MX2014001320A - Modulo de iluminacion basado en diodos emisores de luz con superficies de conversión de color preferencialmente iluminadas. - Google Patents

Modulo de iluminacion basado en diodos emisores de luz con superficies de conversión de color preferencialmente iluminadas.

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MX2014001320A
MX2014001320A MX2014001320A MX2014001320A MX2014001320A MX 2014001320 A MX2014001320 A MX 2014001320A MX 2014001320 A MX2014001320 A MX 2014001320A MX 2014001320 A MX2014001320 A MX 2014001320A MX 2014001320 A MX2014001320 A MX 2014001320A
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MX
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color
light
light emitted
conversion material
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MX2014001320A
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Hong Luo
Gerard Harbers
Serge J A Bierhuizen
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Xicato Inc
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Abstract

Un módulo de iluminación (100) incluye una cavidad de conversión de color (160) con una primera superficie interior (107) que tiene un primer material convertidor de longitud de onda (172) y una segunda superficie interior (108) que tiene un segundo material convertidor de longitud de onda (135); un primer LED (102a, 102b) está configurado para recibir una primer corriente (184) y para emitir luz que ilumina de manera preferencial la primer superficie interior (107); un segundo LED (102c, 102d) está configurado para recibir una segunda corriente (185) y emitir luz que ilumina de manera preferencial la segunda superficie interior (108); la primera corriente (184) y la segunda corriente (185) se pueden seleccionar para lograr una amplitud de temperatura de color correlacionada (CCT) de salida de luz mediante el módulo de iluminación a base de LED (100).

Description

MÓDULO DE ILUMINACIÓN BASADO EN DIODOS EMISORES DE LUZ CON SUPERFICIES DE CONVERSIÓN DE COLOR PREFERENCIALMENTE ILUMINADAS REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de los E. U. A. No. 13/560,827, presentada el 27 de julio de 2012, la cual, a su vez, reclama prioridad bajo el 35 USC 119 de la Solicitud Provisional de los E.U.A No. 61/514,258, presentada el 2 de agosto de 2011 , ambas son incorporadas como referencia en su totalidad en la presente.
CAMPO DE TÉCNICO Las modalidades descritas se relacionan con módulos de iluminación que incluyen Diodos Emisores de Luz (LED).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de diodos emisores de luz en alumbrado general está aún limitado debido a las limitaciones en el nivel de salida de luz o el flujo generado por los dispositivos de iluminación. Los dispositivos de iluminación que usan LED también generalmente tienen una calidad de color deficiente caracterizada por inestabilidad de punto de color. La inestabilidad de punto de color varía en el tiempo así como de parte a parte. La calidad de color deficiente también se caracteriza por una conversión de color deficiente, lo cual es debido al espectro producido por las fuentes de luz de LED que tienen bandas sin o poca energía. Adicionalmente, los dispositivos de iluminación que usan LED generalmente tienen variaciones espaciales y/o angulares en el color. Adicionalmente, los dispositivos de iluminación que usan LED son caros debido a, entre otras cosas, la necesidad de la electrónica y/o sensores de control de color requeridos para mantener el punto de color de la fuente de luz o de utilizar solamente una pequeña selección de los LED producidos que cumplen con los requerimientos de color y/o flujo para la aplicación.
En consecuencia, son deseables las mejoras al dispositivo de iluminación que usa diodos emisores de luz como fuente de luz.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un módulo de iluminación incluye una cavidad de conversión de color con una primera superficie interior que tiene un primer material de conversión de longitud de onda, y una segunda superficie interior que tiene un segundo material de conversión de longitud de onda. Un primer LED está configurado para recibir una primera corriente y para emitir luz que ilumina preferencialmente a la primera superficie interior. Un segundo LED está configurado para recibir una segunda corriente y para emitir luz que ilumina preferencialmente a la segunda superficie interior. La primera corriente y la segunda corriente son seleccionarles para lograr un rango de temperatura de color correlativa (CCT por sus siglas en inglés) de la salida de luz por parte del dispositivo de iluminación basado en LED.
Mayores detalles y modalidades y técnicas se describen en la siguiente descripción detallada. Esta Breve Descripción de la Invención no define la invención. La invención es definida por las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras 1 , 2 y 3 ilustran tres luminarias ejemplares, que incluyen un dispositivo de iluminación, un reflector, y una instalación de luz.
La figura 4 ilustra una vista despiezada de los componentes del módulo de iluminación basado en LED ilustrados en la figura 1.
Las figuras 5A y 5B ilustran vistas en perspectiva, en sección transversal del módulo de iluminación basado en LED que se representa en la figura 1.
La figura 6 ilustra una gráfica de la temperatura de color correlativa (CCT) contra el flujo relativo para una fuente de luz de halógeno y un dispositivo de iluminación basado en LED en una modalidad.
La figura 7 ilustra una gráfica de las fracciones de energía relativa simulada para lograr un rango de CCT para la luz emitida por un módulo de iluminación basado en LED.
La figura 8 es ilustrativa de una vista lateral en sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en una modalidad.
La figura 9 es ilustrativa de una vista superior del módulo de iluminación basado en LED representado en la figura 8.
La figura 10 es ilustrativa de una vista superior de un módulo de iluminación basado en LED que está dividido en cinco zonas.
La figura 11 es ilustrativa de una sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 12 es ilustrativa de una sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 13 es ilustrativa de una sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 14 es ilustrativa de una sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 15 es ilustrativa de una sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 16 es ilustrativa de una vista lateral en sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 17 es ilustrativa de una vista superior del módulo de iluminación basado en LED representado en la figura 16.
La figura 18 es ilustrativa de una vista superior de un módulo de iluminación basado en LED en otra modalidad.
La figura 19 es ilustrativa de una vista lateral en sección transversal del módulo de iluminación basado en LED representado en la figura 18.
La figura 20 ilustra una gráfica de las coordenadas de color xy en el espacio de color de 1931 CIE logrado por la modalidad del módulo de iluminación basado en LED 100 que se ilustra en las figuras 18 a 19.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora se hará referencia con más detalle a ejemplos de antecedentes y algunas modalidades de la invención, cuyos ejemplos se ¡lustran en los dibujos anexos.
Las figuras 1 , 2 y 3 ilustran tres luminarias de ejemplo, todas señaladas con el 150. La luminaria ilustrada en la figura 1 incluye un módulo de iluminación 100 con un factor de forma rectangular. La luminaria ilustrada en la figura 2 incluye un módulo de iluminación 100 con un factor de forma circular. La luminaria ilustrada en la figura 3 incluye un módulo de iluminación 100 integrado en un dispositivo de lámpara de reconversión. Estos ejemplos tienen propósitos ilustrativos. Ejemplos de módulos de iluminación de formas generales poligonales y elípticas también pueden contemplarse. La luminaria 150 incluye un módulo de iluminación 100, un reflector 125, y una instalación de luz 120. Tal como se ha descrito, la instalación de luz 120 incluye una capacidad de disipación térmica y, por lo tanto, puede ser a veces denominada como disipador térmico 120. Sin embargo, la instalación de luz 120 puede incluir otros elementos estructurales y decorativos (no mostrados). El reflector 125 se monta en el módulo de iluminación 100 para colimar o desviar la luz emitida desde el módulo de iluminación 100. El reflector 125 puede ser fabricado de un material térmicamente conductor, tal como un material que incluye aluminio o cobre y puede ser acoplado térmicamente al módulo de iluminación 100. El calor fluye por conducción a través del módulo de iluminación 100 y el reflector térmicamente conductor 125. El calor también fluye por medio de convección térmica sobre el reflector 125. El reflector 125 puede ser un concentrador parabólico compuesto, en donde el concentrador se construye o recubre de un material altamente reflector. Los elementos ópticos, tales como un difusor o reflector 125 pueden ser acoplados de manera desmontable al módulo de iluminación 100, por ejemplo, por medio de roscas, una abrazadera, un mecanismo de cerradura por torsión, u otra disposición apropiado. Como se ilustra en la figura 3, el reflector 125 puede incluir unas paredes laterales 126 y una ventana 127 que son opcionalmente recubiertas, por ejemplo, con un material de conversión de longitud de onda, un material de difusión o cualquier otro material deseado.
Como se muestra en las figuras 1, 2 y 3, el módulo de iluminación 100 se monta en un disipador térmico 120. El disipador térmico 120 puede ser fabricado de un material térmicamente conductor, tal como un material que incluye aluminio o cobre y puede ser acoplado térmicamente al módulo de iluminación 100. El calor fluye por conducción a través del módulo de iluminación 100 y el disipador térmicamente conductor 120. El calor también fluye por convección térmica sobre el disipador térmico 120. El módulo de iluminación 100 puede fijarse al disipador térmico 120 por medio de roscas de tornillo para fijar el módulo de iluminación 100 al disipador térmico 120. Para facilitar la extracción y reemplazo fáciles del módulo de iluminación 100, el módulo de iluminación 100 puede acoplarse de manera desmontable al disipador térmico 120, por ejemplo, por medio de un mecanismo de fijación, un mecanismo de cerradura por torsión, u otro arreglo apropiado. El módulo de iluminación 100 incluye por lo menos una superficie térmicamente conductora que se acopla térmicamente al disipador térmico 120, por ejemplo, directamente o utilizando grasa térmica, cinta térmica, almohadillas térmicas, o un epóxico térmico. Para el enfriamiento adecuado de los LED, un área de contacto térmico de por lo menos 50 milímetros cuadrados, pero preferiblemente 100 milímetros cuadrados debe ser utilizada por un vatio de flujo de energía eléctrica dentro de los LED en el tablero. Por ejemplo, en el caso cuando se utilizan 20 LED, debe utilizarse un área de contacto de disipador térmico de 1000 a 2000 milímetros cuadrados. El uso de un disipador térmico más grande 120 puede permitir que los LED 102 sean operados a mayor energía, y también permite el uso de diferentes diseños del disipador térmico. Por ejemplo, algunos diseños pueden exhibir una capacidad de refrigeración que es menos dependiente de la orientación del disipador térmico. Además, ventiladores u otras soluciones para el enfriamiento forzado pueden ser utilizados para disipar el calor del dispositivo. El disipador térmico inferior puede incluir una abertura de modo que puedan hacerse las conexiones eléctricas en el módulo de iluminación 100.
La figura 4 ilustra una vista despiezada de los componentes del módulo de iluminación basado en LED 100 como se ilustra en la figura 1 , a manera de ejemplo. Debe entenderse que como se define en la presente un módulo de iluminación basado en LED no es un LED, sino una fuente o instalación de luz de LED o una parte componente de una fuente o instalación de luz de LED. Por ejemplo, un módulo de iluminación basado en LED puede ser un lámpara de remplazo basada en LED tal como la representada en la figura 3. El módulo de iluminación basado en LED 100 incluye uno o más moldes de LED o LED empaquetados y un tablero de montaje al que se une el molde de LED o los LED empaquetados. En una modalidad, los LED 102 son LED empaquetados, tales como los Luxeon Rebel fabricados por Philips Lumileds Lighting. También se pueden utilizar otros tipos de LED empaquetados, como los fabricados por OSRAM (paquete Oslon), Luminus Devices (E.U.A.), Cree (E.U.A.), Nichia (Japón), o Tridonic (Austria). Como se define en la presente, un LED empaquetado es un ensamble de uno o más moldes de LED que contienen conexiones eléctricas, tales como conexiones de unión de alambres o bolas de soldadura, e incluye posiblemente un elemento óptico e interfaces térmicas, mecánicas y eléctricas. El chip de LED generalmente tiene un tamaño de aproximadamente 1 mm por 1 mm por 0.5 mm, pero estas dimensiones pueden variar. En algunas modalidades, los LED 102 pueden incluir múltiples chips. Los múltiples chips pueden emitir luz de colores semejantes o diferentes, por ejemplo, rojo, verde, y azul. El tablero de montaje 104 está unido a la base de montaje 101 y asegurado en su posición por medio de un anillo de retención de tablero de montaje 103. Juntos, el tablero de montaje 104 poblado por LED 102 y el anillo de retención del tablero de montaje 103 comprenden un subensamble de fuente de luz 115. El subensamble de fuente de luz 115 opera para convertir energía eléctrica en luz utilizando los LED 102. La luz emitida del subensamble de fuente de luz 115 es dirigida al subensamble de conversión de luz 116 para la combinación de color y la conversión de color. El subensamble de conversión de luz 116 incluye el cuerpo de cavidad 105 y un puerto de salida, que está ilustrado como, pero no limitado a, una ventana de salida 108. El subensamble de conversión de luz 116 puede incluir un reflector inferior 106 y una pared lateral 107, que opcionalmente pueden estar formados de insertos. La ventana de salida 108, si se usa como puerto de salida, se fija en la parte superior del cuerpo de cavidad 105. En algunas modalidades, la ventana de salida 108 puede fijarse en el cuerpo de cavidad 105 mediante un adhesivo. Para promover la disipación de calor de la ventana de salida al cuerpo de cavidad 105, es deseable un adhesivo térmicamente conductor. El adhesivo debe resistir de manera confiable la temperatura presente en la interfaz de la ventana de salida 108 y el cuerpo de cavidad 105. Adicionalmente, es preferible que el adhesivo ya sea que refleje o transmita tanta luz incidente como sea posible, en vez de absorber la luz emitida desde la ventana de salida 108. En un ejemplo, la combinación de tolerancia térmica, conductividad térmica, y propiedades ópticas de uno de diversos adhesivos fabricados por Dow Corning (E. U. A.) (por ejemplo, los números de modelo SE4420, SE4422, SE4486, 1-4173, o SE9210 de Dow Corning), provee un rendimiento adecuado. Sin embargo, también pueden considerarse otros adhesivos térmicamente conductores.
Cualquiera de las paredes interiores del cuerpo de cavidad 105 o el inserto de pared lateral 107, cuando se coloca opcionalmente dentro del cuerpo de cavidad 105, es reflector, de manera que la luz de los LED 102, así como cualquier luz con longitud de onda convertida, es reflejada dentro de la cavidad 160 hasta que es transmitida a través del puerto de salida, por ejemplo, la ventana de salida 108 cuando se monta sobre el subensamble de fuente de luz 115. El inserto reflector inferior 106 puede ser colocado opcionalmente sobre el tablero de montaje 104. El inserto reflector inferior 106 incluye orificios de manera que la porción emisora de luz de cada LED 102 no sea bloqueada por el inserto reflector inferior 106. El inserto de pared lateral 107 puede ser colocado opcionalmente al interior del cuerpo de cavidad 105 de manera que las superficies interiores del inserto de pared lateral 107 dirijan la luz de los LED 102 a la ventana de salida cuando el cuerpo de cavidad 105 esté montado sobre el subensamble de fuente de luz 115. Aunque tal como se ha descrito, las paredes laterales interiores del cuerpo de cavidad 105 son de forma rectangular, visto desde la parte superior del módulo de iluminación 100, otras formas pueden contemplarse (p. ej., forma de trébol o poligonal). Además, las paredes laterales interiores del cuerpo de cavidad 105 pueden estrecharse o curvarse hacia afuera desde el tablero de montaje 104 a la ventana de salida 108, en vez de perpendicular a la ventana de salida 108 como se ¡lustra.
El inserto del reflector inferior 106 y el inserto de la pared lateral 107 pueden ser sumamente reflejantes de modo que la luz que se refleja hacia abajo en la cavidad 160 sea reflejada generalmente hacia el puerto de salida, por ejemplo, la ventana de salida 108. Adicionalmente, los insertos 106 y 107 pueden tener una conductividad térmica alta, de tal manera que ésta actúa como un propagador de calor adicional. A manera de ejemplo, los insertos 106 y 107 pueden estar hechos con un material alta y térmicamente conductivo, tal como un material a base de aluminio que es procesado para hacer el material sumamente reflejante y duradero. A manera de ejemplo, un material referido como Miro®, fabricado por Alanod, una compañía Alemana, puede ser utilizado. Una alta reflectividad puede lograrse al pulir el aluminio, o al cubrir la superficie interior de los insertos 106 y 107 con uno o más recubrimientos reflejantes. Alternativamente, los insertos 106 y 107 pueden estar hechos de un material delgado altamente reflejante, tal como Vikuiti™ ESR, como se vende por 3M (E.U.A.), LumirrorTM E60L fabricado por Toray (Japón), o tereftalato de polietileno microcristalino (MCPET) tal como el fabricado por Furukawa Electric Co. Ltd. (Japón). En otros ejemplos, los insertos 106 y 107 puede estar hechos de un material de politetrafluoroetileno (PTFE). En algunos ejemplos los insertos 106 y 107 pueden hacerse de un material de PTFE con un espesor de uno a dos milímetros, como el vendido por W.L. Gore (E.U.A.) y Berghof (Alemania). Aún en otras modalidades, los insertos 106 y 107 pueden construirse de un material de PTFE respaldado por una capa reflejante delgada tal como una capa metálica o una capa no metálica tal como el ESR, E60L, o MCPET. Además, pueden aplicarse recubrimientos reflejantes altamente difusos en cualquiera del inserto de pared lateral 107, el inserto reflector inferior 106, la ventana de salida 108, el cuerpo de cavidad 105, y el tablero de montaje 104. Tales recubrimientos pueden incluir partículas de dióxido de titanio(T¡02), óxido de zinc (ZnO), y sulfato de bario (BaS04), o una combinación de estos materiales.
Las figuras 5A y 5B ilustran vistas en sección transversal, en perspectiva, del módulo de iluminación a base de LED 100 que se representa en la figura 1. En esta modalidad, el inserto de pared lateral 107, la ventana de salida 108, y el inserto reflector inferior 106 dispuestos en el tablero de ensamble 104 definen una cavidad de conversión de color 160 (ilustrada en la figura 5A) en el módulo de iluminación basado en LED 100. Una porción de luz de los LED 102 es reflejada dentro de la cavidad de conversión de color 160 hasta que sale a través de la ventana de salida 108. Reflejar la luz dentro de la cavidad 160 antes de que salga por la ventana de salida 108 tiene el efecto de mezclado de la luz y proporciona una distribución más uniforme de la luz que es emitida del módulo de iluminación LED 100. Adicionalmente, conforme la luz se refleja dentro de la cavidad 106, antes de que salga por la ventana de salida 108, una cantidad de luz sufre una conversión de luz mediante la interacción con un material de conversión de longitud de onda incluido en la cavidad 60.
Como se representa en las figuras 1-5B, la luz generada por los LED 102 es generalmente emitida dentro de la cavidad de conversión de color 160. Sin embargo, en la presente se introducen varias modalidades para dirigir de preferencia la luz emitida desde LED 102 específicos hacia superficies interiores específicas del módulo basado en LED 100. De esta forma, de preferencia el módulo basado en LED 100 incluye superficies de conversión de color estimuladas preferencialmente. En un aspecto, la luz emitida por ciertos LED 102 es dirigida preferencialmente hacia una superficie interior de cavidad de conversión de color 160 que incluye un primer material de conversión de longitud de onda y luz emitida desde algunos otros LED 102 es dirigida preferencialmente hacia otra superficie interior de la cavidad de conversión de color 160 que incluye un segundo material de conversión de longitud de onda. De esta forma se puede lograr una manera efectiva de conversión de color que es más eficiente que con la inundación general de las superficies interiores de la cavidad de conversión de color 160 con luz emitida desde los LED 102.
Los LED 102 pueden emitir colores diferentes o iguales, ya sea por emisión directa o por conversión de luminóforo, por ejemplo, en donde las capas de luminóforo se aplican en los LED como parte del paquete de LED. El módulo de iluminación 100 puede usar cualquier combinación de LED de colores 102, tales como rojo, verde, azul, ámbar, o cían, o los LED 102 pueden todos producir luz del mismo color. Algunos o todos los LED 102 pueden producir luz blanca. Además, los LED 102 pueden emitir luz polarizada o luz no polarizada y el módulo de iluminación basado en LED 100 puede utilizar cualquier combinación de LED polarizados o no polarizados. En algunas modalidades, los LED 102 emiten ya sea luz azul o UV debido a la eficiencia de los LED que emiten en estos rangos de longitud de onda. La luz emitida desde el módulo de iluminación 100 tiene un color deseado cuando los LED 102 se utilizan en combinación con materiales de conversión de longitud de onda incluidos en la cavidad de conversión de color 160. Las propiedades de foto-conversión de los materiales de conversión de longitud de onda en combinación con el mezclado de luz dentro de la cavidad 160 resulta en una salida de luz de color convertido. Al ajustar las propiedades químicas y/o físicas (tales como el espesor y la concentración) de los materiales de conversión de longitud de onda y las propiedades geométricas de los recubrimientos en las superficies interiores de la cavidad 160, pueden especificarse las propiedades de color específicas de la salida de luz por la ventana de salida 108, por ejemplo el punto de color, la temperatura de color, y el índice de rendimiento cromático (CRI, por sus siglas en inglés).
Para los propósitos de este documento de patente, un material de conversión de longitud de onda es cualquier compuesto químico solo o una mezcla de diferentes compuestos químicos que realiza una función de conversión de color, por ejemplo, que absorbe una cantidad de luz de una longitud de onda máxima, y en respuesta, emite una cantidad de luz a otra longitud de onda máxima.
Las porciones de la cavidad 106, tales como el inserto reflector inferior 106, el inserto de pared lateral 107, el cuerpo de cavidad 105, la ventana de salida 108, y otros componentes colocados dentro de la cavidad (no mostrados) pueden recubrirse con o incluir un material de conversión de longitud de onda. La figura 5B ilustra porciones del inserto de pared lateral 107 recubiertas con un material de conversión de longitud de onda. Además, diferentes componentes de la cavidad 160 pueden recubrirse con un material de conversión de longitud de onda igual o diferente.
A manera de ejemplo, los luminóforos se pueden seleccionar del conjunto denotado por las siguientes fórmulas químicas: Y3AI5012:Ce, (también conocido como YAG:Ce, o simplemente YAG) (Y,Gd)3AI5012:Ce, CaS:Eu, SrS:Eu, SrGa2S4:Eu, Ca3(Sc, g)2Si3012:Ce, Ca3Sc2Si3012:Ce, Ca3Sc204:Ce, Ba3Si6012N2:Eu, (Sr,Ca)AISiN3:Eu, CaAISiN3:Eu, CaAISi(ON)3:Eu, Ba2Si04:Eu, Sr2Si04:Eu, Ca2Si04:Eu, CaSc204:Ce, CaSi202N2:Eu, SrSi202N2:Eu, BaSi202N2:Eu, Ca5(P04)3CI:Eu, Ba5(P04)3CI:Eu, Cs2CaP207, Cs2SrP207, Lu3AI5012:Ce, Ca8Mg(Si04)4CI2:Eu, Sr8Mg(Si04)4CI2:Eu, La3Si6N6:Ce, Y3Ga5012:Ce, Gd3Ga5012:Ce, Tb3AI5012:Ce, Tb3Ga5012:Ce, y Lu3Ga5012:Ce.
En un ejemplo, el ajuste del punto de color del dispositivo de iluminación puede lograrse al reemplazar el inserto de pared lateral 107 y/o la ventana de salida 108, que similarmente puede estar recubierta o impregnada con uno o más materiales de conversión de longitud de onda. En una modalidad un luminóforo emisor rojo tal como un nitruro de silicio alcalino-térreo activado con europio (por ejemplo, (Sr,Ca)AISiN3:Eu) cubre una porción del inserto de pared lateral 107 y el inserto reflector inferior 106 en el fondo de la cavidad 160, y un luminóforo YAG cubre una porción de la ventana de salida 108. En otra modalidad, un luminóforo de emisión de luz roja tal como el nitruro de oxi-silicio alcalino-térreo cubre una porción del inserto de pared lateral 107 y el inserto reflector inferior 106 en el fondo de la cavidad 160, y una mezcla de un nitruro de oxi-silicio alcalino-térreo emisor de luz roja y un luminóforo YAG emisor de luz amarilla cubre una porción de la ventana de salida 108.
En algunas modalidades, los luminóforos se mezclan en un medio solvente adecuado con un aglutinante y, opcionalmente, un agente tensoactivo y un plastificante. La mezcla resultante se deposita por cualquiera de entre rociado, impresión de tamiz, recubrimiento de hoja, u otros medios adecuados. Al seleccionar la forma y la altura de las paredes laterales que definen la cavidad, y al seleccionar cuál de las partes en la cavidad será cubierta con luminóforo o no, y al optimizar el espesor de capa y la concentración de la capa de luminóforo en las superficies de la cavidad de mezclado de luz 160, el punto de color de la luz emitida desde el módulo puede ser modificado como se desee.
En un ejemplo, un tipo único de material de conversión de longitud de onda puede ser modelado en la pared lateral, que puede ser, por ejemplo, el inserto de pared lateral 107 mostrado en la figura 5B. A manera de ejemplo, un luminóforo rojo puede ser modelado en áreas diferentes del inserto de pared lateral 107 y un luminóforo amarillo puede cubrir la ventana de salida 108. La cobertura y/o las concentraciones de los luminóforos pueden ser variadas para producir diferentes temperaturas de color. Debe entenderse que el área de alcance del rojo y/o las concentraciones de los luminóforos rojos y amarillos necesitarán variar para producir las temperaturas de color deseadas si la luz producida por los LED 102 varía. El desempeño de color de los LED 102, luminóforo rojo en el inserto de pared lateral 107 y el luminóforo amarillo en la ventana de salida 108 pueden ser medidos antes del ensamble y seleccionados con base en el desempeño para que las piezas ensambladas produzcan la temperatura de color deseada.
En muchas aplicaciones es deseable generar una salida de luz blanca con una temperatura de color correlativa (CCT) menor a 2826.8 grados Centígrados. Por ejemplo, en muchas aplicaciones, se desea luz blanca con una CCT de 2426.8 Centígrados. Generalmente se requiere una cantidad de emisión roja para convertir la luz generada desde los LED que emiten en las porciones azul o UV del espectro en una salida de luz blanca con un CCT menor a 2826.8 grados Centígrados. Se están realizando esfuerzos para mezclar el luminóforo amarillo con luminóforos emisores rojos tales como CaS:Eu, SrS:Eu, SrGa2S4:Eu, Ba3S¡6012N2:Eu, (Sr,Ca)AISiN3:Eu, CaAISiN3:Eu, CaAISi(ON)3:Eu, Ba2Si04:Eu, Sr2Si04:Eu, Ca2Si04:Eu, CaSi202N2:Eu, SrSi202N2:Eu, BaSi202N2:Eu, Sr8Mg(Si04)4CI2:Eu, U2NbF7:Mn4+, Li3ScF6:Mn4+, La202S:Eu3+ y MgO.MgF2.Ge02:Mn4+ para alcanzar la CCT requerida. Sin embargo, la consistencia de color de la luz de salida es normalmente pobre debido a la sensibilidad del CCT de la luz de salida al componente luminóforo rojo en la mezcla. La pobre distribución de color es más evidente en el caso de luminóforos mezclados, particularmente en aplicaciones de iluminación. Al recubrir la ventana de salida 108 con un luminóforo o una mezcla de luminóforos que no incluye cualquier luminóforo emisor rojo, pueden evitarse problemas con la consistencia de color. Para generar la salida de luz blanca con un CCT menor a 2826.8 Centígrados, un luminóforo emisor rojo o una mezcla de luminóforos se deposita en cualquiera de las paredes laterales y el reflector inferior del módulo de iluminación basado en LED 100. El luminóforo o mezcla de luminóforos emisores rojos específicos (por ejemplo, la emisión de longitud de onda máxima de 600 nanómetros a 700 nanómetros) así como la concentración del luminóforo o mezcla de luminóforos emisores rojos se seleccionan para generar una salida de luz blanca con un CCT menor a 2826.8 Centígrados. En esta manera, un módulo de iluminación basado en LED puede generar luz blanca con un CCT menor a 2826.8 °C con una ventana de salida que no incluye un componente de luminóforo emisor rojo.
Es deseable que un módulo de iluminación basado en LED convierta una porción de luz emitida desde los LED (por ejemplo, luz azul emitida desde los LED 102) en luz con longitud de onda más grande en al menos una cavidad de conversión de color 106 mientras que se minimizan las pérdidas de fotones. Capas delgadas, densamente empaquetadas, de luminóforo son adecuadas para convertir el color eficientemente de una porción significativa de luz incidente mientras que se minimizan las pérdidas asociadas con la reabsorción por partículas de luminóforo adyacentes, la reflexión interna total (TIR), y los efectos de Fresnel.
La figura 6 ilustra una gráfica 200 de la temperatura de color correlativa (CCT) contra el flujo relativo para una fuente de luz de halógeno. El flujo relativo está graficado como un porcentaje del nivel máximo de energía registrado del dispositivo. Por ejemplo, 100% es la operación de la fuente de luz a su nivel máximo registrado de energía, y 50% es la operación de la fuente de luz a la mitad de su nivel máximo registrado de energía. La línea 201 de la gráfica se basa en datos experimentales recogidos de una lámpara de halógeno de 35W. Como se ilustra, al nivel máximo registrado de energía, la emisión de luz de la lámpara de halógeno de 35W fue de 2626.8 °C. A medida que se hace que la lámpara de halógeno emita niveles más bajos de flujo relativo, se reduce la CCT de la salida de luz de la lámpara de halógeno. Por ejemplo, a un flujo del 25%, la CCT de la luz emitida por la lámpara de halógeno es de aproximadamente 2226.8 °C. Para lograr más reducciones en la CCT, se debe hacer que la lámpara de halógeno emita niveles muy bajos de flujo relativo. Por ejemplo, para lograr una CCT de menos de 1826.8 °C, la lámpara de halógeno debe de ser accionada a un nivel de flujo relativo de manos del 5%. Sin embargo, una lámpara de halógeno tradicional es capaz de alcanzar niveles de CCT menores a 1826.8 °C, esto lo puede hacer sólo reduciendo en forma severa la intensidad de la luz emitida por cada lámpara. Estos niveles de intensidad extremadamente bajos hacen espacios de comida muy oscuros e incómodos para los usuarios.
Una mejor opción es una fuente de luz que exhiba una característica de atenuación similar a la ilustración de la línea 202. La línea 202 exhibe una reducción en la CCT a medica que se reduce la intensidad de la luz del 100% al 50% de flujo relativo. A un flujo relativo de 50%, se obtiene una CCT de 1626.8 °C. Reducciones adicionales en el flujo relativo no cambian de manera importante la CCT. De esta forma, el operador de un restaurante puede ajustar la intensidad del nivel de luz en el medio ambiente en un amplio rango (por ejemplo, un flujo relativo de 0-50%) hasta un nivel deseado, sin cambiar las características deseables de CCT de la luz emitida. Como un ejemplo está ilustrada la línea 202. Se pueden contemplar muchas otras características de color ejemplares para fuentes de luz atenuables.
En algunas modalidades, el dispositivo de iluminación basado en LED 100 se puede configurar de manera que logre cambios relativamente grandes en la CCT, con cambios relativamente pequeños en los niveles de flujo (por ejemplo, como se ilustra en la línea 202 un flujo relativo de 50-100%) y también para lograr cambios relativamente grandes en el nivel de flujo con cambios relativamente pequeños en la CCT (por ejemplo, como se ilustra en la línea 202 un flujo relativo de 0-50%).
La figura 7 ilustra una gráfica 210 de las fracciones de energía relativa simulada para lograr un rango de CCT para la luz emitida por un módulo de iluminación basado en LED 100. Las fracciones de energía relativa describen la contribución relativa de tres diferentes elementos emisores de luz, dentro del módulo de iluminación basado en LED 00: una disposición de LED emisores de luz azul, una cantidad de luminóforos emisores de luz verde (modelo BG201A fabricado por Mitsubishi, Japón), y una cantidad de luminóforo emisor de rojo (modelo BR102D fabricado por Mitsubishi, Japón). Como se ilustra en la figura 7, las contribuciones de un elemento emisor de luz roja deben dominar sobre la emisión verde y azul para lograr un nivel de CCT de menos de 1826.8 °C. Adicionalmente, la emisión azul debe ser atenuada significativamente.
Se pueden lograr cambios en la CCT sobre todo el rango operativo de un dispositivo de iluminación basado en LED 100 empleando LED con características similares de emisión (por ejemplo, todos los LED de emisión azul) que iluminan preferencialmente diferentes superficies de conversión de color. Al controlar el flujo relativo emitido de diferentes zonas de LED (por medio del control independiente de la corriente suministrada a los LED en zonas diferentes, como se ilustra en la figura 8), se pueden lograr cambios en la CCT. Por ejemplo, de esta forma se pueden lograr cambios de más de 26.85 Centígrados sobre todo el rango operativo.
También se pueden lograr cambios en la CCT sobre el rango operativo de un dispositivo de iluminación basado en LED 100, con la introducción de diferentes LED que iluminan preferencialmente diferentes superficies de conversión de color. Al controlar el flujo relativo emitido de diferentes zonas de LED de tipos diferentes(por medio del control independiente de la corriente suministrada a los LED en zonas diferentes, como se ilustra en la figura 8), se pueden lograr cambios en la CCT. Por ejemplo, de esta forma se pueden lograr cambios de más de 226.85 °C.
La figura 8 es ilustrativa de una vista lateral en sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED 100 en una modalidad. Como se ilustra, el módulo de iluminación basado en LED 100 incluye una pluralidad de LED 102A-102D, una pared lateral 107 y una ventana de salida 108. La pared lateral 107 incluye una capa reflejante 171 y una capa de conversión de color 172. La capa de conversión de color 172 incluye un material de conversión de longitud de onda (por ejemplo, un luminóforo emisor de luz roja). La ventana de salida 108 incluye una capa transmisora 134 y una capa de conversión de color 135. La capa de conversión de color 135 incluye un material de conversión de longitud de onda con una propiedad de conversión de color diferente del material de conversión de longitud de onda incluido en la pared lateral 107 (por ejemplo, un luminóforo emisor de luz amarilla). La cavidad de conversión de color 160 está formada por las superficies interiores del módulo de iluminación basado en LED 100, incluyendo la superficie interior de la pared lateral 107 y la superficie interior de la ventana de salida 108.
Los LED 102A-102D del módulo de iluminación basado en LED 100 emiten luz directamente dentro de la cavidad de conversión de color 160. La luz se mezcla y su color se convierte dentro de la cavidad de conversión de color 160, y la luz combinada resultante 141 es emitida por el módulo de iluminación basado en LED 100.
Una fuente de corriente diferente suministra corriente a los LED 102 en diferentes zonas preferenciales. En el ejemplo representado en la figura 8, la fuente de corriente 182 suministra corriente 185 a los LED 102C y 102D que se localizan en la zona preferencial 2. De manera similar, la fuente de corriente 183 suministra corriente 184 a los LED 102A y 102B que se localizan en la zona preferencial 1. Al controlar por separado la corriente suministrada a los LED que se localizan en diferentes zonas preferenciales, las temperaturas de color correlativas (CCT) de la luz combinada 141 emitida por el módulo de iluminación basado en LED, se puede ajustar sobre un amplio rango de CCT. Por ejemplo, el rango de CCT alcanzables puede exceder de 26.85 °C. En otros ejemplos, el rango de CCT alcanzables puede exceder de 226.85 °C. Todavía en otro ejemplo, el rango de CCT alcanzables puede exceder de 726.85 °C. En algunos ejemplos, la CCT alcanzable puede ser de menos de 1726.85 °C.
En un aspecto, los LED 102 incluidos en el módulo de iluminación basado en LED 100, se localizan en zonas diferentes que iluminan preferencialmente diferentes superficies de conversión de color de la cavidad de conversión de color 160. Por ejemplo, como se ilustra, algunos LED 102A y 102B se localizan en la zona 1. La luz emitida desde los LED 102A y 102B que se localizan en la zona 1 ilumina preferencialmente la pared lateral 107, ya que los LED 102A y 102B están ubicados en una proximidad cercana a la pared lateral 107. En algunas modalidades, más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B se dirige hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B se dirige hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B se dirige hacia la pared lateral 107.
Como se ilustra, algunos LED 102C y 102D se localizan en la zona 2. La salida de luz de los LED 102C y 102D en la zona 2 se dirige hacia la ventana de salida 108. En algunas modalidades, más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED 102C y 102D se dirige hacia la ventana de salida 108. En algunas otras modalidades, más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED 102C y 102D se dirige hacia la ventana de salida 108. En algunas otras modalidades, más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED 102C y 102D se dirige hacia la ventana de salida 108.
En una modalidad, la luz emitida por los LED que se localizan en la zona preferencial 1 se dirige hacia la pared lateral 107, que puede incluir un material luminóforo emisor de luz roja, mientras que la luz emitida desde los LED que se localizan en la zona preferencial 2 se dirige hacia la ventana de salida 108, que puede incluir un material luminóforo emisor de luz verde y un material liminóforo emisor de luz roja. Al ajustar la corriente 184 suministrada a los LED que se localizan en la zona 1 , con relación a la corriente 185 suministrada a los LED que se localizan en la zona 2, se puede ajustar la cantidad de luz roja con relación a la luz verde incluida en la luz combinada 141. Además, también se reduce la cantidad de luz azul con relación a la luz roja, ya que una cantidad más grande de luz azul emitida desde los LED 102 interactúa con el material luminoforo rojo de la capa de conversión de color 172 antes de interactuar con los materiales luminóforos verde y rojo de la capa de conversión de color 135. De esta manera aumenta la probabilidad de que un fotón azul emitido por los LED 102 sea convertido en un fotón rojo, ya que la corriente 184 aumenta con relación a la corriente 185. Así, el control de las corrientes 184 y 185 se puede usar para ajusfar la CCT de la luz emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100 desde una CCT relativamente alta (por ejemplo, aproximadamente 2726.85 °C) a una CCT relativamente baja (por ejemplo, aproximadamente 1726.85 °C) de acuerdo con las proporciones indicadas en la figura 7.
En algunas modalidades, los LED 102A y 102B en la zona 1 se pueden seleccionar con propiedades de emisión que interactúan eficientemente con el material de conversión de longitud de onda incluido en la pared lateral 107. Por ejemplo, el espectro de emisión de los LED 102A y 102B en la zona 1 y el material de conversión de longitud de onda en la pared lateral 107, se pueden seleccionar de tal manera que el espectro de emisión de los LED y el espectro de absorción del material de conversión de longitud de onda coincidan cercanamente. Esto asegura una conversión de color muy eficiente (por ejemplo, la conversión a luz roja). De manera similar, los LED 102C y 102D en la zona 2 se pueden seleccionar de manera que tengan propiedades de emisión que interactúen eficientemente con el material de conversión de longitud de onda incluido en la ventana de salida 108. Por ejemplo, el espectro de emisión de los LED 102C y 102D en la zona 2 y el material de conversión de longitud de onda en la ventana de salida 108, se pueden seleccionar de tal manera que el espectro de emisión de los LED y el espectro de absorción del material de conversión de longitud de onda coincidan cercanamente. Esto asegura una conversión de color muy eficiente (por ejemplo, la conversión a luz roja y verde).
Adicionalmente, al emplear zonas diferentes de LED que iluminan cada uno preferencialmente una superficie de conversión de color diferente, se minimiza la ocurrencia de un ineficiente proceso de conversión de color en dos pasos Por ejemplo, un fotón 138 generado por un LED (por ejemplo, azul, violeta, ultravioleta, etc.) de la zona 2, es dirigido a la capa de conversión de color 135. El fotón 138 interactúa con un material de conversión de longitud de onda en la capa de conversión de color 135, y es convertido en una emisión lambertiana de la luz de color convertido (por ejemplo, luz verde). Al minimizar el contenido de luminóforo emisor de luz roja en la capa de conversión de color 135, aumenta la probabilidad de que las luces roja y verde reflejadas de regreso sean reflejadas una vez más hacia la ventana de salida 108, sin ser absorbidas por algún otro material de conversión de longitud de onda. De igual manera, un fotón 137 generado por un LED (por ejemplo, azul, violeta, ultravioleta, etc.) de la zona 1 , es dirigido a la capa de conversión de color 172. El fotón 137 interactúa con un material de conversión de longitud de onda en la capa de conversión de color 172, y es convertido en una emisión lambertiana de la luz de color convertido (por ejemplo, luz roja). Al minimizar el contenido de luminóforo emisor de luz verde en la capa de conversión de color 172, aumenta la probabilidad de que la luz roja reflejada de regreso sea reflejada una vez más hacia la ventana de salida 108 sin ser reabsorbida.
En otra modalidad, los LED 102 que se ubican en la zona 2 de la figura 8, son LED emisores de ultravioleta, mientras que los LED 102 ubicados en la zona 1 de la figura 8 son LED emisores de luz azul. La capa de conversión de color 172 incluye cualquiera de un luminóforo emisor de luz amarilla y un luminóforo emisor de luz verde. La capa de conversión de color 135 incluye un luminóforo emisor de luz roja. Los luminóforos emisores de luz amarilla y/o verde que están incluidos en la pared lateral 107, se seleccionan de manera que tengan espectros de absorción de banda estrecha centrados cerca del espectro de emisión de los LED azules de la zona 1 , pero lejos del espectro de emisión de los LED ultravioleta de la zona 2. De esta forma la luz emitida desde los LED en la zona 2 es dirigida preferencialmente a la ventana de salida 108, y sufre la conversión a luz roja. Además, cualquier cantidad de luz emitida desde los LED ultravioleta que ilumine la pared lateral 107, da como resultado muy poca conversión de color debido a la intensidad de estos luminóforos en luz ultravioleta. De esta forma la contribución de la luz emitida desde los LED en la zona 2 para la luz combinada 141 es casi por completo luz roja. De esta manera, a cantidad de contribución de luz roja a la luz combinada 141 se puede ver influenciada por la corriente suministrada a los LED en la zona 2. La luz emitida desde los LED azules ubicados en la zona 1 es dirigida preferencialmente a la pared lateral 107, y resulta en la conversión a luz verde y/o amarilla. De esta forma la contribución de la luz emitida desde los LED en la zona 1 para la luz combinada 141 es una combinación de luz azul y amarilla y/o verde. Así, la cantidad de contribución de luz azul y amarilla y/o verde en la luz combinada 141 puede ser influenciada por la corriente suministrada a los LED en la zona 1.
Para emular las características de atenuación deseadas que están ilustradas por la línea 202 de la figura 6, los LED en las zonas 1 y 2 pueden ser controlados de manera independiente. Por ejemplo, a 2626.8 °C, los LED en la zona 1 pueden funcionar a niveles máximos de corriente, sin suministrar corriente a los LED de la zona 2. Para reducir la temperatura de color, se puede reducir la corriente suministrada a los LED en la zona 1 , mientras que puede ser incrementada la corriente suministrada a los LED en la zona 2. Como el número de LED en la zona 2 es menor que el número en la zona 1 , se reduce el flujo relativo total del módulo de iluminación basado en LED 100. Como los LED en la zona 2 contribuyen con luz roja a la luz combinada 141 , aumenta la contribución relativa de luz roja en la luz combinada 141. Como se indica en la figura 7, esto es necesario para lograr la reducción deseada en la CCT. A 1626.8 °C, la corriente suministrada a los LED en la zona 1 se reduce a un nivel muy bajo o a cero, y la contribución dominante a la luz combinada viene de los LED en la zona 2. Para reducir más el flujo de salida del módulo de iluminación basado en LED 100, se reduce la corriente suministrada a los LED en la zona 2, con poco o ningún cambio en la corriente suministrada a los LED en la zona 1. En esta región operativa, la luz combinada 141 está dominada por la luz suministrada por los LED en la zona 2. Por esta razón, cuando se reduce la corriente suministrada a los LED en la zona 2, la temperatura de color permanece más o menos constante (1626.8 °C en este ejemplo).
La figura 9 es ilustrativa de una vista superior del módulo de iluminación basado en LED 100 representado en la figura 8. La sección A representada en la figura 9 es la vista en sección transversal representada en la figura 8. Como se representa, en esta modalidad, el módulo de iluminación basado en LED 100 es de forma circular como se ilustra en las configuraciones ejemplares representadas en las figuras 2 y 3. En esta modalidad, el módulo de iluminación basado en LED 100 está dividido en zonas anulares (por ejemplo, la zona 1 y la zona 2) que incluyen diferentes grupos de LED 102. Como se ilustra, las zonas 1 y las zonas 2 están separadas y definidas por su relativa proximidad a la pared lateral 107. Sin embargo, aunque el módulo de iluminación basado en LED 100, representado en las figuras 8 y 9, tiene forma circular, se pueden contemplar otras formas. Por ejemplo, el módulo de iluminación basado en LED 100 puede ser de forma poligonal. En otras modalidades, el módulo de iluminación basado en LED 100 puede tener cualquier otra forma cerrada (por ejemplo, elíptica, etc.). De manera similar, se pueden contemplar otras formas para cualquiera de las zonas del módulo de iluminación basado en LED 100.
Como se representa en la figura 9, el módulo de iluminación basado en LED 100 se divide en dos zonas. Pero se pueden contemplar más zonas. Por ejemplo, como se representa en la figura 10, el módulo de iluminación basado en LED 100 se divide en cinco zonas. Las zonas 1-4 subdividen a la pared lateral 07 en varias superficies de conversión de color diferentes. De esta forma la luz emitida desde los LED 1021 y 102J en la zona 1 es dirigida preferencialmente a la superficie de conversión de color 221 de la pared lateral 107, la luz emitida desde los LED 102B y 102E en la zona 2 es dirigida preferencialmente a la superficie de conversión de color 220 de la pared lateral 107, la luz emitida desde los LED 102F y 102G en la zona 3 es dirigida preferencialmente a la superficie de conversión de color 223 de la pared lateral 107, y la luz emitida de los LED 102A y 102H en la zona 4 es dirigida preferencialmente a la superficie de conversión de color 222 de la pared lateral 107. La configuración de cinco zonas que se muestra en la figura 10 se proporciona a manera de ejemplo. Pero se pueden contemplar muchos otros números y combinaciones de zonas.
En una modalidad, las zonas 221 y 223 de las superficies de conversión de color en las zonas 1 y 3, respectivamente, pueden incluir un luminóforo emisor de luz amarilla y/o verde densamente empacado, mientras que las superficies de conversión de color 220 y 222 en las zonas 2 y 4, respectivamente, pueden incluir un luminóforo emisor de luz amarilla y/o verde escasamente empacado. De esta manera, la luz azul emitida por los LED en las zonas 1 y 3 puede ser convertida casi por completo en luz amarilla y/o verde, mientras que la luz azul emitida por los LED en las zonas 2 y 4 sólo puede ser convertida parcialmente en luz amarilla y/o verde. De esta forma, la cantidad de la contribución de luz azul a la luz combinada 141 puede ser controlada por medio del control independiente de la corriente suministrada a los LED en las zonas 1 y 3 y a los LED en las zonas 2 y 4. Más específicamente, si se desea una contribución relativamente grande de luz azul a la luz combinada 141 , se puede suministrar una corriente grande a los LED en las zonas 2 y 4, mientras que se minimiza la corriente suministrada a los LED en las zonas 1 y 3. Sin embargo, si se desea una contribución relativamente pequeña de luz azul, se puede suministrar sólo una corriente limitada a los LED en las zonas 2 y 4, mientras que se suministra una gran corriente a los LED en las zonas 1 y 3. De esta forma, las contribuciones relativas de luz azul y luz amarilla y/o verde a la luz combinada 141 pueden ser controladas en forma independiente. Esto puede ser útil para adaptar la salida de luz generada por el módulo de iluminación basado en LED para que coincida con una característica de atenuación deseada (por ejemplo, la línea 202). La modalidad antes mencionada está provista como un ejemplo. Se pueden contemplar otras combinaciones de diferentes zonas de LED controlados en forma independiente que iluminan preferencialmente diferentes superficies de conversión de color, para una característica de atenuación deseada.
En algunas modalidades, las ubicaciones de los LED 102 dentro del módulo de iluminación basado en LED 100 son seleccionadas de manera que se logren propiedades de emisión de luz uniforme de la luz combinada 141. En algunas modalidades, la ubicación de los LED 102 puede ser simétrica alrededor de un eje en el plano de montaje de los LED 102 del módulo de iluminación basado en LED 100. En algunas modalidades, la ubicación de los LED 102 puede ser simétrica alrededor de un eje perpendicular al plano de montaje de los LED 102. La luz emitida desde algunos LED 102 es dirigida preferencialmente hacia una superficie interior o a varias superficies interiores, y la luz emitida desde algunos otros LED 102 es dirigida preferencialmente hacia otra superficie interior o a varias superficies interiores de la cavidad de conversión de color 160. La proximidad de los LED 102 a la pared lateral 107 se puede seleccionar de tal manera que promueva una eficiente extracción de luz de la cavidad de conversión de color 160 y propiedades de emisión de luz uniforme de la luz combinada 141. En dichas modalidades, la luz emitida desde los LED 102 que están más cerca de la pared lateral 107 es dirigida preferencialmente hacia la pared lateral 107. Sin embargo, en algunas modalidades, la luz emitida de los LED que están cerca de la pared lateral 107 puede estar dirigida hacia la ventana de salida 108 para evitar una cantidad excesiva de conversión de color debida a la interacción con la pared lateral 107. Por el contrario, en algunas otras modalidades, la luz emitida desde LED distantes de la pared lateral 107 puede ser dirigida preferencialmente hacia la pared lateral 107 cuando es necesaria una conversión de color adicional debida a la interacción con la pared lateral 107.
La figura 11 es ilustrativa de una sección transversal del módulo de iluminación basado en LED 100 en otra modalidad. En la modalidad ilustrada, las paredes laterales 107 están dispuestas en un ángulo oblicuo, a, con respecto al tablero de montaje 104. De esta manera, un porcentaje más alto de luz emitida desde los LED en la zona preferencial 1 (por ejemplo, los LED 102A y 102B) ilumina directamente la pared lateral 107. En algunas modalidades, más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B se dirige hacia la pared lateral 107. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 11 , los LED en la zona 1 (por ejemplo, el LED 102A) se localizan a una distancia, D, de la pared lateral 107. Adicionalmente, la pared lateral 107 se extiende a una distancia, H, desde el tablero de montaje 104 hasta la ventana de salida 108. Asumiendo que el LED 102A exhibe una distribución de haz de salida axi-simétrica y el ángulo oblicuo, a, es elegido de la siguiente forma: entonces más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, el ángulo oblicuo, a, es seleccionado de tal manera que más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, el ángulo oblicuo, a, es seleccionado de tal manera que más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia la pared lateral 107.
La figura 12 es ilustrativa de una sección transversal del módulo de iluminación basado en LED 100 en otra modalidad. En la modalidad ilustrada, los LED 102 que se localizan en la zona preferencial 1 (por ejemplo, los LED 102A y 102B) se montan en un ángulo oblicuo, ß, con respecto a los LED en la zona preferencial 2. De esta manera, un porcentaje más alto de luz emitida desde los LED en la zona preferencial 1 ilumina directamente la pared lateral 107. En la modalidad ilustrada, se emplea un cojinete de montaje angulado 161 para montar los LED en la zona preferencial 1 en un ángulo oblicuo con respecto al tablero de montaje 104. En otro ejemplo (que no se muestra), los LED en la zona preferencial 1 se pueden montar en un tablero de montaje tridimensional que incluye una(s) superficie(s) de montaje para los LED en la zona preferencial 1 orientadas en un ángulo oblicuo con respecto a una(s) superficie(s) de montaje para los LED en la zona preferencial 2. Todavía en otro ejemplo, el tablero de montaje 104 puede ser deformado después de haber colocado los LED 102, de manera que los LED en la zona preferencial 1 queden orientados en un ángulo oblicuo con respecto a los LED en la zona preferencial 2. Todavía en otra modalidad, los LED en la zona preferencial 1 se pueden montar en un tablero de montaje separado. El tablero de montaje que incluye los LED en la zona preferencial 1 puede estar orientado en un ángulo oblicuo con respecto al tablero de montaje que incluye los LED en la zona preferencial 2. Se pueden contemplar otras modalidades. En algunas modalidades, el ángulo oblicuo, ß, es seleccionado de tal manera que más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B sea dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas modalidades, el ángulo oblicuo, ß, es seleccionado de tal manera que más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B sea dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas modalidades, el ángulo oblicuo, ß, es seleccionado de tal manera que más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED 102A y 102B sea dirigida hacia la pared lateral 107.
La figura 13 es ilustrativa de una sección transversal del módulo de iluminación basado en LED 100 en otra modalidad. En la modalidad ilustrada, un elemento transmisor 162 se dispone arriba y separado de los LED 102A y 102B. Como se ilustra, el elemento transmisor 162 se localiza entre el LED 102A y la ventana de salida 108. En algunas modalidades, el elemento transmisor 162 incluye el mismo material de conversión de longitud de onda que el material incluido en la pared lateral 107. En la modalidad antes mencionada, la luz azul emitida por los LED en la zona preferencial 1 es dirigida preferencialmente hacia la pared lateral 107 e interactúa con el luminóforo rojo que se localiza en la capa de conversión de color 172 para generar luz roja. Para aumentar la conversión de luz azul en luz roja, se puede disponer un elemento transmisor 162 que incluye el luminóforo rojo de la capa de conversión de color 172, arriba de cualquiera de los LED que se localizan en la zona preferencial 1. De esta manera, la luz emitida desde cualquiera de los LED que se localizan en la zona preferencial 1 es dirigida preferencialmente hacia el elemento transmisor 162. Adicionalmente, la luz emitida desde el elemento transmisor 162 puede ser dirigida preferencialmente hacia la pared lateral 107 para una conversión adicional a luz roja.
En algunas modalidades, un elemento transmisor 163 que incluye un luminóforo amarillo y/o verde también se puede disponer arriba de cualquiera de los LED que se localizan en la zona preferencial 2. De esta manera, la luz emitida desde cualquiera de los LED que se localizan en la zona preferencial 2, es más propensa a sufrir una conversión de color antes de salir del módulo de iluminación basado en LED 100 como parte de la luz combinada 141.
En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 162 incluye un material de conversión de longitud de onda diferente de los materiales de conversión de longitud de onda incluidos en la pared lateral 107 y la ventana de salida 108. En algunas modalidades, se puede localizar un elemento transmisor 162 arriba de algunos de los LED en cualquiera de las zonas preferenciales 1 y 2. En algunas modalidades, el elemento transmisor 162 es un elemento con forma de domo dispuesto sobre un LED 102 individual. En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 162 es un elemento configurado dispuesto sobre algunos de los LED 102 (por ejemplo, una forma toroidal biseccionada dispuesta arriba de los LED 102 en la zona preferencial 1 de un módulo de iluminación basado en LED 100 con forma circular, o una forma que se extiende linealmente dispuesta arriba de algunos de los LED 102 que están dispuestos en un patrón lineal).
En algunas modalidades, la forma del elemento transmisor 162 dispuesto arriba de los LED 102 que se localizan en la zona preferencial 1, es diferente de la forma de un elemento transmisor 162 dispuesto arriba de los LED 102 que se localizan en la zona preferencial 2.
Por ejemplo, la forma del elemento transmisor 162 dispuesto arriba de los LED 102 que se localizan en la zona preferencial 1 , se selecciona de tal manera que la luz emitida desde los LED que se localizan en la zona preferencial 1 ilumine preferencialmente la pared lateral 107. En algunas modalidades, el elemento transmisor 162 se selecciona de tal manera que más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 1 sea dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 162 se selecciona de tal manera que más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 1 sea dirigida hacia la pared lateral 107. En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 162 se selecciona de tal manera que más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 1 sea dirigida hacia la pared lateral 107.
De igual manera, cualquier elemento transmisor dispuesto arriba de los LED 102 que se localizan en la zona preferencial 2, tiene una forma tal para iluminar preferencialmente la ventana de salida 108. En algunas modalidades, el elemento transmisor 163 se selecciona de tal manera que más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 2 sea dirigida hacia la ventana de salida 108. En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 163 se selecciona de tal manera que más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 2 sea dirigida hacia la ventana de salida 108. En algunas otras modalidades, el elemento transmisor 163 se selecciona de tal manera que más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED que se localizan en la zona preferencial 2 sea dirigida hacia la ventana de salida 08.
La figura 14 es ilustrativa de una sección transversal del módulo de iluminación basado en LED 100 en otra modalidad. En la modalidad ilustrada, una superficie interior 166 se extiende desde el tablero de montaje 104 hasta la ventana de salida 108. En algunas modalidades, la altura, H, de la superficie 166 se determina de manera que por lo menos el cincuenta por ciento de la luz emitida por los LED en la zona preferencial 1 ilumine directamente la pared lateral 107 o la superficie interior 166. En algunas otras modalidades, la altura, H, de la superficie interior 166 se determina de manera que por lo menos el setenta y cinco por ciento de la luz emitida por los LED en la zona preferencial 1 ilumine directamente la pared lateral 107 o la superficie interior 166. En algunas otras modalidades, la altura, H, de la superficie interior 166 se determina de manera que por lo menos el noventa por ciento de la luz emitida por los LED en la zona preferencial 1 ilumine directamente la pared lateral 107 o la superficie interior 166.
En algunas modalidades, la superficie interior 166 incluye una superficie reflectora 167 y una capa de conversión de color 168. En la modalidad ilustrada, la capa de conversión de color 168 se localiza en el lado de la superficie reflectora 167 que está orientado hacia la pared lateral 107. Adicionalmente, la capa de conversión de color 168 incluye el mismo material de conversión de longitud de onda que está incluido en la capa de conversión de color 172 de la pared lateral 107. De esta manera, la luz emitida desde los LED que se localizan en la zona preferencial 1 es dirigida preferencialmente a la pared lateral 107 y la superficie interior 166 para una conversión mejorada del color. En algunas otras modalidades, la capa de conversión de color 168 incluye un material de conversión de longitud de onda diferente que el que está incluido en la capa de conversión de color 172.
La figura 15 ilustra un ejemplo de un módulo de iluminación basado en LED 100 con emisión lateral que dirige preferencialmente la luz emitida desde los LED 102A y 102B hacia la pared lateral 107 y que dirige preferencialmente la luz emitida desde los LED 102C y 102D hacia la pared superior 173. En las modalidades de emisión lateral, la luz combinada 141 es emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100 a través de la pared lateral transmisora 107. En algunas modalidades, la pared superior 173 es reflectora y está configurada para dirigir la luz hacia la pared lateral 107.
La figura 16 es ilustrativa de una vista lateral en sección transversal de un módulo de iluminación basado en LED 100 en una modalidad. Como se ilustra, el módulo de iluminación basado en LED 100 incluye una pluralidad de LED 102A-102D, una pared lateral 107 y una ventana de salida 108. La pared lateral 107 incluye una capa reflejante 171 y una capa de conversión de color 172. La capa de conversión de color 172 incluye un material de conversión de longitud de onda (por ejemplo, un luminóforo emisor de luz roja). La ventana de salida 108 incluye una capa transmisora 134 y una capa de conversión de color 135. La capa de conversión de color 135 incluye un material de conversión de longitud de onda con una propiedad de conversión de color diferente del material de conversión de longitud de onda incluido en la pared lateral 107 (por ejemplo, un luminóforo emisor de luz amarilla). El módulo de iluminación basado en LED 100 también incluye un elemento transmisor 190 dispuesto arriba de los LED 102A-102D. Como se representa, el elemento transmisor 190 está separado físicamente de las superficies de emisión de luz de los LED 102. Sin embargo, en algunas otras modalidades, el elemento transmisor 190 se acopla físicamente a las superficies emisoras de luz de los LED 102 por un medio ópticamente transmisor (por ejemplo, silicón, adhesivo óptico, etc.). Como se representa, el elemento transmisor 190 es una placa de un material ópticamente transmisor (por ejemplo, vidrio, zafiro, alúmina, policarbonato, y otros plásticos, etc.). Sin embargo también se puede contemplar otra forma. Como se muestra en la figura 16, la cavidad de conversión de color 160 está formada por las superficies interiores del módulo de iluminación basado en LED 100, incluyendo la superficie interior de la pared lateral 107, la superficie interior de la ventana de salida 08, y el elemento transmisor 190. Por lo tanto, los LED 102 están separados físicamente de la cavidad de conversión de color 160. Al separar los materiales de conversión de longitud de onda de los LED 102, disminuye el calor de los LED 102 hacia los materiales de conversión de longitud de onda. Como resultado, los materiales de conversión de longitud de onda se mantienen a una temperatura baja durante la operación. Esto aumenta la confiabilidad y el mantenimiento del color del dispositivo de iluminación basado en LED 100.
En algunas modalidades, las capas de conversión de color 172 y 135 no están incluidas en el dispositivo de iluminación basado en LED 100. En estas modalidades, se logra prácticamente toda la conversión de color por los luminóforos incluidos con el elemento transmisor 190.
El elemento transmisor 190 incluye una primera área de superficie con un primer material de conversión de longitud de onda 191 y una segunda área de superficie con un segundo material de conversión de longitud de onda 192. Los materiales de conversión de longitud de onda 191 y 192 pueden estar dispuestos en el elemento transmisor 190, o pueden estar incrustados en el elemento transmisor 190. También se pueden incluir materiales de conversión de longitud de onda adicionales como parte del elemento transmisor 190. Por ejemplo, las áreas de superficie adicionales del elemento transmisor 190 pueden incluir materiales de conversión de longitud de onda adicionales. En algunos ejemplos, se pueden laminar diferentes materiales de conversión de longitud de onda en el elemento transmisor 190. Como se representa en la figura 16, el material de conversión de longitud de onda 191 es un luminóforo emisor rojo que es iluminado preferencialmente por los LED 102A y 102B. Adicionalmente, el material de conversión de longitud de onda 192 es un luminóforo emisor amarillo que es iluminado preferencialmente por los LED 102C y 102D.
Los LED 102A-102D del módulo de iluminación basado en LED 100 emiten luz directamente dentro de la cavidad de conversión de color 160. La luz se mezcla y su color se convierte dentro de la cavidad de conversión de color 160, y la luz combinada resultante 141 es emitida por el módulo de iluminación basado en LED 100. Una fuente de corriente diferente suministra corriente a los LED 102 en diferentes zonas preferenciales. En el ejemplo representado en la figura 16, la fuente de corriente 182 suministra corriente 185 a los LED 102A y 102B que se localizan en la zona preferencial 1. De manera similar, la fuente de corriente 183 suministra corriente 184 a los LED 102C y 102D que se localizan en la zona preferencial 2. Al controlar por separado la corriente suministrada a los LED que se localizan en diferentes zonas preferenciales, las temperaturas de color correlativas (CCT) de la luz combinada 141 emitida por el módulo de iluminación basado en LED, se puede ajusfar sobre un amplio rango de CCT. En algunas modalidades, los LED 102 del dispositivo de iluminación basado en LED emiten luz con una longitud de onda de emisión pico de cinco nanometros entre sí. Por ejemplo, los LED 102A-D emiten todos luz azul con una longitud de onda de emisión pico de cinco nanometros entre sí. De esta manera, la luz blanca emitida por el dispositivo de iluminación basado en LED 100 es generada en gran parte por los materiales de conversión de longitud de onda. De esta forma el control de color se basa en la disposición de diferentes materiales de conversión de longitud de onda que serán iluminados preferencialmente por diferentes subconjuntos de LED.
La figura 17 ilustra una vista superior del módulo de iluminación basado en LED 100 representado en la figura 16. La figura 16 representa una vista en sección transversal del módulo de iluminación basado en LED 100 a lo largo de la línea de sección, B, representada en la figura 17. Como se ilustra en la figura 17, el material de conversión de longitud de onda 191 cubre una porción del elemento transmisor 190 y el material de conversión de longitud de onda 192 cubre otra porción del elemento transmisor 190. Los LED en la zona 2 (incluyendo los LED 102A y 102B) iluminan preferencialmente el material de conversión de longitud de onda 191. De manera simular, los LED en la zona 1 (incluyendo los LED 102C y 102D) iluminan preferencialmente el material de conversión de longitud de onda 192. En algunas modalidades, más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 191 , mientras que más del cincuenta por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 2 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 192. En algunas otras modalidades, más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 191 , mientras que más del setenta y cinco por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 2 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 192. En algunas otras modalidades, más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 1 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 191 , mientras que más del noventa por ciento de la salida de luz de los LED en la zona 2 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 192.
En una modalidad, la luz emitida por los LED que se localizan en la zona preferencial 1 es dirigida hacia el material de conversión de longitud de onda 191 que incluye una mezcla de materiales luminóforos que emiten luz roja y amarilla. Cuando la fuente de corriente 182 suministra corriente 185 a los LED en la zona preferencial 1 , la luz emitida 141 es una luz con una temperatura de color correlativa (CCT) de menos de 7226.85 °C. En algunos otros ejemplos, la luz emitida tiene una CCT de menos de 4726.85 °C. En algunas modalidades, la luz emitida tiene un punto de color dentro de un grado de separación Axy de 0.010 de un punto de color objetivo en el diagrama de CIE 1931 xy creado por la Comisión internacional de iluminación (CIE por sus siglas en inglés) en 1931. Así, cuando se suministra corriente a los LED en la zona preferencial 1 y no se suministra sustancialmente ninguna corriente a los LED en la zona preferencial 2, la salida de luz combinada 141 del módulo de iluminación basado en LED 100 es una luz blanca que cumple con un objetivo específico de punto de color (por ejemplo, dentro de un grado de separación Axy de 0.010 dentro de 2726.85 °C en el lugar de Planck). En algunas modalidades, la salida de luz tiene un punto de color dentro de un grado de separación Axy de 0.004 desde un punto de color objetivo en el diagrama de CIE 1931 xy. De esta forma no hay necesidad de adaptar las múltiples corrientes suministradas a los diferentes LED del dispositivo de iluminación basado en LED 100 para lograr una salida de luz blanca que cumpla con el objetivo de punto de color especificado.
El material de conversión de longitud de onda 192 incluye un material luminóforo que emite luz roja. La fuente de corriente 183 suministra corriente 184 a los LED en la zona preferencial 2, la salida de luz tiene una CCT relativamente baja. En algunos otros ejemplos, la salida de luz tiene una CCT de menos de 1926.85 °C. En algunos otros ejemplos, la salida de luz tiene una CCT de menos de 1726.85 °C. En algunos otros ejemplos, la salida de luz tiene una CCT de menos de 1526.85 °C. Así, cuando se suministra corriente a los LED en la zona preferencial 2 y no se suministra sustancialmente ninguna corriente a los LED en la zona preferencial 1 , la salida de luz combinada 141 del sistema de iluminación basado en LED 100 es una luz con un color muy cálido. Al ajusfar la corriente 185 suministrada a los LED que se localizan en la zona 1 , con relación a la corriente 184 suministrada a los LED que se localizan en la zona 2, se puede ajusfar la cantidad de luz blanca con relación a la luz con color incluida en la luz combinada 141. Así, el control de las corrientes 184 y 185 se puede usar para ajusfar la CCT de la luz emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100 desde una CCT relativamente alta a una CCT relativamente baja. En algunos ejemplos, el control de las corrientes 184 y 185 se puede usar para ajusfar la CCT de la luz emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100, desde una luz blanca de por lo menos 2426.8 °C hasta una luz cálida de menos de 1526.85 °C). En algunos otros ejemplos se logra una luz cálida de menos de 1426.8 °C.
La figura 18 ilustra una vista superior de un módulo de iluminación basado en LED 100 en otra modalidad. La figura 19 representa una vista en sección transversal del dispositivo de iluminación basado en LED 100 a lo largo de la línea de sección, C, representada en la figura 18. Como se ilustra en la figura 18, el material de conversión de longitud de onda 191 cubre una porción del elemento transmisor 190 y es iluminado preferencialmente por los LED de la zona 1. El material de conversión de longitud de onda 192 cubre otra porción del elemento transmisor 190 y es iluminado preferencialmente por los LED de la zona 2. Los LED en la zona 3 no iluminan preferencialmente ninguno de los materiales de conversión de longitud de onda 191 ó 192. Los LED en la zona 3 iluminan preferencialmente los materiales de conversión de longitud de onda presentes en las capas de conversión de color 135 y 172. En esta modalidad, la capa de conversión de color 172 incluye un material luminóforo emisor de luz roja y la capa de conversión de color 135 incluye un material luminóforo emisor de luz amarilla. Sin embargo, se pueden contemplar otras combinaciones de materiales luminóforos. En algunas otras modalidades no se implementan las capas de conversión de color 135 y 172. En estas modalidades, la conversión de color es realizada por los materiales de conversión de longitud de onda que están incluidos en el elemento transmisor 190, en vez de las paredes laterales 107 o la ventana de salida 108.
La figura 20 ilustra un rango de puntos de color que puede lograr el dispositivo de iluminación basado en LED 100 representado en las figuras 18 y 19. Cuando se suministra corriente a los LED de la zona 3, la luz 141 emitida por el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color 231 ilustrado en la figura 20. La luz emitida por el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color dentro de un grado de separación Axy de 0.010 en el diagrama CIE 1931 xy desde un punto de color objetivo de menos de 4726.85 °C en el lugar de Planck, cuando se suministra corriente a los LED en la zona 3 y no se suministra sustancialmente ninguna corriente a los LED en las zonas 1 y 2. La fuente de corriente 183 suministra corriente 184 a los LED en la zona preferencial 1 , la luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color 232. La luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color debajo del lugar de Planck en el diagrama de CIE 1931 xy con una CCT de menos de 1526.85 °C cuando se suministra corriente a los LED en la zona 1 y no se suministra sustancialmente ninguna corriente a los LED en las zonas 2 y 3. La fuente de corriente 182 suministra corriente 184 a los LED en la zona preferencial 2, la luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color 233. La luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED 100 tiene un punto de color arriba del lugar de Planck 230 en el diagrama de CIE 1931 xy 240 con una CCT de menos de 2726.85 °C cuando se suministra corriente a los LED en la zona 2 y no se suministra sustancialmente ninguna corriente a los LED en las zonas 1 y 3.
Al ajustar las corrientes suministradas a los LED que se localizan en las zonas 1, 2 y 3, la luz 141 emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100 puede ser sintonizada a cualquier punto de color dentro de un triángulo que conecta los puntos de color 231-233 ilustrados en la figura 20. De esta manera, la luz 141 emitida desde el módulo de iluminación basado en LED 100 puede ser sintonizada para lograr cualquier CCT desde una CCT relativamente alta(por ejemplo, de aproximadamente 2726.85 °C) hasta una CCT relativamente baja (por ejemplo, de menos de 1526.85 °C).
Como se ilustra en a figura 6, la línea de la gráfica 203 exhibe una relación alcanzable entre la CCT y el flujo relativo para la modalidad ilustrada en las figuras 18-19. Como se ilustra en la figura 6, es posible reducir la CCT de la luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED 100 de 2726.85 °C a aproximadamente 1926.85 °C sin una pérdida de flujo. Se pueden obtener reducciones adicionales en la CCT desde 1926.85 °C a aproximadamente 1476.85 °C con una reducción aproximadamente lineal en el flujo relativo de 100% a 55%. Se puede reducir más el flujo relativo sin ningún cambio en la CCT, reduciendo la corriente suministrada a los LED del dispositivo de iluminación a base de LED 100. La línea de gráfica 203 se presenta como un ejemplo para ilustrar que el dispositivo de iluminación basado en LED 100 se puede configurar de manera que logre cambios relativamente grandes en la CCT, con cambios relativamente pequeños en los niveles de flujo (por ejemplo, como se ilustra en la línea 203 un flujo relativo de 55-100%) y también para lograr cambios relativamente grandes en el nivel de flujo con cambios relativamente pequeños en la CCT (por ejemplo, como se ilustra en la línea 203 un flujo relativo de 0-55%). Sin embargo se pueden lograr muchas otras características de atenuación reconfigurando tanto la corriente relativa como la absoluta que son suministradas a los LED en diferentes zonas preferenciales.
La modalidad antes mencionada está provista como un ejemplo. Se pueden contemplar otras combinaciones de diferentes zonas de LED controlados en forma independiente que iluminan preferencialmente diferentes superficies de conversión de color, para una característica de atenuación deseada.
En algunas modalidades, los componentes de la cavidad de conversión de color 160, incluyendo el cojinete de montaje angulado 161 , pueden construirse a partir de o incluir un material de PTFE. En algunos ejemplos el componente puede incluir una capa de PTFE revestida por una capa reflejante tal como una capa metálica pulida. El material de PTFE puede estar formado por partículas de PTFE sinterizadas. En algunas modalidades, las porciones de cualquiera de las superficies opuestas interiores de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de un material de PTFE. En algunas modalidades, el material de PTFE puede recubrirse con un material de conversión de longitud de onda. En otras modalidades, un material de conversión de longitud de onda puede mezclarse con el material de PTFE.
En otras modalidades, los componentes de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de o incluir un material reflejante, cerámico, tal como el material cerámico producido por CerFlex International (Países Bajos). En algunas modalidades, las porciones de cualquiera de las superficies opuestas interiores de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de un material cerámico. En algunas modalidades, el material cerámico puede recubrirse con un material de conversión de longitud de onda.
En otras modalidades, los componentes de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de o incluir un material reflejante, metálico, tal como el aluminio o Miro® producido por Alanod (Alemania). En algunas modalidades, las porciones de cualquiera de las superficies opuestas interiores de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de un material reflejante, metálico. En algunas modalidades, el material reflejante, metálico, puede recubrirse con un material de conversión de longitud de onda.
En otras modalidades, los componentes de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de o incluir un material reflejante de plástico, tal como Vikuiti™ ESR, vendido por 3M (E.U.A.), Lumirror™ E60L fabricado por Toray (Japón), o tereftalato de polietileno microcristalino (MCPET) tal como el fabricado por Furukawa Electric Co. Ltd.
(Japón). En algunas modalidades, las porciones de cualquiera de las superficies opuestas interiores de la cavidad de conversión de color 160 pueden construirse a partir de un material reflejante, plástico. En algunas modalidades, el material reflejante, plástico, puede recubrirse con un material de conversión de longitud de onda.
La cavidad 160 puede ser llenada con un material no sólido, tal como aire o un gas inerte, de manera que los LED 102 emitan luz dentro del material no sólido. A manera de ejemplo, la cavidad puede ser sellada herméticamente y usarse gas Argón para llenar la cavidad. Alternativamente, nitrógeno puede ser usado. En otras modalidades, la cavidad 160 puede llenarse con un material encapsulante sólido. A manera de ejemplo, puede utilizarse silicón para llenar la cavidad. En algunas otras modalidades, la cavidad de conversión de color 160 puede ser llenada con un fluido para promover la extracción de calor de los LED 102. En algunas modalidades, el material de conversión de longitud de onda puede estar incluido en el fluido para lograr la conversión de color en todo el volumen de la cavidad de conversión de color 160.
El material PTFE es menos reflejante que otros materiales que se pueden usar para construir o incluirlos en los componentes de la cavidad de conversión de color 160, como el Miro® producido por Alanod. En un ejemplo, la salida de luz azul de un módulo de iluminación 100 construido con un inserto de pared lateral Miro® no recubierto 107 fue comparada con el mismo módulo construido con un inserto de pared lateral de PTFE no recubierto 107, construido a partir de un material de PTFE sinterizado fabricado por Berghof (Alemania). La salida de luz azul del módulo 100 disminuyó en un 7% por el uso de un inserto de pared lateral de PTFE. De manera similar, la salida de luz azul del módulo 100 disminuyó un 5% en comparación con el inserto de pared lateral no recubierto Miro® 107 por el uso de un inserto de pared lateral de PTFE 107 construido a partir de un material de PTFE sinterizado, fabricado por W.L. Gore (E.U.A.). La extracción de luz del módulo 100 está directamente relacionada con la reflectividad adentro de la cavidad 160, y por lo tanto, la reflectividad inferior del material de PTFE, en comparación con otros materiales reflectores disponibles, se apartaría del uso del material de PTFE en la cavidad 160. Sin embargo, los inventores determinaron que cuando el material de PTFE se reviste con fósforo, inesperadamente el material de PTFE produce un aumento en la salida luminosa en comparación con otros materiales más reflectores, como el Miro®, con un revestimiento luminóforo similar. En otro ejemplo, la salida de luz blanca de un módulo de iluminación 100 dirigida a una temperatura correlativa del color (CCT) de 3726.85 °C construido con in inserto de pared lateral de Miro® 107 revestido con fósforo, fue comparada con el mismo módulo construido con un inserto de pared lateral de PTFE 107 revestido con fósforo, construido con un material de PTFE sinterizado fabricado por Berghof (Alemania). La salida de luz blanca del módulo 100 aumentó un 7% con el uso de un inserto de pared lateral de PTFE revestido con fósforo, en comparación con el Miro® revestido con fósforo. De manera similar, la salida de luz blanca del módulo 100 aumentó un 14% en comparación con el inserto de pared lateral de Miro® revestido con fósforo 107 con el uso de un inserto de pared lateral de PTFE 107 construido con un material de PTFE sinterizado, fabricado por W.L. Gore (E.U.A.). En otro ejemplo, la salida de luz blanca de un módulo de iluminación 100 dirigida a una temperatura correlativa del color (CCT) de 2726.85 °C construido con in inserto de pared lateral de Miro® 107 revestido con fósforo, fue comparada con el mismo módulo construido con un inserto de pared lateral de PTFE 107 revestido con fósforo, construido con un material de PTFE sinterizado fabricado por Berghof (Alemania). La salida de luz blanca del módulo 100 aumentó un 10% con el uso de un inserto de pared lateral de PTFE revestido con fósforo, en comparación con el Miro® revestido con fósforo. De manera similar, la salida de luz blanca del módulo 100 aumentó un 12% en comparación con el inserto de pared lateral de Miro® revestido con fósforo 107 con el uso de un inserto de pared lateral de PTFE 107 construido con un material de PTFE sinterizado, fabricado por W.L. Gore (E.U.A.).
Es así como se descubrió que, a pesar de ser menos reflejante, es deseable construir porciones cubiertas con luminóforo de la cavidad de combinación de luz 160 con un material de PTFE. Además, los inventores también descubrieron que el material de PTFE recubierto con luminóforo tiene una mayor durabilidad cuando se expone al calor de los LED, por ejemplo, en una cavidad de combinación de luz 160, en comparación con otros materiales más reflejantes, como el Miro®, con un recubrimiento luminóforo similar.
Aunque ciertas modalidades específicas fueron descritas arriba para propósitos de instrucción, las enseñanzas de este documento de patente tienen aplicabilidad general y no son limitadas a las modalidades específicas descritas arriba. Por ejemplo, en cualquier componente de la cavidad de conversión 160 puede formarse un patrón con luminóforo. Tanto el patrón mismo como la composición del luminóforo pueden variar. En una modalidad, el dispositivo de iluminación puede incluir diferentes tipos de luminóforos que están ubicados en diferentes áreas de la cavidad de combinación de luz 160. Por ejemplo, un luminóforo rojo puede ser situado en cualquiera o ambos de entre el inserto 107 y el inserto reflector inferior 106 y los luminóforos amarillo y verde pueden ser situados en las superficies superior o inferior de la ventana de salida 108 o embebidos dentro de la ventana de salida 108. En una modalidad, diferentes tipos de luminóforos, por ejemplo, rojo y verde, pueden ser ubicados sobre diferentes áreas en las paredes laterales 107. Por ejemplo, un tipo de luminóforo puede formar un patrón en el inserto de pared lateral 107 en una primera área, por ejemplo, en tiras, puntos, u otros patrones, mientras otro tipo de luminóforo es situado en una segunda área diferente del inserto 107. Si se desea, luminóforos adicionales pueden utilizarse y ubicarse en áreas diferentes de la cavidad 160. Adicionalmente, si se desea, sólo un tipo único de material de conversión de longitud de onda puede ser utilizado y modelado en la cavidad 160, por ejemplo, en las paredes laterales. En otro ejemplo, el cuerpo de cavidad 105 es utilizado para sujetar el tablero de montaje 104 directamente a la base de montaje 101 sin el uso del anillo de retención del tablero de montaje 103. En otros ejemplos la base de montaje 101 y el difusor de calor 120 pueden ser un componente único. En otro ejemplo, el módulo de iluminación basado en LED 100 se muestra en las figuras 1-3 como parte de una luminaria 150. Como se ilustra en la figura 3, un módulo de iluminación basado en LED 100 puede ser una parte de una lámpara de reemplazo o una lámpara de reconversión. Pero, en otra modalidad, el módulo de iluminación basado en LED 100 puede formarse como una lámpara de reemplazo o lámpara de reconversión y puede considerarse como tal. Por consiguiente, varias modificaciones, adaptaciones, y combinaciones de varias características de las modalidades descritas pueden ser practicadas sin separarse del alcance de la invención como se expone en las reivindicaciones.

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Un dispositivo de iluminación basado en LED, que comprende: una cavidad de conversión de color que comprende una primera área de superficie que incluye un primer material de conversión de longitud de onda y una segunda área de superficie que incluye un segundo material de conversión de longitud de onda; un primer LED que está configurado para recibir una primera corriente, en donde la luz emitida desde el primer LED entra en la cavidad de conversión de color e ilumina principalmente al primer material de conversión de longitud de onda, el primer material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del primer LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el primer LED, tiene una temperatura de color de menos de 1526.85 °C; un segundo LED que está configurado para recibir una segunda corriente, en donde la luz emitida desde el segundo LED entra en la cavidad de conversión de color e ilumina principalmente al segundo material de conversión de longitud de onda, el segundo material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del segundo LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el segundo LED, tiene una temperatura de color de menos de 4726.85 °C; en donde la primera corriente y la segunda corriente son seleccionables para lograr un rango de temperatura de color correlativa (CCT por sus siglas en inglés) de la salida de luz por parte del dispositivo de iluminación basado en LED; y una ventana de salida sobre un puerto de salida de la cavidad de conversión de color, la ventana de salida comprende por lo menos uno del primer material de conversión de longitud de onda y el segundo material de conversión de longitud de onda, en donde la cavidad de conversión de color está configurada para mezclar una primera luz emitida desde el primer LED y convertida por el primer material de conversión de longitud de onda con una segunda luz emitida desde el segundo LED y convertida por el segundo material de conversión de longitud de onda para producir una luz combinada que es emitida a través de la ventana de salida.
2 - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende: un tercer LED que está configurado para recibir una tercera corriente, en donde la luz emitida desde el tercer LED entra en la cavidad de conversión de color e ilumina principalmente a un tercer material de conversión de longitud de onda, el tercer material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del tercer LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el tercer LED, tiene una temperatura de color de menos de 2726.85 °C.
3. - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el segundo LED y el segundo material de conversión de longitud de onda están configurados para producir un punto de color de la luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED que está dentro de un grado de separación Axy de 0.010 de un punto de color objetivo en un diagrama de CIE 1931 xy cuando se suministra la segunda corriente al segundo LED y la primera corriente es sustancialmente de cero.
4. - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer material de conversión de longitud de onda y el segundo material de conversión de longitud de onda están incluidos como parte de una capa transmisora que está físicamente separada de, y dispuesta arriba del primer LED y el segundo LED.
5.- El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer LED y el segundo LED emiten cada uno luz con una longitud de onda de emisión pico dentro de cinco nanómetros entre sí.
6.- El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primero, el segundo, y el tercer LED emiten cada uno luz con una longitud de onda de emisión pico de cinco nanómetros entre sí.
7.- El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primer LED y el primer material de conversión de longitud de onda están configurados para producir luz que es emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED con un punto de color debajo de un lugar de Planck en el espacio de color de CIE 1931 , y en donde el tercer LED y el tercer material de conversión de longitud de onda están configurados para producir luz que es emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED con un punto de color arriba del lugar de Planck en el espacio de color de CIE 1931.
8.- El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque más del cincuenta por ciento de la luz emitida desde el primer LED es dirigida hacia la primera área de superficie, y en donde más del cincuenta por ciento de la luz emitida desde el segundo LED es dirigida hacia la segunda área de superficie.
9.- Un dispositivo de iluminación basado en LED, que comprende: una cavidad de conversión de color que comprende una primera área de superficie que incluye un primer material de conversión de longitud de onda y una segunda área de superficie que incluye un segundo material de conversión de longitud de onda, la cavidad de conversión de color comprende un primer elemento transmisor que tiene una primera área de superficie que incluye un primer material de conversión de longitud de onda y una segunda área de superficie que incluye el segundo material de conversión de longitud de onda, y un segundo elemento transmisor dispuesto arriba y separado de el primer elemento transmisor, el segundo elemento transmisor incluye un tercer material de conversión de longitud de onda; un primer LED que está configurado para recibir una primera corriente, en donde la luz emitida desde el primer LED entra en la cavidad de conversión de color y preferencialmente ilumina principalmente al primer material de conversión de longitud de onda, el primer material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del primer LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el primer LED, tiene una temperatura de color de menos de 1526.85 °C; un segundo LED que está configurado para recibir una segunda corriente, en donde la luz emitida desde el segundo LED entra en la cavidad de conversión de color y preferencialmente ilumina principalmente al segundo material de conversión de longitud de onda, el segundo material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del segundo LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el segundo LED, tiene una temperatura de color de menos de 4726.85 °C; un tercer LED configurado para recibir una tercera corriente, en donde la luz emitida desde el tercer LED entra en la cavidad de conversión de color e ilumina principalmente al tercer material de conversión de longitud de onda; en donde la primera corriente y la segunda corriente son seleccionabas para lograr un rango de temperatura de color correlativa (CCT) de la salida de luz por parte del dispositivo de iluminación basado en LED.
10. - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el primer elemento transmisor se dispone arriba y separado del primer LED y del segundo LED.
11. - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el primero, el segundo, y el tercer LED emiten cada uno luz con una longitud de onda de emisión pico de cinco nanómetros entre sí.
12. - El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 9 caracterizado además porque una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED que está basada en la luz emitida desde el primer LED, tiene un punto de color debajo de un lugar de Planck en el espacio de color de CIE 1931 , y en donde la luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED que está basada en la luz emitida desde el tercer LED, tiene un punto de color arriba del lugar de Planck en el espacio de color de CIE 1931.
13. - Un dispositivo de iluminación basado en LED, que comprende: una cavidad de conversión de color que comprende una primera área de superficie que incluye un primer material de conversión de longitud de onda y una segunda área de superficie que incluye un segundo material de conversión de longitud de onda; un primer LED que está configurado para recibir una primera corriente, en donde la luz emitida desde el primer LED entra en la cavidad de conversión de color y preferencialmente ilumina principalmente al primer material de conversión de longitud de onda, el primer material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del primer LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el primer LED, tiene una temperatura de color de menos de 1526.85 °C; un segundo LED que está configurado para recibir una segunda corriente, en donde la luz emitida desde el segundo LED entra en la cavidad de conversión de color y preferencialmente ilumina principalmente al segundo material de conversión de longitud de onda, el segundo material de conversión de longitud de onda está físicamente separado de una superficie de emisión de luz del segundo LED, en donde una luz emitida desde el dispositivo de iluminación basado en LED, que está basada en la luz emitida desde el segundo LED, tiene una temperatura de color de menos de 4726.85 °C; en donde el segundo LED se monta en un tablero de montaje en un ángulo oblicuo con respecto al primer LED; y en donde la primera corriente y la segunda corriente son seleccionares para lograr un rango de temperatura de color correlativa (CCT) de la salida de luz por parte del dispositivo de iluminación basado en LED.
14.- El dispositivo de iluminación basado en LED de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la primera área de superficie es una ventana de salida transmisora y la segunda área de superficie es una pared lateral reflejante.
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