ES2313015T3 - Cuerpo luminoso. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo luminoso con un alojamiento (1) que tiene una superficie (6) de emisión de luz que cierra el alojamiento por su lado superior y una pluralidad de fuentes (3, 5) de luz dispuestas en el alojamiento (1) cuya luz se radia al menos sustancialmente en una dirección paralela a la superficie (6) de emisión de luz, en el que paredes internas del alojamiento (1) reflejan la luz al menos parcialmente y en el que las fuentes (3, 5) de luz comprenden cada una un elemento (3) de LED y un cuerpo (5) de lente previsto sobre las mismas y que emiten la luz sustancialmente en una dirección perpendicular a su eje, caracterizado porque los elementos (3) de LED se insertan en una superficie (2) de parte inferior del alojamiento (1), superficie de parte inferior opuesta al lado superior, y los cuerpos (5) de lente se extienden a través de una placa (4) de cubierta dispuesta sobre la superficie (2) de parte inferior.
Description
Cuerpo luminoso.
La invención se refiere a un cuerpo luminoso en
particular en forma de un dispositivo de iluminación plano para la
iluminación general o para la iluminación desde atrás de pantallas,
cuerpo luminoso que comprende una pluralidad de fuentes de luz
tales como, por ejemplo, elementos de LED dispuestos en un
alojamiento.
Se conocen dispositivos de iluminación planos
para la generación de colores mixtos de los documentos DE 101 02
586.6 y DE 101 02 585.8. Estos dispositivos de iluminación
comprenden sustancialmente una placa de guía de ondas óptica en la
que se ha previsto una pluralidad de cavidades, alojando cada
cavidad un LED. Las cavidades tienen cada una un lado superior
orientado hacia la superficie de emisión de luz de la placa de guía
de ondas óptica y las paredes laterales. El lado superior de cada
cavidad está revestido con una capa reflectante de modo que la luz
generada por la fuente de luz insertada en la cavidad se acopla en
la placa de guía de ondas óptica exclusivamente a través de las
paredes laterales de la cavidad. Tal disposición de "cavidad
iluminada" logra una mezcla y distribución homogénea de la luz
de cada fuente de luz individual en la superficie de emisión de luz
del cuerpo luminoso, y por tanto una iluminación uniforme.
Además, se conocen disposiciones de iluminación
directa en las que las fuentes de luz individuales se insertan en
un alojamiento común cuyas paredes laterales se fabrican a partir de
un material altamente reflector o están revestidas de un material
de este tipo, mientras que el lado superior del alojamiento está
cubierto con una capa difusora de modo que la luz de las fuentes de
luz emerge de la capa difusora (superficie de emisión de luz) del
cuerpo luminoso de una manera relativamente homogénea.
Finalmente, se usan disposiciones denominadas
"de iluminación lateral" en las que las fuentes de luz se
prevén a lo largo de paredes laterales de una placa de guía de
ondas óptica de modo que su luz se acopla en la placa de guía de
ondas óptica y se propaga en la misma debido a la reflexión total en
las paredes laterales y las superficies principales perpendiculares
a las mismas. La luz se guía entonces hacia una superficie de
emisión de luz por medio de estructuras de acoplamiento adecuadas
en una de estas superficies principales, mientras que a la otra
superficie principal se le da un revestimiento reflectante.
Un aparato de iluminación que proporciona una
salida con alta uniformidad espacial de luminancia se conoce del
documento WO 01/07828A1. Este aparato incluye un alojamiento que
incluye una cavidad que tiene superficies reflectoras y un área de
salida, en el que la fuente de luz incluye una fuente puntual y un
desviador óptico que tiene una superficie reflectante
abocinada.
Esto significa, por ejemplo, que la distancia
entre las fuentes de luz puede hacerse mayor que en los cuerpos
luminosos conocidos, para un tamaño y profundidad de construcción
dados del cuerpo luminoso, de modo que se requiere un número menor
de fuentes de luz para conseguir la misma homogeneidad en la
distribución de luz. Puede conseguirse con esto, asimismo, un
ahorro de costes considerable.
Las dimensiones del cuerpo luminoso según la
invención pueden elegirse sustancialmente según se desee, de modo
que no sólo puede realizarse una pequeña profundidad constructiva,
sino también una superficie de emisión de luz muy grande. Puede
conseguirse una intensidad luminosa deseada a través de una elección
adecuada del número de fuentes de luz por área de superficie
unitaria.
Otra ventaja esencial es que la luz de cada
fuente de luz individual se distribuye sobre una zona más amplia
alrededor de la fuente de luz pertinente y se mezcla con la luz de
un número mayor de fuentes de luz contiguas, de modo que la luz
acoplada no depende de manera apreciable de las propiedades
específicas de las fuentes de luz individuales tales como, por
ejemplo, fluctuaciones en su intensidad luminosa o sus propiedades
de color.
Las reflexiones en un ángulo de incidencia plano
llevan sólo a pérdidas de reflexión pequeñas, de modo que se
dispone de una proporción muy alta de la luz proporcionada por cada
fuente de luz en la superficie de emisión de luz, lo que hace que
la eficacia del cuerpo luminoso sea alta.
Finalmente, los elementos de LED se insertan en
una superficie de parte inferior del alojamiento, y los cuerpos de
lente se extienden a través de una placa de cubierta dispuesta sobre
la superficie de parte inferior para mejorar adicionalmente la
homogeneidad de la distribución de luz sobre la superficie de
emisión de luz.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a
realizaciones adicionales ventajosas de la invención.
La reivindicación 2 se refiere a fuentes de luz
que se usan preferiblemente debido a sus propiedades ópticas y
eléctricas.
Los revestimientos reflectantes adicionales
según las reivindicaciones 3 y 4 pueden mejorar adicionalmente la
homogeneidad de la distribución de luz sobre la superficie de
emisión de luz.
Las realizaciones de la superficie de emisión de
luz según las reivindicaciones 5 y 6 también tienen esta
ventaja.
La realización de la reivindicación 7 sirve
simplemente para la generación de luz coloreada, mientras que la
realización de la reivindicación 8 puede conseguir una
característica de radiación espacial dada del cuerpo luminoso.
Otros detalles, características y ventajas de la
invención serán evidentes a partir de la descripción siguiente de
realizaciones preferidas que se da con referencia al dibujo, en el
que:
la figura 1 es una vista en sección transversal
esquemática de un cuerpo luminoso según la invención; y
la figura 2 es una vista en planta esquemática
del cuerpo luminoso de la figura 1.
La figura 1 es una vista en sección transversal
esquemática de un cuerpo luminoso según la invención en forma de
una fuente de luz plana o sustancialmente plana.
El cuerpo luminoso comprende un alojamiento 1
que tiene una profundidad, por ejemplo, de aproximadamente 10 a 15
mm y cuya longitud y ancho corresponden al tamaño deseado de la
fuente de luz plana, de modo que la luz se emite en una superficie
6 de emisión de luz que cierra el alojamiento 1 por su lado
superior.
En el lado inferior del alojamiento 1 opuesto al
lado superior, hay una superficie 2 de parte inferior en la que se
ha insertado una pluralidad de fuentes 3, 5 de luz. Las fuentes 3, 5
de luz se fijan a la superficie 2 de parte inferior y se ponen en
contacto de la manera habitual. Las fuentes 3, 5 de luz se eligen y
disponen en este caso de modo que radian luz al menos
sustancialmente sólo en dirección lateral, es decir, en la dirección
de la longitud y/o ancho del cuerpo luminoso.
Las fuentes 3, 5 de luz usadas son
preferiblemente LED que emiten en direcciones laterales, cuya
emisión de luz es sustancialmente perpendicular al eje del
alojamiento de LED. En el caso presente, las fuentes de luz están
compuestas por los propios elementos 3 de LED con contactos
eléctricos y cuerpos 5 de lente respectivos previstos sobre los
mismos, desde los que se emite la luz en direcciones laterales.
LED de este tipo se conocen y están generalmente
disponibles, por ejemplo, con una potencia eléctrica de 1 y 5 W y
en los colores azul, verde, rojo y blanco.
La zona de parte inferior en la que se
encuentran los elementos 3 de LED está cubierta por una placa 4 de
cubierta. La placa 4 de cubierta tiene aberturas a través de las que
los cuerpos 5 de lente se extienden en la dirección hacia el lado
superior del alojamiento 1. Esto significa que la luz generada por
los elementos de LED sólo puede entrar en la zona por encima de la
placa 4 de cubierta del alojamiento 1 a través de los cuerpos 5 de
lente.
Las superficies de los cuerpos 5 de lente
orientados hacia (opuestos a) la superficie 6 de emisión de luz del
alojamiento 1 están revestidos cada uno con una capa 7 reflectante
que refleja de nuevo estos componentes de luz que inevitablemente
también se radian en la dirección axial de los elementos de LED (en
general, por ejemplo, el 10% de la intensidad luminosa total) y que
evita que estos componentes de luz choquen contra la superficie 6
de emisión de luz directamente. La capa 7 refleja preferiblemente en
ambos lados.
Como alternativa, puede haber en el alojamiento
una capa 8 intermedia para este fin, capa que se extiende sobre los
cuerpos 5 de lente y está formada de un material que preferiblemente
refleja en ambos lados en la zona de un extremo superior de un
cuerpo 5 de lente cada vez, o está revestida con un material de este
tipo.
La superficie 6 de emisión de luz del cuerpo
luminoso, finalmente, está formada por una placa difusora, es
decir, por ejemplo una placa de dispersión difusa semitransparente
cuya transmitancia se encuentra preferiblemente por debajo del 50%,
transmitancia que, sin embargo, puede ser también localmente
variable.
Un criterio esencial para la elección de la
transmitancia es el hecho de que los cuerpos 5 de lente o sus lados
superiores no deben poder percibirse a través de la superficie 6 de
emisión de luz, en particular cuando las fuentes de luz se
encienden, ni en forma de una zona brillante, ni en la de una zona
oscura. Para este fin, la transmitancia puede ser también
localmente diferente y, por ejemplo, ser reducida en las zonas por
encima de los cuerpos 5 de lente. La elección de la transmitancia
depende también obviamente de la profundidad constructiva del
cuerpo luminoso.
El lado superior de la placa 4 de cubierta y las
paredes internas del alojamiento 1 se revisten preferiblemente de
un material altamente reflectante de manera difusa.
Por otro lado, el alojamiento 1 contiene
preferiblemente aire o algún otro gas.
La figura 2 es una vista en planta de un cuerpo
luminoso de este tipo, en el que la superficie 6 de emisión de luz
o la placa que representa a ésta se ha retirado para hacer visible
la disposición de las fuentes de luz (en este caso los cuerpos 5 de
lente).
Tal como es evidente a partir de esta figura,
las fuentes de luz están distribuidas regularmente sobre la
superficie 2 de parte inferior, preferiblemente con espaciados
intermedios de entre aproximadamente 1 y 5 cm en el caso de uso de
los LED mencionados anteriormente.
Esta disposición hace posible realizar un
radiador plano con una homogeneidad muy alta de la distribución de
luz sobre la superficie 6 de emisión de luz también en el caso de
una profundidad constructiva pequeña (es decir, la distancia entre
la placa 4 de cubierta y la superficie 6 de emisión de luz), por
ejemplo, de 10 a 15 mm y una distancia relativamente grande entre
las fuentes 3, 5 de luz individuales de, por ejemplo, 1 a 5 cm. Los
experimentos han mostrado que puede conseguirse una desviación de la
intensidad promedio de la luz sobre la superficie 6 de emisión de
luz muy por debajo del 10% sin problemas. En particular, se permite
que la distancia entre los LED individuales sea aproximadamente de 3
a 5 veces la profundidad constructiva del cuerpo luminoso.
La luz generada se refleja principalmente en el
lado superior de la placa 4 de cubierta y el lado inferior de la
superficie 6 de emisión de luz debido a la emisión lateral de la luz
desde las fuentes de luz, es decir con un ángulo de incidencia
plano cada vez, de modo que se producen pérdidas de reflexión
particularmente bajas y se consigue una buena distribución de luz
en particular en dirección lateral, lo que lleva a una alta
eficacia y una alta homogeneidad en la superficie 6 de emisión de
luz.
La combinación de la invención de fuentes de luz
de emisión lateral con un alojamiento de "iluminación directa"
tal como se ha explicado anteriormente hace posible en particular
conseguir tal homogeneidad alta que no sea necesaria una modulación
de la transmitancia de la superficie de emisión de luz o la placa 6
difusora dispuesta por debajo de ésta y que forma esta
superficie.
Algunos experimentos han mostrado que pueden
conseguirse valores de luminancia del cuerpo luminoso de hasta
20.000 cd/m^{2} con LED disponibles comercialmente. Si se usan LED
blancos conocidos de 1W de potencia eléctrica, estos valores de
luminancia se encuentran aproximadamente en 4.000 cd/m^{2}.
Esto hace posible sin duda cumplir con los
requisitos habituales para baldosas luminosas para iluminación
interior, requisitos que se encuentran entre aproximadamente 2.000 y
3.000 cd/m^{2}. Esto es cierto incluso para una aplicación de
iluminación desde atrás de pantallas LCD, para las que normalmente
se requieren de 5.000 a 15.000 cd/m^{2}, o para aplicaciones de
fototerapia.
La escala del cuerpo luminoso según la invención
puede ajustarse sustancialmente según se desee, es decir pueden
realizarse superficies luminosas de prácticamente cualquier tamaño
deseado. La buena distribución de luz lateral compensa las
diferencias de intensidad entre las fuentes de luz individuales. Por
tanto, como normalmente se disponen fuentes de luz de diferentes
colores, por ejemplo con luz roja, verde, azul o blanca, puede
conseguirse una mezcla de colores que puede controlarse muy
bien.
La placa 8 difusora semitransparente puede
realizarse también con fósforo que convierte el color, que convierte
la luz azul parcialmente en luz de una mayor longitud de onda, si
se usan fuentes de luz con luz azul.
De esta manera es posible realizar fuentes de
luz sustancialmente de cualquier color sin la necesidad de
introducir el fósforo usado para cambio de color en las propias
fuentes de luz, en particular en los LED. Los problemas de eficacia
y duración pueden evitarse de ese modo en particular en el caso de
LED muy cargados.
El color de luz puede cambiarse además mediante
una simple sustitución de la placa 6 de difusor.
La característica de radiación espacial del
cuerpo luminoso viene determinada esencialmente por la forma y el
gradiente de la superficie de emisión de luz y normalmente tiene un
carácter de tipo de Lambert.
La superficie de emisión de luz puede cubrirse
como alternativa con láminas metálicas ópticas que transmitan luz
sólo en ciertas zonas angulares y la reflejen en otras zonas
angulares, de modo que una fuente de luz plana con una
característica de radiación diferente pueda realizarse tal como se
requiera, por ejemplo, para ciertas aplicaciones (iluminación de
oficinas). La luz no transmitida no se pierde, pero se refleja de
nuevo hacia el cuerpo luminoso.
Por último, un encendido y apagado (secuencial)
de grupos o bandas individuales de LED hace posible también
realizar efectos de iluminación de fondo en movimiento que se usan,
por ejemplo, en pantallas de televisión LCD.
Claims (8)
1. Cuerpo luminoso con un alojamiento (1) que
tiene una superficie (6) de emisión de luz que cierra el alojamiento
por su lado superior y una pluralidad de fuentes (3, 5) de luz
dispuestas en el alojamiento (1) cuya luz se radia al menos
sustancialmente en una dirección paralela a la superficie (6) de
emisión de luz, en el que paredes internas del alojamiento (1)
reflejan la luz al menos parcialmente y en el que las fuentes (3, 5)
de luz comprenden cada una un elemento (3) de LED y un cuerpo (5)
de lente previsto sobre las mismas y que emiten la luz
sustancialmente en una dirección perpendicular a su eje,
caracterizado porque los elementos (3) de LED se insertan en
una superficie (2) de parte inferior del alojamiento (1), superficie
de parte inferior opuesta al lado superior, y los cuerpos (5) de
lente se extienden a través de una placa (4) de cubierta dispuesta
sobre la superficie (2) de parte inferior.
2. Cuerpo luminoso según la reivindicación 1, en
el que las fuentes de luz son LED (3, 5) que emiten
lateralmente.
3. Cuerpo luminoso según la reivindicación 1, en
el que superficies de los cuerpos (5) de lente orientados hacia la
superficie (6) de emisión de luz están dotadas de un revestimiento
(7) que refleja componentes de luz que se emiten desde dichos
cuerpos al menos sustancialmente.
4. Cuerpo luminoso según la reivindicación 1, en
el que se prevé una capa (8) intermedia que se extiende sobre los
cuerpos (5) de lente y que tiene un revestimiento en la zona de las
superficies de los cuerpos (5) de lente orientados hacia la
superficie (6) de emisión de luz, revestimiento que refleja
componentes de luz que se emiten desde dichos cuerpos al menos
sustancialmente.
5. Cuerpo luminoso según la reivindicación 1, en
el que la superficie de emisión de luz está formada por una placa
(6) difusora de dispersión difusa parcialmente transparente.
6. Cuerpo luminoso según la reivindicación 5, en
el que la transmitancia de la placa (6) difusora se reduce en las
zonas que se encuentran opuestas a los cuerpos (5) de lente.
7. Cuerpo luminoso según la reivindicación 5, en
el que la placa (6) difusora comprende un material de fósforo que
convierte el color de la luz que pasa a través de la misma.
8. Cuerpo luminoso según la reivindicación 5, en
el que la superficie (6) de emisión de luz está cubierta con una
lámina metálica óptica que permite que la luz pase a través de la
misma sustancialmente sólo dentro de ciertas zonas angulares.
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