ES2299260T5 - Sistema de iluminación. - Google Patents

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Abstract

Sistema (1; 101) de iluminación que comprende al menos dos diodos (6, 6'', ..., 7, 7'', ...; 106, 106'', ..., 107, 107'', ...; 206, 207) emisores de luz, emitiendo cada uno de dichos diodos emisores de luz, en funcionamiento, luz visible en un intervalo de longitud de onda preseleccionado, formando de ese modo dos fuentes de luz primaria, caracterizado porque el sistema (1; 101; 201) de iluminación incluye medios (10; 110; 210) de conversión para convertir una parte de la luz visible emitida por uno de los diodos (6, 6'', ...; 106, 106'', ...; 206, 207) emisores de luz en luz visible en un intervalo de longitud de onda adicional, formando de ese modo una fuente de luz secundaria para obtener una reproducción del color mejorada con respecto a un sistema de iluminación basado en las dos fuentes de luz primaria.

Description

La invención se refiere a un sistema de iluminación que comprende al menos dos diodos emisores de luz, emitiendo cada uno de dichos diodos emisores de luz, en funcionamiento, luz visible en un intervalo de longitud de onda preseleccionado.
Los sistemas de iluminación basados en diodos emisores de luz (LED, light-emitting diode) se utilizan como una fuente de luz blanca para aplicaciones de iluminación general.
Se conoce un sistema de iluminación del tipo mencionado en el párrafo inicial. En los últimos años, aparte de los diodos emisores de luz roja basados en GaP, también se han desarrollado diodos emisores de luz azul y diodos emisores de luz verde eficaces, basados en GaN. Con el fin de producir luz blanca, en principio, son necesarios tres LED como la fuente de luz primaria, concretamente un LED azul, uno verde y uno rojo.
Es un inconveniente de tales sistemas de iluminación que una combinación de tres LED como la fuente de luz primaria no siempre lleva a la reproducción del color deseada, lo que puede atribuirse al hecho de que los LED con máximo espectral en las regiones espectrales deseadas, que al mismo tiempo son suficientemente eficaces en cuanto a la energía, no están disponibles o son insuficientes.
Es un objeto de la invención proporcionar un sistema de iluminación del tipo descrito en el párrafo inicial, que presente una reproducción del color mejorada. La invención tiene además como objetivo mejorar la eficacia luminosa del sistema de iluminación.
Para conseguir esto, el sistema de iluminación del tipo descrito en el párrafo inicial se caracteriza según la invención porque el sistema de iluminación incluye medios de conversión para convertir una parte de la luz visible emitida por uno de los diodos emisores de luz en luz visible en un intervalo de longitud de onda adicional para optimizar la reproducción del color del sistema de iluminación.
Los medios de conversión se excitan mediante luz que procede de uno de los al menos dos LED. Una parte de esta luz se convierte mediante los medios de conversión, por ejemplo mediante un proceso de absorción y emisión, en luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional. Esto da como resultado un sistema de iluminación que comprende, de hecho, tres fuentes de luz, concretamente dos fuentes de luz primaria que se forman mediante los al menos dos LED, fuentes de luz primaria que emiten luz visible en un intervalo de longitud de onda preseleccionado, y una denominada fuente de luz secundaria que emite luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional. Mediante una elección adecuada de los intervalos de longitud de onda en los que estas dos fuentes de luz primaria y la fuente de luz secundaria emiten luz visible, se obtiene un sistema de iluminación que tiene una reproducción del color mejorada con respecto a un sistema de iluminación basado en las dos fuentes de luz primaria. Puesto que se evita la aplicación de una tercera fuente de luz primaria (por ejemplo un LED verde o un LED rojo), se obtiene una reproducción del color mejorada del sistema de iluminación.
Preferiblemente, los medios de conversión comprenden un material luminiscente. Tales materiales son muy adecuados porque tienen generalmente una alta eficiencia cuántica y un alto equivalente en lúmenes (expresado en lm/W), de modo que se obtiene una alta eficacia luminosa del sistema de iluminación. Además, se conocen muchas variedades de materiales luminiscentes inorgánicos y orgánicos (estables) (luminóforos), de modo que la selección de un material para conseguir el objetivo según la invención (mejorar la reproducción del color) se simplifica.
Puede influirse de dos maneras en la reproducción del color del sistema de iluminación. Por un lado, la reproducción del color espacial se mejora mezclando óptimamente la luz que procede de los LED y los medios de conversión. Por otro lado, la reproducción del color del sistema de iluminación se mejora adoptando medidas que aseguran que la salida de luz de los LED es independiente del tiempo. Tal dependencia se obtiene, por ejemplo, si la salida de luz de un LED cambia en función de la temperatura del LED. En este caso, presenta ventajas el uso de LED independientes de la temperatura.
Según un primer aspecto de la invención, el material luminiscente puede excitarse preferiblemente mediante luz que procede del intervalo de longitud de onda de 400 a 500 nm. En virtud de esta sensibilidad, el material luminiscente puede utilizarse muy adecuadamente para absorber, en particular, luz azul. Esta luz absorbida se convierte muy eficazmente mediante el material luminiscente en luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional, por ejemplo luz verde.
Materiales luminiscentes adecuados son (Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2SiO4:Eu2+, SrGa2S4, ZnS:Cu+, ZnS:Au+, ZnS:Al3+, (Zn,Cd)S:Ag+ y CaS:Ce3+. Dichos materiales tienen una eficiencia cuántica y absorción de luz relativamente altas a 450 nm. Estos materiales presentan además un equivalente en lúmenes relativamente muy alto cuando se convierte luz azul en la luz verde deseada.
Una realización muy atractiva del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención se caracteriza porque los dos diodos emisores de luz comprenden al menos un diodo emisor de luz azul y al menos un diodo emisor de luz roja, y porque los medios de conversión comprenden un material luminiscente (emisor del luz verde) para convertir una parte de la luz emitida por el diodo emisor de luz azul en luz verde. De esta manera, se obtiene un sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención que emite luz blanca con un alto índice de reproducción del color basándose en los tres colores básicos (rojo, azul y verde), en el que sólo se emplean dos fuentes de luz primaria, concretamente luz azul y roja, y la luz verde se obtiene convirtiendo una parte de la luz azul. Preferiblemente, el máximo de la emisión espectral del diodo emisor de luz azul se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 460 a 490 nm, el máximo de la emisión espectral del diodo emisor de luz roja se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 610 a 630 nm, y el máximo de la emisión espectral del material luminiscente (emisor de luz verde) se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 510 a 530 nm.
Según un segundo aspecto de la invención, el material luminiscente puede excitarse preferiblemente mediante luz que procede del intervalo de longitud de onda de 500 a 560 nm. En virtud de esta sensibilidad, el material luminiscente puede utilizarse muy adecuadamente para absorber, en particular, luz verde. Esta luz absorbida se convierte muy eficazmente mediante el material luminiscente en luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional, por ejemplo, luz roja.
Materiales luminiscentes adecuados son CaS:Eu,Mn; CaS:Eu; SrS:Eu; (Zn,Cd)S:Ag; SrO:Eu; Sr3B2O6:Eu; Sr2Mg(BO3)2; CaS:Eu,Mn; CaS:Eu o SrS:Eu. Dichos materiales tienen una eficiencia cuántica y absorción de luz relativamente altas. Estos materiales presentan además un equivalente en lúmenes relativamente muy alto cuando se convierte luz azul o luz verde en la luz roja deseada.
Una realización muy atractiva del sistema de iluminación según un segundo aspecto de la invención se caracteriza porque los dos diodos emisores de luz comprenden al menos un diodo emisor de luz azul y al menos un diodo emisor de luz verde, y porque los medios de conversión comprenden un material luminiscente para convertir una parte de la luz emitida por el diodo emisor de luz azul y/o verde en luz roja. Una ventaja importante del uso de LED azul y verde como la fuente de luz primaria es que ambos chips de diodos pueden fabricarse por medio de la tecnología de GaN conocida en sí misma. A diferencia de los chips de diodos de GaP rojos, tales chips de diodos de GaN azules y verdes no dependen de la temperatura, de modo que puede prescindirse del uso de electrónica relativamente cara para compensar la dependencia de la temperatura de tales chips de diodos. Una ventaja adicional reside en que dichos chips de diodos de GaN azules y verdes pueden entrar en contacto por el mismo lado, de modo que pueden disponerse fácilmente en serie. El uso de un material luminiscente excitado por luz verde que emite luz roja presenta la ventaja adicional con respecto a un material luminiscente excitado por luz azul que emite luz roja de que el déficit cuántico es menor. Preferiblemente, el máximo de la emisión espectral del diodo emisor de luz azul se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 460 a 490 nm, el máximo de la emisión espectral del diodo emisor de luz verde se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 510 a 550 nm, y el máximo de la emisión espectral del material luminiscente emisor de luz roja se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 610 a 630 nm.
El índice de reproducción del color (Ra) del sistema de iluminación según un primer y un segundo aspecto de la invención es preferiblemente al menos igual a o mayor que 80 (Ra≥80). Mediante una combinación adecuada de las emisiones espectrales de dos fuentes de luz primaria, que se forman mediante los al menos dos LED, y la emisión espectral de una denominada fuente de luz secundaria que, después de la conversión mediante los medios de conversión, emite luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional, se obtiene un sistema de iluminación que tiene un alto índice de reproducción del color.
Un punto de especial interés en el sistema de iluminación según la invención es que al mezclar luz que procede de los LED con luz que procede de los medios de conversión, la dependencia de la dirección de la luz que procede de los LED (fuentes de luz primaria) puede diferir de la dependencia de la dirección de la luz que procede de los medios de conversión (fuente de luz secundaria). En general, los LED emiten luz altamente direccional, mientras que los medios de conversión, en este caso el material luminiscente, emiten luz (difusa) según un radiador de Lambert.
La invención tiene como objetivo además mejorar la mezcla de luz mediante el sistema de iluminación. Para conseguir esto, una realización alternativa del sistema de iluminación según la invención se caracteriza porque el sistema de iluminación está dotado además de medios de reflexión. Los LED se proporcionan en el sistema de iluminación de tal manera que una parte sustancial de la luz que procede de los LED no puede abandonar directamente el sistema de iluminación, sino que en su lugar incide sobre los medios de reflexión. Una ventaja del uso de medios de reflexión es que se mezclan la luz que procede de las dos fuentes de luz primaria (los LED azul y rojo o los LED azul y verde) y la luz secundaria (verde o roja) que procede de los medios de conversión. Los medios de reflexión son preferiblemente medios de reflexión reflectantes de manera difusa. Dirigiendo la luz que procede de los LED a los medios de reflexión reflectantes de manera difusa, la luz reflejada también adquiere las características de un radiador de Lambert. Esto da como resultado una mejora adicional de la mezcla de las diversas componentes de color y por tanto de la reproducción del color del sistema de iluminación. Además, la luz se refleja preferiblemente por los medios de reflexión sin un cambio de la reproducción del color (medios de reflexión reflectantes de luz blanca). De esta manera, se impiden desviaciones de color indeseables en la luz emitida por el sistema de iluminación. Preferiblemente, los medios de reflexión reflectantes de manera difusa comprenden un material elegido del grupo formado por BaSO4, ZnS, ZnO y TiO2. Tales materiales son muy adecuados porque sus coeficientes de reflexión en el intervalo de longitud de onda de 400 a 800 nm están por encima del 98%, y reflejan la luz de una manera difusa e independiente de la longitud de onda.
Una realización atractiva del sistema de iluminación según la invención se caracteriza porque los medios de conversión se proporcionan en o sobre los medios de reflexión reflectantes de manera difusa. De esta manera, la luz que procede de los LED se mezcla eficazmente, obtiene la característica de dirección deseada, y los medios de conversión reciben adicionalmente suficiente luz adecuada para la conversión en luz visible en el intervalo de longitud de onda adicional, luz convertida que tiene la misma característica de dirección que la luz reflejada de manera difusa de los LED.
La mezcla de colores y/o la característica de dirección de la luz emitida pueden mejorarse de una manera alternativa cubriendo los LED con una capa relativamente delgada del material luminiscente, con lo cual las partículas en el material luminiscente actúan como difusor.
Es deseable además que la temperatura de color del sistema de iluminación sea variable. Una realización alternativa del sistema de iluminación según la invención se caracteriza porque la temperatura de color del sistema de iluminación puede ajustarse controlando por separado los diodos emisores de luz. La temperatura de color puede ajustarse (eléctricamente) controlando por separado los LED. Una realización adecuada de tal elemento de ajuste incluye una primera cadena de diodos de LED rojos y azules y una segunda cadena de diodos de LED exclusivamente azules (o exclusivamente rojos). Una realización adecuada adicional de tal elemento de ajuste incluye una primera cadena de diodos de LED azules y verdes y una segunda cadena de diodos de LED exclusivamente azules (o exclusivamente verdes). Como resultado de ello, se consigue un intervalo de temperatura de color ajustable de 2000 a 6300 K. El ajuste de la temperatura de color viene determinado en parte por la cantidad de material luminiscente (medios de conversión).
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación en el presente documento.
En los dibujos:
la figura 1A es una vista parcialmente en sección transversal y una vista lateral de una realización del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención;
la figura 1B es una vista en sección transversal tomada sobre la línea I-I de un detalle del sistema de iluminación mostrado en la figura 1A;
la figura 2 muestra el espectro de transmisión de una realización del sistema de iluminación según la invención;
la figura 3A es una vista en sección transversal de una realización alternativa de la realización de iluminación del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención, y
la figura 3B es una vista en sección transversal de una vista lateral de la realización alternativa del sistema de iluminación mostrado en la figura 3A;
la figura 4 es un diagrama de circuito de LED para su uso en un sistema de iluminación según la invención que tiene una temperatura de color ajustable, y
la figura 5 es una vista en sección transversal de una realización del sistema de iluminación según un segundo aspecto de la invención.
Las figuras son meramente esquemáticas y no están dibujadas a escala. En particular, para mayor claridad, algunas dimensiones están fuertemente exageradas. En las figuras, los mismos números de referencia se refieren a partes similares, siempre que sea posible.
La figura 1A es una vista parcialmente en sección transversal y una vista lateral de una realización del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención. Un sistema 1 de iluminación comprende un alojamiento 2 que aloja una electrónica de control (no mostrada en la figura 1A) para los diodos emisores de luz (LED) y una pantalla 3. En este ejemplo, el alojamiento está dotado de un denominado casquillo 4 de lámpara E27 que tiene medios de contacto eléctricos y mecánicos que se conocen en sí mismos. En un lado del sistema 1 de iluminación opuesto al casquillo 4 de lámpara, hay un soporte 5 sobre el que se proporcionan un número de LED 6, 6’,…;7, 7’,…; 8, 8’,… Los LED 6, 6’,…;7, 7’,… comprenden un conjunto de LED 6, 6’,… azules (el máximo de la emisión espectral se
encuentra en el intervalo de longitud de onda de 430 a 490 nm) y LED 7, 7’,… rojos (el máximo de la emisión espectral se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 590 a 630 nm), LED 6, 6’,…;7, 7’,… que se disponen de tal modo que la luz que emiten se dirige hacia la pantalla 3. La figura 1B muestra muy esquemáticamente un ejemplo de una disposición circular, esquemática de los LED 6, 6’,…;7, 7’,… (seccionada por la línea I-I en la figura 5 1A). En un lado dirigido a los LED 6, 6’,…;7, 7’,… la pantalla 3 está dotada de medios 9 de reflexión (reflectantes de manera difusa) y medios 10 de conversión. En este ejemplo, los medios 9 de reflexión comprenden una capa de BaSO4, material que presenta un coeficiente de reflexión (difusa) de al menos sustancialmente el 100% para la luz visible. Los medios 10 de conversión comprenden preferiblemente un material luminiscente (luminóforo) que tiene la característica de que convierte luz azul (400 a 480 nm) que procede de los LED 6, 6’,… azules en luz verde en el
10 intervalo de longitud de onda adicional deseado (530 a 565 nm). Los medios 10 de conversión convierten luz visible emitida por uno de los diodos emisores de luz en luz visible en un intervalo que tiene una longitud de onda más larga. En la Tabla I se muestra un conjunto de materiales luminiscentes adecuados, en la que para cada uno de los materiales se indican la eficiencia cuántica a 450 nm (QE450), el coeficiente de absorción a 450 nm (Abs450) y el equivalente en lúmenes (LE).
15 Tabla I Materiales luminiscentes (denominados emisores de luz verde) que pueden utilizarse adecuadamente como medios de conversión para el sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención.
Luminóforo
QE450 [%] Abs450 [%] LE [lm/W]
(Sr,Ca)2SiO4:Eu2+
82 50 430
Ba2SiO4:_Eu2+
64 40 474
SrGa2S4
90 80 575
ZnS:Cu+,Au+,Al3+
56 55 505
(Zn,Cd)S:Ag+
> 60 100 Depende de la relación Zn:Cd
CaS:Ce3+
65 80 440
20 Para obtener suficiente luz verde y para evitar pérdidas, la pantalla 3 se realiza y se dispone preferiblemente de tal modo que, dependiendo del grado de reflexión del material luminiscente, sólo se produce una reflexión o se producen un número de reflexiones. Es deseable además que el material luminiscente refleje completamente, al menos sustancialmente, la luz de los LED rojos. La luz de los LED rojos y azules se mezcla eficazmente mediante los medios 9 de reflexión, situándose los LED 6, 6’,…;7, 7’,… rojos y azules con respecto a la pantalla 3 de tal
25 manera que estos LED no emiten directamente su luz en una dirección 11 de la luz emitida por el sistema 1 de iluminación, sino que sus salidas de luz se dirigen hacia una parte interior de la pantalla 4 de tal manera que sólo se emite luz reflejada en la dirección 11.
Los LED rojos y azules pueden controlarse por separado, permitiendo de ese modo variar y ajustar la temperatura
30 de color del sistema 1 de iluminación según los requisitos. Un ejemplo de esto es la aplicación de una cadena de diodos con LED rojos y azules y una cadena de diodos adicional con LED exclusivamente azules (véase también la figura 4). Esta ordenación de LED permite que se varíe la parte de luz roja en la fuente de luz primaria. Puesto que la relación de la emisión azul con respecto a la emisión verde es fija en una ordenación de LED de este tipo [los LED 6, 6’,… están dirigidos directamente a la capa con material luminiscente (Ba2SiO4:Eu2+)], el ejemplo de la figura 1A
35 también contiene un número de LED 8, 8’,… azules adicionales que emiten de manera muy difusa en la dirección 11 de la luz emitida por el sistema 1 de iluminación. Esta medida permite que se varíe por separado la parte roja y azul en la luz blanca emitida por el sistema 1 de iluminación. Esto da como resultado una posibilidad de ajuste adicional para ajustar la relación de luz roja y azul primaria y luz verde secundaria, proporcionando por tanto al sistema 1 de iluminación una temperatura de color ajustable.
40 A modo de ejemplo, la Tabla II muestra un sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención, que comprende:
- LED de GaN azules (marca Nichia) con un máximo de emisión a 470 nm, FWHM = 20 nm; 45
- LED de GaP rojos (marca Hewlett Packard) con un máximo de emisión a 620 nm, FWHM = 20 nm, utilizándose de dos a cuatro LED azules por cada LED rojo;
-y medios de conversión que comprenden una capa de Ba2SiO4:Eu2+.
50 La columna 1 de la Tabla II enumera diversos valores deseables para la temperatura de color (Tc). Las columnas 2, 3 y 4 de la Tabla II enumeran las contribuciones espectrales (x) de las tres componentes de luz (la suma de las tres contribuciones espectrales x asciende a 1). La columna 5 en la Tabla II enumera el índice de reproducción del color (Ra) y la columna 6 enumera la eficacia luminosa (efic. lum.) del sistema de iluminación. La Tabla II muestra que la proporción de luz verde (columna 3) varía relativamente poco a las diferentes temperaturas de color. La temperatura de color del sistema de iluminación puede ajustarse fácilmente en un intervalo muy amplio cambiando sólo la
5 distribución de las fuentes de luz primaria (la luz azul y roja).
Según la medición de la invención, se consigue de esta manera un sistema de iluminación que tiene una reproducción del color relativamente alta (80≤Ra≤90).
10 Tabla II Combinación de LED azules y rojos y Ba2SiO4:Eu2+ como material luminiscente en una realización del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención.
Tc [K]
x [LED azul] x [Ba2SiO4:Eu2+] x [LED rojo] Ra efic. lum. [lm/W]
2700
0,069 0,537 0,394 89 21,5
2900
0,108 0,539 0,353 89 22,0
4000
0,186 0,578 0,236 88 22,8
5000
0,251 0,568 0,182 84 23,0
6300
0,302 0,572 0,126 80 23,4
La figura 2 muestra el espectro de transmisión de una realización del sistema de iluminación según la invención. La transmisión T (unidades arbitrarias) se representa en función de la longitud de onda λ (nm) de luz visible para una 15 combinación de LED azules y rojos y Ba2SiO4:Eu2+ como el material luminiscente a una temperatura de color Tc=4000 K (el espectro en la figura 2 corresponde a los datos en la columna 4 de la Tabla II). En la figura 2, el máximo espectral de los LED azules se indica mediante (a) y corresponde a una longitud de onda de 470 nm, y el máximo espectral de los LED rojos se indica mediante (b) y corresponde a una longitud de onda de 620 nm. Además, en la figura 2, el máximo espectral de la luz emitida por el material luminiscente se indica mediante (c) y
20 corresponde a una longitud de onda de 550 nm.
Una mejora adicional del índice de reproducción del color (Ra) según un primer aspecto de la invención se consigue no empleando sólo LED rojos y azules como fuentes de luz primaria sino, por ejemplo, una combinación de 4 LED diferentes. Un sistema de iluminación particularmente adecuado según un primer aspecto de la invención
25 comprende:
- LED de GaN azules (marca Nichia): máximo de emisión: 470 nm, FWHM=20 nm;
- LED de GaN azules-verdes (marca Nichia): máximo de emisión: 520 nm, FWHM=40 nm; 30
-
LED de GaP amarillos (marca Hewlett Packard): máximo de emisión: 590 nm, FWHM=20 nm;
-
LED de GaP rojos (marca Hewlett Packard): máximo de emisión: 620 nm, FWHM=20 nm;
35 - y medios de conversión que comprenden una capa de Ba2SiO4:Eu2+.
Un sistema de iluminación que tiene una combinación de este tipo de cuatro diodos emisores de luz y los medios de conversión según un primer aspecto de la invención tiene un índice de reproducción del color que, con respecto a las diversas temperaturas de color enumeradas en la Tabla II, es al menos 10 puntos superior al caso de una 40 combinación de dos diodos (Ra≥90). Un sistema de iluminación de este tipo tiene una eficacia luminosa por encima de 20 lm/W. En comparación, una lámpara incandescente de 100 W típica tiene una eficacia luminosa de 14 lm/W (temperatura de color 2800 K, índice de reproducción del color 100), una lámpara incandescente halógena de 500 W tiene una eficacia luminosa de aproximadamente 19 lm/W (temperatura de color 3000 K, índice de reproducción del color 100), mientras que una lámpara fluorescente de 36 W tiene una eficacia luminosa de aproximadamente 90
45 lm/W (temperatura de color 4000 K, índice de reproducción del color 85). Una mejora adicional de la reproducción del color del sistema de iluminación se consigue empleando unos LED de rojo intenso con un máximo de emisión espectral en el intervalo de longitud de onda de 620 a 670 nm.
La figura 3A muestra una realización alternativa del sistema de iluminación según un primer aspecto de la invención.
50 La figura 3B es una vista en sección transversal de un alzado lateral de la realización mostrada en la figura 3A. El sistema 101 de iluminación comprende un alojamiento 102 y una pantalla 103. Este ejemplo incluye un ángulo de apertura α en el que la luz abandona el sistema 101 de iluminación en una dirección 111, ángulo que puede variarse ajustando los tornillos 113, 113’. Con este fin, la pantalla está dotada de placas 114, 114’ de ajuste que tienen aperturas 115, 115’ con forma de ranura o alargadas. En el ejemplo mostrado en la figura 3A, el ángulo de apertura α es igual a 40º. El sistema 101 de iluminación comprende un soporte 105 sobre el que se proporcionan un número de LEDS 106, 106’, …; 107, 107’, …; 108, 108’, … Los LED 106, 106’, …; 107, 107’, … incluyen una conjunto alternante de LED 106, 106’, … azules (emisión espectral 430≤λ≤490 nm) y LED 107, 107’, … rojos (emisión espectral 590≤λ≤630 nm), LED 106, 106’, …; 107, 107’, … que se disponen de tal manera que la luz que emiten se dirige hacia la pantalla 103 (la dirección de la luz se indica esquemáticamente mediante los rayos de luz horizontales punteados en la figura 3A). En este ejemplo, una parte 103’ de la pantalla 103 comprende un reflector de aluminio que puede o no cubrirse con medios de reflexión, por ejemplo una capa de un pigmento blanco, tal como BaSO4. Dicha pantalla 103 está dotada además, en un lado orientado a los LED 106, 106’, …; 107, 107’, …, de una mezcla de medios 109 de reflexión (BaSO4) y medios 110 de conversión, medios de conversión que incluyen preferiblemente un material luminiscente que tiene la propiedad de que convierte luz azul (400 a 480 nm) a luz verde (530 a 565 nm). Un conjunto de materiales luminiscentes adecuados se enumera en la Tabla I. La trayectoria de los rayos de luz emitidos por los LED 106, 106’,…; 107, 107’,…, y posteriormente reflejados, se muestra esquemáticamente en la figura 3A por medio de líneas punteadas. El ejemplo mostrado en las figuras 3A y 3B también incluye un número de LED 108, 108’,… azules adicionales, que presentan una emisión muy difusa en la dirección 111 de la luz emitida por el sistema 101 de iluminación.
La figura 4 muestra un diagrama de circuito de LED para su uso en un sistema de iluminación según la invención que tiene una temperatura de color ajustable. Se lleva una tensión desde una fuente 202 de alimentación a través de un puente 201 de diodos a una disposición de LED 406, 406’,… azules y LED 407, 407’,… rojos. Por medio de un conmutador 203 selector, pueden encenderse o apagarse grupos adiciones de LED 416, 416’,… azules y/o LED 417, 417’,… rojos según los requisitos.
La figura 5 es una vista en sección transversal de una realización del sistema de iluminación según un segundo aspecto de la invención. El sistema 201 de iluminación comprende un alojamiento 202, 202’, que aloja un soporte 205 sobre el que se proporcionan un número de LED 206; 207. Los LED 206; 207 incluyen un conjunto alternante de LED 206 azules (emisión espectral 430≤λ≤490 nm) y LED 207 verdes (emisión espectral 510≤λ≤550 nm), LED 206, 207 que están dispuestos de tal manera que la luz que emiten va dirigida hacia una parte transparente ópticamente del alojamiento 202’. En este ejemplo, una parte del soporte 205’ comprende un reflector de cobre que se cubre con medios 209 de reflexión, por ejemplo una capa de plata. En este ejemplo, los LED están cubiertos con medios 210 de conversión, medios de conversión que incluyen preferiblemente un material luminiscente que tiene la propiedad de que convierte luz verde (530 a 565 nm) en luz roja (610 a 630 nm). Luminóforos adecuados que convierten luz azul en luz roja son: CaS:Eu,Mn; CaS:Eu; SrS:Eu; (Zn,Cd)S:Ag; SrO:Eu (máximo de emisión a 625 nm); Sr3B2O6:Eu (máximo de emisión a 590 nm); y Sr2Mg(BO3)2 (máximo de emisión a 605 nm). Luminóforos adecuados que convierten luz verde en luz roja son: CaS:Eu,Mn o CaS:Eu (≤550 nm) o SrS:Eu (≤540 nm).
Un sistema de iluminación muy adecuado según un segundo aspecto de la invención comprende:
-
LED de GaN azules (marca Nichia): máximo de emisión a 470 nm, FWHM=20 nm;
-
LED de GaN verdes (marca Nichia): máximo de emisión a 530 nm, FWHM=20 nm;
-
dos o tres LED verdes (dependiendo de la temperatura de color requerida) que se utilizan por cada LED azul;
-y medios de conversión que comprenden una capa de CaS:Eu,Mn.
El sistema de iluminación según la invención tiene la ventaja de que se consigue una alta reproducción del color (Ra≥80) en combinación con una eficacia luminosa relativamente alta (≥ 20 lm/W) y una larga vida útil (≥75.000 horas).
Será obvio para los expertos en la técnica que son posibles muchas variaciones dentro del alcance de la invención según se define en las reivindicaciones.
El alcance de protección de la invención es según se define mediante las reivindicaciones. Los números de referencia en las reivindicaciones no limitan el alcance de protección de dichas reivindicaciones. El uso del término “que comprende” no excluye la presencia de elementos distintos de los mencionados en las reivindicaciones. El uso del término “uno” o “una” delante de un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos.

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema (1; 101) de iluminación diseñado para iluminar el entorno, que comprende al menos dos diodos (6, 6’, …,7, 7’, …; 106, 106’, …, 107, 107’, …; 206, 207) emisores de luz, emitiendo cada uno de dichos diodos emisores de luz, en funcionamiento, luz visible en un intervalo de longitud de onda preseleccionado, formando de ese modo dos fuentes de luz primaria, en el que las longitudes de onda emitidas de al menos dos diodos (6, 6’, …,7, 7’, …; 106, 106’, …, 107, 107’, …; 206, 207) emisores de luz son diferentes, caracterizado porque el sistema (1; 101; 201) de iluminación incluye medios (10; 110; 210) de conversión para convertir una parte de la luz visible emitida por uno de los diodos (6, 6’, …; 106, 106’, …; 206, 207) emisores de luz en luz visible en un intervalo de longitud de onda adicional, formando de ese modo una fuente de luz secundaria para obtener una reproducción del color mejorada con respecto a un sistema de iluminación basado en las dos fuentes de luz primaria.
  2. 2.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (10; 110; 210) de conversión comprenden un material luminiscente.
  3. 3.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 2, caracterizado porque el material luminiscente puede excitarse mediante luz que procede del intervalo de longitud de onda de 400 a 500 nm.
  4. 4.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 2, caracterizado porque el material luminiscente se elige del grupo formado por (Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2SiO4:Eu2+, SrGa2S4, ZnS:Cu+, ZnS:Au+, ZnS:Al3+, (Zn,Cd)S:Ag+ y CaS:Ce3+.
  5. 5.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos diodos (6, 6’, …,7, 7’, …; 106, 106’, …, 107, 107’…) emisores de luz comprenden al menos un diodo (6, 6’, …; 106, 106’, …) emisor de luz azul y al menos un diodo (7, 7’, …; 107, 107’, …) emisor de luz roja, y porque los medios (10; 110) de conversión incluyen un material luminiscente para convertir una parte de la luz emitida por el diodo (6, 6’, …; 106, 106’, …) emisor de luz azul en luz verde.
  6. 6.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 5, caracterizado porque el máximo de la emisión espectral del diodo (6, 6’, …; 106, 106’, …) emisor de luz azul se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 460 a 490 nm, el máximo de la emisión espectral del diodo (7, 7’, …; 107, 107’, …) emisor de luz roja se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 610 a 630 nm, y el máximo de la emisión espectral del material luminiscente emisor de luz verde se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 510 a 530 nm.
  7. 7.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 2, caracterizado porque el material luminiscente puede excitarse mediante luz que procede del intervalo de longitud de onda de 500 a 560 nm.
  8. 8.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 7, caracterizado porque el material luminiscente se selecciona del grupo formado por CaS:Eu,Mn; CaS:Eu; SrS:Eu; (Zn,Cd)S:Ag; SrO:Eu; Sr3B2O6:Eu; Sr2Mg(BO3)2; CaS:Eu,Mn; CaS:Eu o SrS:Eu.
  9. 9.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos diodos (206, 207) emisores de luz comprenden al menos un diodo (206) emisor de luz azul y al menos un diodo emisor de luz verde, y porque los medios (210) de conversión comprenden un material luminiscente para convertir una parte de la luz emitida por el diodo (206, 207) emisor de luz azul y/o verde en luz roja.
  10. 10.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 9, caracterizado porque el máximo de la emisión espectral del diodo (206) emisor de luz azul se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 460 a 490 nm, el máximo de la emisión espectral del diodo (207) emisor de luz verde se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 510 a 550 nm, y el máximo de la emisión espectral del material luminiscente emisor de luz roja se encuentra en el intervalo de longitud de onda de 610 a 630 nm.
  11. 11.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque un índice de reproducción del color del sistema (1; 101; 102) de iluminación es al menos igual o mayor que 80.
  12. 12.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, en funcionamiento, un flujo luminoso de los diodos (6, 6’, …,7, 7’, …; 106, 106’, …, 107, 107’, …; 206, 207) emisores de luz asciende a al menos 5 lm.
  13. 13.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sistema (1; 101; 102) de iluminación está dotado de medios (9; 109; 209) de reflexión.
  14. 14.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 13, caracterizado porque los medios (9; 109; 209) de
    reflexión comprenden un material elegido del grupo formado por BaSO4, ZnS, ZnO y TiO2.
  15. 15.
    Sistema de iluminación según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque los medios (10; 110; 210) de
    conversión se proporcionan en o sobre los medios (9; 109; 209) de reflexión. 5
  16. 16. Sistema de iluminación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque puede ajustarse una temperatura de color del sistema (1; 101; 102) de iluminación controlando por separado los diodos (6, 6’, …,7, 7’, …; 8; 8’, …; 106, 106’, …, 107, 107’, …; 108; 108’, …; 206, 207) emisores de luz.
    10
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