BRPI0812044B1

BRPI0812044B1 - aparelho de iluminação

Info

Publication number: BRPI0812044B1
Application number: BRPI0812044A
Authority: BR
Inventors: Li Zhang; Franklin Wall; Richard S. Kern; Jeffrey D. Kmetec
Original assignee: Philips Lumileds Lighting Company, Llc; Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2018-11-13
Also published as: EP2162925B1; CN101711435A; KR101477474B1; KR20100017930A; US7700967B2; US20080290362A1; RU2009148312A; RU2470413C2; BRPI0812044A2; EP2162925A1; JP5439365B2; TWI446592B; TW200913319A; CN101711435B; JP2010528467A; WO2008146200A1

Description

(54) Título: APARELHO DE ILUMINAÇÃO (73) Titular: PHILIPS LUMILEDS LIGHTING COMPANY, LLC. Endereço: 370 WESTTRIMBLE ROAD MS 91/MG, SAN JOSE, CALIFÓRNIA 95131, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US); KONINKLIJKE PHILIPS N.V.. Endereço: High Tech Campus 5, NL-5656 AE, Eindhoven, Países Baixos., HOLANDA(NL) (72) Inventor: LI ZHANG; FRANKLIN WALL; RICHARD S. KERN; JEFFREY D. KMETEC.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 13/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 13/11/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados “APARELHO DE ILUMINAÇÃO”

A presente invenção trata de um dispositivo de iluminação e, mais especificamente, à conversão de comprimento de onda de luz produzida por fontes de luz de alta radiância tais como dispositivos emissores de luz semicondutores.

Dispositivos de iluminação que utilizam diodos de emissão de luz (LEDs), vem se tomando crescentemente comuns em muitas aplicações de iluminação. Geralmente, LEDs utilizam conversão fosforescente da emissão primária para gerar luz branca porém o material fosforescente também pode ser usado, mas os materiais fosforescentes também podem ser usados para criar cores mais saturadas como vermelho, verde e amarelo.

Dispositivos convencionais que colocam o material fosforescente em contato físico com os LEDs se ressentem de desvantagens tais como gama de temperatura de ligação limitada. Outrossim, a opção de escolha de material de ligação pode exercer um impacto sobre o custo assim como a confiabilidade, p. ex., causada por tensão mecânica termicamente induzida. Por conseguinte, aperfeiçoamentos são desejáveis,

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um dispositivo de iluminação inclui uma fonte de luz tal como um ou mais diodos emissores de luz e um elemento conversor de comprimento de onda que é montado sobre uma estrutura de suporte opaca. A estrutura de suporte inclui uma abertura com a qual o elemento conversor de comprimento de onda é alinhado para que a luz convertida seja emitida através da abertura. O elemento conversor de comprimento de onda pode ser uma estrutura rígida tal como uma cerâmica luminescente e a abertura pode ser um orifício através da estrutura de suporte. A estrutura de suporte pode sustentar o elemento conversor de comprimento de onda de modo que ele seja fisicamente separado da fonte de luz, ou altemativamente, a estrutura de suporte pode colocar o elemento conversor de comprimento de onda em contato físico com a fonte de luz.

A fig. 1 é uma vista lateral de um dispositivo de iluminação de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A fig. 2 é uma vista lateral de um dispositivo de iluminação similar àquele mostrado na fig. 1, porém com o elemento conversor de comprimento de onda em contato físico com a fonte de luz.

A fig. 3 ilustra um dispositivo de iluminação similar aquele mostrado na fig. 1, mas com um elemento óptico montado na abertura da estrutura de suporte.

A fig. 4 ilustra um elemento óptico externo que é afixado ao dispositivo de iluminação usando a abertura na estrutura de suporte como um alinhamento.

A fig. 5 ilustra um dispositivo de iluminação similar àquele mostrado na fig. 1 com a estrutura de suporte montada em um substrato ampliado.

A fig. 6 ilustra um dispositivo de iluminação similar àquele mostrado na fig 1 com a estrutura de suporte montada no dissipador de calor.

De acordo com uma modalidade da presente invenção o elemento conversor de comprimento de onda em um dispositivo de iluminação é fisicamente suportado por uma estrutura que inclui uma abertura através da qual a luz convertida e uma parte da luz de bombeamento, se desejado, pode ser emitida.

A fig. 1 é uma vista lateral que ilustra um dispositivo de iluminação 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O dispositivo de iluminação 100 inclui uma fonte de luz 102, que pode ser, p.ex. um dispositivo emissor de luz semicondutor, tal como um ou mais diodos emissores de luz (LED) 104 ou outros tipos de fontes de luz que podem produzir luz de pequeno comprimento de onda tal como uma lâmpada de xenônio ou lâmpada de mercúrio. A título de exemplo, os LEDs 104 são azul ou ultravioleta e podem ser dispositivos de alta radiância, tal como do tipo descrito no documento US SN 10/652.348 intitulado “Package for a Semiconductor Light Emitting Device”, por Frank Wall & al, depositado em 29 de agosto de 2003, publicação n° 2005/0045901 tendo a mesma cessionária da presente invenção e que é aqui incorporada a título de referência. O padrão de emissão angular do LEDs 104 pode ser lambertiano ou controlado usando cristais fotônicos tais como estruturas reticuladas. Os diodos emissores de luz 104 são ilustrados como sendo montados sobre um sub-apoio 106, que pode ser p. ex. de cerâmica ou silício e pode incluir os contatos elétricos necessários para os LEDs 104. O sub-apoio 106 pode ser montado sobre um dissipador de calor 108. Se desejado outras estruturas de suporte além do subapoio 106 e do dissipador de calor 108 podem ser usadas.

O dispositivo de iluminação 100 inclui um elemento conversor de comprimento de onda 110 que é montado sobre e retido por uma estrutura de suporte 112 que inclui uma abertura 114. Embora não mostrada na figura 1, a estrutura de suporte 112 pode ser fisicamente montada ou conectada com várias partes do dispositivo de iluminação como será discutido abaixo. A abertura 114 é posicionada sobre o elemento conversor de comprimento de onda 110 para transmitir a luz emitida para frente pelo elemento conversor de comprimento de onda 110 (e qualquer luz de bombeamento emitida pelos LEDs 104 que passe através do elemento conversor de comprimento de onda 110). Em uma modalidade, a estrutura de suporte 112 pode ser produzida de forma que a abertura 114 seja um orifício através da estrutura de suporte 112 que pode ser fabricada de um material opaco por estampagem, moldagem ou usinagem. A estrutura de suporte 12, a título de exemplo, pode ser fabricada de um metal ou liga metálica, tal como alumínio, cobre ou outro material apropriado. O elemento conversor de comprimento de onda 110 é afixado à parte superposta 116 da estrutura de suporte 112, por exemplo, por epóxi, vidro, solda ou outro material apropriado. Em outra modalidade, a estrutura de suporte 112 pode ser fabricada de um material transparente, e.g. vidro de PLC (polímero líquido cristalino), silício, ou outro material apropriado, que é revestido com um material reflexivo, p ex., sobre a superfície 118 à qual o material conversor de comprimento de onda 110 é afixado. Em uma modalidade deste tipo, a abertura 114 é definida pela ausência do material reflexivo.

Montando o elemento conversor de comprimento de onda 110 em uma estrutura de suporte 112, como oposta à fonte de luz, o conjunto do aparelho de iluminação 100 é simplificado e evita expor os LEDs 102 a grandes variações de temperatura. Outrossim, a estrutura de suporte 112 bloqueia o escapamento de luz azul enquanto o elemento conversor de comprimento de onda 110 mistura a luz proveniente de múltiplos dados enquanto potencialmente proporcionando uma fonte de luz contígua aparente.

Em uma modalidade, os lados do elemento conversor de comprimento de onda 110 podem revestidos com um revestimento reflexivo 120 tal como uma camada de alumínio, prata ou filme reflexivo ESR da 3M ou qualquer outro material reflexivo apropriado, para reciclar a luz lateralmente emitida pelo elemento conversor de comprimento de onda 110. Outrossim, a parte superposta 116 da estrutura de suporte 112 e/ou do material ligante pode ser reflexiva para aumentar a reciclagem da luz que não é emitida através da abertura 114.

O elemento conversor de comprimento de onda 110 pode ser formado de um material rígido, particularmente na modalidade em que a abertural 14 é formada como um orifício através da estrutura de suporte 112. A título de exemplo, o elemento conversor de comprimento de onda 110 pode ser uma placa de cerâmica, por vezes aqui designado de uma “cerâmica luminescente”. As placas de cerâmica são geralmente camadas auto-estáveis e podem ser translúcidas ou transparentes para comprimentos de onda específicos, que podem reduzir a perda por dispersão associada com as camadas conversoras de comprimento de luz de comprimento de onda não transparentes tais como camadas de conformação. Camadas de cerâmica luminescentes podem ser mais robustas que camadas de filme delgadas ou camadas fosforescentes de conformação. Em algumas modalidades, outros materiais além de cerâmicas luminescentes.podem ser usados como o elemento conversor de comprimento de onda 110, tais como materiais fosforescentes em um material ligante.

Exemplos de materiais fosforescentes que podem ser conformados em camadas de cerâmica luminescente incluem materiais fosforescentes de granada de alumínio com a fórmula geral Lui__x._y._a._bY_xGdy)_y(Ali.Ga_z)₅Oi2Ce_aPr_b na qual 0<x<l, 0<y<l, 0<z<0,l, 0<a<0,2 e 0<b<0,l, tais como Lu₃Al₅Oi2;Ce³⁺ e Y3Al5Oi2;Ce³⁺ que emitem luz na faixa amarelo verde, e (Sri.x._yBa_xCa_y)2._zSi₅Al_aN₈:_aO_a:Eu_z ²⁺na qual 0<a<5,0<x< 1, 0 < 1 tal como Sr2Si5N8:Eu , que emite luz na faixa vermelha. Placas de cerâmica de Y3Al50i2:Ce apropriadas podem ser adquiridas da Baikowski Intemational Corporation de Charlotte, N.C. Outros materiais fosforescentes verde-amarelo, e materiais fosforescentes emissores de vermelho também podem ser apropriados, incluindo Sri_a.bCabBac)SixNyOz:Eua^2x (a=0,002 -0,2, b=0,0-0,25, c=0,0-0,25, x=l,5-2,5. y=l,5-2,5, z=l,5-2,5) incluindo, por exemplo, SrSÍ2N2O₂:Eu ²⁺; (Sri.u.v.xMguCavBax)(Ga2_y.zAlyInzS4):Eu ²⁺incluindo, por exemplo, SrGa2S₄:Eu ²⁺; Srj.xBaxSiO4:Eu ^2x; e (Cai_xSr_x)S:Eu²⁺no qual O < x < 1 incluindo, por exemplo, CaS:Eu²⁺ e SrS:Eu²⁺.

Uma cerâmica luminescente pode ser formada pelo aquecimento de um material fosforescente em pó sob alta pressão até a superfície das partículas de material fosforescente principiar a amolecer e se fundir. As partículas parcialmente derretidas se aglomeram para formar um aglomerado rígido de partículas. Distintamente de uma película delgada, que se comporta opticamente como uma única grande partícula de material fosforescente sem quaisquer descontinuidades ópticas, uma cerâmica luminescente se comporta como partículas de material fosforescente individuais compactas, de tal modo que existam pequenas descontinuidades ópticas na interface entre diferentes partículas de material fosforescente. Assim as cerâmicas luminescentes são opticamente quase homogêneas e têm o mesmo índice refrativo do material de material fosforescente formador da cerâmica luminescente. Distintamente de uma camada de material fosforescente de conformação ou de uma camada de material fosforescente disposta em um material transparente ou de uma camada de material fosforescente disposta em um material transparente tal como uma resina, uma cerâmica luminescente geralmente dispensa qualquer material ligante (tal como uma resina orgânica ou epóxi), de forma que existe muito pouco espaço ou material de um índice refrativo diferente entre as partículas de material fosforescente individuais. Por conseguinte, uma cerâmica luminescente é transparente ou translúcida distintamente de uma camada de material fosforescente de conformação. Para maiores informações relativas a uma cerâmica luminescente que pode ser usada com a presente invenção, veja-se a Publicação US n°2005/0269582 que é aqui incorporada à titulo de referência.

Um revestimento anti-reflexo 122 é depositado sobre o lado de entrada do elemento conversor de comprimento de onda 110, para que o revestimento anti-reflexivo 122 possa situar-se entre o elemento conversor de comprimento de onda 110 e os LEDs 104. Em outra modalidade, o revestimento 122 pode ser um elemento separador de cor, tal como um filtro dicróico, que transmite a luz de emissão de azul e reflete os comprimentos de onda na faixa de luz convertida pelo elemento conversor de comprimento de onda 110. O elemento de separação de cor 116 pode ser um revestimento de aceitação de alta angular que é diretamente aplicado ao lado de entrada 111 do elemento de conversão de comprimento de onda 110 que confronta a fonte de luz 102.

Como ilustrado na fig. 1, a estrutura de suporte 112 pode ser posicionada de forma que o elemento conversor de comprimento de onda 110 seja fisicamente separado da fonte de luz 102 ao longo do trajeto óptico (geralmente ilustrado peã seta 103). Assim, o elemento conversor de comprimento de onda 110 (e o revestimento anti-reflexivo 122) não estão em contato com a fonte de luz 102.0 meio entre o elemento conversor de comprimento de onda 110 (e o revestimento anti-reflexivo 122), e a fonte de luz 102 pode ser, e.g., ar, gás ou um vácuo. Assim, a luz emitida pela fonte de luz 102 tem de ser propagar através do intervalo entre a fonte de luz 102 e o elemento conversor de comprimento de onda 110 (e o revestimento antireflexo 122) A distância da separação fisica entre a fonte de luz 102 o elemento conversor de comprimento de onda 110 pode variar, porém em uma modalidade está faixa de 50 pm, 250 pm. Em uma modalidade, a separação física entre a fonte de luz 102 e o elemento conversor de comprimento de onda 110 é suficiente para prevenir aquecimento condutivo substancial do elemento conversor de comprimento de onda 110 pela fonte de luz 102. Em outra modalidade, um enchimento ou material ligante tal como gel de silicone ou outro material apropriado ode ser usado para preencher o intervalo entre a fonte de luz 102 o elemento conversor de comprimento de onda 110.

A fig. 2 é uma vista lateral que ilustra um dispositivo de iluminação 150, de acordo com outra modalidade da presente invenção. O dispositivo de iluminação 150 é substancialmente similar ao dispositivo de iluminação 100, mostrado na figura 1, elementos designados idênticos sendo os mesmos. Todavia, como ilustrado na fig. 2, a estrutura de suporte 112 no aparelho de iluminação 150 aloja o elemento conversor de comprimento de onda 110 de forma que inexista intervalo entre o elemento conversor de comprimento de onda 110 e a fonte de luz 102, o elemento conversor de comprimento de onda 110 está em contato físico com a fonte de luz 102 através do revestimento anti-reflexivo. O elemento conversor de comprimento de onda 110 pode ser ligado com a fonte de luz 102 se desejado para acoplamento óptico ideal.

A fig. 3 é uma vista lateral que ilustra um dispositivo de iluminação 200 que é substancialmente similar ao dispositivo de iluminação 100, mostrado na fig. 1, elementos designados idênticos sendo os mesmos. O dispositivo de iluminação 200, todavia, inclui um elemento óptico 202, tal como uma lente em domo no interior da abertura 114. O elemento óptico pode ser montado no elemento conversor de comprimento de onda 110 através da abertura 114. De maneira alternativa, se a estrutura de suporte 112 é de um material transparente com um revestimento reflexivo para definir a abertura 114, o elemento óptico pode ser ligado com ou integralmente formado com a estrutura de suporte 112. Deve ser entendido que a estrutura de suporte 112 do aparelho de iluminação 20 pode ser posicionada para colocar o elemento conversor de comprimento de onda 110 em contato com a fonte de luz 102, como ilustrado na fig. 2.

Uma vantagem do uso da estrutura de suporte 112 com abertura 114 é que a abertura 114 pode ser usada como um registro para montar elementos adicionais no aparelho de iluminação 100 ou altemativamente, para montar o dispositivo de iluminação 100 em outra estrutura. A título de exemplo, a fig. 4 ilustra um elemento óptico 220 sendo afixado ao dispositivo de iluminação 100, como ilustrado pela seta 222. O elemento óptico 220 inclui uma protuberância que é dimensionada para encaixar a abertura 224. Assim, a abertura 114 atua como um indicador de alinhamento para o elemento óptico 220. Naturalmente, outros elementos ópticos ou não-ópticos podem usar a abertura 114 para alinhamento.

A fig. 5 ilustra uma vista lateral de um dispositivo de iluminação 300 que é similar ao dispositivo de iluminação 200 mostrado na fig.3, porém, com a estrutura de suporte 312 montada em um substrato ampliado 308. A fig. 6 é similar à fig. 5, porém com um dispositivo de iluminação 350 munido de uma estrutura de suporte 362 sendo montada no dissipador de calor 356, que pode proporcionar um ambiente hermeticamente selado para a fonte de luz 102.

Embora a presente invenção seja ilustrada em conexão com modalidades específicas para fins de instrução, a presente invenção não está 5 limitada às mesmas. Várias adaptações e modificações podem ser introduzidas sem se afastar do âmbito da invenção. Por conseguinte, o espírito e âmbito das reivindicações apensas não devem ser limitados à descrição precedente.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de iluminação que compreende:

uma fonte de luz (102) compreendendo uma pluralidade de diodos emissores de luz (104);

um elemento conversor de comprimento de onda (110) que recebe a luz emitida pela fonte de luz (102), o elemento conversor de comprimento de onda (110) pelo menos parcialmente convertendo a luz emitida e produzindo a luz convertida, o aparelho caracterizado por compreender uma estrutura de suporte (112), que é opaca tendo uma abertura (114) ou é formada de um material transparente revestido com uma camada reflexiva, cuja ausência de uma área da dita estrutura de suporte define a abertura (114), o elemento conversor de comprimento de onda (110) sendo montado em uma parte (116) da estrutura de suporte (112) superposta ao dito elemento conversor de comprimento de onda (110), e alinhado com a abertura (114) de modo que a luz convertida produzida pelo elemento conversor de comprimento de onda (110) seja emitida através da abertura (114), em que o elemento conversor de comprimento de onda (110) está localizado entre a fonte de luz (102) e a abertura (114) da estrutura de suporte, e em que a abertura (114) e o elemento conversor de comprimento de onda (110) são dimensionados e posicionados de tal forma que o elemento conversor de comprimento de onda (110) mescla a luz proveniente da pluralidade de diodos emissores de luz (104) e em que a parte superposta (116) da estrutura de suporte (112) é reflexiva para aumentar a reciclagem da luz não emitida através da abertura (114) e as superfícies laterais do elemento conversor de comprimento de onda (110) são revestidas

Petição 870180066809, de 01/08/2018, pág. 6/12 com um revestimento reflexivo (120) para reciclar a luz lateralmente emitida pelo elemento conversor de comprimento de onda (110).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento conversor de comprimento de onda (110) é um material auto-sustentável rígido.
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento conversor de comprimento de onda (110) é uma cerâmica luminescente.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura (114) é um orifício através da estrutura de suporte (112).
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento óptico (202) acoplado com a abertura (114).
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (202) é montado no elemento conversor de comprimento de onda (110) através da abertura (114).
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (202) é integralmente formado com a estrutura de suporte (112) e a abertura (114).
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento óptico (202) que é montado na estrutura de suporte (112) usando a abertura (114) para alinhamento.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um substrato (106), a pluralidade de diodos de emissão de luz (104) sendo acoplada com o substrato (106) e a estrutura de suporte (112) sendo acoplada com o substrato (106).
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

Petição 870180066809, de 01/08/2018, pág. 7/12 pelo fato de que compreende ainda um dissipador de calor (108), a pluralidade de diodos de emissão de luz (104) sendo acoplada com o dissipador de calor (108) e a estrutura de suporte (112) sendo acoplada com o dissipador de calor (108).

5
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de suporte (112) retém o elemento conversor de comprimento de onda (110) de forma que não esteja em contato físico com a fonte de luz (102).
12. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 10 pelo fato de que a estrutura de suporte (112) retém o elemento conversor de comprimento de onda (110) de forma que esteja em contato físico com a fonte de luz (102).
13. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um revestimento anti-reflexivo (122)
15 sobre o elemento conversor de comprimento de onda (110), o revestimento anti-reflexivo (122) sendo localizado entre o elemento conversor de comprimento de onda (110) e a fonte de luz (102).

Petição 870180066809, de 01/08/2018, pág. 8/12

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