BRPI0810964B1 - Dispositivo de iluminação de estado sólido - Google Patents

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BRPI0810964B1
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BR
Brazil
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light
lees
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light emitting
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BRPI0810964-8A
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Ingo Speier
Allan Brent York
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Philips Lighting Holding B.V.
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Abstract

dispositivo de iluminação de estado sólido um dispositivo de iluminação de estado sólido (500) inclui uma pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) configurados para gerar luzes que são termicamente acopladas a um chassi de difusão de calor configurado para acoplar-se com um ou mais dissipadores de calor (520). o dispositivo de iluminação ainda inclui uma câmara de mistura que é opticamente acoplada à pluralidade de elementos de emissão de luz e configurada para misturar a luz emitida pela pluralidade de elementos de emissão de luz. um sistema de controle é operativamente acoplado à pluralidade de elementos de emissão de luz, e configurado para controlar operação da pluralidade de elementos de emissão de luz.

Description

“DISPOSITIVO DE ILUMINAÇÃO DE ESTADO SÓLIDO” CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito a iluminação e mais particularmente a dispositivos de iluminação de estado sólido. FUNDAMENTOS
Muitas luminárias convencionais utilizam fontes de luz incandescentes ou vários tipos de fontes de luz fluorescentes. Limitações de muitos tipos diferentes de luminárias resistem à necessidade de abordar a dissipação de altas quantidades de calor, especificamente de fontes de luz incandescentes. Soluções conhecidas incluem projetos de luminária que são destinados a serem usados em instalações bem ventiladas, em que a maioria da superfície exterior da luminária - por exemplo, uma luz de spot suspensa é exposta para facilitar dissipação de calor para dentro do ambiente circundante através de convecção. Outras luminárias, destinadas a aplicações onde refrigeração efetiva através de convecção é limitada, são frequentemente projetadas para dissipar calor residual através de radiação ou condução de calor. Tais luminárias incluem as assim chamadas luzes rebaixadas”, tais como luzes inundadas de ângulo amplo e projetores de ângulo estreito, projetadas para instalação em aberturas isoladas em paredes ou tetos. Luminárias baseadas em fontes de luz convencionais, embora provejam razoável dissipação de calor efetivo através de radiação, não apresentam falta de controle efetivo de cor e intensidade, baixa eficácia luminosa, e um grande número de outras desvantagens.
Recentemente, avanços no desenvolvimento e aperfeiçoamentos do fluxo luminoso de dispositivos de emissão de luz, tais como semicondutor de estado sólido e diodos de emissão de luz orgânicos (LEDs) têm tomado esses dispositivos apropriados para uso em aplicações de iluminação gerais, incluindo iluminação arquitetônica, de entretenimento, e iluminação de rodovias. Vantagens funcionais e benefícios dos LEDs incluem alta conversão de energia e eficiência óptica, durabilidade, baixos custos de operação, e muitos outros, tomando fontes de luz baseadas em LED crescentemente competitivas com as fontes de luz tradicionais, tais como lâmpadas incandescentes, fluorescentes, e lâmpadas de descarga de alta intensidade. Também, recentes avanços na tecnologia de LED e seleção cada vez mais crescente de comprimentos de onda de LED à escolha proveram fontes de luz branca e LED de alteração de cor, eficientes e robustas, que permitem uma variedade de efeitos de iluminação em muitas aplicações.
Muitas luminárias de estado sólido e projetos de luminária existentes, todavia, são complexas, incluem grandes números de componentes e, como um resultado, sua fabricação pode ser intensiva em termos de recurso e custo. Por exemplo, a manutenção de uma temperatura de junção apropriada é um componente importante para desenvolver um eficiente sistema de iluminação de estado sólido, pois os LEDs funcionam com uma eficácia mais alta quando operam em temperaturas mais frias. O uso de refrigeração ativa através de ventiladores e outros sistemas de movimento de ar mecânicos, todavia, é tipicamente desencorajado na indústria de iluminação geral principalmente devido a seu ruído inerente, custo e alta necessidade de manutenção. Assim, é desejável atingir taxas de fluxo de ar comparáveis àquela de um sistema refrigerado sem o ruído, custo ou partes móveis, enquanto minimiza as exigências de espaço do sistema de refrigeração.
Um número de soluções foram propostas, abordando a disposição de fontes de luz de estado sólido e a configuração de sistemas de refrigeração de luminárias a fim de facilitar a dissipação de calor e atenuar efeitos indesejados causados por aquecimento de fontes de luz de estado sólido. Alguns exemplos incluem um número de produtos apropriados para operação em instalações rebaixadas, tal como um número de produtos de iluminação oferecidos por vários fabricantes, que incluem ‘360 Im White LEDs’, fabricados por Cree Inc., ou os Projetos de Fixação de Baixo Perfil de
LED, providos pela Comissão de Energia da Califórnia em cooperação com a Corporação de Energia Arquitetônica e pelo Rensselaer Polytechnic Institute Luzing Research Center, descritos em htttp://www Jrc.rpi.edu/programs/solidstate/.
Muitas soluções conhecidas, todavia, falham em sugerir um dispositivo de iluminação de estado sólido que provê boa gestão térmica em combinação com uma configuração modular que permite manutenção, substituição ou reparo adequados de seus componentes. Existe, por conseguinte, uma necessidade de uma luminária que emprega fontes de luz baseadas em LED, que aborde um número de desvantagens de dispositivos de iluminação de estado sólido conhecidos, particularmente aqueles associados com gestão térmica, saída de luz, e facilidade de instalação e manutenção.
Esta informação de antecedentes é provida para expor informação que a depositante acredita ser de possível relevância para a presente invenção. Nenhuma aceitação é necessariamente pretendida, nem deve ser entendido que qualquer das informações precedentes constitui técnica anterior com relação à presente invenção.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Os depositantes reconheceram e apreciaram que os dispositivos de iluminação baseados em LED podem ser configurados para prover um número de benefícios que podem melhorar a dissipação de calor total em combinação com um projeto de luminária modular. Os dispositivos de iluminação de acordo com várias formas de concretização da presente invenção podem ser configurados para prover boa dissipação de calor a partir dos LEEs, quer diretamente quer indiretamente para dentro do ambiente e/ou para prover boa qualidade da luz emitida a partir do dispositivo de iluminação dentro das restrições de um predeterminado orçamento de dissipação de calor. Algumas das formas de concretização e implementações da invenção referemse a um dispositivo de iluminação que é particularmente apropriado para operação em espaços confinados, tais como rebaixos de parede ou teto.
Geralmente, em um aspecto, a invenção coloca em evidência um dispositivo de iluminação de estado sólido. O dispositivo inclui a incluindo uma pluralidade de elementos de emissão de luz para gerar luz, incluindo pelo menos um elemento de emissão de luz tendo uma primeira área de superfície e um chassi de difusão de calor termicamente conectado à pluralidade de elementos de emissão de luz. O chassi de difusão de calor é configurado para acoplar-se com pelo menos um dissipador de calor. O dispositivo ainda inclui uma câmara de mistura opticamente acoplada à pluralidade de elementos de emissão de luz para misturar a luz emitida pela pluralidade de elementos de emissão de luz; e um sistema de controle operativamente acoplado à pluralidade de elementos de emissão de luz para controlar operação da pluralidade de elementos de emissão de luz.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Nos desenhos, os mesmos números de referência geralmente se referem às mesmas partes por todas as diferentes vistas. Também, os desenhos não estão necessariamente em escala, ênfase sendo geralmente sendo dada, em contraste, na ilustração dos princípios da invenção.
A figura 1 ilustra esquematicamente uma seção transversal de um dispositivo de iluminação de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção.
A figura 2A ilustra esquematicamente uma seção transversal de um dispositivo de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção.
A figura 2B ilustra esquematicamente uma seção transversal de um elemento óptico apropriado para o dispositivo de iluminação mostrado na figura 2A.
A figura 3A ilustra esquematicamente uma vista de seção transversal de um dispositivo de iluminação de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 3B ilustra uma vista superior do dispositivo de iluminação da figura 3 A.
A figura 4A-4B ilustra esquematicamente vistas de seção transversal de dispositivos de iluminação de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção.
A figura 5 ilustra esquematicamente diferentes posições de LEE em dispositivos de iluminação de acordo com várias formas de concretização da presente invenção.
A figura 6A-6B ilustra perfis de temperatura de substrato para algumas configurações de exemplo de LEEs sobre um substrato.
A figura 7 ilustra um esquema de interconexão para LEEs de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 8 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de controle de exemplo para um dispositivo de iluminação de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
As figuras 9A-9C ilustram diagramas de tempo de formas de onda de tensão para uso em dispositivos de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção.
A figura 10 ilustra um diagrama de blocos esquemático de um circuito elétrico para uma luminária de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 11 ilustra um diagrama de blocos esquemático de um circuito elétrico para um dispositivo de iluminação de acordo com outra forma de concretização da presente invenção.
A figura 12 ilustra esquematicamente um diagrama de cromaticidade com coordenadas de cromaticidade de um número de fontes de luz.
A figura 13 ilustra esquematicamente uma seção transversal de uma forma de concretização de um dispositivo de iluminação.
A figura 14 ilustra esquematicamente uma seção transversal de outra forma de concretização de um dispositivo de iluminação.
As figuras 15A e 15B ilustram esquematicamente vistas superior e seccional, respectivamente, de um concentrador composto parabólico parcial de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 16 ilustra uma vista explodida de um dispositivo de iluminação de exemplo de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 17A ilustra uma vista em perspectiva de uma placa de circuito de energia, dobrada, de exemplo, de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 17B ilustra uma seção transversal de uma placa de circuito de energia, de exemplo, de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 17C ilustra uma vista superior de uma placa de circuito de energia, de exemplo, de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 18A ilustra uma vista lateral de uma parte de uma carcaça de exemplo de um dispositivo de iluminação de acordo com uma forma de concretização da presente invenção.
A figura 18B ilustra uma vista frontal de uma parte de uma carcaça de exemplo de um dispositivo de iluminação de acordo com outra forma de concretização da presente invenção.
A figura 18C ilustra uma vista em perspectiva de uma parte de uma carcaça de exemplo de um dispositivo de iluminação de acordo com ainda outra forma de concretização da presente invenção.
A figura 19 ilustra uma vista superior de uma tira de um sistema óptico de exemplo de um dispositivo de iluminação de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção.
As figuras 20 a 26 ilustram esquemas de outro sistema de controle de exemplo incluindo um circuito de energia de um dispositivo de iluminação de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção.
As figuras 27 a 33 ilustram esquemas de outro sistema de controle de exemplo incluindo um circuito de energia de um dispositivo de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Terminologia Relevante
O termo elemento de emissão de luz (LEE) é usado para definir um dispositivo que emite radiação em uma região ou combinação de regiões do espectro eletromagnético, por exemplo, a região visível, região infravermelha ou ultravioleta, quanto quando ativado pela aplicação de uma diferença de potencial através dele e passagem de uma corrente elétrica através dele, por causa da, pelo menos em parte, eletroluminescência. LEEs podem ter características de emissão espectral, monocromáticas, quase monocromáticas, ou de banda larga. Exemplos de LEEs incluem diodos de emissão de luz (LEDs) semicondutores, orgânicos, ou de polímero/poliméricos, LEDs revestidos com fósforo, opticamente bombeados, LEDs de nano-cristal, oticamente bombeados, ou outros dispositivos similares, como seria imediatamente entendido. Além disso, o termo LEE é usado para definir o dispositivo efetivo que emite a radiação, por exemplo, uma matriz de LED, e pode igualmente ser usado para definir uma combinação do dispositivo efetivo que emite a radiação juntamente com uma carcaça ou embalagem dentro da qual o dispositivo efetivo ou dispositivos efetivos são colocados. O termo iluminação de estado sólido é usado para referir-se a tipos de iluminação que podem ser usados para finalidades espaciais ou decorativas ou indicativas, e que é provido por fontes de luz fabricadas, tais como, por exemplo, guarnições ou luminárias, que pelo menos em parte pode gerar luz por causa de eletroluminescência.
Ainda, quando usado aqui para finalidades da presente exposição, o termo LED deve ser entendido como incluindo qualquer diodo eletroluminescente ou outro tipo de sistema baseado em injeção/junção de suporte que é capaz de gerar radiação em resposta a um sinal elétrico. Assim, o termo LED inclui, mas não é limitado a, várias estruturas baseadas em semicondutor que emitem luz em resposta a corrente, polímeros de emissão de luz, diodos de emissão de luz orgânicos (OLEDs), tiras eletroluminescentes, e similares. Em particular, o termo LED refere-se a diodos de emissão de luz de todas as formas (incluindo semicondutor e diodos de emissão de luz orgânicos) que podem ser configurados para gerar radiação em um ou mais do espectro infravermelho, espectro ultravioleta, e várias porções do espectro visível (geralmente incluindo comprimentos de onda de radiação a partir de aproximadamente 400 nanômetros até aproximadamente 700 nanômetros). Alguns exemplos de LEDs incluem, mas não são limitados a, vários tipos de LEDs infravermelhos, LEDs ultravioletas, LEDs vermelhos, LEDs azuis, LEDs verdes, LEDs amarelos, LEDs âmbares, LEDs laranjas, e LEDs brancos (discutidos ainda abaixo). Também deve ser apreciado que LEDs podem ser configurados e/ou controlados para gerar radiação tendo várias larguras de banda (por exemplo, larguras totais na metade de máximo, ou FWHM) para um dado espectro (por exemplo, largura de banda estreita, largura de banda ampla), e uma variedade de comprimentos de onda dominantes dentro de uma dada categorização de cor geral. Por exemplo, uma implementação de um LED configurado para gerar essencialmente luz branca (por exemplo, um LED branco) pode incluir um número de matrizes que respectivamente emitem espectros diferentes de eletroluminescência que, em combinação, se misturam para formar essencialmente luz branca. Em outra implementação, a luz branca LED pode ser associada com um material de fósforo que converte eletroluminescência tendo um primeiro espectro em um segundo espectro diferente. Em um exemplo desta implementação, eletroluminescência tendo a relativamente short comprimento de onda e largura de banda estreita espectro bombeia o material de fósforo, que, por sua vez, irradia radiação de comprimento de onda mais longo radiação tendo um espectro algo mais largo.
Deve também ser entendido que o termo LED não se limita ao tipo de embalagem física e/ou elétrica de um LED. Por exemplo, como discutido acima, um LED pode se referir a um único dispositivo de emissão de luz tendo múltiplas matrizes que são configuradas para respectivamente emitir espectros diferentes de radiação (por exemplo, que podem ou não podem ser individualmente controláveis). Também, um LED pode ser associado com um fósforo que é considerado como uma parte integral do LED (por exemplo, alguns tipos de LEDs brancos). Em geral, o termo LED pode se referir a LEDs embalados, LEDs não embalados, LEDs montados na superfície, LEDs do tipo “chip-na-placa”, LEDs de montagem em embalagem em T, LEDs de embalagem radial, LEDs de embalagem de energia, LEDs incluindo algum tipo de encaixe e/ou elemento óptico (por exemplo, uma lente difusa), etc.
O termo fonte de luz deve ser entendido como se referindo a qualquer uma ou mais de uma variedade de fontes de radiação, incluindo, mas não limitado a, fontes baseadas em LED. Uma dada fonte de luz pode ser configurada para gerar radiação eletromagnética dentro do espectro visível, fora do espectro visível, ou uma combinação de ambos. Por isso, os termos luz e radiação são usados intercambiavelmente aqui. Adicionalmente, a fonte de luz pode incluir, como um componente integral, um ou mais filtros (por exemplo, filtros de cor), lentes, ou outros componentes ópticos. Também, deve ser entendido que fontes de luz podem ser configuradas para uma variedade de aplicações, incluindo, mas não limitadas a, indicação, exibição, e/ou iluminação. Uma fonte de iluminação é uma fonte de luz que é particularmente configurada para gerar radiação tendo uma intensidade suficiente para iluminar efetivamente um espaço interior ou exterior. Nesse contexto, intensidade suficiente refere-se a uma energia radiante suficiente no espectro visível gerada no espaço ou ambiente (a unidade lumens frequentemente é empregada para representar a saída de luz total a partir da fonte de luz em todas as direções, em termos de energia radiante ou fluxo luminoso) para prover iluminação ambiente (isso é, luz que pode ser percebida indiretamente e que pode ser, por exemplo, refletida para fora de um ou mais de uma variedade de superfícies intermediárias antes de ser percebida no total ou em parte).
O termo espectro deve ser entendido para se referir a qualquer uma ou mais frequências (ou comprimentos de onda) de radiação, produzidas por uma ou mais fontes de luz. Por conseguinte, o termo espectro refere-se a frequências (ou comprimentos de onda) não somente na faixa visível, mas também frequências (ou comprimentos de onda) na área infravermelha, ultravioleta, e outras áreas do espectro eletromagnético total. Também, um dado espectro pode ter uma largura de banda relativamente estreita (por exemplo, uma FWHM tendo essencialmente poucos componentes de frequência ou comprimento de onda) ou uma largura de banda relativamente larga (vários componentes de frequência ou comprimento de onda tendo várias intensidades relativas). Deve ser também apreciado que um dado espectro pode ser o resultado de uma mistura de dois ou mais outros espectros (por exemplo, mistura de radiações respectivamente emitidas de múltiplas fontes de luz).
Para finalidades dessa exposição, o termo cor é usado intercambiavelmente com o termo espectro. Todavia, o termo cor geralmente é usado para se referir principalmente a uma propriedade de radiação que é percebível por um observador (embora esse uso não seja destinado a limitar o escopo desse termo). Por conseguinte, os termos cores diferentes implicitamente referem-se a espectros múltiplos tendo diferentes componentes de comprimentos de onda e/ou larguras de banda. Também deve ser apreciado que o termo cor pode ser usado em conexão tanto com luz branca quanto luz não-branca. O termo temperatura de cor geralmente é usado aqui em conexão com luz branca, embora esse uso não seja destinado a limitar o escopo desse termo. Temperatura de cor essencialmente refere-se a um teor ou tonalidade de cor particular (por exemplo, avermelhado, azulado) de luz branca. Uma temperatura de cor de uma dada amostra de radiação convencionalmente é caracterizada de acordo com a temperatura em graus Kelvin (K) de um radiador de corpo negro que irradia essencialmente o mesmo espectro que a amostra de radiação' em questão. Temperaturas de cor do radiador de corpo negro geralmente caem dentro de uma faixa de desde aproximadamente 700 graus K (tipicamente considerada a primeira visível pelo olho humano) até acima de 10.000 graus K; luz branca geralmente é percebida em temperaturas de cores acima de 1500-2000 graus K. Temperaturas de cores mais baixas geralmente indicam luz branca tendo um componente vermelho mais significante ou uma sensação mais quente”, enquanto temperaturas de cores mais altas geralmente indicam luz branca tendo um componente azul mais significante ou uma sensação mais fria. A título de exemplo, o fogo tem uma temperatura de cor de aproximadamente 1.800 graus K, um bulbo incandescente convencional tem uma temperatura de cor de aproximadamente 2848 graus K, luz do dia do amanhecer tem uma temperatura de cor de aproximadamente 3.000 graus K, e céus encobertos do meio dia tem uma temperatura de cor de aproximadamente 10.000 graus K. Uma imagem a cor observada sob luz branca tendo uma temperatura de cor de aproximadamente 3.000 graus K tem um tom relativamente avermelhado, enquanto que a mesma imagem a cor observada sob luz branca tendo uma temperatura de cor de aproximadamente 10.000 graus K tem um tom relativamente azulado.
O termo aparelho de iluminação ou luminária é usado aqui para se referir a uma implementação ou arranjo de um ou mais unidades de iluminação em um particular fator de forma, conjunto, ou embalagem. O termo unidade de iluminação é usado aqui para se referir a um aparelho incluindo uma ou mais fontes de luz de mesmos ou diferentes tipos. Uma dada unidade de iluminação pode ter qualquer um de uma variedade de arranjos de montagem para a(s) fonte(s) de luz, invólucro/arranjos e formas de carcaça, e/ou configurações de conexão elétrica e mecânica. Adicionalmente, uma dada unidade de iluminação opcionalmente pode ser associada com (por exemplo, incluir, ser acoplada com e/ou embalada conjuntamente com) vários outros componentes (por exemplo, circuitos de controle) que se referem à operação da(s) fonte(s) de luz. Uma unidade de iluminação baseada em LED refere-se a uma unidade de iluminação que inclui uma ou mais fontes de luz baseadas em LED, como discutido acima, sozinha ou em combinação com outras fontes de luz não baseadas em LED. Uma unidade de iluminação “multicanal” refere-se a uma unidade de iluminação baseada em LED ou unidade de iluminação não baseada em LED que inclui pelo menos duas fontes de luz configuradas para respectivamente gerar diferentes espectros de radiação, em que cada diferente fonte espectro pode ser referida como um canal da unidade de iluminação multicanal.
O termo controlador é usado aqui geralmente para descrever vários aparelhos que se referem à operação de uma ou mais fontes de luz. Um controlador pode ser implementado em inúmeras maneiras (por exemplo, tal como com hardware dedicado) para desempenhar várias funções discutidas aqui. Um processador é um exemplo de um controlador que emprega um ou mais microprocessadores que podem ser programados usando software (por exemplo, micro código) para desempenhar várias funções discutidas aqui. Um controlador pode ser implementado com ou sem empregar um processador, e também pode ser implementado como uma combinação de hardwares dedicados para desempenhar algumas funções e um processador (por exemplo, um ou mais microprocessadores programados e circuitos associados) para desempenhar outras funções. Exemplos de componentes de controlador que podem ser empregados em várias formas de concretização da presente exposição incluem, mas não são limitados a, microprocessadores convencionais, circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), e redes de portas lógicas programáveis (FPGAs). Em várias implementações, um processador ou controlador pode ser associado com um ou mais meios de armazenamento (geralmente referidos aqui como memória”, por exemplo, memória de computador volátil e não-volátil, tal como RAM, PROM, EPROM, e EEPROM, o discos flexíveis, o discos compactos, o discos ópticos, fita magnética, etc.). Em algumas implementações, os meios de armazenamento podem ser codificados com um ou mais programas que, quando executados através de um ou mais processadores e/ou controladores, desempenham pelo menos algumas das funções discutidas aqui. Vários meios de armazenamento podem ser fixados dentro de um processador ou controlador ou podem ser transportáveis, de modo que o um ou mais programas armazenados nos mesmos podes ser carregados em um processador ou controlador de forma a implementar vários aspectos da presente exposição, o discutidos aqui. Os termos programa e programa de computador são usados aqui em um sentido genérico para se referirem a qualquer tipo de código de computador (por exemplo, software ou microcódigo) que pode ser empregado para programar um ou mais processadores ou controladores.
Deve ser também apreciado que a terminologia explicitamente empregada aqui, que também pode parecer em qualquer exposição incorporada para referência abaixo, deve ser considerada como significando a mais consistente com os conceitos inventivos particulares expostos aqui. A menos que definido ao contrário, todos os termos científicos e técnicos usados aqui têm o mesmo significado que comumente entendido por uma pessoa de conhecimento comum na técnica à qual esta invenção pertence.
Visão geral
A presente invenção geralmente refere-se a um dispositivo de iluminação apropriado para espaços confinados, tais como, por exemplo, rebaixos e refúgios, e oferece dissipação de calor, sobretudo melhorada em combinação com um projeto de luminária modular. Os dispositivos de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção podem ser configurados, por exemplo, para prover boa dissipação de calor a partir dos LEEs quer diretamente quer indiretamente para dentro do ambiente ou para prover boa qualidade da luz emitida a partir do dispositivo de iluminação dentro das restrições de um dado orçamento de dissipação de calor, por exemplo. O dispositivo de iluminação inclui um número de elementos de emissão de luz (LEEs) dispostos sobre um substrato, que são operativamente conectados com uma fonte de energia elétrica. O dispositivo de iluminação pode ainda incluir (i) um sistema óptico para interagir com pelo menos uma porção da luz emitida pelos LEEs antes de a luz ser liberada a partir do dispositivo de iluminação e (ii) um sistema de controle para controlar a forma e quantidade de energia elétrica fornecida para os LEEs.
Em uma forma de concretização da presente invenção, um dispositivo de iluminação de estado sólido compreendendo uma pluralidade de elementos de emissão de luz que são configurados para gerar luz. Esses elementos de emissão de luz são termicamente acoplados a um chassi de difusão de calor configurado para acoplar-se com um ou mais dissipadores de calor. O dispositivo de iluminação ainda inclui uma câmara de mistura que é opticamente acoplada à pluralidade de elementos de emissão de luz e configurado para misturar a luz emitida pela pluralidade de elementos de emissão de luz. Também incluído é um sistema de controle operativamente acoplado à pluralidade de elementos de emissão de luz, e configurado para controlar operação da pluralidade de elementos de emissão de luz.
A figura 1 ilustra esquematicamente uma seção transversal de um dispositivo de iluminação 300, de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção. O dispositivo de iluminação inclui um chassi de difusão de calor 310 termicamente conectado com aletas de refrigeração exteriores 315 ou outros elementos de aumento de superfície exteriores para melhorar convecção de ar. O chassi pode ser configurado em várias formas, incluindo linear, encurvado, ou curvilíneo. A superfície interna do chassi de difusão de calor pode ter uma fenda 320 ou outro meio de montagem para dispor um substrato termicamente condutor 330 contendo LEEs no mesmo. Em uma forma de concretização, o substrato 330 é flexível e pode ser resilientemente solicitado para dentro da fenda ou outro meio de suporte a fim de atingir um desejado nível de interconectividade térmica entre os LEEs e o chassi de difusão de calor. O dispositivo de iluminação ainda inclui um sistema óptico 340 que pode prover a manipulação da luz, por exemplo, reorientação da luz emitida para fora do dispositivo de iluminação. O chassi de difusão de calor pode ser termicamente acoplado com um dissipador de calor ou outra configuração de dissipação de calor que pode prover assim a dissipação de calor gerado pelos LEEs para dentro do ambiente. Em uma versão dessa forma de concretização, múltiplos LEEs são providos sobre o substrato 330 em série e eletricamente conectados através de trilhas condutoras. Ainda, uma camada de conversão compreendendo fósforo pode ser incluída sobre as LEEs.
A figura 2A ilustra uma seção transversal de um dispositivo de iluminação de acordo com outra versão da forma de concretização mostrada na figura 3, em que o chassi de difusão de calor 310 define fendas múltiplas
320Α, 320Β, e 320C e/ou inclui outros meios de montagem para dispor substratos com LEEs aqui ou que engatam pelo contrário com aqueles substratos com o chassi. Por exemplo, os LEEs podem ser arranjados sobre um ou mais substratos que podem ser resilientemente solicitados contra o interior do chassi de difusão de calor na fenda disposta no mesmo. O dispositivo de iluminação ainda compreende um sistema óptico 340 que pode prover a manipulação da luz, por exemplo, a reorientação da luz emitida para fora do dispositivo de iluminação. O sistema óptico pode ser configurado como um refletor tendo uma configuração em formato de concha, como ilustrado na figura 2B.
As figuras 3A e 3B ilustram esquematicamente uma seção transversal e vista plana, respectivamente, de um dispositivo de iluminação 500 de acordo com outras formas de concretização da presente invenção. O dispositivo de iluminação inclui uma pluralidade de LEEs brancos 510, posicionados sobre um dissipador de calor 520 no centro ou sobre uma superfície interna de uma parede traseira do dispositivo de iluminação. Os elementos de emissão de luz azul 525 e LEEs verdes 530 são posicionados em tomo da superfície interna encurvada do chassi de difusão de calor 540, em que esses elementos de emissão de luz podem ser solicitados em uma fenda formada no mesmo, como discutido acima com referência às figuras 1-2. O dispositivo de iluminação ainda inclui elementos ópticos, os quais podem ser configurados para reorientar a luz emitida pelos LEEs verdes e azuis para fora do dispositivo de iluminação.
Gestão Térmica
Considerações de gestão térmica que se referem ao calor gerado pela pluralidade de elementos de emissão de luz geralmente ditam configurações de projeto do dispositivo de iluminação. Em várias formas de concretização da presente invenção, o posicionamento dos elementos de emissão de luz em relação ao chassi de difusão de calor ou outro dispositivo de gestão térmica é considerado a fim de prover um nível desejado de transferência térmica dos elementos de emissão de luz. Em adição, em algumas formas de concretização da presente invenção, tamanho, configuração, e empacotamento de LEEs podem ser escolhidos para atenuar a concentração de calor gerado por eles. Além disso, de acordo com formas de concretização da presente invenção, um chassi de difusão de calor é termicamente acoplado com uma pluralidade dos elementos de emissão de luz do dispositivo de iluminação, em que o chassi de difusão de calor pode prover a facilidade de acoplamento com um dissipador de calor ou outro sistema de dissipação de calor em uma maneira desejada e com um nível desejado de conectividade térmica.
Colocação de elemento de Emissão de Luz
Diferentes formas de concretização da presente invenção podem empregar diferentes esquemas de posicionamento de LEEs. As figuras 4A e 4B ilustram esquematicamente dois diferentes arranjos exemplificativos de LEEs dentro de um dispositivo de iluminação de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção. Com referência à figura 4A, os LEEs 450 são montados sobre uma placa no centro da carcaça e apontando diretamente em direção à abertura de saída do dispositivo de iluminação. Esse arranjo pode prover eficiente emissão de luz, mas pode apresentar características inferiores de dissipação de calor em virtude de percursos térmicos estendidos a partir dos LEEs para o exterior do dispositivo de iluminação. Com referência à figura 4B, os LEEs 460 são montados próximos ao, e em boca conexão térmica com, o exterior do dispositivo de iluminação. Esta configuração pode facilitar e melhorar dissipação de calor a partir dos LEEs para o ambiente. Elementos ópticos adicionalmente requeridos, tais como refletores, por exemplo, que podem reorientar luz de LEE em direção à abertura de saída do dispositivo de iluminação podem, todavia, prover inferior eficiência total do dispositivo de iluminação. Formas de concretização da presente invenção podem, todavia, utilizar uma combinação dessas ou outras posições de montagem.
A figura 5 ilustra diferentes configurações de montagem de LEEs dentro de um dispositivo de iluminação de acordo com diferentes formas de concretização da presente invenção. Como ilustrado na figura 5, o número de referência 410 refere-se à configuração com LEEs que podem ser montados próximos a uma abertura de saída 415 do dispositivo de iluminação, por exemplo, sobre um anel de moldura voltado para o interior do dispositivo de iluminação. Esta configuração provê percursos térmicos curtos para o calor a partir dos LEEs para dissipação para o ambiente e, consequentemente, refrigeração potencialmente boa do LEE e da luminária. Esta configuração, todavia, pode prover eficiência óptica reduzida para LEEs que emitem para frente, pois a luz emitida tem que ser retro-refletida para atingir a abertura de saída do dispositivo de iluminação. Como indicado pelo número de referência 420, LEEs podem também ser dispostos ao longo de uma superfície interna concêntrica em tomo de um eixo geométrico do dispositivo de iluminação. Esta configuração pode prover boa conectividade térmica para o ambiente também em linha com eficiência óptica melhorada, pois um menor ângulo de reflexão é requerido para redirecionar a luz emitida a partir dos LEEs que emitem para frente, para a abertura de saída do dispositivo de iluminação. Como indicado pelo número de referência 430, os LEEs podem também ser dispostos sobre uma superfície interna da parede traseira do dispositivo de iluminação. Esta configuração provê percursos térmicos relativamente longos para o calor atingir uma porção bem ventilada do exterior do dispositivo de iluminação. Os LEEs podem também ser dispostos de acordo com configuração 440 sobre um substrato dentro do dispositivo de iluminação. O substrato pode ser termicamente conectado com componentes de condução termicamente boa, tal como elementos de refrigeração, tubos de calor, etc. As configurações 430 e 440, todavia, podem oferecer eficiente extração de luz a partir do dispositivo de iluminação, pois ele facilita colimação de luz a partir dos LEEs.
De acordo com formas de concretização da presente invenção, tipos diferentes de LEEs podem ser utilizados em um projeto de dispositivo de iluminação e podem ser adequadamente posicionados de acordo com o tipo de LEE. Por exemplo, os LEEs mais termicamente sensíveis podem ser colocados de acordo com configuração 410 ou uma configuração similar próxima à abertura de saída do dispositivo de iluminação. Outros tipos de LEEs podem ser dispostos de acordo com as configurações 420, 430, ou 440 ou outras configurações adequadas, por exemplo, dependendo das exigências específicas dos LEEs daqueles tipos.
Configuração de Elemento de Emissão de Luz
Pequenos LEEs podem prover pequenas densidades de energia e podem gerar menos calor residual que grandes LEEs. O custo de componente de grandes números de pequenos LEEs é tipicamente menor que aquele de pequenos números de grandes LEEs. E notado que luminária com um grande número de pequenos LEEs podem prover benefícios adicionais e pode ser útil para certas aplicações. Os dispositivos de iluminação de acordo com certas formas de concretização da presente invenção podem compreender um número relativamente grande de LEEs pequenos ou relativamente menos potentes. Os dispositivos de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção podem compreender um número relativamente pequeno de grandes LEEs ou LEEs relativamente potentes. Além disso, os dispositivos de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção podem compreender tanto LEEs pequenos quanto LEEs grandes.
As figuras 6A e 6B ilustram perfis de temperatura de equilíbrio para duas configurações de LEEs. Especificamente, A figura 6A ilustra um grande LEE e a figura 6B ilustra três pequenos LEEs, cada sendo operativamente disposto sobre um substrato. Os LEEs são operados sob certas condições de operação de teste estático para ilustrar o efeito sobre o perfil de temperatura das duas diferentes configurações. Como ilustrado na figura 6B, LEEs de menor espalhamento, que tipicamente geram menores quantidades de calor residual dentro de uma área ou volume comparável àquela de um único LEE maior, de eficiência comparável, como ilustrado na figura 6A, tipicamente geram uma carga de calor espacialmente mais suave, menos concentrada, e consequentemente expõem o substrato e os LEEs e outros componentes ou dispositivos a reduzida tensão induzida termicamente. Considerações similares também se aplicam aos dispositivos de dissipação de calor outros que não os LEEs. As figuras 6A e 6B também ilustram que os gradientes de temperatura e temperaturas máximas do perfil de temperatura de um conjunto distribuído de pequenos LEEs podem exibir menores gradientes e menores temperaturas extremas em comparação com um único chip produzindo a mesma quantidade de luz. A cobertura de grandes áreas com um grande número de pequenos LEEs podem também facilitar a transferência de calor para um ou mais dissipadores de calor ou direta dissipação de calor residual para dentro do ambiente.
Dissipação de Calor
Para a eficiente dissipação de calor, pode ser benéfico espalhar as fontes de calor. Fontes de calor em dispositivos de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção podem ser, por conseguinte, omitidas. Os dispositivos de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção podem também incluir elementos de dissipação de calor ou de difusão de calor, apropriadamente configurados, os quais provêm uma função de dissipação de calor, enquanto também provêm uma ou mais outras funções e podem prover boa dissipação de calor, tal como um chassi ou carcaça apropriadamente configurado, por exemplo. O dispositivo de iluminação e os elementos de difúsão de calor podem ser configurados de modo que o dispositivo de iluminação pode ser operado sob as pretendidas condições de operação em diferentes orientações ou em espaços confinados ou ambos. Por exemplo, uma carcaça pode ser feita de material termicamente condutor, tal como alumínio ou ligas de alumínio, por exemplo. As capacidades de dissipação de calor podem também ser melhoradas por meio da elevação da relação entre superfície e volume de um ou mais elementos de dissipação de calor ou de difusão de calor até mesmo além daquela requerida por esse elemento para prover suficiente resistência mecânica ou rigidez. Por exemplo, o formato da carcaça pode ser relativamente plano, ao invés de ser relativamente cúbico ou esférico, enquanto ainda mantém um dispositivo de iluminação adequadamente compacto. Componentes de um dispositivo de iluminação que pode ser configurado para prover um formato relativamente plano podem ser dispostos de forma que eles estão em bom contato térmico com e provêm um curto percurso térmico com os LEEs e outras fontes de calor que são incluídas no dispositivo de iluminação.
A carcaça pode também ser configurada para prover bom contato térmico com os elementos de dissipação de calor opcionais, tais como dissipadores de calor externos, por exemplo, para prover boa dissipação de calor para o ambiente através de convecção.
O dispositivo de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção pode ser configurado de forma que os LEEs são adequadamente termicamente isolados de outros subsistemas, tais como o sistema de controle, o sistema de acionamento ou o sistema sensor ou pelo menos de certos componentes dos subsistemas. E notado que durante a operação de um dispositivo de iluminação, rápidas alterações de temperatura e alterações de distribuição de temperatura podem ocorrer dentro dos LEEs, que podem causar tensão térmica nos LEEs e outros componentes que estão em contato térmico com os LEEs. O isolamento térmico de outros componentes de um dispositivo de iluminação, tal como sensores de corrente ou sensores ópticos opcionais, por exemplo, pode ser empregado para prover acurado controle sobre um número de condições de operação do dispositivo de iluminação ou da luz emitida por ele ou ambos.
Interconexão de Elemento de Emissão de Luz
Os LEEs podem ser conectados em fiadas ou pelo contrário interconectados a fim de prevenir que os LEEs se extingam e um ou mais LEEs falham. Com referência à figura 7, em uma forma de concretização da presente invenção, os LEEs são interconectados para melhorar disponibilidade no caso de falhas simples ou múltiplas. Como ilustrado, Os LEEs podem ser arranjados em uma matriz de fiadas paralelas múltiplas interconectadas. Se um LEE em uma fiada falhar, a corrente elétrica pode se desviar no LEE rompido para o outro ramo ou segmento e aumentar ligeiramente a corrente de acionamento dos outros LEEs nos ramos ou segmentos paralelos ao LEE rompido, enquanto tipicamente somente marginalmente afeta a corrente de acionamento através de outros ramos ou segmentos LEEs. É notado que outras formas de concretização da presente invenção podem empregar outras interconexões de LEEs, tais como uma combinação de ramos ligados em série e em paralelo.
Controle/Sistema de Acionamento
Em várias formas de concretização da presente invenção, o sistema de iluminação inclui um sistema de controle para controlar as correntes de acionamento através dos LEEs. O sistema de controle pode ser configurado em diferentes maneiras para prover uma ou mais funções de controle predeterminadas. O sistema de controle pode empregar um ou mais diferentes mecanismos de controle de avanço ou retomo de alimentação ou ambos. De acordo com uma forma de concretização da presente invenção, um sistema de controle pode empregar retomo de corrente de acionamento. Os dispositivos de iluminação correspondentes podem incluir um ou mais sensores de corrente de acionamento para detectar uma ou mais correntes de acionamento de LEE sob condições de operação que provêm um ou mais sinais que são indicativos das respectivas correntes de acionamento. De acordo com outra forma de concretização da presente invenção, um sistema de controle pode empregar retomo óptico.
O dispositivo de iluminação corresponde pode incluir um ou mais sensores ópticos de acionamento para detectar a luz emitida por um ou mais LEEs, que provêm um ou mais sinais que são indicativos das respectivas intensidades da luz detectada. O dispositivo de iluminação pode também compreender um ou mais sensores de temperatura para detectar as temperaturas de operação de um ou mais componentes do dispositivo de iluminação. Sensores de temperatura apropriados para uso nas formas de concretização da presente invenção podem incluir elementos que provêm efeitos termo-resistivos ou termo-elétricos, praticamente úteis, os quais tomam os mesmos resistentes à alteração ou provêm uma certa tensão em correspondência às alterações de temperatura de operação. A temperatura de operação de muitos tipos de LEEs pode também ser deduzida a partir de uma combinação de momentâneas tensões para adiante de LEE e corrente de acionamento de LEE, como seria imediatamente entendido por uma pessoa versada na técnica.
O sistema de controle pode ser configurado para processar sinais de retomo providos por um ou mais sensores de corrente de acionamento ou um ou mais sensores ópticos ou outros sensores configurados para prover informação sobre uma ou mais condições operacionais do dispositivo de iluminação, por exemplo. O sistema de controle pode ser configurado para determinar ou prover ou determinar e prover correntes de acionamento de LEE com base em parâmetros de configuração no avanço de alimentação do sistema de controle. O sistema de controle pode também empregar uma combinação de métodos de avanço e retomo de alimentação para os mesmos ou diferentes parâmetros de controle ou sinais de retomo.
O dispositivo de iluminação, de acordo com formas de concretização da presente invenção, que incluem dispositivos de iluminação baseados em LEE de múltiplas cores, pode ser configurado para empregar controle de retomo óptico. Em tais dispositivos de iluminação, a intensidade da luz emitida pelos LEEs de mesma cor pode ser determinada em um número de maneiras diferentes. Por exemplo, a intensidade pode ser determinada pela comparação de uma potência de sinal medida, obtida quando todos os LEEs estão ligados, com a potência de sinal quando os LEEs das cores de interesse estão desligados. Se uma medição requer que os LEEs sejam desligados enquanto eles, pelo contrário, não precisam estar, uma falha na pretendida contribuição de intensidade daquela cor devido ao desligamento pode ser compensado por meio de, por exemplo, adição de volta de um pulso ON em sistemas controlados por modulação de largura de pulso, em direção ao final do ciclo no qual a medição foi feita. Desvios da cromaticidade da luz emitida pelos dispositivos de iluminação a partir de uma cromaticidade pretendida podem ser determinados pelo sistema de controle com base nas medições obtidas.
Além disso, em uma forma de concretização, uma medição para uma única cor pode ser feita quando todos os LEEs, exceto aqueles que emitem luz da cor de interesse, estão desligados. Novamente, se a medição requer que os LEEs sejam desligados enquanto eles, pelo contrário, não precisam estar desligados, a adição de volta de pulsos de compensação para o desligamento dos LEEs coloridos no final de um ciclo de pulso em sistemas controlados de largura de pulso, pode ser usada para compensar efeitos não pretendidos que de outra maneira ocorrem. Certos dispositivos de iluminação controlados por PWM à base de LEE multicolorido podem ser configurados para determinar a intensidade da luz emitida por um ou até mesmo mais LEEs de mesma cor durante condições de operação por ciclo de PWM. E notado que é também possível compensar luz ambiente detectada por meio da comparação do sinal óptico quando todos os LEEs estão ligados, com aquele quando eles estão, todos, desligados. Novamente, desvios da cromaticidade da luz emitida pelo dispositivo de iluminação a partir de uma cromaticidade pretendida podem ser determinados pelo sistema de controle com base nas medições obtidas.
Em uma forma de concretização, o sistema de controle pode ser configurado para ajustar automaticamente níveis de ganho para os sinais providos pelos sensores de corrente ópticos ou de acionamento. O sistema de controle pode ser configurado para executar o ajuste em uma maneira de retomo com base na potência do sinal detectado ou da média de tempo de um sinal monitorado. Altemativamente, o ajuste pode ser feito com base em uma maneira de avanço de alimentação, baseado em, por exemplo, o nível de saída de luz que é esperado para os LEEs de mesma cor para as condições de operação pretendidas. O ganho pode ser determinado de acordo com esses ou outros métodos de modo que a resolução de medição pode ser melhorada. A intensidade por cor pode então ser determinada e utilizada pelo sistema de controle a fim de manter a saída de luz combinada no nível desejado. No dispositivo de iluminação controlado por PWM, o ganho pode ser alterado em uma base por pulso, por exemplo.
A figura 8 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de controle 610 para um dispositivo de iluminação de acordo com várias formas de concretização da presente invenção. O sistema de controle é configurado para controlar uma conexão em série de um ou mais grupos de LEEs 611, 612 e 613 (três estão ilustrados) e é operativamente conectado com um módulo de controle de corrente de acionamento 617, um conversor de tensão de CC - CC 620, um fornecimento de energia 622, e um resistor 624. Cada um dos N grupos de LEEs 611, 612 a 613 é operativamente conectado com um transistor de efeito de campo paralelo (FET). Os eletrodos de porta de cada transistor de efeito de campo são operativamente conectados a um módulo de controle de ativação de unidade 616. O módulo de controle de ativação de unidade 616 pode ser integrado com o módulo de controle de corrente 617, para prover sinais de comutação ou ativação para cada das unidades de LEE, permitindo assim controle separado de cada dos grupos de LEEs. A figura 8 também ilustra exemplos de sinais de comutação de porta 691, 692 e 693 para as tensões de porta VG1, VG2 a VGN para os FETs de cada grupo de LEEs 611, 612 e 613.
O módulo de controle de corrente de acionamento 617 testa a queda de tensão através do resistor 624 que atua como um sensor de corrente. O módulo de controle de corrente de acionamento 617 provê um sinal de retomo para o Conversor de tensão de CC para CC 620. Nessa forma de concretização, a corrente de acionamento flui substancialmente ou através de um dos grupos de LEEs ou através do FET correspondendo a este grupo. Por isso, adequada corrente de acionamento elétrica pode ser provida para cada dos grupos de LEEs por pela ligação ou desligamento do FET correspondente, dependendo de se o canal de dreno de fonte do FET correspondente está aberto ou fechado ou em que grau está aberto ou fechado.
Para manter o número de componentes eletrônicos e dispositivos de outra maneira requeridos para prover uma apropriada tensão direta baixa para interconexões de LEEs, um número adequado de LEEs pode ser operativamente conectado em série em uma fileira de LEEs. Fileiras com números mais altos de LEEs conectados em série tipicamente requerem tensões de acionamento mais altas e geralmente correntes de saída de extração mais baixas a partir de um fornecimento de energia operacionalmente fixado que fileiras com número mais alto de fileiras paralelas, mas menor número de LEEs por fileira, para consumo de energia total e saída de luz total. Em uma forma de concretização, existe metade dos muitos canais de acionamento que existem de fileiras de LEEs. Por exemplo, podem existir quatro fileiras independentes e dois canais de acionamento.
Certos LEEs requerem baixas tensão diretas tipicamente da ordem de um a dez Volts, dependendo do tipo do LEE, quando polarizados em sentido direto, para gerar correntes de acionamento apropriadas para atingir condições de operação nominais. As interconexões de LEEs podem ser configuradas, por exemplo, em uma interconexão misturada em série-paralela de um número adequado de LEEs a fim de match as exigências de tensão direta de LEE da interconexão de LEEs com a tensão de saída do fornecimento de energia. Por exemplo, os LEEs podem ser interconectados em série em uma ou mais fileiras paralelas. Interconexões de LEEs apropriadamente configuradas podem ser usadas em combinação com certos fornecimentos de energia que impõem exigências de configuração relaxadas ao fornecimento de energia. O uso de tais fornecimentos de energia em ou em combinação com luminária de acordo com formas de concretização da presente invenção pode ser mais barato. O número de LEEs que precisam ser conectados em série pode ser determinado com base na tensão direta de cada LEE e na tensão de acionamento fornecida para a fileira, como seria imediatamente entendido por uma pessoa versada na técnica.
E notado que a luminária de acordo com a presente invenção pode compreender LEEs de diferentes tipos, tais como cor diferente, e aqueles LEEs de diferentes tipos podem requerer diferentes tensões diretas. O tipo de LEE pode depender de um número de características, incluindo os materiais empregados no LEE, da composição dos materiais e do projeto do LEE, por exemplo. O tipo de LEE pode afetar a cor e espectro de luz emitido pelo LEE, sob condições de operação.
Por exemplo, uma conexão em série de 50 LEEs do mesmo tipo nominal, cada tendo uma nominal tensão direta de 3 V requer aproximadamente 150 V para poder atingir a respectiva corrente de acionamento nominal. Uma linha de fornecimento retificada de 120 V RMS
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CA, 60 Hz provê uma tensão de pico de 120*2 V ou aproximadamente 170 V e nominalmente requer aproximadamente 57 LEEs, cada tendo 3 V de tensão direta, se perdas de tensão não forem levadas em conta. E notado que, através de conexões elétricas e outros componentes de um dispositivo de iluminação, tal como um sistema de controle opcional, por exemplo, a tensão provida pelo fornecimento de energia pode ser reduzida antes de ela se tomar disponível para os LEEs. Por exemplo, 50 LEEs de 3 V de tensão direta nominal, cada, podem ser seguramente diretamente operados em uma tensão de linha senoidal de 120 V RMS 60 Hz, por exemplo. Certos LEEs ou configurações de LEE podem também ser operados em elevadas tensão diretas acima de sua nominal tensão direta, dependendo da configuração do dispositivo de iluminação ou de seus componentes ou da aplicação, por exemplo.
De acordo com essa forma de concretização, cada fileira no dispositivo de iluminação é interdependentemente acionada por meio de uma fonte de energia de CA de onda total retificada, derivada de um fornecimento de energia de fase simples. A corrente de acionamento para cada fileira é ajustada de acordo com a desejada cor ou CCT da luz misturada. Como é ilustrado nas figuras 9A-9C, as correntes de acionamento que são fornecidas a cada fileira de LEEs podem ser deslocadas em fase uma em relação à outra para reduzir indesejada tremulação perceptível. E notado que respectivas técnicas de deslocamento de fase e circuitos eletrônicos são amplamente conhecidas na técnica. Por exemplo, a figura 9A ilustra o sinal de CA em um formato deslocado em fase, a figura 9B ilustra aquele sinal de CA retificado em um formato de CC, e a figura 9C ilustra o sinal depois de nivelamento. Em uma forma de concretização particular, as correntes de acionamento para cada cor são deslocadas em fase uma em relação à outra, de modo que a variação em intensidade luminosa devida à soma da luz colorida emitida pelos LEEs é minimizada. E conhecido que o sistema visual humano é menos sensível a rápidas e repetitivas alterações em cromaticidade que é a rápidas e repetitivas alterações em intensidade luminosa.
De acordo com outra forma de concretização da presente invenção, o dispositivo de iluminação compreende uma combinação de LEEs de alta potência e LEEs menores de baixa potência. O dispositivo de iluminação também compreende um conversor de potência de CA-CC. Este pode aumentar carga térmica sobre formas de concretização de circuito mais simples, baseadas puramente em retificador, mas pode grandemente reduzir tensão térmica e pode simplificar certos aspectos de projetos de dispositivo de iluminação. Pequenos, baratos e eficientes conversores de potência de CA-CC podem ser usados para controlar melhor certas características dos LEEs e da luz misturada emitida pelo dispositivo de iluminação. Como é ilustrado na figura 10, a maior parte da luz pode ser gerada por LEEs brancos de desejado CCT, por exemplo LEEs de luz branca quente, que podem ser interconectados em uma ou mais fileiras. Os LEEs brancos 1103 podem ser acionados em condições de operação predeterminadas fixas, por exemplo através de onda completa retificada de CA pelo retificador 1101 e, opcionalmente, tensões de acionamento niveladas por componentes de nivelamento 1102 providos por um simples fornecimento de CA. O conversor de CA-CC 1104, que também pode ser provido por uma combinação do retificador 1101 e componentes de nivelamento 1102, é usado para fornecer controle e circuitos de energia 1105 para fileiras de LEEs adicionais verdes 1108 e azuis 1106, por exemplo. Fileiras de LEEs azuis e verdes, digitalmente controlados, que operam a baixas correntes, são usadas para modificar a cromaticidade ou CCT de da saída de luz total. Isso permite o controle total sobre a saída da fileira verde e azul e permite a geração de luz branca com CCT controlável ao longo do lugar dos corpos negros, ou a geração de luz com outras cromaticidades dentro da escala do dispositivo de iluminação. Por exemplo, retomo pode ser provido por sensores ópticos 1107 que podem prover sinais de retomo para um dispositivo de controle 1105, o qual, com base nos sinais de retomo, pode modificar a corrente que está sendo fornecida para os elementos de emissão de luz azul e verdes.
Como é ilustrado na figura 11 e de acordo com outra forma de concretização da presente invenção, um dispositivo de iluminação pode compreender um número de fileiras de LEEs 1204 que podem ser acionados por uma tensão de CC em comum. A tensão de CC pode ser provida por uma tensão de fornecimento de energia de CA retificada pelo conversor de CA/CC 1201. Cada fileira pode ter LEEs de sua própria cor nominal e cada fileira pode ter um ou mais LEEs. Por exemplo, o dispositivo de iluminação pode compreender três ou quatro fileiras, uma de LEEs vermelhos, uma de LEEs verdes, uma de LEEs azuis, e opcionalmente uma de LEEs âmbares. Cada fileira é operativamente conectada com um de três ou quatro canais de um acionador de CC que pode prover correntes de acionamento separadamente controláveis por canal. O dispositivo de iluminação pode também compreender um microprocessador para controlar o acionador de CC de modo que controle de cor total da luz misturada pode ser atingido. Um sistema de realimentação óptico 1203 pode opcionalmente ser incluído, o qual pode incluir um ou mais de sensores ópticos, sensores de temperatura, sensores de tensão, sensores de corrente ou outros sensores, como seria imediatamente entendido. E notado que o aumento do número de LEEs por fileira, embora possa ajudar a conjugar os números de LEEs nas fileiras uns em relação aos outros, a fim de prover o dispositivo de iluminação com uma desejada escala, enquanto aciona os LEEs com uma tensão adequadamente mais alta, pode ajudar a reduzir a corrente total em certos componentes do dispositivo de iluminação e consequentemente pode melhorar a eficiência do dispositivo de iluminação.
Fornecimento de energia
Dispositivo de iluminação de acordo com formas de concretização da presente invenção pode compreender um fornecimento de energia ou pode ser configurado para operar com um fornecimento de energia externo. De acordo com uma forma de concretização da presente invenção, a luminária pode incluir um fornecimento de energia de corrente alternada (CA) que fornece Corrente alternada CA de uma certa frequência e amplitude para acionar diretamente um predeterminado número de LEEs apropriadamente configurados. Por exemplo, o fornecimento de energia pode ser configurado para prover tensão de linha não retificada, ou metade retificada ou totalmente retificada ou outros tipos ou magnitudes de tensões para predeterminadas interconexões de LEEs. O dispositivo de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção pode compreender fornecimento de energia no modo de interruptor.
Tipos simples de fornecimentos de energia podem prover Menos controle sobre as condições de operação de LEEs e a luz emitida pelos LEEs, tal como cromaticidade e intensidade, por exemplo, mas podem requerer nenhum circuito de controle ou circuitos de controle relativamente simples e podem ser apropriado para certos tipos de aplicações. O correspondente dispositivo de iluminação pode requerer maiores números de LEEs, pois as tensões diretas são tipicamente de somente poucos volts e tensões de linha efetivas nominais ou de pico podem ser da ordem de uma centena até poucas centenas de volts. Consequentemente pode ser útil empregar números relativamente grandes de pequenos LEEs para simplificar listas de componentes e exigências elétricas para fornecimentos de energia e sistemas de distribuição de energia dentro de um dispositivo de iluminação. Sistema óptico
Dispositivos de iluminação de acordo com várias formas de concretização da presente invenção podem empregar um sistema óptico. O sistema óptico pode incluir um ou mais de cada de elementos reflexivos, refrativos, ou transmissíveis em uma ou em um número de configurações. Por exemplo, o sistema óptico pode incluir um ou uma combinação de revestimentos reflexivos, superfícies reflexivas, difusores, lentes, e elementos lenticulares e outros, como seria imediatamente entendido por um trabalhador especializado na técnica. Por exemplo, certos componentes do dispositivo de iluminação podem ser configurados, por exemplo conformados ou tratados ou ambos, para prover a desejada reflexão ou retração de luz que é gerada pelos LEEs sob condições de operação e reorientar a luz em direção à superfície a fim de iluminar a superfície de uma maneira pretendida.
O sistema óptico e seus componentes podem reorientar ou refratar luz ou assistir na mistura de luz, em uma forma de concretização. Revestimentos reflexivos, por exemplo, podem ser feitos de plástico lustroso branco finamente espumado, tal como terefitalato de polietileno microcelular (MCPET). Revestimentos reflexivos podem ser dispostos sobre substratos ou outros componentes do sistema óptico ou da luminária.
Formas de concretização da presente invenção podem compreender um ou mais difusores ou elementos difusos ou elementos que provêm, dentre outras funções, uma função de difusão. Difusores podem ser empregados no dispositivo de iluminação para prover pretendida iluminação, mistura de cores ou espalhamento de feixes, por exemplo.
E notado que luminárias de acordo com formas de concretização da presente invenção podem ser configuradas em uma maneira modular, de modo que o dispositivo de iluminação pode ser combinado com outros sistemas ou componentes do dispositivo de iluminação que podem ser facilmente substituídos ou trocados em uma maneira modular. Os dispositivos de iluminação de acordo com a presente invenção podem, além disso, ser configurados para serem compactos e podem ser usados em uma pluralidade de aplicações de iluminação ou combinados com uma pluralidade de componentes decorativos para atingir uma pluralidade de projetos de dispositivo de iluminação.
Os dispositivos de iluminação de acordo com a presente invenção podem ser configurados para uso em aplicações de economia de energia. Eles podem também ser configurados para prover configurações simples, com poucas partes e economizar energia e custos requeridos para fabricação.
A invenção será agora descrita com referência a exemplos particulares. Será entendido que os seguintes exemplos são destinados a descrever formas de concretização da invenção e não são destinados, de maneira alguma, a limitar a invenção.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1
Um dispositivo de iluminação de exemplo de acordo com uma forma de concretização da presente invenção provê luz de predeterminada temperatura de cor correlata (CCT) ou predeterminada intensidade, ou ambas. Esse dispositivo de iluminação de exemplo não emprega um sofisticado sistema de controle de CTT ou de intensidade com sensores de retomo ópticos ou térmicos. E notado que o dispositivo de iluminação de acordo com outras formas de concretização da presente invenção pode incluir sistemas de controle correspondentes.
Com referência novamente à figura 1, em uma forma de concretização, o dispositivo de iluminação inclui uma carcaça compreendendo chassi de difusão de calor 310, termicamente conectado com aletas de refrigeração exteriores 315 ou outros elementos de aumento de superfície exterior para melhorar convecção de ar. O chassi pode ser configurado em várias formas, incluindo lineares, encurvadas, ou curvilíneas, e pode ter superfícies internas cilíndricas ou prismáticas e ele pode ter seções transversais configuradas elípticas ou poligonais regulares ou irregulares. E notado que seções transversais poligonais e elípticas podem melhorar a mistura de luz emitida pelos LEEs a partir de diferentes posições dentro do dispositivo de iluminação. A superfície interna do chassi de difusão de calor pode ter uma fenda 320 ou outros meios de montagem para dispor um substrato termicamente condutivo 330 contendo LEEs no mesmo. O substrato pode ser flexível e termicamente condutivo. Um substrato adequadamente flexível pode ser resilientemente solicitado para dentro da fenda ou de outros meios de montagem. Altemativamente, o substrato pode ser disposto e mantido no local usando um mecanismo de mola que pode resilientemente solicitar o substrato contra outro componente apropriado do dispositivo de iluminação.
A conexão mecânica com a fenda ou o um ou mais elementos similares pode também prover boa condutividade térmica com a carcaça. O substrato pode suportar um número e cor de LEEs, por exemplo, LEEs azuis ou UV. O substrato pode compreender ou consistir essencialmente de ligas de cobre-berílio, de alta condutividade térmica, ou outros materiais equivalentes para prover o mecanismo de mola. O substrato porta várias dezenas de LEEs conectados em série. O número exato de LEEs depende das tensões diretas de cada do LEE, da tensão de linha e da desejada corrente de LEE de acionamento. O substrato pode ser opcionalmente configurado ou integrado em um componente modular que pode ser facilmente substituído, se, por exemplo, o substrato ou um LEE falhar. Ao invés de substituir todo o dispositivo de iluminação, o substrato com seus LEEs pode ser substituído. A característica carregada por mola proverá bom contato térmico para dissipação de calor. Contato elétrico é feito com conexões do tipo de parafuso de uma variedade de formas, ou também mecanismos carregados por mola.
O dispositivo de iluminação pode também compreender elementos ópticos, tais como um refletor rotacionalmente simétrico, que reorientam a luz emitida pelos LEEs em direção à abertura de saída. Opcionalmente, o dispositivo de iluminação compreende elementos opticamente refrativos, tais como uma ou mais lentes, ou uma placa difusora próxima à abertura de saída. A placa difusora pode compreender um material fotoluminescente, tal como um fósforo, para converter pelo menos uma porção da luz azul ou UV emitida pelos LEEs em luz de maiores comprimentos de onda, por exemplo luz amarela. A placa difusora mistura a luz que se origina dos LEEs e, em combinação com o material fotoluminescente, pode determinar a cromaticidade ou CCT de da luz total misturada, emitida pelo dispositivo de iluminação. Consequentemente, o dispositivo de iluminação pode prover luz branca com uma cromaticidade predeterminada. A CCT é determinada também pelos comprimentos de onda da luz emitida pelos LEEs e do tipo ou tipos de fósforo usado. O refletor ou os LEEs podem alternativamente ou adicionalmente compreender material fotoluminescente.
O material fotoluminescente pode ser usado para suprimir de outra maneira tremulação perceptível, e, até um certo grau, variações de cor, que podem ser causadas por tensões de acionamento com baixa ondulação de frequência, por exemplo. Variações de intensidade da luz gerada pelos LEEs podem ser significantemente reduzidas pela fotoconversão da luz emitida pelos LEEs com um material fotoluminescente que provê adequada luminescência ou tempo de decaimento. O material fotoluminescente pode então prover suficiente luz para transpor breves períodos durante os quais os LEEs podem emitir menos ou até mesmo nenhuma luz. Como é conhecido, materiais fotoluminescentes ou fósforos são usados em muitas outras aplicações, tais como em tubos de raios catódicos (CRTs) e alguns tipos de fontes de luz fluorescentes e são tipicamente projetados para prover tempo de decaimentos de aproximadamente 10 ms. E notado que linha de tensão retificada de 60 Hz, obtida de um simples circuito retificador, conterá ondulação remanescente de predominantemente 120 Hz e frequências mais altas. Ainda, a supressão de tremulação perceptível pode ser atingida com circuitos retificadores aperfeiçoados que podem, todavia, produzir calor adicional e afetar a carga térmica do dispositivo de iluminação.
Altemativamente, fileiras de LEEs em um dispositivo de iluminação podem ser diretamente fornecidas com tensão de AC. Por exemplo, um número par de fileiras pode ser empregado e metade das fileiras pode ser conectada com a outra metade em uma maneira antiparalela. Qualquer metade será somente ativada e emitir luz durante no máximo uma das semi-ondas, enquanto permanece desligada durante a outra semi-onda da tensão de linha. Isso pode ajudar, sujeito à apropriada mitigação de tensão induzida termicamente, a prolongar a vida útil do dispositivo de iluminação.
A figura 2, também referida acima, ilustra outra forma de concretização da presente invenção. Os LEEs podem ser arranjados sobre um ou mais substratos, os quais podem ser resilientemente solicitados contra o interior do dispositivo de iluminação. Os LEEs podem ser arranjados em uma tal maneira que eles se alinham em anéis em tomo de um eixo geométrico de um refletor. O refletor pode ser integralmente conformado e pode ter um perfil adequadamente encurvado com, por exemplo, um conjunto de seções adequadamente encurvadas, com cada seção correspondendo a um anel. O dispositivo de iluminação pode compreender LEEs de uma ou mais cores nominalmente diferentes ou comprimentos de onda de centro, incluindo vermelhos, âmbares, verdes, cianos, azuis, ou diferentes LEEs de UV, ou uma combinação de dois ou mais destes ou de outras cores ou comprimentos de onda de centro, tais como azuis e UV.
Um dispositivo de iluminação de acordo com outra forma de concretização da presente invenção pode prover luz colorida fixa ou ajustável. O dispositivo de iluminação pode compreender uma ou mais fileiras de LEE e diferentes fileiras podem LEEs de diferentes cores. Por exemplo, o dispositivo de iluminação pode ter uma fileira de LEEs (RGB) vermelhos, uma fileira de LEEs (RGB) verdes, e uma fileira de LEEs (RGB) azuis. Opcionalmente, fileiras de LEEs âmbares ou cianos ou ambas as cores podem ser incluídas no dispositivo de iluminação. Como é bem conhecido, uma luminária baseada em luz multicor pode ser configurada para emitir luz misturada com cromaticidades ou CCTs dentro da escala definida pelas cromaticidades de suas fontes de luz multicores.
De acordo com essa forma de concretização, cada fileira no dispositivo de iluminação é interdependentemente acionada por uma fonte de energia de CA de onda total retificada derivada de um fornecimento de energia de fase simples. A corrente de acionamento para cada fileira é ajustada de acordo com a desejada cor ou CCT da luz misturada. Como é ilustrado na figura 9, as correntes de acionamento que são fornecidas para cada fileira de LEEs podem ser deslocadas em fase uma em relação à outra a fim de reduzir indesejada tremulação perceptível. E notado que respectivas técnicas de deslocamento de fase e circuitos eletrônicos são amplamente conhecidos na técnica.
Por exemplo, em um sistema RGB, a tensão de acionamento de vermelho pode se atrasar em relação à forma de onda verde, e a tensão de acionamento dos verdes pode atrasar a forma de onda azul. E notado que os respectivos atrasos podem ser nominalmente os mesmos ou eles podem ser diferentes. Também, as tensões de acionamento podem ser igualmente ou, pelo contrário, distribuídas sobre o tempo. As tensões de acionamento podem opcionalmente ser filtradas ou niveladas. A quantidade de luz emitida pelos LEEs em uma fiada ou as correntes de acionamento por fileira podem ser controladas por um sistema de controle separadamente ou interdependentemente de outras fileiras. Sensores ópticos ou térmicos ou ambos os tipos de sensores de retomo podem ser opcionalmente incluídos na luminária. Os sensores podem prover sinais para o sistema de controle que podem ser usado em uma configuração de controle de enlace fechado para que o dispositivo de iluminação emita luz misturada de desejadas cromaticidade e intensidade.
O dispositivo de iluminação pode opcionalmente compreender um sensor óptico para um sistema de controle apropriadamente configurado para monitora a luz misturada e para prover um sinal de retomo para o sistema de controle. O sistema de controle para assegurar que a cromaticidade e intensidade da luz emitida pelo dispositivo de iluminação permaneçam, quando desejado, baseadas em leituras do sinal de sensor óptico.
EXEMPLO 2
A figura 3 ilustra esquematicamente LEEs brancos posicionados sobre um dissipador de calor no centro ou sobre uma superfície interior de uma parede traseira do dispositivo de iluminação. Um tubo de aquecimento pode ser usado para transferir o excesso de calor produzido por esses LEEs para o exterior do dispositivo de iluminação e ainda para, por exemplo, aletas de dissipação de calor exteriores. Os LEEs azuis e verdes são posicionados ao redor da superfície interna encurvada a carcaça. Eles podem ser montados sobre substratos flexíveis, resilientemente solicitados. Os substratos são condutores termicamente bons. O número de LEEs brancos pode ser significantemente mais alto, por exemplo, cinco a dez vezes, que o número de LEEs azuis ou verdes.
De acordo com outra forma de concretização da presente invenção, o dispositivo de iluminação compreende uma combinação de LEEs de alta potência e LEEs menores de baixa potência. O dispositivo de iluminação também compreende um conversor de potência de CA-CC. Este pode aumentar carga térmica sobre formas de concretização baseada em circuito retificador puramente mais simples, mas podem reduzir grandemente tensão térmica e podem simplificar certos aspectos de projeto de dispositivo de iluminação. Conversores de potência de CA-CC pequenos, baratos e eficientes, podem ser usados para controlar melhor certas características dos LEEs e da luz misturada emitida pelo dispositivo de iluminação. Como é ilustrado na figura 12, a maior parte da luz pode ser gerada pelos LEEs brancos de desejado CCT, por exemplo LEEs de luz branca quente, que podem ser interconectados em uma ou mais fileiras. Os LEEs brancos podem ser acionados em condições de operação predeterminadas, fixas, por exemplo através de onda completa retificada e opcionalmente tensões de acionamento niveladas, providas por um simples fornecimento de CA. O conversor de CACC é usado para suprir circuitos de controle e acionamento para fileiras adicionais de verdes e azuis dos LEEs, por exemplo. Fileiras de LEEs azuis e verdes, digitalmente controladas, que operam a baixas correntes, são usadas para modificar a cromaticidade ou CCT da saída de luz total. Isto permite o controle total sobre a saída da fileira de azul e verde e permite a geração de luz branca com CCT controlável ao longo do Lugar dos corpos negros, ou para gerar luz com outras cromaticidades dentro da escala do dispositivo de iluminação, como ilustrado no diagrama de cromaticidade da figura 12.
O diagrama de cromaticidade da figura 12 mostra as coordenadas 1302 dos LEEs brancos usados para prover a maior parte da luz intensidade. As coordenadas dos LEEs azuis 1304 e verdes 1303 estão nos outros dois vértices do triângulo. Uma porção do lugar dos corpos negros 1301 está situada dentro da escala exemplificada, que indica que a temperatura de cor controlável está na faixa 2700 K - 4100 K. LEEs brancos, azuis e verdes com outras coordenadas de cromaticidade podem ser usados para obter outras faixas de CCT.
EXEMPLO 3
De acordo com ainda outra forma de concretização da presente invenção e como ilustrado na figura 13, um dispositivo de iluminação pode compreender um anel de LEEs azuis ou brancos 1410, com componentes de condicionamento de feixe 1420 e 1430, que podem compreender superfícies reflexivas com predeterminadas texturas de superfície. Opcionalmente, por exemplo, LEEs vermelhos e verdes 1440 podem ser usados para controlar a CCT da luz emitida. O refletor 1450 pode ser opcionalmente revestido com um material fotoluminescente, tal como certos fósforos, por exemplo. Sensor óptico opcional 1460 pode ser operativamente conectado com um sistema de controle opcional e pode ser usado para detectar luze prover certa informação sobre a luz para processamento para o sistema de controle. Elementos ópticos
1470 podem ser usados para atingir as desejadas colimação e iluminação de feixe.
A figura 14 ilustra um dispositivo de iluminação similar àquele como ilustrado na figura 13, ainda incluindo um elemento refrativo opcional 1480, posicionado abaixo dos LEEs vermelhos e verdes. Os componentes ópticos podem formar um concentrador parabólico composto (CPC). As figuras 15A e 15B ilustram como múltiplos componentes de CPC 1510, quando dispostos em um anel 1520, podem formar CPCs parciais que podem ser usados para melhorar mistura de luz.
EXEMPLO 4
A figura 16 ilustra uma vista explodida de ainda um outro dispositivo de iluminação exemplificativo 1600 de acordo com algumas formas de concretização da presente invenção. O dispositivo de iluminação inclui LEEs 1625 montados em um arranjo circular sobre uma placa de circuito de LEEs 1617. Um disco refletor 1602 de MCPET com orifícios recortados 1601 que correspondem às posições dos LEEs é disposto sobre a placa de circuito de LEEs 1617 de modo que as superfícies superiores dos LEEs são visíveis através dos orifícios. As superfícies refletoras do disco refletor estão voltadas para cima. A placa de circuito de LEEs pode ser feita de um material termicamente bom condutor para permitir bom espalhamento de calor do calor dissipado pelos LEEs sob condições de operação. A placa de circuito de LEEs é operativamente conectada com uma fina camada termicamente condutora, mas isolante de eletricidade, de um material termicamente condutor 1618, que, por sua vez, está em contato com a superfície interna 1626 do chassi de difúsão de calor 1619. Material termicamente condutor pode prover bom contato térmico entre o mesmo e o substrato e o chassi e também pode prover boa condutividade térmica dentro de si próprio.
O circuito de energia para o sistema de controle compreende vários componentes eletrônicos 1616, por exemplo, e é operativamente disposto sobre uma placa de circuito impresso dobrada 1613. A placa de circuito de energia 1613 é dobrada ao longo de ranhuras 1614e 1615.A placa de circuito de energia 1613 pode ser operativamente disposta e montada sobre um uma camada isolante de eletricidade, termicamente condutora, e opcionalmente de acolchoamento, 1620. Os lados e opcionalmente a base da placa de circuito de energia 1613 são eletricamente isolados do chassi com uma fina camada 1621 de material de isolamento de eletricidade, tal como MYLAR, outro poliéster ou outro material apropriado, por exemplo.
Dispositivos e outros componentes do circuito de energia são dispostos sobre a placa de circuito de energia 1613 de modo que eles não interferem um com o outro na configuração dobrada. A placa de circuito de energia é ilustrada (não incluindo dispositivos) em uma configuração dobrada em uma vista em perspectiva na figura 17A, e em vistas não dobradas em seção transversal na figura 17B e em uma vista superior na figura 17C. A placa de circuito de energia 1613 inclui um sensor óptico 1612.
O circuito de energia é operativamente conectado com os LEEs através de um conector flexível 1624. Opcionalmente, a placa de circuito de energia pode ser conectada com a placa de circuito de LEEs usando um conector direto do estilo de placa-com-placa. O chassi 1619 forma parte da carcaça do dispositivo de iluminação e tem inúmeros pontos de fixação 1622 para fixar os dissipadores de calor externos (não ilustrados) incluindo dissipadores de calor com aletas, refrigerados de forma passiva ou ativa, por exemplo. Dissipadores de calor externos podem ser adicionalmente refrigerados por refrigeração a ar forçado para convecção melhorada, por exemplo, ou outras maneiras de refrigeração, como seria imediatamente entendido por uma pessoa versada na técnica. Parafusos 1623 fixam a placa de circuito de LEEs 1617 e a placa de circuito de energia 1613 ao chassi.
A parte superior 1603 da carcaça pode ser feita de um plástico apropriado, por exemplo. A parte superior da carcaça é também ilustrada em uma vista lateral na figura 18A, em uma vista frontal na figura 18B, e em uma vista em perspectiva na figura 18C. A parte superior define uma cavidade cilíndrica 1627 que pode substancialmente se alinhar coaxialmente com o arranjo de LEEs, na configuração montada. Um material com superfície reflexiva 1604 pode ser usado para revestir o interior da cavidade cilíndrica, formando assim a câmara de mistura para o dispositivo de iluminação. Por exemplo, MCPET ou outro material apropriado pode ser disposto diretamente sobre o interior da cavidade cilíndrica ou resilientemente disposto na forma de uma tira flexível.
Se uma tira for usada, as extremidades 1608 da tira podem ser alinhadas e dispostas em posição sob uma tira com seção em T 1609 que se projeta da superfície interna da cavidade cilíndrica. Uma vista superior de uma tira de exemplo em uma configuração aberta, não solicitada, é ilustrada na figura 19. Um pequeno recorte 1610 na parede da cavidade cilíndrica e um correspondente recorte 1628 na tira permitem que luz a partir dos LEEs entre na parte superior do canal de luz 1611. A parte inferior de canal de luz ajusta o sensor óptico 1612 sobre a PCB dobrada 1613 quando o mecanismo de luz é montado. Um filtro infravermelho opcional pode se colocado sobre o sensor óptico, o qual pode ajudar a melhorar a relação de sinal para ruído relação do sinal provido pelo sensor.
O dispositivo de iluminação 1600 é configurado de modo que, na configuração montada, uma pequena porção da luz dentro da cavidade cilíndrica é permitida que fuja para dentro de um canal de luz 1611, em cuja extremidade é disposto o sensor óptico. Posicionada na extremidade da cavidade cilíndrica, oposta aos LEEs, está uma pequena abertura através da qual uma pequena fração de luz que vem dos LEEs pode se propagar para o sensor óptico 1612. Devido às reflexões de luz que ocorrem dentro da cavidade, a quantidade de luz que pode se propagar através do canal de luz 1611 varia pouco com variações de posição dos LEEs individuais da placa de circuito de LEEs 1617.
Na configuração montada, um difusor 1605 é disposto dentro da abertura de saída da cavidade cilíndrica 1627. Uma cobertura 1606 com abertura 1607 é fixada na face de carcaça superior 1603. A cobertura 1606 mantém o difusor 1605 no lugar e cobre a extremidade superior da do canal de luz 1611. O difusor pode compreender um ou mais elementos feitos de plástico translúcido, plástico semi-translúcido, vidro polido, holográficos ou outro tipo de difusor ou uma combinação desses ou outros elementos, como seria imediatamente entendido por uma pessoa versada na técnica.
As figuras 20 a 26 ilustram esquemas de um circuito de energia exemplificativo para uso, por exemplo, no dispositivo de iluminação ilustrado na figura 16. O circuito de energia inclui um conversor de energia de DC-DC, de modo comutado, de um tipo de conversor de Buck histerético. Conversores de Buck histeréticos podem ser ligados e desligados rapidamente e provêm turno muito curto, às vezes. Na presente forma de concretização, os conversores são configurados como fontes de corrente. Eles podem também desligar energia substancialmente completamente em configurações desligadas e consequentemente conservam energia. Por exemplo, nos esquemas mostrados nas figuras 23 e 24, sinais designados como DRIVE_EN1 e DRIVE_EN2 permitem que as fontes de corrente sejam substancialmente completamente desativadas, quando não são requeridas, impedindo assim que substancialmente qualquer energia seja dissipada pelo circuito de energia ou LEEs que são conectados às mesmas.
As figuras 27 a 33 ilustram esquemas de outro circuito de energia exemplificativo para uso, por exemplo, no dispositivo de iluminação ilustrado na figura 16. Nessa forma de concretização certas modificações são aplicadas no circuito de energia. Por exemplo, como mostrado nas figuras 30 e 31, resistores paralelos adicionais são adicionados para prover controle mais preciso dos limiares de histerese, provendo assim mais controle e flexibilidade da forma de onda de corrente gerada pelos conversores de Buck histeréticos.
Embora várias formas de concretização inventivas tenham sido descritas e ilustradas aqui, aqueles com conhecimento comum na técnica deduzirão uma variedade de outros meios e/ou estruturas para desempenhar o funcionamento e/ou a obtenção dos resultados e/ou um ou mais das vantagens descritas aqui, e cada de tais variações e/ou modificações é considerada estando dentro do escopo das formas de concretização inventivas, descritas aqui. Mais geralmente, aqueles especializados na técnica apreciarão facilmente que todos parâmetros, dimensões, materiais, e configurações descrito aqui são entendidos serem exemplificativos e que os atuais parâmetros, dimensões, materiais, e/ou configurações dependerão da aplicação específica ou de aplicações para as quais os ensinamentos inventivos são usados. Aqueles especializados na técnica reconhecerão, ou serão capazes de determinar, usando não mais que experimentação de rotina, muitos equivalentes para as específicas formas de concretização inventivas descritas aqui. Por conseguinte, deve ser entendido que as formas de concretização precedentes são apresentadas somente a título de exemplo e que, dentro do escopo de das reivindicações anexas e equivalentes das mesmas; formas de concretização inventivas podem ser praticadas de outra maneira que como descritas especificamente e reivindicadas. Formas de concretização inventivas da presente exposição são dirigidas a cada individual característica, sistema, artigo, material, kit, e/ou método descrito aqui. Em adição, qualquer combinação de duas ou mais de tais características, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos, se tais características, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos não são mutuamente inconsistentes, é incluída no escopo inventivo da presente exposição.
Por conseguinte, como indicado acima, as formas de concretização precedentes da invenção são exemplos e podem ser variadas em muitas maneiras. Tais variações presentes ou futuras não são devem ser consideradas como fuga do espírito e escopo da invenção, e toda de tais modificações como seria aparente a uma pessoa especializada na técnica, são destinadas a ser incluídas no escopo das seguintes reivindicações.
Todas definições, como definidas e usadas aqui, devem ser entendidas para controlar definições de dicionários, definições em documentos incorporados para referência, e/ou significados comuns dos termos definidos.
Os artigos indefinidos um e uma”, quando usados aqui na descrição e nas reivindicações, a menos que claramente indicado ao contrário, devem ser entendidos como significando pelo menos um.
O termo e/ou”, quando usado aqui na descrição e nas reivindicações, deve ser entendido como significando qualquer um ou ambos dos elementos assim unidos, isso é, elementos que são conjuntivamente presentes em alguns casos e disjuntivamente presentes em outros casos. Múltiplos elementos listados com e/ou devem ser entendidos da mesma maneira, isso é, um ou mais dos elementos assim unidos. Outros elementos podem opcionalmente estar presentes, outros que não os elementos especificamente identificados pelo termo e/ou, quer sejam relacionados ou não relacionados com aqueles elementos especificamente identificados. Assim, como um exemplo não limitativo, uma referência a A e/ou B, quando usado em conjunção com linguagem aberta, tal como compreendendo, pode se referir, em uma forma de concretização, somente a A (opcionalmente incluindo elementos outros que não B); em outra forma de concretização, a B somente (opcionalmente incluindo elementos outros que não A); em ainda outra forma de concretização, a ambos A e B (opcionalmente incluindo outros elementos); etc.
Quando usado aqui na descrição e nas reivindicações, ou deve ser entendido como tendo o mesmo significado que e/ou, como definido acima. Por exemplo, quando da separação de itens em uma lista, ou ou e/ou deve ser interpretado como estando inclusive, isso é, a inclusão de pelo menos um, mas também incluindo mais que um, de um número ou lista de elementos, e, opcionalmente, itens adicionais não listados. Somente termos claramente indicados em contrário, tais como somente um de ou exatamente um de ou, quando usado nas reivindicações, consistindo de, se referirão à inclusão de exatamente um elemento de um número ou lista de elementos. Em geral, o termo ou, quando usado aqui, deve somente ser interpretado como indicando alternativas exclusivas (isso é uma ou a outra, mas não ambas) quando precedidas pelos termos de exclusividade, tais como ou, um de, somente um de, ou exatamente um de, consistindo essencialmente de, quando usado nas reivindicações, devem ter seu próprio significado comum que é usado no campo da lei patentária.
Quando usado aqui, o termo aproximadamente refere-se a uma variação de +/-10% a partir do valor nominal. Deve ser entendido que uma tal variação é sempre incluída em qualquer dado valor aqui provido, quer seja ou não especificamente aqui referido.
Quando usado aqui na descrição e nas reivindicações, a frase pelo menos um”, em referência a uma lista de um ou mais elementos, deve ser entendido como significando pelo menos um elemento selecionado de qualquer um ou mais dos elementos na lista de elementos, mas não necessariamente incluindo pelo menos um de cada e todo elemento especificamente listado dentro da lista de elementos e não excluindo quaisquer combinações de elementos na lista de elementos. Essa definição também permite que elementos possam ser opcionalmente presentes, outros que não os elementos especificamente identificados dentro da lista de elementos, aos quais a frase pelo menos um se refere, quer sejam relacionados ou não relacionado com aqueles elementos especificamente identificados. Assim, como um exemplo não limitativo, pelo menos um de A e B (ou, equivalentemente, pelo menos um de A ou B”, ou, equivalentemente pelo menos um de A e/ou B) pode se referir, em uma forma de concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais que um, A, com nenhum B presente (e opcionalmente incluindo elementos outros que não B); em outra forma de concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais que um, B, com nenhum A presente (e opcionalmente incluindo elementos outros que não A); em ainda outra forma de concretização, a pelo menos um, opcionalmente incluindo mais que um, A, e pelo menos um, opcionalmente incluindo mais que um, B (e opcionalmente incluindo outros elementos); etc. Deve também ser entendido que, ao menos claramente indicado em contrário, em qualquer dos métodos aqui reivindicados que incluem mais que um etapa ou ato, a ordem das etapas ou atos do método não é necessariamente limitada à ordem em que as etapas ou atos do método são relacionados. Nas reivindicações, bem como na descrição acima, todas as frases transicionais, tais como compreendendo, incluindo, portando, tendo, contendo, envolvendo”, contendo”, composto de”, e similares devem ser entendidas como sendo abertas, isso é, para significar incluindo, mas não limitadas a. Somente as frases transicionais consistindo de e consistindo essencialmente de devem ser frases transicionais fechadas ou semi-fechadas, respectivamente.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), compreendendo:
    (a) uma pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525,
    5 530) para gerar luz, incluindo pelo menos um elemento de emissão de luz tendo uma primeira área de superfície;
    (b) um chassi de difusão de calor (540) termicamente conectado à pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530), dito chassi de difusão de calor (540) configurado para acoplar-se com pelo menos
    10 um dissipador de calor (520);
    (c) uma câmara de mistura opticamente acoplada à pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) para misturar a luz emitida pela pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530); e (d) um sistema de controle (600) operativamente acoplado à 15 pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) para controlar operação da pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530), em que um ou mais da pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) emitem luz perpendicular para uma abertura de saída (415) do dispositivo de iluminação de estado sólido (500),
    20 caracterizado pelo fato de que uma ou mais pluralidade de elementos emissores de luz serem acoplados operativamente a uma placa de circuito flexível (330) ligada termicamente ao chassi de dispersão de calor, em que o chassi de difusão de calor (540) define uma fenda (320) e a placa de circuito flexível (330) é tensionada de forma resiliente na fenda (320).
    25
  2. 2. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) ainda inclui pelo menos um elemento de emissão de luz tendo uma segunda área de superfície, em que a primeira área de superfície é menor que a segunda área de superfície.
    Petição 870180163456, de 14/12/2018, pág. 7/12
  3. 3. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais da
    5 pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) são acionados por um fornecimento de energia de CA.
  4. 4. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) ainda inclui um ou mais
    10 elementos de emissão de luz digitalmente controlados, configurados para modificar cromaticidade de CCT da luz.
  5. 5. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de elementos de emissão de luz (510, 525, 530) inclui um ou mais elementos de
    15 emissão de luz branca.
  6. 6. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os elementos de emissão de luz (510, 525, 530) digitalmente controlados são controlados usando um sistema de detecção de realimentação.
    20
  7. 7. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que sistema de detecção de realimentação compreende um ou mais sensores selecionados do grupo consistindo de: um sensor óptico, sensor de tensão, sensor de corrente, e sensor de temperatura.
    25
  8. 8. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os elementos de emissão de luz (510, 525, 530) digitalmente controlados incluem um ou mais elementos de emissão de luz verde.
  9. 9. Dispositivo de iluminação de estado sólido (500), de acordo
    Petição 870180163456, de 14/12/2018, pág. 8/12 com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os elementos de emissão de luz (510, 525, 530) digitalmente controlados incluem um ou mais elementos de emissão de luz verde e um ou mais elementos de emissão de luz azul.
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