ITMI20121399A1 - Lampada di illuminazione a led - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“LAMPADA DI ILLUMINAZIONE A LEDâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a una lampada di illuminazione a LED (vale a dire un apparecchio di illuminazione utilizzato come mezzo di illuminazione per ambienti o spazi interni o esterni).

Sebbene apparecchi di illuminazione a LED siano sempre più diffusi, permangono alcuni inconvenienti, legati principalmente alle caratteristiche intrinseche delle sorgenti luminose a LED.

In primo luogo, un LED à ̈ una sorgente sostanzialmente puntiforme, o comunque di dimensioni molto piccole; per ottenere una superficie illuminante di grosse dimensioni e possibilmente omogenea, come à ̈ richiesto in certe applicazioni, occorre quindi impiegare una pluralità di LED distribuiti, con conseguente incremento di costi e della complessità dei circuiti di alimentazione e controllo dei LED.

Inoltre, le sorgenti LED di impiego nel settore dell’illuminazione possono dare luogo a fenomeni di abbagliamento.

Per ottenere poi un certo grado di collimazione del fascio luminoso emesso dai LED occorre normalmente ricorrere a sistemi ottici relativamente complessi e/o ingombranti, soprattutto nella dimensione longitudinale (lungo un asse ottico del sistema).

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire una lampada di illuminazione a LED che superi gli inconvenienti evidenziati della tecnica nota; in particolare, à ̈ uno scopo dell’invenzione quello di fornire una lampada che, pur impiegando una sorgente luminosa a LED di piccole dimensioni, fornisca una superficie illuminante ampia e omogenea, risultando inoltre particolarmente semplice da realizzare.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa ad una lampada di illuminazione a LED come essenzialmente definita nell’annessa rivendicazione 1 e, per i suoi aspetti preferiti, nelle rivendicazioni dipendenti.

Nella lampada del trovato, si impiega una sola sorgente luminosa avente una piccola area emissiva, che viene di fatto dislocata uniformemente su una superficie illuminante di dimensioni significativamente maggiori, di vari ordini di grandezza superiore; si ottiene così una superficie illuminante ampia e sostanzialmente omogenea, senza bisogno di utilizzare una pluralità di piccole sorgenti luminose distribuite, costose e più difficilmente pilotabili.

È poi possibile modulare il grado di collimazione della luce emessa dalla lampada semplicemente calibrando l’inclinazione della superficie di uscita, cioà ̈ realizzando una piastra più spessa al centro che al bordo periferico radialmente esterno.

Si ottiene un assieme illuminante, anche con il grado di collimazione desiderato, avente uno spessore (cioà ̈ un ingombro assiale (longitudinale) estremamente ridotto, con sviluppo prevalentemente radiale anziché, come in soluzioni note tradizionali, longitudinale.

Tutti i componenti della lampada e la lampada nel suo assieme sono decisamente semplici da realizzare e assemblare e, quindi, anche poco costosi.

L’invenzione à ̈ descritta in dettaglio nei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

– la figura 1 à ̈ una vista schematica sezionata di una lampada di illuminazione a LED in accordo al trovato, di cui sono mostrati solo i componenti principali;

- la figura 2 Ã ̈ una vista esplosa e in sezione della lampada di figura 1, con una sorgente luminosa a LED di diverso tipo;

- la figura 3 mostra un dettaglio in scala ingrandita della lampada di figura 1;

- le figure 4 e 5 sono viste schematiche sezionate di rispettive varianti della lampada del trovato.

Con riferimento alle figure 1 e 2, una lampada 1 di illuminazione a LED si estende sostanzialmente lungo e attorno a un asse A e comprende una struttura 2 di supporto (solo schematicamente rappresentata) e un assieme 3 illuminante supportato dalla struttura 2.

La struttura 2 può essere conformata in modo vario, anche a seconda della tipologia della lampada 1 (lampada a sospensione, da incasso, da tavolo, eccetera), e include per esempio organi di fissaggio (noti e non illustrati) per fissare la lampada ad un soffitto o parete.

L’assieme 3 illuminante comprende: una sorgente luminosa 4 a LED, comprendente uno o più LED e disposta sostanzialmente lungo l’asse A; un elemento ottico 5 deviatore della luce, disposto sostanzialmente di fronte alla sorgente luminosa 4 lungo l’asse A; una piastra 6 di guida ottica, collocata attorno all’elemento ottico 5 e all’asse A e avente una superficie 7 frontale per l’emissione di luce e che costituisce una superficie illuminante 8 frontale principale della lampada 1.

La sorgente luminosa 4 à ̈ per esempio (ma non necessariamente) una sorgente di tipo LED COB (chip-onboard); la sorgente luminosa 4 può includere un singolo LED o un LED multichip, o un array di LED e ha una superficie emissiva 9 (superficie che emette luce) che, preferibilmente, à ̈ sostanzialmente circolare attorno all’asse A ed eventualmente curva lungo l’asse A (a titolo di esempio, in figura 1 à ̈ illustrata una sorgente luminosa 4 con LED curvo, mentre in figura 2 à ̈ rappresentata una sorgente luminosa 4 con LED piatto).

In generale, la superficie emissiva 9 à ̈ di piccole dimensioni, cioà ̈ ha un’area significativamente inferiore all’area della superficie 7 frontale, cioà ̈ della superficie illuminante 8 (che nell’esempio illustrato à ̈ data essenzialmente dell’area della sezione trasversale della lampada 1 e precisamente dalla dimensione della piastra 6).

La superficie 7 (cioà ̈ la superficie illuminante 8) à ̈ sostanzialmente perpendicolare all’asse A o leggermente inclinata rispetto all’asse A, ma comunque rivolta nella stessa direzione della superficie emissiva 9.

Per semplicità non sono illustrati componenti elettrici e/o elettronici di alimentazione e controllo della sorgente luminosa 4.

La sorgente luminosa 4 à ̈ montata su un dissipatore 12 termico che à ̈ disposto sotto o dietro la sorgente luminosa 4 e può anche essere parte della struttura 2 di supporto, assolvendo quindi, oltre che alla funzione di dissipazione termica, alla funzione di supporto strutturale dell’assieme 3 illuminante.

Nell’esempio illustrato, il dissipatore 12 include un corpo 13 metallico conformato a disco e affacciato alla piastra 6; resta comunque inteso che il dissipatore 12 e/o il corpo 13 possono avere altra forma.

L’elemento ottico 5 si estende sostanzialmente lungo l’asse A ed à ̈ conformato in modo da deviare lateralmente (nella fattispecie, radialmente) la luce che incide sull’elemento ottico 5 in direzione sostanzialmente assiale; in particolare, l’elemento ottico 5 à ̈ conformato in modo da deviare la luce emessa dalla sorgente luminosa 4 principalmente o totalmente dentro la piastra 6.

Nell’esempio illustrato, l’elemento ottico 5 comprende un elemento riflettente 14 conformato come uno specchio conico, che ha un vertice 15 rivolto verso la sorgente luminosa 4 e una base 16, opposta al vertice 15, sostanzialmente parallela alla superficie 7 frontale; l’elemento riflettente 14 à ̈ provvisto di una superficie 17 laterale riflettente avente simmetria centrale, nella fattispecie una superficie conica; preferibilmente, la superficie 17 à ̈ riflettente ma non diffondente o scarsamente diffondente, per esempio una superficie alluminata; opzionalmente, la superficie 17 à ̈ sfaccettata (formata cioà ̈ da una pluralità di facce affiancate attorno all’asse A).

L’elemento ottico 5 può comunque essere di altro tipo, per esempio una lente o un sistema di lenti, comunque in grado di ridistribuire lateralmente/radialmente la luce incidente in direzione assiale sull’elemento ottico 5.

Opzionalmente, ma non necessariamente, l’assieme 3 comprende uno schermo 18, opaco alla luce, disposto sopra l’elemento ottico 5 e precisamente sulla base 16; lo schermo 18 copre la base 16 ed eventualmente si estende radialmente attorno alla base 16.

L’elemento ottico 5 à ̈ alloggiato in una sede 19 formata nella piastra 6.

La piastra 6 à ̈ realizzata in un materiale trasparente, per esempio un materiale vetroso o polimerico (per esempio, PMMA); la piastra 6 à ̈ conformata, nell’esempio non limitativo illustrato, come un disco circolare (ma può avere forma anche diversa).

La piastra 6 si estende lungo l’asse A tra due facce 21, 22 opposte sostanzialmente perpendicolari all’asse A, che definiscono rispettivamente la superficie 7 frontale per l’uscita della luce e una superficie attiva 23 posteriore, affacciata al dissipatore 12.

La superficie 7 frontale (faccia 21) Ã ̈ sostanzialmente liscia.

La superficie attiva 23 posteriore (faccia 22) presenta invece una serie di risalti 24 anulari circonferenziali continui, spaziati radialmente uno dall’altro e che si protendono dalla faccia 22 e sono concentrici attorno all’asse A.

Con riferimento anche alla figura 3, i risalti 24 sono definiti da rispettivi prismi 25 anulari, concentrici e chiusi ad anello attorno all’asse A, preferibilmente aventi sezione trasversale triangolare, per esempio a forma di triangolo sostanzialmente isoscele.

I prismi 25 hanno lati inclinati rispetto alla faccia 22; in particolare, i lati dei prismi 25 hanno una inclinazione α rispetto alla faccia 22 (cioà ̈ un angolo di base, definito come angolo formato da un lato e dalla base del prisma sulla faccia 22) compresa tra circa 20° e circa 30° e preferibilmente intorno a 25° (con una tolleranza di circa ±2°).

I risalti 24 possono essere variamente spaziati sulla faccia 22, cioà ̈ essere disposti con passo diverso, e possono essere intervallati (separati uno dall’altro) da porzioni di superficie anulari piane.

La piastra 6 presenta un bordo 27 periferico radialmente esterno, sostanzialmente parallelo all’asse A, che unisce le facce 21, 22.

Il bordo 27 à ̈ preferibilmente un bordo internamente riflettente, essendo per esempio un bordo alluminato o trattato in altro modo noto, in modo da riflettere internamente alla piastra 6 la luce che incide sul bordo 27 dall’interno della piastra 6.

La piastra 6 à ̈ poi provvista della sede 19 centrale, disposta lungo l’asse A e allineata alla sorgente luminosa 4.

La sede 19 alloggia la sorgente luminosa 4 e l’elemento ottico 5; vantaggiosamente, la sorgente luminosa 4 e l’elemento ottico 5, e specificamente la superficie 17 riflettente, sono alloggiati interamente nella sede 19 (cioà ̈ non sporgono assialmente fuori dalla sede 19).

La sorgente luminosa 4 à ̈ collocata quindi in una posizione sostanzialmente centrale rispetto alla piastra 6, lungo l’asse A che costituisce anche un asse di simmetrica centrale della piastra 6.

La sede 19 à ̈ delimitata da una parete laterale 28, per esempio sostanzialmente cilindrica, disposta attorno all’asse A e che circonda l’elemento ottico 5 e la sorgente luminosa 4.

In uso, la luce emessa dalla sorgente luminosa 4 à ̈ inviata dalla superficie emissiva 9 all’interno della sede 19; la luce viene deviata radialmente dall’elemento ottico 5 all’interno della piastra 6, attraverso la parete laterale 28 che delimita la sede 19.

L’elemento ottico 5, e specificamente la sua superficie 17 riflettente, sono conformati in modo tale da riflettere la luce della sorgente luminosa 4 sulla parete laterale 28 della sede 19 e, attraverso di essa, all’interno della piastra 6.

La luce subisce riflessioni interne multiple all’interno della piastra 6 e in particolare dei risalti 24; i risalti 24 sono conformati in modo tale da riflettere internamente sostanzialmente tutta la luce incidente, evitando quindi che la luce esca dalla piastra 6 attraverso la faccia 22; la luce viene invece riflessa verso la faccia 21, uscendo quindi dalla superficie 7 frontale.

Le riflessioni avvengono al di sotto dell’angolo di riflessione totale, di modo che l’emissione sia sostanzialmente del tutto attraverso la superficie 7 frontale.

Si ottiene una superficie illuminante 8 di elevata omogeneità, uniformemente illuminata, e di area significativamente maggiore dell’area della superficie emissiva 9 della sorgente luminosa 4.

L’illuminamento della superficie 7 frontale (superficie illuminante 8) à ̈ molto uniforme, per effetto combinato della forma dei risalti 24 concentrici (in particolare, la loro angolazione), dell’incremento quadratico col raggio della superficie col procedere della propagazione e del comportamento statistico relativo alla probabilità di fuoriuscita dei raggi che si incrementa col numero dei rimbalzi di riflessione interna totale.

Come schematicamente illustrato nelle figure 4 e 5, la direzionalità (collimazione) della luce in uscita dalla superficie 7 e quindi dalla lampada 1 può essere controllata, anche a seconda della destinazione e/o tipologia della lampada 1, modificando l’angolazione della faccia 21 (che definisce la superficie 7) rispetto all’asse A e rispetto alla faccia 22 opposta; in altri termini, si modifica la collimazione del fascio di luce uscente dalla lampada 1 attraverso la superficie 7 introducendo una opportuna svasatura della piastra 6, cioà ̈ realizzando la piastra 6 con uno spessore variabile radialmente.

Se la piastra 6 ha uno spessore radialmente decrescente verso il bordo 27 periferico, cioà ̈ la superficie 7 à ̈ inclinata verso il bordo 27 (figura 4), aumenta la convergenza del fascio luminoso uscente dalla superficie 7.

Viceversa, se la piastra 6 ha uno spessore radialmente crescente verso il bordo 27 periferico, cioà ̈ la superficie 7 à ̈ inclinata verso l’asse A, aumenta la divergenza del fascio luminoso uscente dalla superficie 7.

Opzionalmente, per modificare la geometria del fascio emesso dalla lampada 1 (in particolare, per modificare il grado di collimazione del fascio), la superficie 7 può essere dotata di o associata a una struttura a microprismi, essendo per esempio accoppiata ad un foglio trasparente (in materiale polimerico) con microprismi, affacciato alla superficie 7 ed eventualmente separato da essa da una piccolo interstizio.

In una forma di attuazione, la superficie attiva 23 à ̈ una superficie riflettente, essendo per esempio dotata di uno strato riflettente agente verso l’interno della piastra 6 (verso la superficie 7). Si à ̈ constatato infatti che, sebbene la piastra 6 in generale e specificamente la superficie attiva 23 lavorino principalmente per riflessione interna, l’efficienza della lampada 1 migliora se la superficie attiva 23 à ̈ riflettente, probabilmente a causa di fenomeni di polarizzazione della luce.

Resta infine inteso che alla lampada di illuminazione a LED qui descritta ed illustrata possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Lampada (1) di illuminazione a LED, estendentesi sostanzialmente lungo e attorno a un asse (A) e comprendente una sorgente luminosa (4) a LED disposta sostanzialmente lungo l’asse (A); un elemento ottico (5) deviatore della luce, disposto sostanzialmente di fronte alla sorgente luminosa (4) lungo l’asse (A) e conformato in modo da deviare lateralmente la luce che incide sull’elemento ottico (5) in direzione sostanzialmente assiale; e una piastra (6) di guida ottica, collocata attorno all’elemento ottico (5) e all’asse (A) e avente una sede (19) che alloggia la sorgente luminosa (4) e l’elemento ottico (5); la piastra (6) estendendosi lungo l’asse (A) tra due facce (21, 22) opposte che definiscono rispettivamente una superficie (7) frontale per l’uscita della luce e una superficie attiva (23) posteriore dotata di una serie di risalti (24) anulari, spaziati radialmente uno dall’altro e concentrici attorno all’asse (A).
2. 2. Lampada secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento ottico (5) à ̈ conformato in modo da deviare la luce emessa dalla sorgente luminosa (4) principalmente o totalmente dentro la piastra (6), attraverso una parete laterale (28) della sede (19).
3. 3. Lampada secondo la rivendicazione 2, in cui la piastra (6) e i risalti (24) sono conformati in modo tale da riflettere internamente sostanzialmente tutta la luce entrata nella piastra (6) attraverso la parete laterale (28) della sede (19) verso la superficie (7) frontale, ed evitare che la luce esca dalla piastra (6) attraverso la superficie attiva (23) posteriore.
4. 4. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i risalti (24) sono definiti da rispettivi prismi (25) anulari, concentrici e chiusi ad anello attorno all’asse (A).
5. 5. Lampada secondo la rivendicazione 4, in cui i prismi (25) hanno sezione trasversale sostanzialmente triangolare.
6. 6. Lampada secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui i prismi (25) hanno lati inclinati rispetto alla faccia (22) della piastra (6) da cui si protendono con una inclinazione compresa tra circa 20° e circa 30° e preferibilmente intorno a 25°±2°.
7. 7. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la piastra (6) presenta un bordo (27) periferico radialmente esterno, sostanzialmente parallelo all’asse (A) e che unisce le facce (21, 22) e che à ̈ un bordo internamente riflettente, per esempio un bordo alluminato, in modo da riflettere internamente alla piastra (6) la luce che incide sul bordo (27) dall’interno della piastra (6).
8. 8. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento ottico (5) comprende un elemento riflettente (14) conformato come uno specchio conico, che ha un vertice (15) rivolto verso la sorgente luminosa (4).
9. 9. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la piastra (6) Ã ̈ conformata come un disco circolare.
10. 10. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la piastra (6) Ã ̈ svasata, avendo uno spessore variabile radialmente.
11. 11. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie (7) frontale à ̈ dotata di o associata a una struttura a microprismi.
12. 12. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie (7) frontale à ̈ affacciata ad un foglio trasparente in materiale polimerico con una struttura a microprismi, eventualmente separato dalla superficie (7) frontale da un interstizio.
13. 13. Lampada secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie attiva (23) à ̈ una superficie riflettente, essendo per esempio dotata di uno strato riflettente agente verso l’interno della piastra (6) e verso la superficie (7) frontale.