ES2603358T3

ES2603358T3 - Fuente de luz

Info

Publication number: ES2603358T3
Application number: ES11173044.6T
Authority: ES
Inventors: Matthijs Dirk Meulenbelt
Original assignee: Philips Lighting Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2017-02-27
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP5390858B2; NL1030161C2; DE202006020673U1; DK1938298T3; PL1938298T5; EP1938298B2; EP1938298A1; CN101300616B; EP2779146B1; EP3188164A2; PL1938298T3; ES2388997T3; ES2388997T5; US7841733B2; CN101300616A; WO2007043886A1; EP1938298B1; PL2390866T3; JP2009511984A; DK2390866T3

Abstract

Una fuente de luz (20) para proporcionar iluminación homogénea, que comprende: - al menos una lámpara alargada; - medios de orientación para proporcionar a la fuente de luz una característica de dirección de un haz de luz emitido durante el funcionamiento de la fuente de luz, por lo cual la al menos una lámpara alargada comprende una pluralidad de al menos tres LEDs (26,27) que se extienden sustancialmente en una misma dirección y en el que cada LED está provisto de un medio de orientación respectivo para proporcionar dicha iluminación homogénea, caracterizada por que de cada LED, la característica direccional es elíptica en dicha misma dirección.

Description

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DESCRIPCION

Fuente de luz

CAMPO DE LA INVENCION

La invencion se refiere a una fuente de luz, por ejemplo, para su uso en un dispositivo de visualizacion, tal como una caja de luz, por ejemplo, para un anuncio iluminado, una senal de trafico, un poste indicador, un techo iluminado, una pantalla TFT, una pantalla LCD, un dial para un reloj o un instrumento de medicion, cuyo dispositivo comprende: un alojamiento, una fuente de luz alojada en este alojamiento y al menos una cara de visualizacion translucida de forma difusa iluminada por la luz de esta fuente de luz.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Se conoce dicho dispositivo de visualizacion en muchos modos de realizacion.

Se conoce un dispositivo del tipo indicado en el preambulo, por ejemplo, a partir del documento US-A-5 457 615. En el dispositivo de visualizacion conocido a partir del mismo, se hace uso de un numero de fuentes de luz omnidireccionales para iluminar una cara de visualizacion translucida de forma difusa. Las superficies internas toman una forma reflectante. Por medio de una placa translucida de forma difusa, llamada difusor, la luz emitida por la lampara en la direccion de la cara de visualizacion se intercepta y se difunde por esta placa translucida de forma difusa.

La descripcion del documento US-A-5 457 615 no da ninguna indicacion en cuanto al grado de difusividad del paso de luz a traves de la placa translucida de forma difusa. Sin embargo, debe suponerse que las fuentes de luz son visibles para un observador en el lado externo del dispositivo, lo que se considera indeseable de acuerdo con la invencion. Una parte sustancial de la luz emitida por las fuentes de luz alcanza, por lo tanto, la cara de visualizacion directamente a traves de la placa translucida de forma difusa. La parte restante de la luz emitida por las fuentes de luz se refleja de manera especular por las superficies internas altamente reflectantes a modo de espejo del alojamiento y, despues de un numero de reflexiones, alcanza la cara de visualizacion de una manera que no se especifica con mas detalle. Debido a esta reflexion a modo de espejo, no es posible impedir que las fuentes de luz sean visibles en la superficie externa de la cara de visualizacion, por lo cual dan como resultado zonas mas oscuras y mas claras. Las transiciones entre las mismas pueden detectarse facilmente por el ojo humano. Si la transicion de contraste excede un valor determinado a lo largo de una distancia corta, esto puede manifestarse de una forma muy irritante. Este aspecto se discutira en el presente documento a continuacion.

La estructura de acuerdo con el documento US-A-5 457 615 es ademas de tal manera que la luz de las zonas de extremo de las fuentes de luz alargadas puede alcanzar la cara de visualizacion directamente.

Debena prestarse un poco de atencion en este punto a las diversas posibilidades, conocidas a partir de la bibliograffa o que se situan dentro del alcance de la persona experta, para irradiar una cara de visualizacion translucida de forma difusa de tal manera que la luminancia se hace lo mas uniforme posible en la superficie externa de la misma:

1. Puede hacerse uso de una cara de visualizacion translucida de forma difusa con un grosor sustancial y/o una transmision de luz muy limitada. Debe entenderse que, de esta manera, puede lograrse cierta homogeneizacion para un material, por ejemplo, tal como vidrio de color blanco o plasticos translucidos de forma difusa correspondientes funcionalmente. El inconveniente de esta solucion es que la perdida de energfa luminosa puede ser muy sustancial. Esto significana que, para lograr una luminancia determinada, debe hacerse uso de una fuente de luz que consuma una cantidad relativamente grande de energfa.

2. Como alternativa, puede hacerse uso de un numero de placas translucidas de forma difusa, que esten colocadas a una distancia mutua y que sean, por ejemplo, identicas o similares a la cara de visualizacion. Un grado mejorado de homogeneidad de la luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion se realiza debido a la distancia mutua entre dichas placas. Esta buena solucion por sf misma tiene tambien el inconveniente de dar como resultado una gran perdida de energfa luminosa.

3. Cuando aumente la distancia de la fuente hacia la cara de visualizacion, mejorara la homogeneidad de la luminancia en la superficie externa de esta cara de visualizacion. El inconveniente de esta solucion es que el alojamiento se vuelve voluminoso y, particularmente, adquiere una gran profundidad, lo que no es deseable y a veces incluso inaceptable para aplicaciones espedficas. Debe suponerse ademas que debe absorberse la luz que no se orienta directamente en la cara de visualizacion de la fuente de luz, puesto que efectos de reflexion impredecibles se producen quiza de otra forma, lo que hace que la luminancia aumente, pero tienen un efecto adverso sobre la homogeneidad.

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4. Puede hacerse uso de una fuente de luz con una superficie radiante grande. Por ejemplo, es posible prever una superficie provista de un patron similar a una rejilla de fuentes de luz pequenas, tales como lamparas halogenas o LEDs. Aunque con un buen diseno esta solucion puede producir un grado razonable de homogeneidad de la luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion, los altos costes son prohibitivos.

5. Puede hacerse uso de medios opticos, en particular, lentes, espejos o combinaciones de los mismos, que esten disenados de tal manera que la luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion sea constante dentro de cierta tolerancia. Sin embargo, el diseno de dichos sistemas es complicado al ser totalmente dependiente del dimensionado pertinente y, consecuentemente, es caro.

SUMARIO DE LA INVENCION

Se conoce mas generalmente y es comun un dispositivo de visualizacion para propositos de publicidad que incorpora una o mas lamparas fluorescentes como fuente de luz. Dicho dispositivo de visualizacion tiene la ventaja evidente de un alto rendimiento de luz. Sin embargo, esto se contrarresta por el inconveniente, que es dominante en la practica, de que la cara de visualizacion traslucida de forma difusa tiene una alta intensidad de luz en un area de una distancia relativamente corta desde la lampara fluorescente. Sin embargo, esta intensidad de luz no disminuye rapidamente cuando disminuye la distancia del area iluminada de la cara de visualizacion relativa a las lamparas fluorescentes. Esto da como resultado sorprendentemente el fenomeno de que, a pesar de la alta intensidad de luz realizada en dicha primera area, la legibilidad total se percibe a menudo como muy pobre debido a las diferencias en contraste con las areas menos iluminadas fuertemente.

Se han hecho intentos para obviar este inconveniente conocido por el uso de mas de una lampara fluorescente o de otra fuente de luz, pero el inconveniente indicado de un area fuertemente iluminada en contraste con areas menos iluminadas fuertemente por la presente no puede obviarse de forma satisfactoria. En prevision de la descripcion siguiente de las figuras en el presente documento a continuacion, se hace referencia ahora a este respecto a las Figs. 1,2, 3, 8A y 13 y a la descripcion asociada con dichas figuras.

Se han hecho ademas intentos para reducir las diferencias de intensidad disponiendo una rejilla con una progresion espedfica, que protege la luz de la fuente de luz de forma local en mayor o menor medida. Ni siquiera con esto se han logrado los resultados deseados.

Es un objeto de la invencion proporcionar una fuente de luz adecuada para un dispositivo de visualizacion de tal manera que la cara de visualizacion se ilumina de forma homogenea dentro de tolerancias relativamente estrechas. Las pruebas han indicado que no es solamente la luminancia, sino, en una medida mas predominante, la homogeneidad de la luminancia que determina la visibilidad de la informacion presente en la cara de visualizacion, por ejemplo, la legibilidad de los textos presentes en la misma. Para cajas de luz, es posible prever, por ejemplo, una luminancia en el intervalo de alrededor de 10-5.000 lux. Sera evidente que, particularmente en algunas de las aplicaciones indicadas, tales como carteles publicitarios y senales de trafico, esto es de esencial importancia.

Sobre la base de las consideraciones anteriores, la invencion proporciona una fuente de luz del tipo indicado en el preambulo, que tiene la caractenstica de que la fuente de luz comprende al menos una lampara alargada, formandose la lampara alargada por una pluralidad de al menos tres LEDs que se extienden sustancialmente en una misma direccion y en cada uno de los LEDs se anaden medios de orientacion respectivos a fin de obtener una caractenstica direccional de la luz emitida por la fuente de luz, de tal manera que la fuente de luz ilumina directamente al menos una pared casi exclusivamente, por ejemplo, mas del 75 %; y de que esta al menos una pared es reflectante de forma difusa de tal manera que una parte de la luz incidente sobre la misma se refleja en la cara de visualizacion.

Anticipandose a la descripcion de las figuras siguientes en el presente documento a continuacion, se hace referencia a la Fig. 24 en relacion con el termino "reflectante de forma difusa". Esta figura muestra en dos dimensiones la caractenstica direccional sustancialmente esferica correspondiente con la reflexion difusa. El origen del sistema de coordenadas dibujado, es decir, [x = 0; y = 0], es el punto donde la luz es incidente sobre la superficie reflectante de forma difusa. Se reflejara luz de acuerdo con el diagrama direccional dibujado sustancialmente independientemente de la direccion en la que se produzca esta incidencia de luz. La fraccion mas grande dejara la superficie perpendicular del mismo, tambien en la direccion del eje y. En la direccion del eje x, la fraccion sera sustancialmente 0. Los valores relativamente intermedios se dan por la distancia entre el origen y la esfera que se muestra en dos dimensiones como un drculo. Estos valores se indican esquematicamente con flechas.

Se recomienda una fuente de luz de acuerdo con la invencion en la que la proporcion de la energfa luminosa de la luz esta orientada directamente en la cara de visualizacion del dispositivo de visualizacion de la fuente de luz (= modulo LED) y sale a traves de las cantidades de caras de visualizacion a menos del 10 % de la energfa luminosa total de la luz emitida por la fuente de luz. Esto impide que la fuente de luz sea visible para un observador.

Altamente recomendable es un modo de realizacion en el que la primera derivada de la posicion de la luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion dividida por el valor local de la luminancia tiene un valor maximo de

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alrededor de 1,0 a 1,2 m-1 en cualquier direccion. Las pruebas han mostrado que dicho valor forma la transicion entre una buena homogeneidad, como se percibe por el ojo humano, y el discernibilidad de las diferencias de luminancia. Cuando el valor de dicha primera derivada normalizada se vuelva mas grande, un contraste se volvera cada vez mas discernible y, finalmente, aumentara a proporciones irritantes e incluso inaceptables.

Cabe destacar aqu que la luminancia es una medida que tiene en cuenta las propiedades subjetivas del ojo humano.

Es importante que los medios de orientacion garanticen que la mayor cantidad de luz emitida por la fuente de luz como sea posible alcance una pared reflectante de forma difusa. Los medios de orientacion pueden ser medios independientes que se anadan a la fuente de luz. Alternativamente, el dispositivo de visualizacion puede tener la caractenstica especial de que los medios de orientacion esten integrados con la fuente de luz.

De acuerdo con un aspecto espedfico de la invencion, el dispositivo de visualizacion tiene la caractenstica especial de que los medios de orientacion comprenden medios opticos del grupo del que forman parte medios de espejo y medios de lente.

Se llama la atencion en el hecho de que las caras de visualizacion conocidas para los dispositivos de visualizacion de la tecnica anterior se realizan como placas, por ejemplo, de un plastico o vidrio de color blanco lechoso, que son completamente lisas en ambos lados. Como se sabe por la optica, un haz de luz incidente sobre una superficie lisa en un angulo que vana sustancialmente a partir de una incidencia normal no entrara en el medio en cuestion en el caso en que se supere el denominado angulo de Brewster. En el caso presente, puede hacerse uso del mismo, permitiendo que parte de la luz de la fuente de luz sea incidente directamente sobre la superficie interna de la cara de visualizacion, pero en un angulo de tal manera que dicha luz se refleja, en teona, totalmente y alcanza la pared reflectante de forma difusa despues de la reflexion. Este aspecto se discutira mas adelante con referencia a la Fig. 9C.

Sera evidente que debe impedirse tanto como sea posible de acuerdo con la invencion que la luz de las fuentes de luz, que corresponde, por ejemplo, a un lobulo lateral de la caractenstica direccional, caiga directamente sobre la cara de visualizacion de manera descontrolada. Con el fin de impedir este fenomeno, que se produce en las fuentes de luz mas disponibles en el mercado, el dispositivo de acuerdo con la invencion comprende, en un modo de realizacion especial, medios de proteccion situados entre la fuente de luz y la cara de visualizacion para el proposito de proteger la luz orientada directamente en la cara de visualizacion por la fuente de luz. La influencia de las imperfecciones de la fuente de luz se elimina completamente de esta manera.

Con el fin de garantizar la mejor homogeneidad posible de la iluminacion dentro de lfmites estrechos, el dispositivo de visualizacion puede tener la caractenstica especial de que la fuente de luz se extiende a lo largo de una distancia de al menos alrededor del 70 % de una dimension lineal de la cara de visualizacion.

Muy simple es un modo de realizacion en el que la fuente de luz comprende al menos una lampara alargada, por ejemplo, como la que se forma por LEDs dispuestos adyacentes entre sf en una fila.

Se ha encontrado que, para el intervalo de intensidad de alrededor de 10-5.000 lux aplicados a menudo en la practica para cajas de luz, la intensidad absoluta de la luz emitida desempena solamente un papel subordinado en la visibilidad de la informacion presentada y una medida de la calidad realizada es la homogeneidad de la luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion. A este respecto, el dispositivo de visualizacion puede tener la caractenstica especial de acuerdo con un modo de realizacion preferido de que la fuente de luz comprende un LED o al menos un grupo de LEDs que se extienden en sustancialmente la misma direccion. Un numero de LEDs pueden disponerse de tal manera que garantizan la homogeneidad deseada de la iluminacion de la pared dentro de ciertas normas establecidas.

El modo de realizacion en el que la fuente de luz se extiende a lo largo de una distancia de al menos alrededor del 70 % de una dimension lineal de la cara de visualizacion puede tener ademas la caractenstica especial de que un grupo de LEDs esta dispuesto de forma adyacente entre sf en una fila. El dispositivo de visualizacion puede tener la caractenstica especial de que la o una primera pared directamente iluminada se extiende al menos mas o menos en direccion transversal con respecto a la cara de visualizacion.

Una homogeneidad mejorada adicional de la luz que incide sobre la superficie de visualizacion difusa se obtiene con un dispositivo de visualizacion que comprende al menos una segunda pared reflectante de forma difusa, que recibe parte de la luz reflejada por la primera pared reflectante de forma difusa y dirige una parte de las mismas en la cara de visualizacion.

La fuente de luz de acuerdo con la invencion puede tener tambien la caractenstica especial de que la caractenstica direccional es de tal manera que la fuente de luz ilumina la o una pared directamente iluminada al menos de forma mas o menos homogenea o garantiza que la pared directamente iluminada forme una fuente de lmea al menos mas o menos homogenea. Para este proposito, puede hacerse uso, por ejemplo, de medios opticos, incluyendo medios

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de lente y/o medios de espejo, que garanticen la caractenstica direccional deseada. A continuacion se hace referencia a este respecto a la fig. 4, entre otras, y a la descripcion asociada.

El dispositivo de visualizacion puede tener la caractenstica especial de que la al menos una pared esta provista de una capa de recubrimiento de color claro, en particular, substancialmente blanca, que consiste en un material del grupo que incluye: una pintura mate, una pintura con brillo satinado, papel blanco, pelfcula de LEF (marca comercial de 3M Company). Con estos materiales, puede obtenerse un coeficiente de reflexion suficientemente alto en combinacion con una dependencia baja del color de la absorcion de luz.

Se llama la atencion ademas al documento WO-A-99/67663. Como se ha descrito anteriormente, la homogeneidad de la luminancia en el exterior de la cara de visualizacion puede mejorarse haciendo uso de un grosor relativamente grande y/o una transmision de luz baja de la cara de visualizacion translucida de forma difusa. Dicho documento de la tecnica anterior hace uso de esta idea. En la Fig. 5, entre otros, y en la descripcion asociada, se hace mencion de materiales que pueden usarse para la caja de luz en cuestion. Se ha encontrado que el rendimiento luminoso es alto en el caso de un material tal como 3635-70, pero que existen areas mas claras y mas oscuras que se unen de tal manera que las transiciones se manifestaran de manera irritante. Solamente cuando se usan otros materiales, en particular los materiales P645 y P945, se logra una homogeneidad aceptable de la luminancia. El sacrificio que esto requiere es una perdida importante de energfa luminosa.

El documento US20040255497A1 divulga una fuente de luz alargada de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y que comprende al menos tres LEDs que se extienden en una misma direccion y cada LED esta provisto de un medio de orientacion respectivo.

El documento US6249375B1 divulga una fuente de luz de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 que comprende una pluralidad de LEDs y en la que cada LED esta provisto de un medio de orientacion respectivo.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La invencion se elucidara ahora con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: En el presente documento:

la Fig. 1 muestra una vista en perspectiva parcialmente en corte de un dispositivo de visualizacion de la tecnica anterior;

la Fig. 2 muestra una vista en perspectiva parcialmente en corte de otro dispositivo de visualizacion de la tecnica anterior;

la Fig. 3 muestra una vista frontal parcial del dispositivo de visualizacion de acuerdo con la Fig. 2;

la Fig. 4 muestra una vista correspondiente con la Fig. 1 de un dispositivo de visualizacion provisto de una fuente de luz de acuerdo con la invencion;

la Fig. 5 muestra una vista frontal parcialmente en corte del dispositivo de visualizacion de acuerdo con la Fig. 4; la Fig. 6 muestra una vista correspondiente a la Fig. 5 de una variante;

la Fig. 7 muestra una vista correspondiente a la Fig. 6 de una modificacion del modo de realizacion de acuerdo con la Fig. 6;

la Fig. 8A muestra una vista en seccion transversal del dispositivo de visualizacion de la Fig. 1;

la Fig. 8B muestra una representacion grafica de la distribucion de intensidad de luz sobre ambas caras de visualizacion en el modo de realizacion de acuerdo con las Figs. 1 y 8A;

la Fig. 9A muestra una seccion transversal a traves del dispositivo de visualizacion de acuerdo con la Fig. 4;

la Fig. 9B muestra la distribucion de intensidad de luz en ambas caras de visualizacion del dispositivo de visualizacion de acuerdo con la Fig. 4 y 9A;

la Fig. 9C muestra una vista correspondiente con la Fig. 9A de un modo de realizacion en la que las fuentes de luz tienen un angulo de apertura de tal manera que las caras de visualizacion translucidas de forma difusa estan parcialmente iluminadas directamente por las fuentes de luz;

la Fig. 10 muestra una vista parcialmente en corte de otro modo de realizacion mas;

la Fig. 11 muestra una parte de la fuente de luz de acuerdo con la Fig. 10;

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la Fig. 12A muestra una seccion longitudinal a traves de un molde para fabricar una fuente de luz y una proteccion contra la luz dispersa;

la Fig. 12B muestra una seccion transversal a traves del molde de acuerdo con la Fig. 12A;

la Fig. 13A muestra una vista frontal en corte de un dispositivo de visualizacion de la tecnica anterior con una lampara fluorescente;

la Fig. 13B muestra una seccion transversal a traves del dispositivo de visualizacion como en la Fig. 4;

la Fig. muestra la distribucion de intensidad de luz en ambas superficies translucidas por el dispositivo de visualizacion de acuerdo con las Figs. 13A y 13B;

la Fig. 14A muestra una vista correspondiente con la Fig. 13 de un dispositivo de visualizacion de acuerdo con la invencion de acuerdo con la Fig. 10;

la Fig. 14B muestra una seccion transversal a traves del dispositivo de visualizacion de acuerdo con la Fig. 14A;

la Fig. 14C muestra la distribucion de intensidad de luz sobre la cara de visualizacion del dispositivo de visualizacion de acuerdo con las Figs. 10, 14A y 14B;

la Fig. 15 muestra una representacion grafica de la distribucion espectral de un LED rojo, uno verde y uno azul;

la Fig. 16 muestra la distribucion espectral de la luz de color blanco fno emitida por un LED de un tipo determinado;

la Fig. 17 muestra una distribucion espectral de la luz de color blanco fno emitida por un LED de un tipo diferente;

la Fig. 18 muestra una distribucion espectral de la luz emitida por un LED de color blanco calido;

la Fig. 19A muestra una seccion transversal a traves de una caja de luz de acuerdo con la invencion que esta provista en ambos lados de una fila de fuentes de luz;

la Fig. 19B muestra un grafico de la luminancia medida en funcion de la ubicacion en el exterior de la cara de visualizacion, medida en la direccion que es horizontal en el dibujo;

la Fig. 19C muestra el grafico de acuerdo con la Fig. 19B, que incluye tambien indicaciones para calcular la primera derivada de la luminancia normalizada;

la Fig. 20A muestra una vista correspondiente con la Fig. 19A de una caja de luz de la tecnica anterior en la que se usan cuatro lamparas fluorescentes como fuentes de luz;

la Fig. 20B muestra una representacion grafica correspondiente con la Fig. 19B de la luminancia en funcion de la ubicacion;

la Fig. 20C muestra una representacion correspondiente con la Fig. 19C del grafico de acuerdo con la Fig. 20B;

la Fig. 21A muestra, en la direccion horizontal, respectivamente, la vista frontal de la caja de luz de acuerdo con la Fig. 20A y una vista lateral parcialmente seccionada, en la que la cara de visualizacion se muestra a diferentes distancias, para la introduccion de las mediciones, cuyos resultados de medicion se presentan en la Fig. 21B;

la Fig. 21B muestra seis graficos en los que se senala la luminancia en la superficie externa de la cara de

visualizacion de la caja de luz de acuerdo con la Fig. 21A, con la distancia de la cara de visualizacion desde la

posicion inicial como parametro;

la Fig. 21C muestra una representacion grafica de la luminancia en funcion de la ubicacion en el caso en el que la cara de visualizacion esta colocada a una distancia de 0,5 m, que tiene indicaciones en la misma para calcular la primera derivada de la luminancia normalizada;

la Fig. 21D muestra una representacion grafica correspondiente con la Fig. 21C de la situacion donde la cara de visualizacion esta colocada a una distancia de 0,6 m;

la Fig. 22A muestra una vista frontal, una vista lateral y una vista superior de una caja de luz, las superficies

interiores de la cual estan cubiertas con una pelfcula de LEF (marca registrada de 3M Company);

la Fig. 22B muestra la distribucion de luminancia en la superficie externa de la cara de visualizacion de la caja de luz como de acuerdo con la Fig. 22A;

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la Fig. 22C muestra el grafico de acuerdo con la figura. 22B, en el que los datos necesarios se incluyen para el proposito de la primera derivada de la luminancia normalizada;

la Fig. 23 muestra una representacion grafica en la que todos los graficos de luminancia de las Figs. 19A, 19B, 20A, 20B (en dos versiones), 2lA, 21B, 22A y 22B se muestran a modo de ilustracion de las cualidades superiores de la caja de luz de acuerdo con la invencion; y

la Fig. 24 muestra la caractenstica direccional de una superficie reflectante de forma difusa en representaciones bidimensionales.

DESCRIPCION DETALLADA DE LOS MODOS DE REALIZACION

Las figuras que van a describirse en el presente documento a continuacion muestran esquematicamente, entre otras cosas, las disposiciones de medicion con los resultados de medicion asociados. Todas las mediciones se realizaron exactamente bajo las mismas condiciones y totalmente comparables como tales. Por lo tanto, se hace uso de las mismas caras de visualizacion para todos los dispositivos de visualizacion medidos. Para las mediciones que van a describirse en el presente documento a continuacion, una placa de acrilato de opalo fundido 100-27.006 con superficies brillantes de la empresa Vink, Pafses Bajos, se aplica en cada caso para la cara de visualizacion. Este material tiene un coeficiente de transmision de luz del 29 %. Este es un material comun para las cajas de luz en los Pafses Bajos.

La Fig. 1 muestra un dispositivo de visualizacion 1 de la tecnica anterior. Este comprende un alojamiento 2, solamente se muestran la pared superior y la parte inferior del mismo. Alojada en este alojamiento hay una fuente de luz que comprende tres lamparas fluorescentes 3, 4, 5. Situada en el lado delantero y trasero hay una cara de visualizacion 6, 7, respectivamente. Estas pueden comprender patrones de informacion opticos translucidos u opacos, por ejemplo, informacion o publicidad de postes indicadores.

Las caras de visualizacion 6, 7 se iluminan directamente por las lamparas fluorescentes 3, 4, 5.

La Fig. 8A muestra el dispositivo de visualizacion 1 en seccion transversal.

La Fig. 8B muestra graficamente la distribucion de intensidad de la luz en las superficies externas 61, 62 de las caras de visualizacion 6, 7 respectivas. Como la figura muestra claramente, el valor central de la intensidad de la luz es de alrededor de 1.000 lux, con variaciones del + 30 % y del -30 %. Esta gran variacion a lo largo de una distancia corta se percibe a menudo como irritante.

Con el fin de reducir dicha gran variacion, se hace uso a veces de la disposicion de acuerdo con la Fig. 2. En este modo de realizacion, el dispositivo de visualizacion 8 que se muestra en el presente documento comprende cuatro lamparas fluorescentes 9, 10, 11, 12 que estan dispuestas de tal manera que la distribucion de intensidad debena dar como resultado una imagen ligeramente mas homogenea. No se encuentra que esta solucion funcione bien en la practica. En el centro se ubica un area en la que se acumulan mas o menos las intensidades de las lamparas, lo que da como resultado un pico de intensidad en el centro, mientras que un area relativamente poco iluminada esta presente en los bordes, de acuerdo con la decadencia en los extremos que se dibuja en la Fig. 8B.

La Fig. 3 muestra el dispositivo de visualizacion 8 completo con las lamparas fluorescentes 9, 10, 11, 12, 13, 14. Dicha area de solapamiento se designa con 15. El area de borde de extremo relativamente poco iluminada se designa con el numero de referencia 16.

La Fig. 4 muestra un dispositivo de visualizacion 19 con un modulo LED de acuerdo con la invencion a modo de ejemplo. Situada en la pared inferior 17 hay una fila de LEDs 20 dispuestos sustancialmente de forma equidistante, formando juntos la fuente de luz (= Modulo LED) para el dispositivo de visualizacion 19. Se anaden medios de lente a los LEDs 20, que garantizan que, de la manera dibujada, los LEDs tengan un angulo de apertura de alrededor de 25° en la direccion longitudinal de la pared superior opuesta 18 y un angulo de apertura de alrededor de 4° en la direccion transversal. Esta eleccion y el dimensionado del alojamiento logra que solamente sea practicamente la superficie interna de la pared superior 18 la que este iluminada de forma mas o menos homogenea por los LEDs 20 y que, sustancialmente, ninguna luz que venga directamente de los LEDs 20 sea incidente sobre las caras de visualizacion 6, 7. Los haces de luz pertinentes se muestran en lmeas discontinuas con flechas dirigidas hacia arriba.

Con el fin de darse cuenta de la caractenstica direccional deseada, mas o menos elfptica, del LED 20 con un angulo de apertura de alrededor de 25° en la direccion principal y un angulo de apertura de alrededor de 4° en la direccion perpendicular a la misma, puede hacerse uso, por ejemplo, de provisiones opticas de la empresa Carclo Precision Optics (
www.carclo-optics.com), pieza numero 10049.

Se llama la atencion en el hecho de que la pared trasera translucida 7 puede reemplazarse, por ejemplo, por una pared opaca. Esta pared podna tener tambien un caracter reflectante de forma difusa y podna hacer, por lo tanto, cierta contribucion a la intensidad y la homogeneidad de la luz incidente sobre la pared 6. Los otros dispositivos de

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visualizacion mostrados y descritos en esta memoria descriptiva pueden tener tambien como se desea solamente una o dos caras de visualizacion.

La Fig. 5 muestra el dispositivo de visualizacion 19 completo.

La Fig. 6 muestra un dispositivo de visualizacion 21 en una variante en la que una fila de LEDs 23 esta situada en la pared superior 18 directamente opuesta a los LEDs 20 en la pared inferior 17. La intensidad lograda se volvera de esta manera el doble de grande. Estos LED proporcionan tambien una mejora en la homogeneidad de la luminancia en el exterior de la cara de visualizacion.

La Fig. 7 muestra un dispositivo de visualizacion 22 en el que los LEDs 23 estan colocados en la pared superior 18 desplazada la mitad de una distancia de paso respecto a los LEDs 20 en la pared inferior 17.

La Fig. 9A muestra el dispositivo de visualizacion 19.

La Fig. 9B muestra la distribucion de intensidad de la luz en las superficies externas 61, 62 de las caras de visualizacion 6 y 7 respectivas. Esto equivale a alrededor de 140 lux con una variacion maxima del + y del -10 %. Cabe destacar aqu que intensidades incluso mas pequenas, incluso considerablemente mas pequenas, pueden dar el efecto deseado. Por ejemplo, es posible prever una intensidad de luz del orden de 50 lux y menos.

La Fig. 9C muestra un dispositivo de visualizacion correspondiente en gran medida con la Fig. 9A. Como resultado de los medios de orientacion (por ejemplo, lentes) anadidos al mismo, la fuente de luz 20 tiene, en este modo de realizacion, un angulo de apertura aumentado de tal manera que una parte de la luz emitida por la fuente de luz 20 incide sobre el lado interno liso de las caras de visualizacion 6 y 7 en un angulo de incidencia y respecto a la N normal. Como resultado del hecho de que el angulo en cuestion es mayor que el angulo de Brewster, la luz correspondiente se reflejara e incidira en la pared reflectante de forma difusa 18 de acuerdo con el patron indicado con flechas. Esta pared 18 comienza entonces a funcionar como una fuente difusa secundaria para iluminar las caras de visualizacion translucidas de forma difusa 6 y 7 de tal manera que muestran de este modo una luminancia muy constante en su superficie, como se mide en el exterior.

La Fig. 10 muestra un dispositivo de visualizacion 125 con un soporte alargado 25 que tiene LEDs 26, 27 orientados de forma respectiva alternativamente hacia arriba y hacia abajo. Estos LEDs iluminan una pared trasera 28 reflectante de forma difusa, opaca y curva y los bordes que forman parte de la misma, es decir, un borde inferior 29 y un borde superior 30. Los patrones de radiacion pertinentes de los LEDs 26 y 27 se designan con las elipses 31, 32 respectivamente.

Con el fin de impedir que la luz de los LEDs 26, 27 sea incidente directamente sobre la cara de visualizacion 33, se hace uso en este modo de realizacion de una pantalla alargada 41 que intercepta y absorbe o refleja la luz que viene directamente de los LEDs 26, 27 y, en este caso, la refleja preferentemente de forma difusa.

Es importante destacar que, como puede verse en particular a partir de los patrones de radiacion 32, ninguna luz que venga directamente de los LEDs 27 es incidente sobre la cara de visualizacion 33. Esto podna tener un efecto altamente adverso en la homogeneidad de la distribucion de la intensidad de la luz.

La Fig. 11 muestra un portador 25 alargado. Los LEDs 26, 27 estan conectados con sus terminales, todos designados con 35 en aras de la conveniencia, soldando o mediante conductores de electricidad de otra forma, a tiras conductoras en los lados del portador 25 aislante. Las tiras de cobre 36 en el lado del portador 25 dirigidas hacia la cara de visualizacion 33 estan aisladas entre sf y estan colocadas desplazadas relativas a las tiras conductoras 37 correspondientes funcionalmente en el lado trasero del portador. Los terminales (no visibles) en el lado trasero estan conectados a estas tiras 37. Resultara evidente que se realiza de esta manera una conexion en serie de los LEDs.

El portador puede realizarse de manera conocida como una placa de circuito impreso, por ejemplo, en vidrio epoxi. Las conexiones de los terminales de los LEDs y las tiras pueden efectuarse mediante soldadura, mediante soldadura de punto de rollo o mediante otros medios adecuados.

La Fig. 12A muestra esquematicamente la manera en la que el portador 25 con LEDs 26, 27 puede estar colocado en un molde 38, 39 para su posicionamiento mutuo correcto.

La Fig. 12B muestra que el molde 38, 39 puede comprender una cavidad adicional que puede, por ejemplo, estar rellenada de epoxi 40. Despues de hacer dichas conexiones conductoras de electricidad, dicha cavidad puede rellenarse del epoxi, creando de este modo la estructura claramente visible en la Fig. 12B. La masa epoxi, que en este modo de realizacion es mas o menos cilmdrica, proporciona una proteccion eficaz de luz dispersada lateral, por lo cual la pantalla 41 de acuerdo con la Fig. 10 ya no es necesaria.

La Fig. 13A muestra esquematicamente un dispositivo de visualizacion 42 con una lampara fluorescente 43.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La Fig. 13B muestra la seccion transversal.

La Fig. 13C muestra la distribucion de intensidad. Como puede verse claramente, tiene un caracter muy poco homogeneo. La intensidad vana entre los valores respectivos de 100 lux en las zonas de borde y alrededor de 400 lux en la zona central. Por tanto, este dispositivo de visualizacion de la tecnica anterior tiene precisamente esos inconvenientes para los que la invencion pretende proporcionar una solucion.

La Fig. 14 muestra, a modo de comparacion, el dispositivo de visualizacion 125 de acuerdo con la Fig. 10 y los resultados obtenidos con el mismo.

La Fig. 14A muestra una vista en corte del dispositivo de visualizacion 125.

La Fig. 14B muestra una seccion transversal. Como se muestra en esta figura, el angulo de apertura de los LEDs 26, 27 puede, en este caso, situarse del orden de 8°.

La Fig. 14C muestra la distribucion de la intensidad de luz en la cara de visualizacion 33. Resultara evidente que, aunque la intensidad es considerablemente inferior a la que puede realizarse con la iluminacion directa que usa una lampara fluorescente como de acuerdo con la Fig. 13, tiene una homogeneidad mejorada considerablemente. Esta homogeneidad es una medida de la calidad del dispositivo de visualizacion.

La Fig. 15 muestra la distribucion de energfa espectral relativa de tres LEDs de colores diferentes. La curva 44 corresponde con la luz de color azul; la curva 45 corresponde con la luz de color verde y la curva 46 corresponde con la luz de color rojo.

Cabe destacar que, en combinacion, estos tres colores pueden producir luz de color blanco. Puede hacerse uso de esta propiedad para realizar casi cualquier color deseado para un dispositivo de visualizacion conmutando y controlando la intensidad de los grupos de LEDs rojos, verdes y azules.

La Fig. 16 muestra la distribucion de energfa relativamente espectral de un LED disponible en el mercado que emite luz de color blanco fno, ligeramente azulada.

La Fig. 17 muestra la distribucion de energfa relativamente espectral de un LED disponible en el mercado, que tambien emite luz de color blanco fno. Este LED esta disponible en la empresa Nichia y sena, por ejemplo, muy adecuado para su aplicacion en las senales de trafico.

La Fig. 18 muestra una distribucion de energfa relativamente espectral de la luz de color blanco calido que se emite por un LED disponible en el mercado por la firma Lumiled. Este color se percibe a menudo como muy agradable y comprende una proporcion mayor en la gama roja en comparacion con la gama azul. El uso de LEDs de este tipo es particularmente importante para presentar informacion en una cara de visualizacion que comprenda el color rojo. A traves de la irradiacion con luz de color blanco fno (Figs. 16 y 17), el efecto del color rojo podna disminuirse despues de todo como resultado del metamerismo y, por lo tanto, disminuir la naturaleza real de la pantalla.

Para aplicaciones universales, es posible prever una combinacion de, de media, una proporcion de dos LEDs de color blanco fno a un LED de color blanco calido.

Para determinadas aplicaciones, es, por supuesto, posible tambien prever el uso de LEDs de otros colores o de combinaciones de colores.

La Fig. 8 muestra un modo de realizacion ejemplar de una caja de luz de acuerdo con la invencion. Las dimensiones externas de la caja se especifican como 1,15 m x 0,7 m. Cinco LEDs con lentes de haz estan situados en ambos lados cortos de tal manera que la luz de los LEDs 20 se dirige hacia la pared opuesta respectiva en la que esta situada la otra fila de LEDs. Esta pared es reflectante de forma difusa.

La Fig. 19B muestra la luminancia en funcion de la ubicacion en la direccion del lado largo de la caja de luz de acuerdo con la Fig. 19A. Como puede verse claramente, la luminancia vana entre alrededor de 53 cd/m2 y 62cd/m2.

Resultara evidente a partir de la Fig. 19B que la luminancia vana poco a lo largo de todo el ancho de la caja de luz.

La Fig. 19C corrobora esta observacion cuantitativa.

En el area de mayor valor de la primera derivada de la posicion de la luminancia normalizada, la diferencia en luminancia AI1 se determina a lo largo de una ruta finita determinada y Ax1 asociada esta aqrn tambien determinada. De acuerdo con la invencion, se considera que el valor de la primera derivada de la posicion de la luminancia normalizada es representativo. De acuerdo con la Fig. 19C, esta derivada se aproxima con intervalos finitos normalizando primero AI1 dividiendo por la intensidad media I01 en el intervalo pertinente y dividiendo la diferencia de luminancia normalizada asf obtenida por el intervalo asociado Ax1.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En este caso la luminancia media es de 58,0 cd/m2

AI1 = 4,5 cd /m2 Ax1 = 0,105 m

Sobre esta base, el valor de la cantidad importante Q = A (I1/I10) /Ax = 0,74 m-1.

Este ultimo valor es menor, e incluso considerablemente menor, que el valor estandar del orden de 1,1 m-1 como se determina por medio de la orientacion de acuerdo con la invencion. Esto significa que la calidad de la luz que sale debe considerarse como muy buena. Ninguna transicion de luminancia sera discernible al ojo.

Cabe destacar que las Figs. 19B y 19C muestran que un ligero aumento de la luminancia se produce en los bordes. Esto debe atribuirse a una pequena fraccion de la luz directa de los LEDs. Incluso con una conexion del objetivo espedfico que sirve como medio de orientacion, se encuentra que los LEDs aplicados tienen un lobulo lateral pequeno, por lo cual la luminancia de la cara de visualizacion en las proximidades inmediatas de los LEDs aumenta en varios puntos porcentuales. Como resultara evidente a partir del valor determinado Q, esta fraccion pequena de la luz no deseada por sf misma es completamente inofensiva. Si se desea, incluso este efecto pequeno no deseado puede eliminarse protegiendo el lobulo lateral en cuestion.

La Fig. 20A muestra una caja de luz con cuatro lamparas fluorescentes. La caja tiene dimensiones internas de 0,7 m x 0,7 m. Las lamparas fluorescentes estan dispuestas en distancias de paso mutuas de 0,2 m.

La caja de acuerdo con la Fig. 20A tiene una profundidad de 0,2 m. Las lamparas fluorescentes estan dispuestas a una distancia central de alrededor de 0,1 m con respecto a la cara de visualizacion.

La Fig. 20B muestra la luminancia en funcion de la ubicacion. El grafico marcado con pequenos drculos se refiere a una caja de luz generalmente usual o estandar, las paredes internas de la cual consisten en aluminio comun sin tratar de calidad usual. El grafico no marcado se refiere a un modo de realizacion en el que la pared trasera esta cubierta con pelfcula de LEF (marca registrada de 3M Company).

La Fig. 20C muestra de nuevo el grafico de acuerdo con la Fig. 20B, pero, en esta figura, los valores de la cantidad Q se calculan para ambos modos de realizacion descritos.

Para la caja de luz estandar, la luminancia media asciende a 103 925 cd/m2

AI3 = 106 cd/m2 Ax1 = 0,06 m

En base a estos valores, Q = 1,91 m-1 Resultara evidente que este valor demuestra que grandes diferencias en la intensidad son discernibles a simple vista. Son tan grandes que se adjudican en la practica para ser irritantes y posiblemente incluso inaceptables.

La caja de luz con pelfcula de LEF tiene una intensidad media de 974 cd/m2.

AI = 130 cd/m2 Ax1 = 0,09 m Q = 1,48 m-1

La Fig. 21A se refiere a la colocacion de la cara de visualizacion en posiciones diferentes. La Fig. 21A muestra la cara de visualizacion en dos posiciones de tal manera que la distancia de las lamparas fluorescentes se vuelve cada vez mas grande, esta con un valor de 0,1 m.

La Fig. 21B muestra los resultados.

La figura no marcada se refiere a la situacion mostrada con lmeas continuas en la Fig. 21A, en la que la cara de visualizacion se situa a una distancia de 0,1 m respecto a su posicion estandar. Resultara evidente que se pierde mucha luz en los bordes. Por lo tanto, las zonas de borde estaran fuertemente poco iluminadas con respecto a la zona central, que, sin embargo, visualiza grandes diferencias de luminancia en distancias cortas.

El grafico marcado con drculos se refiere a una distancia de 0,2 m.

El grafico marcado con cuadrados se refiere a una distancia de 0,3 m.

El grafico marcado con triangulos se refiere a una distancia de 0,4 m.

El grafico marcado con asteriscos se refiere a una distancia de 0,5 m.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

El grafico marcado con drculos cerrados se refiere a una distancia de 0,6 m.

La Fig. 21C muestra la determinacion de Q para una distancia de 0,5 m. Esto equivale a 1,37 m-1. Aunque lejos de ser ideal en relacion con los estandares de la invencion, este valor para el gradiente es aun aceptable para algunas aplicaciones.

La Fig. 21D se refiere a una distancia de 0,6 m. En esta disposicion, Q tiene un valor de 0,75 m-1. Esto debe considerarse como muy bueno. Sin embargo, cabe destacar aqu que se logra esta alta calidad haciendo uso de cuatro lamparas fluorescentes, cada una con su propia potencia nominal de alrededor de 30 W, lo que implica un consumo de energfa neto de alrededor de 120 W. La perdida de energfa de los obturadores debe anadirse tambien entonces a la misma. Dependiendo del modo de realizacion, esto asciende, por ejemplo, a 5-10 vatios por lampara fluorescente. Este consumo de energfa muy alto en comparacion con LEDs (una barra de LEDs de acuerdo con la invencion con resultados comparables consumira energfa del orden de alrededor de 15-30 W) podna quizas ser todavfa aceptable para aplicaciones determinadas, pero resultara evidente que una caja de luz con una profundidad del orden de 0,7 m no es adecuada para practicamente ninguna aplicacion.

La Fig. 22A se refiere a una caja de luz que esta estrechamente relacionada con la caja de luz de acuerdo con el documento WO-A-99/67663, que ya se ha discutido anteriormente.

La Fig. 22B muestra la funcion de luminancia de la ubicacion.

El calculo de Q de acuerdo con la Fig. 22C produce un valor de Q = 1,75 m-1. Resultara evidente que este resultado deja mucho que desear.

La Fig. 23 muestra un conjunto de diez graficos, es decir, un resumen de los graficos dibujados anteriormente.

El grafico dibujado con cuadrados de color negro es la luminancia de acuerdo con la Fig. 19, tambien la caja de luz construida de acuerdo con la ensenanza de la invencion.

El grafico marcado con triangulos de color negro se refiere a la caja de luz estandar de acuerdo con la Fig. 20.

El grafico marcado con diabolos de color negro se refiere a la caja de luz estandar en la que la pared trasera esta

cubierta con una pelfcula de LEF de acuerdo con la Fig. 20.

La figura no marcada se refiere a la situacion con la cara de visualizacion en 0,1 m de acuerdo con la Fig. 21.

El grafico marcado con drculos se refiere a una distancia de 0,2 m.

El grafico marcado con cuadrados se refiere a una distancia de 0,3 m.

El grafico marcado con triangulos se refiere a una distancia de 0,4 m.

El grafico marcado con asteriscos se refiere a una distancia de 0,5 m.

El grafico marcado con un drculo de color negro se refiere a una distancia de 0,6 m.

El grafico marcado con una estrella de color negro se refiere a la caja de luz de acuerdo con la Fig. 22.

A partir de la comparacion anterior, y de la comparacion del valor de la cantidad Q elegida como estandar de acuerdo con la invencion, resultara evidente que solamente el grafico marcado con los cuadrados de color negro satisface el estandar de Q <1,0-1,2 m-1, teniendo en cuenta tambien una profundidad pequena y un consumo bajo de energfa. Debe sacarse la conclusion de que, a pesar de muchas tecnicas generalmente conocidas y de conocimientos generales de la persona experta en este campo, la invencion es capaz de realizar el objeto indicado con medios sencillos.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Una fuente de luz (20) para proporcionar iluminacion homogenea, que comprende:

- al menos una lampara alargada;

- medios de orientacion para proporcionar a la fuente de luz una caractenstica de direccion de un haz de luz emitido durante el funcionamiento de la fuente de luz,

por lo cual la al menos una lampara alargada comprende una pluralidad de al menos tres LEDs (26,27) que se extienden sustancialmente en una misma direccion y en el que cada LED esta provisto de un medio de orientacion respectivo para proporcionar dicha iluminacion homogenea, caracterizada por que de cada LED, la caractenstica direccional es elfptica en dicha misma direccion.
2. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1, caracterizada por que el medio de orientacion es un medio optico.
3. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que el medio de orientacion esta integrado en un LED respectivo.
4. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1, 2 o 3, caracterizada por que los LEDs estan dispuestos adyacentes entre sf en una fila.
5. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1, caracterizada por que la caractenstica elfptica tiene un angulo de apertura de alrededor de 25° en una primera direccion (principal).
6. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 5, caracterizada por que la caractenstica elfptica tiene un angulo de apertura de alrededor de 8° en una segunda direccion perpendicular a la direccion (principal).
7. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 6, caracterizada por que la caractenstica elfptica tiene un angulo de apertura de alrededor de 4° en una segunda direccion perpendicular a la primera direccion (principal).
8. Fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1, 2, 3, 4, 5, 6, o 7, caracterizada por que el medio de orientacion se elige entre medios de lente y medios de espejo.
9. Uso de una fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u 8 en un dispositivo de visualizacion (19, 125).
10. Uso de una fuente de luz como se reivindica en la reivindicacion 9, caracterizado por que la fuente de luz se extiende a lo largo de una distancia de al menos el 70 % de una dimension lineal del dispositivo de visualizacion.