación en comparación con aquella de un radiador de referencia cuando se iluminan ocho colores de referencia. El CRI es igual a 100 si las coordenadas de color de un conjunto de colores de prueba que son iluminadas por el sistema de iluminación son las mismas que las coordenadas de los mismos colores de prueba que son irradiados por el radiador de referencia. La luz de día tiene un CRI alto (aproximadamente 100) , en donde las bombillas incandescentes también están relativamente cerca (más de 95) y la iluminación fluorescente es menos exacta (por ejemplo, 70-80) .
Por consiguiente, ciertas modalidades ejemplares pueden tener un CRI arriba de 85 o más preferiblemente arriba de 90 y aún más preferiblemente arriba de 95.
La Figura 3B es una vista transversal ilustrativa que muestra un ensamblaje de fósforo ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. En ciertas modalidades ejemplares, un ensamblaje de fósforo 320 se puede utilizar como la placa de fósforo 314 de la Figura 3A. El ensamblaje de fósforo 320 puede incluir substratos de vidrio opuestos 322A y 322B. Las capas índice 324A y 324B se pueden disponer entre los substratos 322A y 322B. Además, una capa de fósforo 326 puede ser emparedada entre las capas índice 324A y 324B. En otras ciertas modalidades ejemplares, sin embargo, los fósforos se pueden incorporar en un material laminado tal como, por ejemplo, PVB, EVA, P MA, PDMS, etcétera. Este polímero se puede proporcionar entre los substratos 322A y 322B, o entre un supersubstrato individual y los LEDs subyacentes y el substrato en el cual son incorporados o de otra manera en el cual o sobre el cual son dispuestos.
En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice 324A y 324B pueden ser capas índice altas con un índice de por lo menos 1.8, más preferiblemente por lo menos aproximadamente 1.95-2.0 y aún más preferiblemente alrededor de 2.2. En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice con un índice alto se pueden utilizar con LEDs azules.
En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice 324A y 324B pueden ser capas índice inferiores con un índice entre aproximadamente 1.3456 y 1.5. En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice inferiores se pueden utilizar en conjunción con luz blanca (por ejemplo, LEDs blancos) .
En ciertas modalidades ejemplares, la construcción estratificada del ensamblaje de fósforo puede facilitar la captura de luz (por ejemplo, el rayo de luz 328) de tal manera que la luz "rebote" entre las capas índice 324A y 324B. Un resultado de este rebote de la luz entre las dos capas índice puede ser la excitación continua y/o elevada de la capa de fósforo, por ejemplo, resultante del "rebote" de la luz entre las capas índice que tienen entre las mismas el material de fósforo.
En ciertas modalidades ejemplares, la capa de fósforo 326 puede incluir los fósforos descritos anteriormente. El espesor de la capa puede estar entre 50 y 350 micrómetros, más preferiblemente entre aproximadamente 100 y 250 micrómetros y algunas veces aproximadamente 150 micrómetros de espesor.
La Figura 3C es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear un ensamblaje de fósforo ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. En el paso 350 se proporcionan dos substratos (por ejemplo, substratos de vidrio) . En el paso 352, las capas índice se disponen sobre los substratos respectivos. En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice pueden ser capas índice altas (por ejemplo, >1.8). En ciertas modalidades ejemplares, las capas índice pueden ser capas índice más bajas (por ejemplo 1.3 - 1.5) en el paso 354, una capa o componente de fósforo se dispone entre los substratos y la capa índice. Como se observa a partir de la Figura 3B, esto puede formar un emparedado del componente de fósforo entre las capas índice y los substratos de vidrio. En el paso 356, el componente de fósforo se puede sellar. En ciertas modalidades ejemplares, éste puede ser un sello hermético. En ciertas modalidades ejemplares, el sello puede ser un sello hidrófobo que impide que el agua entre y se acople con la capa de fósforo. Se observa que no es necesario que se utilice un segundo substrato para proporcionar el sello hermético. Por ejemplo, ciertas modalidades ejemplares pueden incluir un sello de película delgada de o que incluye ZrOx, DLC, SiOx, SixNy, SiOxNy, etcétera los cuales se pueden depositar por pulverización iónica, se pueden disponer por vía de la pirólisis de llama o se pueden colocar mediante la deposición de capas atómicas (ALD, por sus siglas en inglés) . En todavía otras modalidades, se puede utilizar un polímero o material similar a un polímero de encapsulamiento que incluye, por ejemplo, PVB, EVA, PMMA, etcétera. Como se aludiera anteriormente, los fósforos se pueden incorporar en este material.
Se apreciará que los pasos mostrados en la Figura 3C pueden modificarse de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Por ejemplo, un primer substrato se puede proporcionar; una primera capa índice se puede disponer (por ejemplo, depositar, depositar por pulverización iónica) sobre el substrato; la capa de fósforo se puede colocar; otra capa índice se puede colocar; el fósforo se puede sellar; y un substrato "de la parte de arriba" se puede agregar al ensamblaje. Los componentes del ensamblaje pueden ser laminados o unidos de otra manera conjuntamente como se indicara anteriormente .
La Figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Los pasos 402, 404, 406, 408 y 410 pueden ser similares respectivamente a los pasos 202, 204, 206, 208 y 210 de la Figura 2. En este documento, en la Figura 4, sin embargo, una capa de fósforo se puede aplicar al substrato de vidrio en el paso 412. Como se planteara anteriormente, la capa de fósforo se puede incorporar en un substrato de vidrio. De esta manera, un substrato de vidrio con fósforos incorporados se puede disponer en el lado opuesto del LED y contra el substrato de vidrio con CPCs (concentradores parabólicos compuestos) .
Ciertas modalidades ejemplares pueden incluir una lente que puede funcionar en conjunción con (o separada de) los CPCs formados (por ejemplo, las cavidades de espejo) . En ciertas modalidades ejemplares, la lente puede ser una lente de colección compuesta que es compacta y se adapta en el CPC. La lente puede facilitar una eficiencia incrementada y puede permitir una colimación incrementada de los rayos de luz con una distribución angular disminuida en la salida de la lente (preferiblemente 5-60 grados, más preferiblemente 5-45 grados y aún más preferiblemente 10-30 grados, de distribución). En ciertas modalidades ejemplares, la lente se puede construir de PMMA (metacrilato de polimetilo) , un polímero que se puede moldear con un acabado superficial, óptico, alto. Este polímero puede proteger y/o impedir el amarillamiento cuando se expone a los rayos de luz ultravioleta. Naturalmente, otros polímeros y otros materiales se pueden utilizar en diferentes modalidades. En ciertas modalidades ejemplares, la lente se puede formar por vía del moldeado. En ciertas modalidades ejemplares, la lente se puede formar de vidrio tal como, por ejemplo un vidrio claro de alta transmisión.
Una técnica para producir un vidrio de alta transmisión es al producir un vidrio con bajo contenido de hierro. Véase, por ejemplo, las Patentes de los Estados Unidos Nos. 7,700,870; 7,557,053 y 5,030,594 y las Publicaciones de los Estados Unidos Nos. 2006/0169316; 2006/0249199; 2007/0215205; 2009/0223252; 2010/0122728; 2009/0217978; 2010/0255980, el contenido completo de cada una de las cuales se incorpora por este acto en este documento a manera de referencia.
Un vidrio base de sosa-cal-sílice ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades de esta invención, en una base de porcentaje en peso, incluye los siguientes ingredientes básicos: TABLA 1: VIDRIO BASE EJEMPLAR Ingrediente % en peso Si02 67-75% Na20 10-20% CaO 5-15% MgO 0-7% A1203 0-5% 20 0-5% Otros ingredientes menores, que incluyen varios auxiliares de refinación convencionales, tales como S03, carbón y similares también se pueden incluir en el vidrio base. En ciertas modalidades, por ejemplo, el vidrio en este documento se puede hacer de materias primas en bruto tales como arena de sílice, carbonato de sodio, dolomita, piedra caliza, con el uso de sales de sulfato tales como torta de sal (Na2S04) y/o sal de Epsom (MgS04 x 7H20) y/o yeso (por ejemplo, una combinación de aproximadamente 1:1 de cualquiera) como agentes de refinación. En ciertas modalidades ejemplares, los vidrios a base de sosa-cal-sílice descritos en este documento incluyen de aproximadamente 10-15% en peso de Na20 y de aproximadamente 6-12% en peso de CaO.
Además del vidrio base (por ejemplo, véase la Tabla 1 anterior) , en la fabricación de vidrio de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares de la presente invención el lote de vidrio incluye materiales (que incluyen colorantes y/u oxidantes) los cuales causan que el vidrio resultante sea de un color bastante neutro (ligeramente amarillo en ciertas modalidades ejemplares, indicado por un valor de b* positivo) y/o que tenga una alta transmisión de luz visible. Estos materiales ya sea pueden estar presentes en las materias primas (por ejemplo, pequeñas cantidades de hierro) o se pueden agregar a los materiales del vidrio base en el lote (por ejemplo, antimonio y/o similares) . En ciertas modalidades ejemplares de esta invención, el vidrio resultante tiene una transmisión visible de por lo menos 75%, más preferiblemente de por lo menos 80%, aún más preferiblemente de por lo menos 85% y mucho más preferiblemente de por lo menos aproximadamente 90% (algunas veces por lo menos 91%) (Lt D65) .
En ciertas modalidades de esta invención, además del vidrio base, el vidrio y/o lote del vidrio comprende o consiste esencialmente de los materiales expuestos en la Tabla 2 posterior (en términos de porcentaje en peso de la composición de vidrio total) : TABLA 2 : MATERIALES ADICIONALES EJEMPLARES EN EL VIDRIO Ingrediente General Más Preferido Mucho Más (% en Peso) Preferido hierro total (expresado como Fe203) 0.001 - 0.06% 0.005 - 0.045% 0.01 - 0.03% % de FeO 0 - 0.0040% 0 - 0.0030% 0.001 - 0.0025% oxidación/reducción del vidrio <= 0.10 <= 0.06 <= 0.04 (FeO/hierro total) óxido de cerio 0 - 0.07% 0 - 0.04% 0 - 0.02% óxido de antimonio 0.01 - 1.0% 0.01 - 0.5% 0.1 - 0.3% S03 0.1 - 1.0% 0.2 - 0.6% 0.25 - 0.5% Ti02 0 - 1.0% 0.005 - 0.4% 0.01 - 0.04% En ciertas modalidades ejemplares, el antimonio se puede agregar al lote del vidrio en la forma de uno o más de Sb203 y/o NaSb03. También se debe observar el Sb(Sb205) . El uso del término óxido de antimonio en este documento significa antimonio en cualquier estado de oxidación posible y no se pretende que sea limitante a ninguna estequiometría particular.
La baja reducción/oxidación del vidrio hace evidente el carácter sumamente oxidado del vidrio. Debido al antimonio (Sb) , el vidrio se oxida a un contenido ferroso muy bajo (% de FeO) por medio de la oxidación combinatoria con antimonio en la forma de trióxido de antimonio (Sb203) , antimonita sódica (NaSb03) , piroantimonato de sodio (Sb(Sb205)), nitrato de sodio o potasio y/o sulfato de sodio. En ciertas modalidades ejemplares, la composición del substrato de vidrio 1 incluye por lo menos dos veces tanto óxido de antimonio como óxido de hierro total, en peso, más preferiblemente por lo menos aproximadamente tres veces, y mucho más preferiblemente por lo menos aproximadamente cuatro veces tanto óxido de antimonio como óxido de hierro total.
En ciertas modalidades ejemplares de esta invención, la porción de colorante está sustancialmente libre de otros colorantes (diferentes de las cantidades potencialmente pequeñas en extremo) . Sin embargo, se debe apreciar que cantidades de otros materiales (por ejemplo, auxiliares de refinación, auxiliares de fundición, colorantes y/o impurezas) pueden estar presentes en el vidrio en otras ciertas modalidades de esta invención sin apartarse del (los) propósito (s) y/u objetivo (s) de la presente invención. Por ejemplo, en ciertas modalidades ejemplares de esta invención, la composición de vidrio está sustancialmente libre de, o es libre de, uno, dos, tres, cuatro o la totalidad de: óxido de erbio, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de neodimio, óxido de cromo y selenio. La frase "sustancialmente libre" significa no más de 2 ppm y posiblemente tan bajo como 0 ppm del elemento o material .
La cantidad total de hierro presente en el lote del vidrio y en el vidrio resultante, es decir, en la porción de colorante del mismo, se expresa en este documento en términos de Fe203 de acuerdo con la práctica estándar. Sin embargo, esto no implica que todo el hierro esté realmente en la forma de Fe203 (véase el planteamiento anterior en este respecto) . Del mismo modo, la cantidad de hierro en el estado ferroso (Fe+2) se reporta en este documento como FeO, aunque todo el hierro en estado ferroso en el lote de vidrio o el vidrio puede no estar en la forma de FeO. Como se mencionara anteriormente, el hierro en el estado ferroso (Fe2+; FeO) es un colorante azul-verde, mientras que el hierro en el estado férrico (Fe3+) es un colorante amarilio-verde ; y el colorante azul-verde de hierro ferroso tiene un interés particular, puesto que un colorante fuerte introduce un color significativo en el vidrio lo cual puede ser indeseable algunas veces cuando se busca lograr un color neutro o claro.
En vista de lo anterior, los vidrios de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares de esta invención logran un color neutro o sustancialmente claro y/o una transmisión visible alta. En ciertas modalidades, los vidrios resultantes de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares de esta invención se pueden caracterizar por una o más de las siguientes características ópticas y de color transmisibles cuando se miden a un espesor de aproximadamente 1 mm - 6 mm (más preferiblemente un espesor de aproximadamente 3 - 4 mm; este es un espesor no limitante utilizado con propósitos de referencia únicamente) (Lta es el % de transmisión visible) . Se observa que en la tabla posterior los valores de color a* y b* se determinan por 111. D65, 10 grados de Obs .
TABLA 3 : CARACTERÍSTICAS DEL VIDRIO DE LAS MODALIDADES EJEMPLARES Característica General Más Preferido Mucho Más Preferido Lta (Lt D65): >= 85% >= 90% >= 91 % % de tß (ISO 9050): >= 85% >= 90% >= 91 % % de FeO (% en peso): <= 0.004% = 0.003% <= 0.0020% 1_* (111- D65, lo grados): 90-99 n/a n/a a* (III. D65, 10 grados): de -1.0 a +1.0 de -0.5 a + 0.5 de -0.2 a 0.0 b* (III. D65, 10 grados): de 0 a +1.5 de +0.1 a +1.0 de +0.2 a +0.7 De esta manera, una lente se puede crear de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares mediante el uso de un polímero, vidrio u otro material adecuado. Las Figuras 5A-5B son vistas transversales ilustrativas de lentes ejemplares. Varios tipos de lentes diferentes se pueden construir con base en las necesidades de una aplicación particular. Por consiguiente, en ciertas modalidades ejemplares, una lente se puede diseñar en dos etapas, por ejemplo, un paso de diseño 2D seguido por un paso de rastreo de rayos 3D. Dados los parámetros del diseño particular, una rutina de MATLAB (Matrix Laboratory - un programa de software disponible de MathWorks) se puede utilizar para calcular los perfiles adaptados L0-L5 en la Figura 5A y L0A-L5F en la Figura 5B . Como parte de este cálculo, también se puede determinar un gradiente de índice refractivo .
Después de que se realizan los cálculos en MATLAB, la lente resultante se puede evaluar en ASAP, un software de diseño óptico disponible comercialmente . Estos pasos se repiten en un bucle de optimización de MATLAB hasta que se alcanza un máximo (global) para una función de mérito. En ciertas modalidades ejemplares, el proceso de optimización puede utilizar un algoritmo Nelder-Mead (por ejemplo, como se implementa en MATLAB) . En ciertas modalidades ejemplares, la función de mérito puede estar 4d relacionada con el flujo que se obtiene a través de la lente en un ángulo recto. La lente entonces se puede optimizar para la transferencia de extensión entre la microplaqueta (por ejemplo, LED) y el objetivo (y por ejemplo, para funcionar conservando la extensión) . Los inventores nombrados del contenido en este documento han denominado esta técnica Sincronización por Optimización de Extensión .
En ciertas modalidades ejemplares, los perfiles L3 y L4 (o los perfiles correspondientes mostrados en la Figura 5B) se pueden unir en un ángulo de entre 10 y 50 grados, más preferiblemente entre 30 y 40 grados y algunas veces de aproximadamente 35 grados. En ciertas modalidades ejemplares, el ángulo se puede formar con base en una extensión lineal de los perfiles (por ejemplo, planos que se extienden a lo largo de la dirección general de los perfiles respectivos. En ciertas modalidades ejemplares, la unión de los perfiles puede ser en una punta afilada o puede ser con una curvatura lisa. Por consiguiente, ciertas modalidades ejemplares pueden utilizar perfiles adaptados para transformar de manera más exacta la luz de la fuente para una eficiencia de extensión incrementada (por ejemplo, para conservar mejor la extensión) . De esta manera, la luz del LED 502 o 522 puede pasar a través del sello protector 504/524 y fuera y a través de la lente 500/520. Además, como se describe con mayor detalle posteriormente, la luz luego puede ser reflejada por un CPC en un substrato de vidrio .
Ciertas modalidades ejemplares también pueden incluir otras consideraciones cuando se construye una lente. Por ejemplo, la reflexión interna total (TI , por sus siglas en inglés) en la superficie reflectante o la presencia o ausencia de un recubrimiento anti-reflectante pueden influir en la funcionalidad de la lente. Por consiguiente, en ciertas modalidades ejemplares, lo anterior se puede tomar en consideración en el paso de rastreo de rayos descrito anteriormente. Por ejemplo, en el código ASAP, se pueden incluir valores para los recubrimientos sobre las superficies refractivas (por ejemplo, un recubrimiento desnudo que satisface la ley de Fresnel) . De esta manera, ciertas modalidades ejemplares pueden explicar estos rasgos como parte de la función de mérito global planteada para una lente determinada La Figura 5C es una vista transversal ilustrativa de otra lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. En este documento, una lente 550 puede incluir o puede estar asociada con varias propiedades. Específicamente, en esta modalidad, ni puede ser el índice refractivo de un encapsulado de LED (por ejemplo, el elemento 106 mostrado en la Figura IB) . En ciertas modalidades ejemplares, el LED utilizado en conjunción con una lente puede ser un LED de microplaqueta desnuda (por ejemplo, puede no utilizarse el encapsulado) donde el índice refractivo es una unidad. También, n2 puede ser el índice refractivo de la lente de colección; L2 puede ser el diámetro de la parte central de la lente; SI puede ser la superficie inferior donde la luz de un LED entra a la lente; S2 puede ser la superficie superior donde la luz sale de la lente; y rl y r2 pueden ser respectivamente las extremidades del LED debajo de la lente.
Por consiguiente, en ciertas modalidades ejemplares la extensión en la superficie SI se puede determinar de tal manera que El = 2 * (ni) * (r2 - rl) . Además, la extensión de la luz que sale de S2 puede ser E2 = 4 * n2 * L2 * sin T. En este documento, T puede ser el ángulo deseado que recolecta y colima la luz. Adicionalmente , por medio de la conservación de la extensión, se puede determinar que El y E2 son iguales. A partir de este principio, el perfil de SI se puede calcular. Adicionalmente, utilizando el principio de conservación de la extensión se puede calcular un ángulo de los lóbulos o rebordes laterales .
Se apreciará que los cálculos anteriores se proporcionan con respecto al corte transversal 2D mostrado de la lente. Por consiguiente, en ciertas modalidades ejemplares, donde una lente 3D se aplica al CPC, se pueden aplicar diferentes ecuaciones. En ciertas modalidades ejemplares, se puede utilizar un conjunto de LEDs y la lente se puede derivar con base en el conjunto. Las lentes mostradas en las Figuras 5A-5C, por ejemplo, se puede tomar a través de un corte transversal central de una lente ejemplar. Una lente tridimensional puede girar simplemente, con el "borde" de la lente adyacente al substrato que se fija en su posición.
La Figura 5D es una vista transversal ilustrativa de una porción de una lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. En este documento, el LED 554 es encapsulado por un material sellante 556. El LED 554 puede emitir luz que con la salida del material sellante 556 puede ser refractada (por ejemplo, mostrado por los rayos de luz 558 que cambian de dirección) . Los rayos de luz 558 pueden interactuar con una lente 550 que incluye una porción de reborde o ensanchada 552. La interacción de la luz con la lente 550 puede funcionar para incrementar la eficiencia de recolección de una luminaria. En ciertas modalidades ejemplares, el paso de la luz a través de la lente puede conservar la extensión de la luz emitida.
En ciertas modalidades ejemplares, una lente se puede utilizar con un reflector de CPC recientemente creado o se puede utilizar para mejorar un reflector de CPC existente y/o en uso. Esta combinación (por ejemplo, que utiliza una lente con una cavidad o reflector de CPC) puede funcionar para incrementar adicionalmente la eficiencia de recolección de una luminaria ejemplar.
En ciertas modalidades ejemplares, el ángulo de salida de la luz de la lente 110 puede ser de 1-60 grados, más preferiblemente 5-45 grados y aún más preferiblemente entre 10 y 30 grados. De esta manera, en ciertas modalidades ejemplares, la luz que sale de la lente puede ser colimada por lo menos sustancialmente .
En ciertas modalidades ejemplares, la lente puede incluir diferentes porciones. Por ejemplo, una porción de cuerpo de la lente puede tener una superficie superior curvada. El primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento se pueden incluir en lados opuestos de la porción de cuerpo, el primer ensanchamiento y el segundo ensanchamiento son simétricos alrededor de un eje de la porción de cuerpo. Cada uno de los ensanchamientos puede incluir un primer, segundo y tercer perfil. El primer perfil puede ser de forma parabólica y que se curva lejos de la porción de cuerpo. El segundo perfil puede extenderse generalmente hacia arriba y hacia adentro de la parte más alta del primer perfil. El tercer perfil puede extenderse entre la parte más alta del segundo perfil y un extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo. La lente se puede estructurar de tal manera que se forme un ángulo (por ejemplo, como se describiera anteriormente entre L3 y L4) con respecto a planos que se extienden desde el segundo perfil y el tercer perfil.
En ciertas modalidades ejemplares, los planos pueden extenderse desde el segundo perfil y el tercer perfil para encontrarse a una altura que está arriba de una altura máxima de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo. En ciertas modalidades ejemplares, en donde una ubicación de encuentro entre el tercer perfil y el extremo de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo está debajo de una ubicación de encuentro entre el primer perfil y el segundo perfil. En ciertas modalidades ejemplares, por lo menos parte de la superficie superior curvada de la porción de cuerpo está sustancialmente plana.
En ciertas modalidades ejemplares, la lente (por ejemplo, una lente axialmente simétrica en esencia) se dispone o se fija al LED (o un conjunto de LEDs) utilizando un cemento que coincide con el índice ejemplar (que puede ser resistente a la luz ultravioleta, luz azul u otros espectros de luz) a través del vidrio perforado (por ejemplo, el substrato de vidrio con cavidades) . En ciertas modalidades ejemplares, la lente y una superficie de espejo plateada pueden actuar de manera similar a una lente de recolección compuesta. Estas combinaciones pueden lograr una eficiencia de recolección de por lo menos 65%, más preferiblemente por lo menos 75%, aún más preferiblemente por lo menos 85% y en ciertas modalidades alrededor de 87% a 90% (por ejemplo, 89%) . Estas eficiencias pueden tomar en cuenta un recubrimiento reflectante ideal y/o pueden desatender las pérdidas de Fresnel .
La Figura 6A muestra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara que incluye una lente ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Los pasos 602, 604, 606, 608, 610 y 616 pueden corresponder a los pasos 402, 404, 406, 408, 410 y 412 respectivamente de la Figura 4. De esta manera, después de combinar el LED (por ejemplo, con un PCB) con el substrato formado, se puede crear una lente como se describiera anteriormente. En ciertas modalidades ejemplares, la lente se puede crear por separado (por ejemplo, antes del proceso descrito en este documento) y luego se puede disponer en una cavidad. En ciertas modalidades ejemplares, la lente se puede formar para ajustarse holgadamente contra la cavidad formada. Por ejemplo, el perfil L2 mostrado en la Figura 5A puede coincidir sustancialmente con la curvatura de la superficie del orificio (por ejemplo, 108 de la Figura 1A) . La lente dispuesta se puede adherir a las paredes laterales del orificio por vía de un adhesivo claro o similares (por ejemplo, PVB) . Una vez que la lente se monta en el orificio del substrato, un substrato de fósforo se puede disponer sobre el substrato (por ejemplo, opuesto a los LEDs dispuestos) .
La Figura 6B es una vista transversal ilustrativa que muestra otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. La estructura de la lámpara 650 puede ser similar a aquella mostrada en la Figura 3A. De esta manera, la lámpara 650 puede incluir una o más cavidades 658 y 660 en las cuales se disponen los LEDs 656A y 656B. Las cavidades pueden ser cubiertas por una capa de fósforo 662. Además, las cavidades pueden tener lentes dispuestas en las mismas. De esta manera, la lente 654 puede ser dispuesta en la cavidad 658 y la lente 652 puede ser dispuesta 660. Como se muestra, la ubicación de la lente con una cavidad de la lámpara puede variar dependiendo de las necesidades de una aplicación determinada. Por consiguiente, la lente 652 se puede disponer adicionalmente en la cavidad 660 que la lente 654 se dispone en la cavidad 658. La ubicación de una lente puede variar, por ejemplo, dependiendo del carácter del LED que se dispone con la cavidad respectiva.
La Figura 10 es una vista transversal de una placa de fósforo curvada, ejemplar. En este documento, el sistema óptico de la placa curvada y el recubrimiento de fósforo también posee un efecto de lente con dos partes de recolección. En ciertas modalidades ejemplares, una placa de fósforo dispuesta sobre un substrato de vidrio con orificios (por ejemplo, 314 mostrados en la Figura 3) se puede curvar. En ciertas modalidades ejemplares, una placa de fósforo curvada se puede utilizar en lugar de los orificios formados y/o en lugar de la lente compuesta que se describe en este documento.
En ciertas modalidades ejemplares, después del dispositivo de recolección, se puede disponer un integrador de ojos de mosca. Alternativamente, o además, se puede utilizar un sistema de lentes repetidores para proyectar un haz uniforme sobre un objetivo determinado. De esta manera, un motor de iluminación compacto se puede diseñar y se puede implementar.
En ciertas modalidades ejemplares, una lente de Fresnel se puede utilizar para proporcionar un control de iluminación adicional. Por ejemplo una lente de Fresnel o similares se puede colocar en una posición antes de que la luz de un LED choque con la capa de fósforo. En ciertas modalidades ejemplares, la lente de Fresnel se puede operar para difundir y homogenizar adicionalmente la luz que es emitida desde una fuente de luz .
La Figura 12 es una vista transversal de otra lámpara ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. La lámpara 1200 puede incluir un disipador de calor 1202. El disipador de calor 1202 puede ser, por ejemplo, un disipador de calor de cobre. Sin embargo, otros tipos de disipadores de calor se pueden utilizar en diferentes modalidades de esta invención. El disipador de calor 1202 se puede disponer con una capa de LED 1204 que puede incluir un tablero PCB y un LED o conjunto de LEDs asociado, por ejemplo, como se muestra en la Figura IB. En ciertas modalidades ejemplares, un sistema de gestión de calor activo se puede proporcionar además de eso o alternativamente. Por ejemplo, un enfriador termoeléctrico (TEC) se puede utilizar para facilitar la transferencia de calor de la capa de LED 1204 al disipador de calor 1202. Una capa de vidrio 1206 puede incluir una cavidad 1214. La capa de vidrio 1206 puede funcionar para colimar la luz que es emitida desde la capa de LED hacia afuera a través de la cavidad 1214. Una capa de fósforo 1208 se puede disponer cerca de la capa de vidrio 1206. Como se observa en este documento, la capa de fósforo puede incluir múltiples substratos de vidrio con un material de fósforo dispuesto entre los mismos. Una capa de vidrio óptico 1210A y 1210B se puede disponer. En ciertas modalidades ejemplares, la capa de vidrio óptico puede ser una lente de Fresnel. En ciertas modalidades ejemplares, la lente de Fresnel puede tener un ángulo entre la línea A y la línea B de entre 30 y 70 grados, más preferiblemente entre 40 y 60 y aún más preferiblemente de aproximadamente 50 grados. La lámpara 1200 también puede incluir un alojamiento 1212 para mantener uno o más componentes .
Las Figuras 11A-11C son diagramas para luminarias ejemplares de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Una lámpara puede incluir múltiples substratos de vidrio separados 1104 que incluyen uno o más orificios 1102 que son apoyados por LEDs . Los substratos de vidrio separados entonces se pueden combinar para crear ordenaciones más grandes tal como la lámpara cúbica 1100 o la lámpara lineal 1110. Adicionalmente , los substratos de vidrio individuales también pueden incluir múltiples orificios formados, cada uno que contiene uno o más LEDs como se muestra con la ordenación 1120. Los substratos de vidrio también se pueden formar en diseños nuevos e interesantes. Por ejemplo, se puede construir la ordenación 1130 con substratos de vidrio de forma hexagonal .
Por consiguiente, los substratos de vidrio formados pueden incluir varias configuraciones (por ejemplo, círculos, etcétera). En ciertas modalidades ejemplares, los orificios formados en los substratos de vidrio se pueden disponer en una forma cúbica, hexagonal, circular, triangular u otra configuración. En ciertas modalidades ejemplares, los orificios formados pueden tener diámetros variantes y se pueden asociar con LEDs que tienen una salida de energía diferente (por ejemplo, ya sea a través del diseño del LED o una restricción sobre la energía suministrada a un LED determinado) .
En ciertas modalidades ejemplares, una lente puede permitir una porción (por ejemplo, la mayor parte) de la luz emitida por un LED o un conjunto de LEDs que se extrae mientras que el CPC puede permitir la colimación y el control de la propagación de la luz emitida. En ciertas modalidades ejemplares, la combinación de la lente y el CPC se utiliza en tándem para conservar la extensión de la luz emitida. En ciertas modalidades ejemplares, un grado de recolección de luz (por ejemplo, la eficiencia) puede ser por lo menos 65%, más preferiblemente por lo menos 75%, aún más preferiblemente por lo menos 85% y en ciertas modalidades alrededor de 87% a 90%.
La Figura 13 es una vista transversal de un sistema de gestión de calor activo, ejemplar de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Las fuentes de luz de LED producen calor. En ciertas modalidades ejemplares, la gestión del calor del LED puede incrementar la eficiencia de una luminaria. Por consiguiente, ciertas modalidades ejemplares pueden incluir un sistema de gestión de calor activo. Una porción de una iluminaría ejemplar 1300 puede incluir un disipador de calor pasivo 1302 (por ejemplo, de cobre u otro material dispuesto similarmente) . El disipador de calor 1302 se puede fijar a una capa de LEDs 1304 por medio de un sistema de gestión de calor activo 1306. En ciertas modalidades ejemplares, este sistema 1306 puede ser un enfriador termoeléctrico (TEC) . Estos sistemas pueden depender del efecto de Peltier para mover el calor entre un lado del enfriador al otro. Por consiguiente, el calor se puede transferir (por ejemplo, como se muestra con la flecha 1310) por vía del sistema 1306 desde el LED 1304 hasta el disipador de calor 1302. El sistema 1306 puede ser activado por una corriente eléctrica suministrada a través de un controlador 1308 que proporciona energía al sistema 1306. El controlador 1308 también puede comunicarse con un sensor 1312 para determinar las características de temperatura del disipador de calor 1302 y el LED 1304. En ciertas modalidades ejemplares, el controlador 1308 puede incluir uno o más procesadores o circuitos de control que gestionan la energía y/o proporcionan el control sobre la operación del sistema 1306. En otras palabras, en ciertas modalidades ejemplares, el controlador 1308 puede ser provisto con medios para supervisar la temperatura del sistema de iluminación y/o porciones del mismo y para activar selectivamente elementos de enfriamiento para transferir el calor lejos de los LEDs, por ejemplo, utilizando el efecto de Peltier y uno o más elementos de Peltier. El efecto de Peliter se puede lograr utilizando elementos de Peltier basados en bismuto y/o similares. Por ejemplo, en ciertos casos, se puede utilizar telururo de bismuto (por ejemplo, Bi2Te3) . En ciertas modalidades ejemplares, se pueden utilizar otros tipos de materiales con coeficientes S altos.
En ciertas modalidades ejemplares, el controlador puede suministrar energía al (los) LED(s). En ciertas modalidades ejemplares, un mosaico de LEDs puede incluir un conjunto o grupo de LEDs, cada uno que tiene su propia electrónica de dispositivos que facilita la provisión de enfriamiento activo a los LEDs. En ciertas modalidades ejemplares, las características estéticas de los mosaicos pueden ser tales que una relación entre el espesor del mosaico y la longitud del mosaico (por ejemplo, t/L) está entre 0.1 y 0.3 o más preferiblemente entre aproximadamente 0.15 y 0.25 o aún más preferiblemente es de aproximadamente 0.2. En ciertas modalidades ejemplares, el espesor de un mosaico puede estar entre aproximadamente 3 mm y 15 mm o más preferiblemente entre aproximadamente 4 mm y 10 mm y aún más preferiblemente puede ser de aproximadamente 5 mm. En ciertas modalidades ejemplares, las características de tamaño de un mosaico pueden facilitar la colocación del mosaico sobre superficies existentes .
En ciertas modalidades ejemplares, los mosaicos pueden ser conectables selectivamente entre cada uno de tal manera que la gestión de energía y/o control térmico se extiende sobre un área más grande .
En ciertas modalidades ejemplares, el controlador 1308 puede tener dos o más modos. En un primer modo, se puede aplicar un voltaje positivo. En un segundo modo, el controlador 1308 puede aplicar un voltaje negativo a, por ejemplo, un TEC. En ciertas modalidades ejemplares, el controlador puede incluir un circuito de puente H.
Mientras que los suministros de energía lineales pueden ofrecer un ruido reducido, éstos pueden tener una eficiencia relativamente pobre y pueden requerir componentes más grandes con aislamiento térmico agregado para reducir la cantidad de calor residual que se carga a un enfriador. En ciertas modalidades ejemplares, dos circuitos de Buck sincrónicos con dispositivos complementarios pueden proporcionar una eficiencia de suministro incrementada que puede suministrar energía bipolar de un suministro positivo individual. En ciertas modalidades ejemplares, la modulación de anchura de impulso (PWM, por sus siglas en inglés) (por ejemplo, que es forzada) puede controlar dos voltajes de salida de tal manera que la corriente se origine y/o decrezca. Por consiguiente, cuando la corriente está decreciendo, la energía se recupera y se envía nuevamente a la línea de suministro.
En ciertas modalidades ejemplares, los elementos de Peltier se colocan en un PCB que va a cuestas del PCB que contiene LEDs . Los elementos de Peltier se pueden conectar térmicamente por vía de una tinta basada en grafeno para una conducción máxima de calor. Esto puede funcionar para reducir la unión de resistencia térmica.
Con base en información determinada por el sensor 1312, el controlador 1308 puede controlar como el sistema 1306 transfiere calor* entre el LED y el disipador de calor. Por ejemplo, si el LED 1304 está funcionando "caliente" (por ejemplo, tiene una alta temperatura) el controlador puede suministrar más energía al sistema 1306, lo cual a su vez puede causar que se transfiera más calor entre el LED 1304 y el disipador de calor 1302.
En ciertas modalidades ejemplares, el controlador puede funcionar e intentar mantener la temperatura del LED abajo de 51.67°C (125°F) , más preferiblemente abajo de 43.33°C (110°F) y aún más preferiblemente abajo de aproximadamente 37.78°C (100°F) . En ciertas modalidades ejemplares, el controlador 1308 puede controlar los elementos de enfriamiento activo de tal manera que la eficacia luminosa promedio de cada mosaico se encuentre dentro de un intervalo predeterminado.
En ciertas modalidades ejemplares, la gestión de temperatura activa descrita en este documento se puede implementar sobre un conjunto de LEDs . En ciertas modalidades ejemplares, la capa de TEC de una implementación para la gestión de calor se puede dimensionar para ajustarse al LED determinado (o capa de LEDs) en el cual se dispone.
La Figura 14 muestra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para crear una lámpara que incluye una capa de gestión térmica de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Los pasos 1402, 1404, 1406, 1408, 1410 y 1412 pueden corresponder a los pasos 402, 404, 406, 408, 410 y 412 respectivamente de la Figura 4. En ciertas modalidades ejemplares, las cavidades u orificios y el espejo y la aplicación de la capa protectora, una capa de gestión térmica se puede disponer cerca del LED en el paso 1414. En ciertas modalidades ejemplares, la capa térmica puede incluir TECs de película delgada o similares. En ciertas modalidades ejemplares, la capa térmica y el LED se pueden combinar de antemano y luego se pueden disponer como una unidad en la lámpara. En el paso 1416 un controlador térmico se puede unir a una o más capas térmicas . El controlador térmico puede funcionar como un suministro de energía para el LED y/o capa térmica, un sensor y/o un procesador para determinar cuanta energía eléctrica se puede aplicar a la capa térmica.
En ciertas modalidades ejemplares, una colección de mosaicos de LEDs y/o los LEDs dentro de los mosaicos se pueden conectar eléctricamente en serie, en paralelo o una mezcla de los dos.
Mientras que el enfriamiento activo puede ser una modalidad preferida, se pueden implementar otros tipos de sistemas de enfriamiento de acuerdo con ciertas modalidades ejemplares. Por ejemplo, un sistema de enfriamiento pasivo se puede implementar en lugar de o además de una ordenación de calentamiento activa. Además, mientras que el enfriamiento activo se puede realizar con elementos de Peltier, en ciertas modalidades ejemplares se puede utilizar un sistema de enfriamiento electro-hidrodinámico. En modalidades preferidas, un sistema de enfriamiento ejemplar puede tener o no una pequeña cantidad de partes móviles, puede ser relativamente compacto y/o puede facilitar el retiro de calor localizado.
Como se explica en este documento, múltiples LEDs se pueden utilizar para una cavidad. Por consiguiente, en ciertas modalidades ejemplares, una lente se puede utilizar en conjunción con múltiples LEDs.
En ciertas modalidades ejemplares, los artículos de vidrio descritos en este documento (por ejemplo, el substrato de vidrio con orificios, la lente, la capa de fósforo, etcétera) se pueden fortalecer química o térmicamente con base en el diseño u otras consideraciones (por ejemplo, regulaciones) .
Se apreciará que el término "TEC" se puede utilizar para referirse a cualquier enfriador termoeléctrico o bomba de calor.
Mientras que ciertas modalidades ejemplares en este documento pueden haber sido descritas en asociación con una luminaria casera estándar, se apreciará que las técnicas descritas en este documento se pueden aplicar a otros tipos de luminarias. Por ejemplo, los sistemas y/o técnicas descritos en este documento se pueden utilizar para aplicaciones industriales, a la intemperie (por ejemplo, en un jardín), en vehículos tales como camiones, aviones, en dispositivos electrónicos (por ejemplo, como luces posteriores para LCDs, plasmas y/u otras pantallas de panel plano), etcétera. En realidad, las técnicas descritas en este documento se pueden aplicar a fuentes de luz que se utilizan en casi cualquier tipo de campo (si no es que en todos los campos) .
Las modalidades ejemplares descritas en este documento se pueden utilizar en relación con las técnicas dadas a conocer en una o más de cualquiera de las Solicitudes de los Estados Unidos Nos. de Serie 12/923,833; 12/923,834; 12/923,835; 12/923,842 y 12/926,713, el contenido completo de cada una de las cuales se incorporan por este acto en este documento a manera de referencia. Por ejemplo, las estructuras de unidades de vidrio aislante (IG, por sus siglas en inglés) , conexiones eléctricas, pilas de capas y/o materiales se pueden utilizar en relación con diferentes modalidades de esta invención.
Como se utiliza en este documento, no se debe interpretar que los términos "sobre", "soportado por" y similares significan que dos elementos están directamente adyacentes entre sí a menos que se establezca explícitamente. En otras palabras, se puede decir que una primera capa está "sobre" o es "soportada por" una segunda capa, incluso si existe una o más capas entre las mismas.
Mientras que la invención ha sido descrita en relación con lo que se considera actualmente que es (son) la(s) modalidad (es) más práctica(s) y preferida (s ) , se debe entender que la invención no debe ser limitada a la modalidad dada a conocer, sino por el contrario, se pretende cubrir varias modificaciones y ordenaciones equivalentes incluidas dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims (26)

REIVINDICACIONES
1. Un método para hacer una lámpara, el método está caracterizado porque comprende: formar por lo menos una cavidad en un substrato de vidrio, por lo menos la cavidad está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma; disponer un elemento reflectante sobre una superficie de por lo menos la cavidad; y colocar un diodo emisor de luz (LED) en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo, conservando sustancialmente la extensión de la luz del LED respectivo.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una pluralidad de cavidades se forma en el primer substrato .
3. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada cavidad tiene una pared lateral parabólica cuando se observa en la sección transversal .
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la disposición del elemento reflectante comprende disponer un material de película delgada sobre la superficie de cada cavidad .
5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el material de película delgada es de o incluye plata.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque comprende además disponer un material protector sobre el material de película delgada.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el material protector es un polímero, epoxi, resina o capa depositada mediante la deposición de capas atómicas (ALD) .
8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada cavidad es un agujero pasante.
9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada cavidad se forma a una profundidad más superficial que una profundidad del primer substrato.
10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada LED se coloca en un tablero de circuitos impresos.
11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada LED es un LED con forma de chip sobre vidrio.
12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la luz reflejada que sale del segundo extremo de cada cavidad es colimada sustancialmente con el fin de permitir 10-30 grados de distribución.
13. Un método para hacer una lámpara, el método está caracterizado porque comprende: formar por lo menos una cavidad en un substrato de vidrio, por lo menos la cavidad está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma; disponer un elemento reflectante sobre una superficie de por lo menos la cavidad, el elemento reflectante está adaptado para reflejar por lo menos algo de la luz de una fuente de luz localizable en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de conservar sustancialmente la extensión de la luz de la fuente de luz .
14. Un método para hacer una lámpara, el método está caracterizado porque comprende: proporcionar un substrato de vidrio que tiene por lo menos una cavidad formada en el mismo, por lo menos la cavidad (a) está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene un elemento reflectante dispuesto sobre una superficie de la misma; y colocar un diodo emisor de luz (LED) en o cerca del primer extremo de cada cavidad con el fin de hacer posible que el elemento reflectante asociado refleje por lo menos algo de la luz emitida desde el LED respectivo, conservando sustancialmente la extensión de la luz del LED respectivo.
15. Un aparato, caracterizado porque comprende: un substrato de vidrio que tiene una pluralidad de cavidades formadas en el mismo, cada cavidad (a) está ahusada a lo largo de una profundidad de la misma de modo que por lo menos la cavidad incrementa en diámetro o distancia desde un primer extremo de la misma hasta un segundo extremo de la misma y (b) tiene un elemento reflectante sobre una superficie de la misma; y una pluralidad de diodos emisores de luz (LEDs) en o cerca del primer extremo de una cavidad respectiva de las mismas con el fin de hacer posible que el elemento reflectante de la cavidad asociada refleje por lo menos algo de luz emitida del LED respectivo, conservando sustancialmente la extensión de la luz del LED respectivo.
16. El aparato de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque cada cavidad tiene una pared lateral parabólica cuando se observa en la sección transversal.
17. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizado porque el elemento reflectante de cada cavidad comprende una capa de película delgada.
18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además un material protector sobre la capa de película delgada.
19. El aparato de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el material protector es un polímero, epoxi, resina o capa depositada mediante la deposición de capas atómicas (ALD) .
20. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque cada cavidad es un agujero pasante.
21. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque cada cavidad se forma a una profundidad más superficial que una profundidad del primer substrato.
22. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado porque comprende además un tablero de circuitos impresos que sostiene la pluralidad de LEDs .
23. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado porque cada LED es un LED con forma de chip sobre vidrio.
24. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque la luz reflejada que sale del segundo extremo de cada cavidad es colimada sustancialmente con el fin de permitir 10-30 grados de distribución.
25. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende el aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24.
26. Un sistema de iluminación que comprende una pluralidad de aparatos interconectados , caracterizado porque cada aparato es el aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25.
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