Dispositivo óptico para lámpara basada en LED.

Un dispositivo óptico para distribuir emisiones radiantes de un emisor de luz, comprendiendo el dispositivo óptico:

una sección de transferencia

(701); y

una sección de eyección (703) situada sobre la sección de transferencia (701), pudiendo dicha sección de transferencia accionarse para su colocación sobre un emisor de luz (22, 23, 24) y accionarse para transferir una emisión radiante desde dicho emisor de luz (22, 23, 24) a dicha sección de eyección (703), estando dicha sección de eyección conformada de tal modo que la emisión se redistribuye externamente en un ángulo sólido, caracterizado porque

dicha sección de eyección (703) tiene una superficie superior (690) que comprende una disposición radial de hendiduras en V,

en el que dicha sección de eyección (703) tiene una superficie superior con un perfil de una espiral equiangular con su centro en un borde superior de dicha sección de transferencia, de tal modo que las líneas de cresta (691) de las hendiduras en V se curvan hacia abajo hacia un punto central hundido de la superficie superior (690).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2004/038584.

Solicitante: Light Engine Limited.

Nacionalidad solicitante: China.

Dirección: 6/F, Photonics Centre, 2 Science Park East Avenue, Shatin Hong Kong CHINA.

Inventor/es: BENITEZ,PABLO, PARKYN,WILLIAM,A.,JR, MINANO,JUAN-CARLOS, CHAVES,JULIO CESAR, FALICOFF,WAQIDI, MUNOZ,FERNANDO, SUN,YUPIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > H01L21/00 (Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas)
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Sistemas con superficies reflectantes, con o sin... > G02B17/08 (Sistemas catadióptricos)
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Objetivos ópticos especialmente concebidos para... > G02B13/18 (con dos lentes que tienen una o varias superficies no esféricas, p. ej. para reducir la aberración geométrica)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION > DETALLES O CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS... > Refractores para fuentes de luz (caracterizadas por... > F21V5/04 (de forma lenticular)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > H01L33/00 (Dispositivos semiconductores que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie especialmente adaptados para la emisión de luz; Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Detalles (H01L 51/50  tiene prioridad; dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores formados en o sobre un sustrato común y que incluyen componentes semiconductores con al menos una barrera de potencial o de superficie, especialmente adaptados para la emisión de luz H01L 27/15; láseres de semiconductor H01S 5/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION > DETALLES O CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS... > Reflectores para fuentes de luz (caracterizadas por... > F21V7/04 (Trazado óptico (F21V 7/22 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Lentes simples o compuestas (ojos artificiales A61F... > G02B3/02 (de superficies no esféricas (G02B 3/10 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Objetivos ópticos especialmente concebidos para... > G02B13/20 (Objetivos de foco blando (elementos difusores en general G02B 5/02))

PDF original: ES-2544232_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo óptico para lámpara basada en LED

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a los diodos de emisión de luz (LED) , en particular a medios ópticos para producir diversas distribuciones de intensidad de luz de campo lejano para los LED.

Las lámparas incandescentes convencionales de menos de 100 lúmenes de salida pueden equipararse a los LED más recientes de color blanco, aunque a un mayor precio. En este extremo inferior del intervalo de lúmenes, la mayoría de aplicaciones incandescentes son alimentadas por batería. Es deseable tener un LED adecuado para una instalación directa en lugar de una bombilla de linterna fundida.

Los LED pueden ofrecer una eficacia luminosa superior frente a las lámparas incandescentes convencionales que se usan en las linternas accionadas por batería. Además, los LED son mucho más tolerantes a los choques, a la vibración y a la tensión por compresión. A pesar de que, en la actualidad, su producción cuesta más que las de tipo incandescente, su vida útil es diez mil veces más duradera. Para una mayor eficacia, las bombillas de linterna se calientan, por lo tanto estas duran por lo general solo unas pocas horas hasta la rotura del filamento. Además, los precios de los LED siguen cayendo, junto con los de los componentes electrónicos de control para manipular las variaciones en el voltaje de la batería.

De hecho, las linternas de LED ya se encuentran disponibles comercialmente, pero sus ópticas han de adaptarse a la geometría de los diodos de emisión de luz, que solo emiten a un hemisferio. Las lámparas de LED convencionales son inadecuadas para una instalación directa en las linternas convencionales, tanto eléctrica como ópticamente. Las lámparas de LED son eléctricamente inadecuadas debido a que estas son dispositivos accionados por corriente, mientras que las baterías son fuentes de voltaje. Las variaciones típicas en el voltaje de las baterías nuevas son suficientes para superar un intervalo de voltajes de funcionamiento tolerable de un LED. Esto da lugar a unas corrientes tan altas que el calentamiento óhmico en el interior de la pastilla supera la capacidad de la conducción térmica para eliminarlo, dando lugar a una subida de temperatura incontrolada que destruye la pastilla. Por lo tanto, un dispositivo de control de corriente ha de acompañar a la lámpara.

Las lámparas de LED convencionales son ópticamente inadecuadas para una instalación directa en los reflectores parabólicos de las linternas. Esto es debido a que su configuración de lente en forma de bala forma un haz angosto que erraría por completo una parábola cercana. Usar en su lugar una cúpula no direccional de emisión de forma semiesférica, centrada sobre la pastilla luminosa, da la máxima difusión comercialmente disponible, un patrón lambertiano, con una dependencia de sen2 del flujo rodeado con un ángulo con respecto al eje de la lámpara. Debido a que para un reflector de linterna parabólico típico se extiende de 45º a 135º, un LED con un patrón semiesférico no presenta una correspondencia adecuada debido a que su emisión cae a cero a solo = 90º. Esto daría como resultado un haz que sería muy brillante en el exterior y completamente oscuro a medio camino hacia el interior. Lo que es aún peor, este patrón de haz inferior a partir de un LED semiesférico necesitaría mantenerse en el punto focal de la parábola, varios milímetros por encima del zócalo en el que se instala una bombilla incandescente convencional.

Otro tipo de lámpara alimentada por batería utiliza lámparas fluorescentes cilíndricas. A pesar de que los LED no ofrecen aún una mejor eficacia luminosa, las lámparas fluorescentes son sin embargo relativamente frágiles y requieren unos voltajes peligrosamente altos. Una lámpara basada en LED cilíndrica de bajo voltaje podría proporcionar de forma ventajosa la misma salida luminosa que una lámpara fluorescente.

Para abordar las necesidades expuestas anteriormente, la solicitud de patente estadounidense con n.º 10/461.557, "OPTICAL DEVICE FOR LED-BASED LIGHT-BULB SUBSTITUTE", presentada el 12/6/2003, da a conocer tales lámparas basadas en LED con las que las actuales linternas de bombilla fluorescente e incandescente pueden actualizarse. No obstante, a menudo es deseable que las lámparas de LED, tales como las que se describen en la solicitud de patente estadounidense con n.º 10/461.557, tengan otras distribuciones de intensidad de campo lejano de interés. Asimismo, la solicitud de patente estadounidense con n.º 10/461.557 menciona la función de mezclado de color, para hacer que las diferentes longitudes de onda de los chips tengan las mismas intensidades relativas en la totalidad de la luz que sale de la sección de eyección 12. Esto asegura que los espectadores verán solo el tono metamérico previsto y no cualquier color de los chips individuales. Anteriormente se han usado varillas de mezclado rectangulares para transformar el punto focal redondo de una lámpara elipsoidal en un rectángulo iluminado de manera uniforme, por lo general en proyectores de cine. En general, las varillas de mezclado poligonales funcionaban mejor con un número par de lados, en particular cuatro y seis. No obstante, con el mezclado de color para los LED, tales varillas son poco eficientes debido a que la mitad de la emisión lambertiana de un LED se escapará desde la base de la varilla.

Un sistema óptico de fluido de la técnica anterior se da a conocer en el documento US 5.555.493 A. El documento US 2.848.601 da a conocer características que están dentro del preámbulo de la reivindicación 1.

Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica de lámparas de LED eficaces y ópticamente adecuadas con diversas distribuciones de intensidad de campo lejano y que tengan una conformación apropiada de sus secciones de transferencia posibilitando que se usen unas secciones transversales poligonales.

Resumen de la invención La presente invención aborda de forma ventajosa las necesidades anteriores así como otras necesidades mediante la provisión de un dispositivo óptico para lámparas basadas en LED con configuraciones para diversas distribuciones de intensidad de campo lejano. El dispositivo óptico de la presente invención está definido en la reivindicación independiente 1. Aspectos adicionales y realizaciones preferidas de esta invención están definidos en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, la sección de eyección tiene una superficie superior con un perfil de una espiral equiangular con un centro en un borde superior de dicha sección de transferencia. La sección de eyección incluye una superficie que comprende una disposición radial de hendiduras en V. Algunas realizaciones prevén que una superficie de dicha sección de transferencia comprenda una disposición de hendiduras en V. Además, la sección de transferencia puede ser poligonal, puede estar facetada y / o tener otras configuraciones.

En una realización, la invención puede caracterizarse como un dispositivo óptico para distribuir una emisión radiante de un emisor de luz que comprende una sección de transferencia inferior y una sección de eyección superior que está situada sobre la sección de transferencia inferior. La sección de transferencia inferior puede accionarse para su colocación sobre el emisor de luz y puede accionarse para transferir la emisión radiante a la sección de eyección superior. La sección de eyección superior está conformada de tal modo que la luz en su interior se redistribuye fuera de una superficie externa de la sección de eyección superior en un ángulo sólido sustancialmente más grande que un hemisferio, y que se aproxima al de una bombilla de linterna incandescente. La sección de eyección... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo óptico para distribuir emisiones radiantes de un emisor de luz, comprendiendo el dispositivo óptico:

una sección de transferencia (701) ; y una sección de eyección (703) situada sobre la sección de transferencia (701) , pudiendo dicha sección de transferencia accionarse para su colocación sobre un emisor de luz (22, 23, 24) y accionarse para transferir una emisión radiante desde dicho emisor de luz (22, 23, 24) a dicha sección de eyección (703) , estando dicha sección de eyección conformada de tal modo que la emisión se redistribuye externamente en un ángulo sólido, caracterizado porque dicha sección de eyección (703) tiene una superficie superior (690) que comprende una disposición radial de hendiduras en V, en el que dicha sección de eyección (703) tiene una superficie superior con un perfil de una espiral equiangular con su centro en un borde superior de dicha sección de transferencia, de tal modo que las líneas de cresta (691)

de las hendiduras en V se curvan hacia abajo hacia un punto central hundido de la superficie superior (690) .

2. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que dichas hendiduras en V subtienden ángulos rectos.

3. El dispositivo óptico según las reivindicaciones 1 a 2, en el que una superficie de dicha sección de transferencia 20 comprende una disposición de hendiduras en V.

4. El dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicha sección de transferencia es un cilindro.

5. El dispositivo óptico según las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha sección de transferencia es poligonal. 25

6. El dispositivo óptico según las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha sección de transferencia está facetada.