ES2640092T3 - Dispositivo de iluminación de estado sólido - Google Patents

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ES2640092T3
ES2640092T3 ES14719325.4T ES14719325T ES2640092T3 ES 2640092 T3 ES2640092 T3 ES 2640092T3 ES 14719325 T ES14719325 T ES 14719325T ES 2640092 T3 ES2640092 T3 ES 2640092T3
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Rifat Ata Mustafa Hikmet
Leendert Van Der Tempel
Ties Van Bommel
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Abstract

Un dispositivo (1) de iluminación SSL que comprende: una carcasa (2) que tiene una superficie (3) interior reflectante; una guía (6) de luz alargada que incluye un material (10) de conversión de longitud de onda para convertir luz en un primer rango de longitud de onda a luz en un segundo rango de longitud de onda, la guía (6) de luz alargada que se extiende entre dos extremos (7a, 7b) y que además comprende una porción (18) para recibir luz y una porción (19) para emitir luz, en donde la porción (18) para recibir luz está dispuesta dentro de la carcasa (2) y la porción (19) para emitir luz está dispuesta fuera de la carcasa (2) y en donde al menos uno de los dos extremos (7a, 7b) que está fuera de la carcasa, forma la porción (19) para emitir luz; y una pluralidad de fuentes (4) de luz SSL que están configuradas para emitir luz en el primer rango de longitud de onda y que están dispuestas dentro de la carcasa (2) a una distancia desde y a lo largo de la dirección longitudinal de la guía (6) de luz alargada, en donde una parte de la luz emitida desde la pluralidad de fuentes (4) de luz SSL en la carcasa (2) entra en la guía (6) de luz a través de la porción (18) para recibir luz y es absorbida y convertida mediante el material (10) de conversión de longitud de onda, en donde una parte de la luz convertida es guiada por onda dentro de la guía (6) de luz y emitida a través de la porción (19) para emitir luz.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de iluminacion de estado solido.
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere al campo de las aplicaciones de iluminacion de proyeccion, de la iluminacion de
automoviles y de las aplicaciones de iluminacion generales, y de forma mas espedfica a un dispositivo de
iluminacion de estado solido (SSL).
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Diferentes tipos de sistemas de iluminacion de proyeccion son conocidos y utilizados en varias aplicaciones de iluminacion. Las aplicaciones tfpicas incluyen video proyectores, iluminacion de monitores, iluminacion de automoviles e instrumentacion cientifica.
Las lamparas de mercurio de presion ultra alta, las lamparas de halogenos metalicos, las lamparas de xenon, las lamparas halogenas y los laseres son ejemplos de tipos convencionales de fuentes de luz que son utilizadas en sistemas de iluminacion de proyeccion. En los ultimos anos, el desarrollo de la tecnologfa SSL ha llevado a intentos para construir sistemas de proyeccion que usen diferentes tipos de diodos emisores de luz. En comparacion con las
fuentes de luz convencionales, las fuentes de luz SSL tienen un rango mas amplio de gama de color, una saturacion
de color mas alta, y una anchura de lmea mas pequena. Las fuentes de luz SSL tambien tienen una vida util larga y estan libres de mercurio. Un ejemplo de una disposicion de iluminacion que utiliza fuentes de luz SSL se da a conocer en el documento TW 20l 137 469 y en el documento US 2013/0021822 A1. La divulgacion se refiere a una placa de grna de onda optica.
Las caractensticas de fuente de luz requeridas dependen de la aplicacion. Los proyectores de video, por ejemplo, requieren fuentes de luz de alta intensidad pequenas azules, verdes y rojas que emiten luz con un pequeno alcance. Es posible mejorar los dispositivos de iluminacion SSL existentes a este respecto.
RESUMEN DE LA INVENCION
Un objetivo es proporcionar un dispositivo de iluminacion SSL mejorado o alternativo para aplicaciones de iluminacion de proyeccion, en iluminacion de automoviles y en aplicaciones de iluminacion generales. Un aspecto de interes particular es la capacidad de la fuente de luz para generar luz verde con una alta intensidad y un pequeno alcance.
La invencion es definida por las reivindicaciones independientes. Se establecen modos de realizacion en las reivindicaciones dependientes, la descripcion y los dibujos.
De acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un dispositivo de iluminacion SSL que comprende una carcasa, que tiene una superficie interior reflectante, y una grna de luz alargada que incluye un material de conversion de la longitud de onda para convertir la luz en un primer rango de longitud de onda a una luz en un segundo rango de longitud de onda. La grna de luz alargada se extiende entre dos extremos ya mas comprende una porcion para recibir luz y una porcion para emitir luz. La porcion para recibir luz esta dispuesta dentro de la carcasa y la porcion para emitir luz esta dispuesta fuera de la carcasa, y al menos uno de los dos extremos forma la porcion para emitir luz. El dispositivo de iluminacion SSL tambien comprende una pluralidad de fuentes de luz SSL que estan configuradas para emitir luz en el primer rango de longitud de onda y que estan dispuestas dentro de la carcasa a una distancia desde y a lo largo de la direccion longitudinal de la grna de luz alargada.
Una fuente de luz SSL puede, por ejemplo, ser una fuente de luz elegida del grupo que consiste en diodos emisores de luz semiconductores, diodos emisores de luz organicos, diodos emisores de luz polfmeros y diodos laser.
En uso, una parte de la luz emitida desde la pluralidad de fuentes de luz SSL en la carcasa entra en la grna de luz a traves de la porcion para recibir luz y es absorbida y convertida por el material de conversion de la longitud de onda y una parte de la luz convertida es guiada por onda dentro de la grna de luz y emitida a traves de la porcion para emitir luz.
Encerrando las fuentes de luz y una porcion de la grna de luz dentro de una carcasa con una superficie interior reflectante y teniendo un proceso de conversion de longitud de onda sucediendo dentro de la grna de luz, esta construccion permite a la luz de varias fuentes de luz ser utilizada para proporcionar una fuente de luz unica de alta intensidad y alta potencia.
La intensidad de luz y la salida de potencia del dispositivo de iluminacion SSL de acuerdo con la descripcion anterior pueden ser mayores que la intensidad de luz y la salida de potencia de una fuente de luz SSL unica de la pluralidad de fuentes de luz SSL. Las fuentes de luz SSL estan dispuestas a lo largo de la direccion longitudinal o longitud de la
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grna de luz alargada. Las superficies que emiten luz de las fuentes de luz SSL pueden mirar hacia la grna de luz alargada.
La porcion que emite puede estar disenada para emitir luz con un alcance suficientemente pequeno para un sistema de proyeccion, por ejemplo, ajustando el tamano del area de superficie de la porcion que emite. La grna de luz alargada tiene dos extremos y la porcion que emite puede estar formada por uno de los al menos dos extremos.
El dispositivo de iluminacion SSL puede ser escalable, es decir, aumentando la potencia de salida de las fuentes de luz SSL se puede aumentar la potencia de salida de la grna de luz alargada sin aumentar el alcance de la luz emitida por la grna de luz alargada.
En un dispositivo de iluminacion SSL de acuerdo con la descripcion anterior, la grna de luz esta menos afectada por el calor generado por las fuentes de luz SSL dado que la grna de luz esta dispuesta a una distancia de las fuentes de luz SSL. Dicha disposicion puede resultar en una grna de luz mas fna y, por consiguiente, una eficiencia aumentada, es decir, una potencia de salida dividida por la potencia de entrada, del dispositivo de iluminacion SSL.
La longitud de la porcion de la grna de luz alargada que esta dispuesta dentro de la carcasa puede aumentarse disponiendo en la grna de luz alargada bobinas. Por ejemplo, la grna de luz alargada puede estar enrollada. Aumentando la longitud de la porcion de la grna de luz alargada que esta dispuesta dentro de la carcasa se puede aumentar la potencia de salida del dispositivo de iluminacion sSl. Por otro lado, aumentando la longitud de la porcion de la grna de luz alargada que esta dispuesta dentro de la carcasa se aumentara ademas el area de superficie desde la cual se puede disipar el calor. Esto puede mejorar la refrigeracion de la grna de luz alargada.
La luz convertida puede ser guiada por onda a traves de una reflexion interna total. La reflexion interna total es un modo efectivo de guiar luz que ayuda a reducir la atenuacion que experimenta la luz cuando viaja a traves de la grna de luz.
De acuerdo con un modo de realizacion, no hay sustancialmente un solapamiento entre el primer rango de longitud de onda, donde el material de conversion de longitud de onda muestra absorcion, y el segundo rango de longitud de onda, donde el material de conversion de longitud de onda muestra emision. Mediante “no hay sustancialmente un solapamiento” se quiere decir que el solapamiento es menor de un 15% del rango de longitud de onda mas corto, de forma alternativa menos de un 10%, menos de un 5% o un 0%. Cuanto mas pequeno sea el solapamiento entre el primer y segundo rangos de longitud de onda, mas pequena es la probabilidad de que un foton convertido sea absorbido por el material de conversion de longitud de onda. La eficiencia, es decir, la relacion entre la potencia de salida y la potencia de entrada, del dispositivo de iluminacion SSL puede por lo tanto aumentarse con el solapamiento disminuido entre el primer y segundo rangos de longitud de onda. Tfpicamente, el primer rango de longitud de onda es un rango de longitud de onda para cada una de las fuentes de luz SSL baratas con alta intensidad y faciles de producir y al menos parte de cuyo material de conversion de longitud de onda muestra absorcion. El primer rango de longitud de onda puede ser desde aproximadamente 300 nm a aproximadamente 550 nm. El segundo rango de longitud de onda puede ser desde aproximadamente 400 nm a aproximadamente 800 nm.
El material de conversion de longitud de onda puede ser un material luminiscente. Esta clase de materiales incluyen varias sustancias con una absorcion y espectro de emision apropiados. El material de conversion de longitud de onda puede por ejemplo ser seleccionado del grupo que consiste en fosforo, fosforo inorganico de tamano nanometrico, un complejo lantanido, una molecula organica luminiscente, una varilla cuantica y un punto cuantico. El material de conversion de longitud de onda puede ser granate de itrio y aluminio dopado con un elemento de tierra rara y/o granate de lutecio y aluminio dopado con un elemento de tierra rara. El elemento de tierra rara puede ser cerio.
El material de conversion de longitud de onda puede comprender o bien granate de itrio y aluminio dopado con Ce (YAG, Y3AL5O12) granate de lutecio y aluminio (LuAG), LuGaAG5 o LUYAG. El YAG, LUAG, LuGaAG y LuGaAG tienen indices de refraccion apropiados
El material de conversion de longitud de onda se puede seleccionar del grupo que consiste en (MI 1-x-yMII xMIII y)3(MIV 1-zMV z)5O12- donde MI es seleccionado del grupo 10 que comprende Y, Lu o mezclas de los mismos, MII es seleccionado del grupo que comprende Gd, La, Yb o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu o grupos de los mismos, MIV es Al, MV es seleccionado del grupo que comprende Ga, Sc o mezclas de los mismos y 0<x<1, 0<y<0,1, 0<z<1, (MI 1-x-yMII x,MIII y)2O3- donde MI es seleccionado del grupo que comprende Y, Lu o mezclas de los mismos; MII es seleccionado del grupo que comprende Gd, La, Yb o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb o mezclas de los mismos, y 0<x<1, 0<y<0,1 (MI 1-x-yMII xMIII y)S1-zSez- donde MI es seleccionado del grupo que comprende Ca, Sr, Mg, Ba o mezclas de los mismos, MII es seleccionado del grupo que comprende Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende K, Na, Li, Rb, Zn o mezclas de los mismos, y 0<x<0,01, 0<y<0,05, 0<z<1, (MI 1-x1yMII xMIII y)O- donde MI es seleccionado del grupo que comprende Ca, Sr, Mg, Ba o mezclas de los mismos, MII es seleccionado del grupo que comprende Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende K, Na, Li, Rb, Zn o mezclas de los mismos, y
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0<x<0,1, 0<y<0,1, (MI 2-xMII xMIII 2)O7- donde MI es seleccionado del grupo que comprende La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr o mezclas de los mismos, MII es seleccionado del grupo que comprende Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende Hf, Zr, Ti, Ta, Nb o mezclas de los mismos y 0<x<1, (MI 1- xMII xMIII 1-yMIV)O3- donde MI es seleccionado del grupo que comprende Ba, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu o mezclas de los mismos, MII es seleccionado del grupo que comprende Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm o mezclas de los mismos, MIII es seleccionado del grupo que comprende Hf; Zr, Ti, Ta, Nb o mezclas de los mismos, 30 y MIV es seleccionado del grupo que comprende Al, Ga, Sc, Si o mezclas de los mismos y 0<x<0,1, 0<y<0,1 o mezclas de los mismos.
El material de conversion de longitud de onda puede comprender un fosforo organico. Ejemplos de materiales de fosforo organico adecuados para su uso como el material de conversion de longitud de onda incluyen materiales luminiscentes basados en derivados de perileno, que por ejemplo se venden bajo la marca Lumogen® por BASF. Ejemplos de productos adecuados disponibles en el mercado por lo tanto incluyen, pero no se limitan a, Lumogen® rojo F305, Lumogen® naranja F240, Lumogen® amarillo F170 y combinaciones de los mismos.
El material luminiscente puede ser seleccionado del grupo que consiste en puntos cuanticos, varillas cuanticas, tetrapodos cuanticos y nanocristales. Los puntos o varillas cuanticos son pequenos cristales de un material semiconductor que tiene en general una anchura o un diametro de solo unos pocos nanometros. Cuando se excita por la luz incidente, un punto cuantico emite luz de un color determinado por el tamano y el material del cristal. La luz de un color particular puede por lo tanto producirse adaptando el tamano de los puntos. La mayona de los puntos cuanticos conocidos con emision en el rango visible estan basados en seleniuro de cadmio (CdSe) con una envolvente como el sulfuro de cadmio (CdS) y sulfuro de cinc (ZnS). Tambien se pueden utilizar puntos cuanticos libres de cadmio tales como de fosforo de indio (InP), sulfuro de cobre (CulnS2) y/o sulfuro de indio y plata (AgInS2). Los puntos cuanticos muestran unas bandas de mision muy estrechas y por lo tanto muestran colores saturados. Ademas, el color de emision se puede ajustar facilmente adaptando el tamano de los puntos cuanticos. Se puede utilizar cualquier tipo de punto cuantico conocido en el estado de la tecnica en la presente invencion. Sin embargo, se prefiere por razones de seguridad y concienciacion ambiental utilizar puntos cuanticos libres de cadmio o al menos puntos cuanticos que tengan un contenido de cadmio muy bajo.
La grna de luz alargada puede comprender un material portador para el material de conversion de longitud de onda, por ejemplo, un polfmero tal como una silicona, acnlico, vidrio, un polfmero o una ceramica transparente. Una ceramica tal como el granate de itrio y aluminio y/o el granate de lutecio y aluminio pueden formar el material portador. Utilizando un material portador, puede ser posible utilizar un material de longitud de onda que tenga las caractensticas de conversion de longitud de onda apropiadas pero el cual no pueda, por sf mismo, formar una grna de luz ngida. Si la grna de luz ngida alargada comprende una pared exterior hecha de, por ejemplo, uno de, cuarzo y vidrio, el material portador puede ser un lfquido.
La superficie interior reflectante de la carcasa puede reflejar al menos un 95% de la luz incidente en el primer rango de longitud de onda, de forma alternativa al menos un 97% o al menos un 99%. Cuanto mayor sea la porcion de luz incidente que es reflejada, mayor es la eficiencia del motor de luz y se calienta menos la carcasa. Esto deseable dado que el calor puede tener un efecto adverso en la eficiencia del dispositivo de iluminacion SSL.
Con el fin de refrigerar el dispositivo de iluminacion SSL durante el funcionamiento, la carcasa puede estar conectada de forma termica a un disipador de calor. Son posibles tambien otros tipos de tecnicas de refrigeracion. Por ejemplo, se pueden proporcionar medios para crear un flujo de fluido dentro de la carcasa para refrigerar el interior de la carcasa y la grna de luz alargada. El dispositivo de iluminacion SSL puede tener medios para crear un flujo de fluido dentro de la grna de luz alargada para enfriar la grna de luz alargada. Dicha constitucion hace posible construir un dispositivo de iluminacion SSL de alta potencia y compacto.
El dispositivo de iluminacion SSL puede tener fuentes de iluminacion SSL que emiten luz de diferentes longitudes de onda, y puede tener una grna de onda alargada que comprende mas de un material de conversion de longitud de onda. Dicho dispositivo de iluminacion SSL puede tener la capacidad de emitir luz que tenga diferentes colores. Por ejemplo, el dispositivo de iluminacion SSL puede tener un primer y un segundo tipos de fuentes de luz SSL, y la grna de luz alargada puede comprender un primer y un segundo tipos de materiales de conversion de longitud de onda. Cuando las fuentes de luz SSL del primer tipo son encendidas, el dispositivo de iluminacion SSL emite luz generada por el primer tipo de material de conversion de longitud de onda. De forma similar, cuando las fuentes de luz SSL del segundo tipos son encendidas, el dispositivo de iluminacion SSL emite luz generada por el segundo tipo de material de conversion de longitud de onda. Cuando ambos tipos de fuentes de luz SSL son encendidas, se emite la luz generada por ambos materiales de conversion de longitud de onda.
Se ha de notar que la invencion se refiere a todas las posibles combinaciones de caractensticas enumeradas en las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Este y otros aspectos de la presente invencion se describiran ahora con mas detalle, con referencia a los dibujos adjuntos que muestran modo(s) de realizacion de la invencion.
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La figura 1 es una vista en perspectiva esquematica de los componentes de un dispositivo de iluminacion SSL.
La figura 2 es una vista en perspectiva esquematica de un dispositivo de iluminacion SSL con una carcasa en forma de toro y una grna de luz que tiene dos porciones extremas fuera de la carcasa.
DESCRIPCION DETALLADA
La presente invencion se describira ahora mas completamente de aqu en adelante con referencia a los dibujos que acompanan, en los cuales se muestran actualmente modos de realizacion preferidos de la invencion. Este invencion puede, sin embargo, ser implementada de muchas maneras diferentes y no debena considerarse como que limita los modos de realizacion establecidos en el presente documento; mas bien, estos modos de realizacion son provistos con fines de rigor y exhaustividad y para transmitir completamente el alcance de la invencion a un experto en la materia.
La figura uno ilustra un dispositivo 1 de iluminacion SSL, el cual tiene una carcasa 2 con una superficie 3 interior reflectante. La forma de la carcasa 2 en la figura 1 es la de un tubo recto, pero son posibles otras formas. La carcasa 2 puede estar hecha de aluminio. La superficie 3 interior reflectante puede consistir en oxido de titanio en una matriz de silicona, oxido de titanio en alumina porosa o un material de politetrafluoroetileno, tal como OPDIMA producido por Gigahertz Optik.
La carcasa 2 funciona como una camara de mezclado para la luz en la cual la luz emitida por las fuentes 4 de luz SSL, que estan dispuestas para emitir luz en la carcasa 2, es reflejada por la superficie interior reflectante. Las fuentes 4 de luz SSL pueden ser soldadas a una o varias placas 5 de circuito impreso, y pueden ser abovedadas o desnudas. Las fuentes 4 de luz SSL pueden estar dispuestas desde aproximadamente 1 mm aproximadamente 2 cm separadas sobre la placa de circuito impreso. El numero apropiado de fuentes 4 de luz SSL depende de factores tales como la potencia de cada fuente 4 de luz SSL y la eficiencia de la refrigeracion del dispositivo 1 de iluminacion SSL.
La carcasa 2 encierra parcialmente una grna 6 de luz alargada (una “fibra”). La longitud de la grna 6 de luz alargada esta normalmente en el rango de aproximadamente 5 cm a aproximadamente 5 m, pero puede estar por encima de 20 m. La grna 6 de luz alargada puede tener una relacion de aspecto, es decir, su longitud dividida por su diametro, de al menos 10, de forma alternativa al menos 100 o al menos 500. La porcion de la grna 6 de luz alargada encerrada por la carcasa 2 puede ser recta, doblada o tener multiples enrollamientos los cuales, por ejemplo, forman una bobina. El diametro interior de la carcasa reflectante puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente dos aproximadamente cinco veces la longitud del diametro exterior de la grna de luz alargada. Las fuentes 4 de luz SSL estan dispuestas a lo largo de la longitud o de la direccion longitudinal de la grna 6 de luz alargada.
De forma opcional, con el fin de evitar el contacto entre la pared interior de la carcasa 2 y la porcion de la grna 6 de luz alargada que esta encerrada por la carcasa 2, estan previstos medios 9 de centrado para soportar la grna 6 de luz alargada dentro de la carcasa 2. Los medios 9 de centrado pueden tener un agujero a traves del cual pasa la grna 6 de luz alargada. Los medios 9 de centrado pueden tener la forma de, por ejemplo, un anillo, un toro y de, un toro una esfera y un agujero en los medios 9 de centrado puede tener bordes afilados. Los medios 9 de centrado pueden ser altamente transparentes o altamente reflectantes, es decir, los medios 9 de centrado no pueden absorber nada o muy poca luz. Los medios 9 de centrado pueden incluir cuarzo o un metal. Los medios 9 de centrado pueden incluir oxido de titanio y silicona sobre metal.
Con el fin de evitar que la luz abandone la grna 6 de luz alargada, la grna 6 de luz alargada puede estar recubierta con un material de revestimiento que tenga bajo mdice de refraccion.
Dispuesta en algun lugar de la porcion de la grna 6 de luz encerrada por la carcasa 2 hay una porcion 18 para recibir la luz. La porcion 18 para recibir la luz puede estar formada por toda la porcion de la grna 6 de luz encerrada por la carcasa 2 a lo largo de la longitud o direccion longitudinal de la grna 6 de luz de tal manera que una parte relativamente grande de la luz emitida por las fuentes 4 de luz SSL, que estan dispuestas a lo largo de la longitud de la grna 6 de luz, entra en la porcion 18 para recibir luz de la grna 6 de luz. Una porcion 19 para emitir luz esta dispuesta en algun lugar en la porcion de la grna 6 de luz que se extiende fuera de la carcasa 2.
La grna 6 de luz alargada puede formar un bucle continuo. En la figura 1, sin embargo, la grna 6 de luz tiene dos extremos 7a, 7b, al menos uno de los cuales esta dispuesto fuera de la carcasa 2 y forma la porcion 19 para emitir luz. El extremo dispuesto dentro de la carcasa puede estar cubierto o sellado con un espejo 8 reflectante. El espejo 8 reflectante puede estar hecho de un metal. Puede utilizarse soldadura activa para sujetar el espejo 8 reflectante a la grna 6 de luz alargada. Se ha de notar que ambos extremos 7a, 7b pueden estar dispuestos fuera de la carcasa 2.
La grna 6 de luz alargada tiene un material 10 de conversion de longitud de onda para convertir fotones en un primer rango de longitud de onda a fotones en un segundo rango de longitud de onda. El segundo rango de longitud de onda puede representar longitudes de onda mas largas que las del primer rango de longitud de onda. Por ejemplo, el primer rango de longitud de onda puedes ser desde aproximadamente 300 nm a aproximadamente 550 nm, de
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forma alternativa desde aproximadamente 400 nm a aproximadamente 495 nm, y el segundo rango de longitud de onda puede ser desde aproximadamente 495 nm a aproximadamente 800 nm, de forma alternativa desde aproximadamente 495 nm a aproximadamente 570 nm y desde aproximadamente 620 nm a aproximadamente 740 nm. Esto significa que el primer rango de longitud de onda puede incluir luz azul visible y que el segundo rango de longitud de onda puede incluir luz verde visible o luz roja visible. De forma preferible, el espectro de absorcion y el espectro de emision del material 10 de conversion de longitud de onda tiene poco o ningun solapamiento con el fin de mejorar la eficiencia del dispositivo 1 de iluminacion SSL.
La grna 6 de luz alargada puede comprender un tubo 11 de pared delgada que puede estar revestida de un recubrimiento optico. El mdice de refraccion del tubo 11 de pared delgada puede estar en el rango desde aproximadamente 1,3 a aproximadamente 2,5. El tubo 11 de pared doble puede estar hecho de cuarzo, un vidrio de baja absorcion de luz o un polfmero extruido. La forma de los extremos 7a, 7b del tubo 11 de pared delgada puede ser plana o esferica.
La grna 6 de luz alargada puede comprender un material 12 portador para el material 10 de conversion de longitud de onda. El material 12 portador tiene un mdice de refraccion mas alto que el medio circundante dentro de la carcasa 2. El mdice de refraccion del material 12 portador puede estar en el rango desde aproximadamente 1,3 a aproximadamente 2,5. El material 12 portador puede ser un polfmero, por ejemplo silicona, o un material acnlico tal como PMMA. El material 12 portador puede ser vidrio o una ceramica transparente. El material 12 portador puede ser un lfquido, por ejemplo, dimetilformamida, contenido en el tubo 11 de pared delgada. Un ejemplo de un material 12 portador y de un material 10 de conversion de longitud de onda es un fosforo disuelto en dimetilformamida. Otro ejemplo es una fibra de PMMA dopada con un fosforo
Con el fin de refrigerar las fuentes 4 de luz SSL y/o la carcasa 2 durante el funcionamiento del dispositivo 1 de iluminacion SSL, la placa 5 de circuito impreso puede estar conectada de forma termica a un disipador 13 de calor. La refrigeracion de la grna 6 de luz alargada puede lograrse proporcionando a la pared del tubo 11 de pared delgada con una o varias entradas 16 y una o varias salidas 17 para circular un fluido dentro y fuera del tubo 11 de pared delgada. El fluido puede ser el material 10 de conversion de longitud de onda.
Durante el funcionamiento, las fuentes 4 de luz SSL emiten luz en un primer rango de longitud de onda en la carcasa 2. Algunos de los fotones emitidos impactan contra la grna 6 de luz alargada directamente, otros se reflejan de la superficie 3 interior reflectante de la carcasa una o varias veces antes de impactar contra la grna 6 de luz alargada. Algunos fotones son absorbidos por la superficie 3 interior reflectante o las fuentes 4 de luz SSL. Algunos de los fotones que impactan con la grna 6 de luz alargada son reflejados desde la superficie de la grna 6 de luz alargada, otros entran en la grna 6 de luz alargada.
Un foton en el primer rango de longitud de onda que ha entrado en la grna 6 de luz alargada puede abandonar la grna 6 de luz alargada y volver a entrar a la carcasa 2. Sin embargo, algunos fotones en el primer rango de longitud de onda que han entrado en la grna 6 de luz alargada seran absorbidos por el material 10 de conversion de longitud de onda que por consiguiente emite fotones convertidos, es decir, fotones en el segundo rango de longitud de onda.
Un foton convertido es emitido en una direccion aleatoria. Algunos fotones convertidos abandonaran la grna 6 de luz alargada. Sin embargo, dado que el mdice de refraccion del material 12 portador es mayor que el mdice de refraccion del medio circundante dentro de la carcasa 2, la mayona de los fotones convertidos seran guiados por onda dentro de la grna 6 de luz alargada mediante la reflexion interna total hacia uno de los extremos 7a, 7b de la grna 6 de luz alargada. Que el foton convertido sea guiado por onda o no depende del denominado angulo 0 de reflexion interna total definido por asin(0)=ns/nc, en donde ns es el mdice de refraccion del medio circundante y nc es el mdice de refraccion del material portador. Cuanto mas grande es la diferencia entre estos indices de refraccion, mas grande es la fraccion de fotones convertidos que son guiados por onda. Se ha de notar que los fotones en el primer rango de longitud de onda nunca son guiados por onda dentro de la grna 6 de luz alargada; una vez que estan dentro de la grna 6 de luz alargada, estos fotones o bien abandonan la grna 6 de luz alargada o son absorbidos por el material 10 de conversion de longitud de onda. Se ha de notar tambien que una pequena area de contacto entre los medios de centrado y la grna de luz alargada puede reducir el riesgo de perdidas debidas a, por ejemplo, dispersion o absorcion.
Un foton convertido que abandona la grna 6 de luz alargada puede, por consiguiente, volver a entrar pero entonces no sera guiado por onda. Un foton convertido que es guiado por onda viaja dentro de la grna 6 de luz alargada en una de las dos direcciones longitudinales de la grna 6 de luz alargada hasta que alcanza uno de los dos extremos 7a, 7b. Un foton convertido que alcanza un extremo 7a, 7b, sobre los cuales se monta un espejo 8 reflectante, se refleja del espejo 8 reflectante y continua de vuelta a la grna 6 de luz alargada. Un foton convertido que alcanza un extremo 7a, 7b sobre el cual no se monta un espejo 8 reflectante puede reflejarse contra el lfmite entre el extremo y el medio circundante y continuar de vuelta a la grna 6 de luz alargada. Sin embargo, la mayona de estos fotones convertidos abandonan la grna 6 de luz alargada a traves del extremo y pueden ser utilizados para propositos de iluminacion. Dos factores que afectan la extraccion de luz a traves de un extremo 7a, 7b abierto son la forma geometrica de extremo y la diferencia en el mdice de refraccion entre el extremo y el medio circundante. En resumen, la luz entra en la grna 6 de luz a lo largo de su direccion longitudinal y sale de uno de los extremos 7a, 7b
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de la grna 6 de luz. La intensidad de luz y la salida de potencia del dispositivo de iluminacion es mayor que utilizando una unica fuente 4 de luz SSL, debido a que la pluralidad de fuentes 4 de los SSL emiten luz que entra al menos parcialmente en la grna 6 de luz en la porcion 18 para recibir luz a lo largo de la direccion longitudinal o longitud de la grna 6 de luz, cuya luz sale al menos parcialmente, al menos convertida parcialmente, a al menos uno de los extremos 7a, 7b cuyo extremo tiene un area mas pequena que el area de la porcion 18 para recibir luz. En otras palabras, el dispositivo de iluminacion de acuerdo con la invencion funciona como un concentrador de luz que proporciona una fuente de luz de alta intensidad y alta potencia.
El dispositivo 1 de iluminacion SSL en la figura 1 tiene una unica grna 6 de luz alargada. Sin embargo, el dispositivo 1 de iluminacion SSL puede comprender mas de una grna de luz alargada cada una de las cuales tiene sus respectivos extremos y que pueden generar luz de diferentes colores. Por ejemplo, el dispositivo 1 de iluminacion SSL puede tener una primera y una segunda grna de luz alargada. En dicha disposicion, el material de conversion de longitud de onda de la segunda grna de luz alargada puede ser capaz de absorber el rango de longitud de onda que escapa fuera de la primera grna de luz alargada. Esta luz puede entonces ser absorbida por el material de conversion de longitud de onda de la segunda grna de luz alargada y puede convertirse a otra longitud de onda. Por ejemplo, la primera grna de luz alargada puede ser utilizada para generar luz verde mientras que la segunda grna de luz alargada produce luz roja.
Mientras funciona el dispositivo de iluminacion SSL, se genera calor de forma inevitable. El calor es debido principalmente al proceso de conversion de longitud de onda, otras fuentes de calor son las fuentes 4 de luz SSL, la perdida de rendimiento cuantica y la absorcion de luz por el material 10 de conversion de longitud de onda y la carcasa 2. Varias tecnicas se pueden utilizar para refrigerar los diferentes componentes del dispositivo 1 de iluminacion SSL. Por ejemplo, la refrigeracion se puede lograr mediante la conexion de un disipador 13 de calor a las fuentes 4 de luz SSL y/o a la carcasa 2. El calor de las SSLs 4 puede por lo tanto disiparse en el ambiente. La refrigeracion lfquida de la grna 6 de luz alargada puede ser posible si comprende un tubo 11 de pared delgada. El lfquido es bombeado dentro y fuera del tubo 11 de pared delgada a traves de una entrada 16 y de una salida 17 dispuestas en el tubo 11 de pared delgada. El lfquido es refrigerado fuera del tubo 11 de pared delgada. Las perdidas por dispersion se pueden reducir haciendo la entrada 16 y la salida 17 pequenas con respecto a la seccion transversal del tubo 11 de pared delgada.
La figura 2 ilustra un dispositivo 1 de iluminacion SSL, cuya carcasa 2 tiene la forma de un toro. La carcasa 2 puede tener otra forma, por ejemplo la forma de un cubo, un prisma rectangular o un contenedor redondo. En este modo de realizacion, ambos extremos 7a, 7b de la grna de luz alargada estan dispuestos fuera de la carcasa 2, y estan unidos para formar una porcion 19 unida para emitir luz. La carcasa 2 tiene una o varias entradas 14 y una o varias salidas 15 para un fluido de refrigeracion con el fin de enfriar la carcasa 2 interior, las fuentes 4 de luz SSL y la porcion de la grna 6 de luz que esta dispuesta dentro de la carcasa 2. Las entradas 14 y las salidas 15 estan dispuestas en la pared de la carcasa 2. El fluido puede ser un gas, una mezcla de gases, un lfquido o una mezcla de lfquidos. El fluido puede ser aire.
El dispositivo 2 de iluminacion SSL en la figura 2 funciona basicamente de la misma forma que el dispositivo de iluminacion SSL en la figura 1. Una diferencia es que la carcasa 2 y su interior estan refrigerados por conveccion. Un fluido (tfpicamente aire) es bombeado dentro y fuera de la carcasa 2, a traves de la entrada 14 y de la salida 15, y refrigerado fuera de la carcasa. Se ha de notar que es posible proporcionar un dispositivo de iluminacion SSL que es refrigerado mediante conveccion, asf como refrigerado mediante conduccion termica.
El experto en la materia se da cuenta de que la presente invencion de ningun modo esta limitada a los modos de realizacion preferidos descritos anteriormente. Por el contrario, son posibles muchas modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la carcasa puede ser rectangular, puede haber mas de una grna de luz alargada, las porciones para emitir luz pueden estar dispuestas de manera que emiten luz en diferentes direcciones y el dispositivo de iluminacion SSL puede estar provisto de medios tanto para la refrigeracion por conveccion como la refrigeracion lfquida.
De forma adicional, variaciones a los modos de realizacion divulgados se pueden entender y efectuar por el experto en la materia llevando a la practica la invencion reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgacion, y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y el artfculo indefinido “un/una/uno “no excluye una pluralidad. El mero hecho de que ciertas medidas sean enumeradas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que no se puede utilizar una combinacion de estas medidas con provecho.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo (1) de iluminacion SSL que comprende:
    una carcasa (2) que tiene una superficie (3) interior reflectante;
    una gma (6) de luz alargada que incluye un material (10) de conversion de longitud de onda para convertir luz en un primer rango de longitud de onda a luz en un segundo rango de longitud de onda, la gma (6) de luz alargada que se extiende entre dos extremos (7a, 7b) y que ademas comprende una porcion (18) para recibir luz y una porcion (19) para emitir luz, en donde la porcion (18) para recibir luz esta dispuesta dentro de la carcasa (2) y la porcion (19) para emitir luz esta dispuesta fuera de la carcasa (2) y en donde al menos uno de los dos extremos (7a, 7b) que esta fuera de la carcasa, forma la porcion (19) para emitir luz; y
    una pluralidad de fuentes (4) de luz SSL que estan configuradas para emitir luz en el primer rango de longitud de onda y que estan dispuestas dentro de la carcasa (2) a una distancia desde y a lo largo de la direccion longitudinal de la gma (6) de luz alargada,
    en donde una parte de la luz emitida desde la pluralidad de fuentes (4) de luz SSL en la carcasa (2) entra en la gma (6) de luz a traves de la porcion (18) para recibir luz y es absorbida y convertida mediante el material (10) de conversion de longitud de onda,
    en donde una parte de la luz convertida es guiada por onda dentro de la gma (6) de luz y emitida a traves de la porcion (19) para emitir luz.
  2. 2. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde la longitud de la porcion de la gma (6) de luz alargada que esta dispuesta dentro de la carcasa (2) esta provista de bobinados y o pliegues.
  3. 3. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde la luz convertida es guiada por onda a traves de la reflexion interna total.
  4. 4. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde no hay sustancialmente solapamiento entre el primer rango de longitud de onda y el segundo rango de longitud de onda.
  5. 5. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material (10) de conversion de longitud de onda es un material luminiscente.
  6. 6. El dispositivo de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la gma (6) de luz alargada comprende un material (12) portador para el material (10) de conversion de longitud de onda.
  7. 7. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la gma (6) de luz alargada comprende un tubo.
  8. 8. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con la reivindicacion 7, en donde el tubo esta relleno con un material portador lfquido.
  9. 9. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con la reivindicacion 8, en donde el dispositivo (1) de iluminacion SSL comprende medios para crear un flujo fluido dentro del tubo para refrigerar la gma (6) de luz alargada.
  10. 10. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa (2) tiene la forma de un toro y la porcion (18) para recibir luz rodea el eje central del toro.
  11. 11. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa (2) esta conectada termicamente a un disipador (13) de calor.
  12. 12. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el
    dispositivo (1) de iluminacion SSL comprende medios para crear un flujo fluido dentro de la carcasa (2) para
    refrigerar el interior de la carcasa (2) y la gma (6) de luz alargada.
  13. 13. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la
    intensidad de luz y la salida de potencia en la porcion (19) para emitir luz son mas altas que la intensidad de luz y la potencia de salida de una unica fuente de luz SSL de la pluralidad de fuentes (4) de luz SSL.
  14. 14. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el
    dispositivo (1) de iluminacion SSL comprende una pluralidad de gmas (6) de luz alargadas.
  15. 15. El dispositivo (1) de iluminacion SSL de acuerdo con la reivindicacion 14, en donde no hay sustancialmente un solapamiento entre los segundos rangos de longitud de onda de las gmas de luz alargada de la pluralidad de gmas (6) de longitud alargadas.
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