Aparato (300) de iluminación, que comprende: una placa (302) de montaje esencialmente plana que tiene un primer eje (510) de referencia en un primer plano definido por la placa de montaje;

y una pluralidad de fuentes (301) de luz basadas en LED dispuestas sobre la placa de montaje, teniendo cada fuente de luz un segundo eje (512A, 512B, 512C) de referencia que indica una orientación de la fuente de luz en dicho primer plano, estando designado el segundo eje de referencia de cada fuente de luz para todas las fuentes de luz de la pluralidad de fuentes de luz, caracterizado porque la pluralidad de fuentes de luz basadas en LED están dispuestas sobre la placa de montaje de modo que una primera orientación (514A) de una primera fuente (301A) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512A) de referencia en relación con el primer eje (510) de referencia de la placa de montaje, es diferente de al menos otra primera orientación (514B) de al menos otra fuente (301B) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512B) de referencia en relación con el primer eje (510) de referencia de la placa de montaje

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a luminarias de proyección y a procedimientos para disponer fuentes de luz y estructuras ópticas dentro de tales luminarias para proporcionar una iluminación por proyección sustancialmente uniforme.

Antecedentes

Las luminarias de proyección concentran la luz en una dirección específica. Estas luminarias se han usado durante muchos años en diversas aplica2ciones para la iluminación en teatro, televisión, arquitectónica y general (por ejemplo, proyección de transparencias, iluminación concentrada, ensamblaje semiconductor, instrumentación médica/científica, iluminación de pistas de aeropuertos y edificios de muchas plantas, etc.). Normalmente, estas luminarias incluyen una lámpara incandescente o de descarga de gas montada adyacente a un reflector cóncavo, que refleja la luz a través de un ensamblaje de lentes para proyectar un haz estrecho de luz por una distancia considerable hacia un objeto objetivo.

En los últimos años, los diodos emisores de luz (LED) también se han usado en algunos tipos de luminarias de proyección. En particular, los ensamblajes de chip sobre placa o de montaje superficial de un único LED o de múltiples LED han llamado la atención en la industria para su uso en aplicaciones que requieren una elevada luminancia en combinación con la generación de luz en haz estrecho (para proporcionar un enfoque perfecto/de baja dispersión geométrica de iluminación). Un ensamblaje de LED “chip sobre placa” (COB) se refiere en general a uno o más chips semiconductores (o “dados”) en el que se fabrican una o más uniones de LED, en el que el (los) chip(s) se monta(n) (por ejemplo, adhiere(n)) directamente a una placa de placa de circuito impreso (PCB). Entonces, el (los) chip(s) se une(n) por hilo a la PCB, tras lo cual puede usarse una aplicación de resina epoxídica o plástico para cubrir el (los) chip(s) y las conexiones de hilos. A su vez, uno o más de tales ensamblajes de LED, o “paquetes de LED”, pueden montarse para formar un sustrato o placa de montaje común de una luminaria.

Para algunas aplicaciones de haz estrecho que implican chips o dados de LED, pueden usarse elementos ópticos con el ensamblaje de chip sobre placa de LED para facilitar el enfoque de la luz generada para crear un haz estrecho de luz colimada. La luz colimada es luz cuyos rayos son paralelos y por tanto tiene un frente de onda plano. Las estructuras ópticas para colimar la luz visible, a menudo denominadas “lentes de colimador” o “colimadores”, se conocen en la técnica. Estas estructuras captan y redirigen la luz emitida por una fuente de luz para mejorar su direccionalidad. Un colimador de este tipo es un colimador de reflexión interna total (“TIR”). Un colimador de TIR incluye una superficie interna reflectante que está colocada para captar mucha de la luz emitida por una fuente de luz subtendida por el colimador. La superficie reflectante de los colimadores de TIR convencionales es normalmente cónica, es decir, derivada de una curva parabólica, elíptica o hiperbólica.

Con referencia a la figura 1, un colimador 100 de TIR convencional recoge la luz emitida por una fuente 112 de luz de LED (que puede incluir un ensamblaje de chip sobre placa de LED, o “paquete de LED,” que incluye una o más uniones de LED) y dirige la luz de modo que sale del colimador en una parte 113 superior. Parte de la luz se desplaza desde la fuente 112 a través de una óptica 114 primaria, al interior de una primera cavidad 116, a través de una lente 118 ubicada de manera central, y hacia fuera a través de una segunda cavidad 120. El resto de la luz sale a través de una superficie 122 transparente o reborde 124, que se usa para retener el colimador 100 en un soporte (no mostrado). La luz que no pasa a través de la lente central incide en una pared 126 lateral interna y se refracta cuando pasa del aire en la primera cavidad al interior del material de plástico del colimador. Después se refleja en una superficie 129 reflectante interna. La luz reflejada se refracta de nuevo cuando se desplaza desde el cuerpo de plástico del colimador al aire ambiente, en la superficie 122 transparente. La superficie reflectante es cónica, de modo que un perfil de sección transversal del colimador es parabólico en la superficie reflectante, tal como se muestra en la figura 1.

En el colimador mostrado en la figura 1, la reflexión en la superficie 129 reflectante se produce por reflexión interna total, estableciendo limitaciones sobre la curvatura y forma global del perfil de sección transversal de la superficie reflectante. Debido a la diferencia entre el índice de refracción del colimador 100 y el índice de refracción del aire ambiente, se aplica la ley de Snell y define un ángulo crítico para el ángulo de incidencia, que se forma por un rayo de luz incidente con respecto a una normal de la superficie reflectante. Es decir, para ángulos incidentes por encima del ángulo crítico se refleja toda la luz y no se transmite nada a través de la superficie 129 reflectante o a lo largo de la superficie 129, proporcionando así una reflexión interna total. Para una superficie de contacto plástico (índice de refracción de aproximadamente 1,59) - aire (índice de refracción de 1), el ángulo crítico es de aproximadamente 39 grados. Por tanto, la superficie 129 reflectante se inclina para proporcionar un ángulo de incidencia para la mayor parte de la luz que es superior a aproximadamente 39 grados.

En teoría, los colimadores convencionales pueden producir luz perfectamente colimada desde una fuente puntual ideal en el enfoque. Sin embargo, cuando se usan estos colimadores en aplicaciones de la vida real con una fuente de luz de un área de superficie apreciable (tal como una fuente de luz de LED), la luz no se colima por completo, sino que se dirige hacia un haz cónico divergente. Por ejemplo, la luz proporcionada por una fuente de LED convencional (por ejemplo, un ensamblaje de LED de COB) puede emitirse en un cono que tiene una divergencia del haz de aproximadamente 110 grados (es decir, aproximadamente 55 grados a cada lado de un eje central en una dirección de propagación de la luz), y un colimador similar al mostrado en la figura 1 puede redirigir la luz generada hacia un haz en forma de cono más estrecho con una divergencia de aproximadamente 10 grados (es decir, aproximadamente 5 grados a cada lado del eje central).

En algunas aplicaciones de haz estrecho que implican un paquete de LED (por ejemplo, un ensamblaje de LED de COB que incluye una o más uniones) y un colimador correspondiente, el fenómeno de formación de imágenes por el dado o chip puede ser problemático. En particular, con colimadores relativamente pequeños usados en conjunción con un paquete de LED, la forma generalmente cuadrada o rectangular de la parte emisora de luz de un paquete de LED (es decir, la disposición de uno o más chips en el paquete) puede crear una forma cuadrada o rectangular similar en el patrón de distribución de irradiancia de campo lejano de la luz proyectada desde el colimador. De este modo, puede “formarse una imagen” de la forma cuadrada o rectangular de la parte emisora de luz del paquete de LED en el campo lejano debido a la colimación, que puede dar como resultado una falta de uniformidad de irradiación no deseable en algunas circunstancias. Además, con paquetes de LED que incluyen múltiples uniones que generan diferentes longitudes de onda respectivas de luz (“paquetes de múltiples colores”, tales como RGGB, BGGA y RGBW), el reto del diseño óptico de haz estrecho es incluso superior, por la disparidad de los colores dentro del paquete.

Ejemplos de luminarias convencionales o aparatos se dan a conocer en los documentos GB 2 401 928 A, US 2004/184270 A1 y US 6 367 950 B1.

Sumario de la invención

Diversas realizaciones de la presente invención se refieren en general a luminarias de proyección basadas en LED, y a procedimientos para disponer las fuentes de luz y la óptica en tales luminarias para facilitar la iluminación uniforme en un campo de iluminación objetivo.

Como se comenta a continuación con más detalle, una realización de la presente invención se refiere a un aparato de iluminación, tal como se define en la reivindicación independiente 1.

Otra realización de la presente invención se refiere a un procedimiento para proporcionar iluminación por proyección uniforme tal como se define en la reivindicación independiente 8.

Tal... [Seguir leyendo]

1. Aparato (300) de iluminación, que comprende:

una placa (302) de montaje esencialmente plana que tiene un primer eje (510) de referencia en un primer plano definido por la placa de montaje; y

una pluralidad de fuentes (301) de luz basadas en LED dispuestas sobre la placa de montaje, teniendo cada fuente de luz un segundo eje (512A, 512B, 512C) de referencia que indica una orientación de la fuente de luz en dicho primer plano, estando designado el segundo eje de referencia de cada fuente de luz para todas las fuentes de luz de la pluralidad de fuentes de luz, caracterizado porque la pluralidad de fuentes de luz basadas en LED están dispuestas sobre la placa de montaje de modo que una primera orientación (514A) de una primera fuente (301A) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512A) de referencia en relación con el primer eje

(510) de referencia de la placa de montaje, es diferente de al menos otra primera orientación (514B) de al menos otra fuente (301B) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512B) de referencia en relación con el primer eje (510) de referencia de la placa de montaje.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada fuente (301) de luz basada en LED comprende un paquete de LED que incluye un ensamblaje de chip sobre placa de chips de múltiples LED.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que cada fuente de luz basada en LED comprende además un colimador (315) acoplado al paquete de LED.

4. Aparato según la reivindicación 2, en el que al menos la primera orientación (514A) de la primera fuente (301A) de luz se basa al menos en parte en al menos un espectro de emisión de los chips de múltiples LED.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que al menos la primera orientación de la primera fuente de luz se basa al menos en parte en una simetría de rotación del al menos un espectro de emisión de los chips de múltiples LED.

6. Aparato según la reivindicación 2, en el que los chips de múltiples LED están dispuestos en el ensamblaje de chip sobre placa para formar un área de emisión de luz que tiene una forma geométrica, y en el que al menos la primera orientación de la primera fuente de luz se basa al menos en parte en una simetría de rotación de la forma geométrica.

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada fuente de luz de la pluralidad de fuentes de luz tiene una orientación única en relación con el primer eje de referencia de la placa de montaje.

8. Procedimiento para proporcionar iluminación por proyección uniforme, comprendiendo el procedimiento la etapa de: disponer una pluralidad de fuentes (301) de luz basadas en LED sobre una placa (302) de montaje esencialmente plana de modo que al menos dos fuentes (301A, 301B) de luz basadas en LED de la pluralidad de fuentes de luz basadas en LED tienen diferentes orientaciones (514A, 514B) con respecto a un primer eje de referencia en un plano definido por la placa de montaje común, en el que la pluralidad de fuentes de luz basadas en LED, cuando se energizan, proyectan una pluralidad correspondiente de haces colimados hacia un campo de iluminación objetivo, solapándose los haces al menos parcialmente en el campo de iluminación objetivo.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la placa (302) de montaje esencialmente plana tiene un primer eje (510) de referencia en un primer plano definido por la placa de montaje; cada fuente de luz tiene un segundo eje (512A, 512B) de referencia que indica una orientación (514A, 514B) de la fuente de luz, estando designado el segundo eje de referencia para cada fuente de luz de manera idéntica para todas las fuentes de luz de la pluralidad de fuentes de luz; y la pluralidad de fuentes de luz basadas en LED están dispuestas sobre la placa de montaje de modo que una primera orientación (514A) de una primera fuente (301A) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512A) de referencia en relación con el primer eje (510) de referencia de la placa de montaje, es diferente de al menos otra orientación (514B) de al menos otra fuente (301B) de luz de la pluralidad de fuentes de luz tal como se define por su segundo eje (512B) de referencia en relación con el primer eje (510) de referencia de la placa de montaje.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que cada fuente de luz basada en LED comprende un paquete de LED que incluye un ensamblaje de chip sobre placa de chips de múltiples LED y un colimador acoplado al paquete de LED.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que al menos la primera orientación de la primera fuente de luz se basa al menos en parte en al menos un espectro de emisión de los chips de múltiples LED.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que al menos la primera orientación de la primera fuente de luz se basa al menos en parte en una simetría de al menos un espectro de emisión de los chips de múltiples LED.

13. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que los chips de múltiples LED están dispuestos en el ensamblaje de chip sobre placa para formar un área de emisión de luz que tiene una forma geométrica, y en el que al

menos la primera orientación de la primera fuente de luz se basa al menos en parte en una simetría de rotación de la forma geométrica.

14. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que cada fuente de luz de la pluralidad de fuentes de luz tiene una orientación única respecto al primer eje de referencia de la placa de montaje.