WO2011067426A1 - Dispositivo de iluminación - Google Patents

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WO2011067426A1
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Inventor
Hernan Cortes Pastor
Salvador Gomar Calatayud
Original Assignee
Kokoh Investigación, S.L.
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    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/08Lighting devices intended for fixed installation with a standard
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21WINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10Outdoor lighting
    • F21W2131/103Outdoor lighting of streets or roads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the proposed invention consists of a lighting device based on LED diodes, which comprises a mechanical airship element, in metallic material, which allows the orientation of the light source, achieving greater lighting angles at all points.
  • the lighting device has temperature deterrents that allow maximum performance, efficiency and durability of the LEDs.
  • the device can be configured for different consumptions depending on the place where it will be applied, with less heat emission and greater energy savings.
  • LED lighting is its low consumption, about 10 times less than that of a halogen bulb.
  • life of the Led is also greater than the focus; during the same period with the light on, the said halogen spotlight would have to be replaced about 16 times.
  • LED lamps do not require a starting time to reach their optimum brightness levels. At the same time that energy consumption and general operating costs are reduced. Lighting through LEDs on the streets has the potential, according to researchers, to reduce light pollution.
  • the powerful LEDs that are currently in the market are in full condition for use in street luminaires as they comply with the standard regulations for levels and uniformity of luminance, compared to other technologies. That is, what is required is the uniformity of street lighting, capable of eliminating problems of glare, excessive concentration of the light beam and visibility, improving safety. Thanks to their greater longevity, the LED lamps and traffic lights do not need to be replaced as often, reducing the bills in public lighting, traffic jams, even facilitating their replacement.
  • LED-based street lighting offers the benefit of a more natural representation of colors that can help improve safety.
  • the diodes allow you to adjust the color temperature to a specific public lighting application, which does not have this alternative with conventional lighting technologies.
  • the required lighting angles are sometimes short, since the range of the LEDs is not sufficient given the distance between street lamps.
  • the height of the front lighting decreases as we move away from the emitting bulb, so that in a lamppost resting on the wall, this area near the wall has more lighting than the front area as it moves away, there is no uniformity in the street on which it applies.
  • Luminaires are the devices intended to house, support and protect the lamp or lighting device and its auxiliary elements in addition to concentrating and directing the luminous flux of this.
  • the luminaire that houses the lighting device, in the present invention it is intended to increase the angle of illumination both laterally and frontally, without depending on the structure of said luminaire, achieving improvements in the lighting device instead of modifications in the luminaire external Description of the invention
  • the proposed invention solves in a fully satisfactory manner the problems set forth above. It is a lighting device based on LED diodes, which can be configured for different consumptions depending on where it is to be applied. Its effectiveness is greater than mercury vapor, produces less heat emission and contributes more to energy savings. The characteristics of its design allows it to be completely waterproof, so that it can be used as a direct focus of lighting, without the current spotlight heads.
  • the light distribution achieved is more homogeneous and with greater angle than any of the alternatives that currently exist in the market.
  • the lifespan is also improved compared to any of the other alternatives and its ability to minimize wasted light causes energy demands to fall further by reducing the lighting needs for a given area of the street.
  • the light distribution can be controlled for each of the LEDs, the target area can be effectively illuminated without the pollution created by single light beam solutions.
  • the working temperature is an important factor to take into account when using LEDs. Therefore, a series of temperature deterrent elements are used in the present invention to obtain the maximum performance, efficiency and durability allowed by the LEDs.
  • the proposed lighting device comprises at least one printed circuit board, protected by a diffuser element, and supported on the opposite side on a support base of the main part of the device, the heat dissipating means.
  • the number of dissipating elements depends on the necessary light output, so that the more power required, the greater the number of disks, and therefore, only the size of the support base should be modified.
  • a protective chamber for the isolation of the power supply comprising the LEDs has been created below the bottom of the support base, through two protective covers.
  • the control of the lighting device is carried out through at least one controller, which will be modified according to the power needs to control the LEDs.
  • the controllers for example, can control 6-LED arrays, so that if a part melts, the device can continue to function without a total blackout of the product.
  • the novelty of the invention and thanks to which it makes it possible to extend the emission angles of the lighting source, resides in a mechanical airship element.
  • This mechanical airship element is made of any metallic material, in the form of a kind of wedge, formed different angles across its different surfaces, so that it is able to drive the light coming from the LEDs to expand the lighting angles.
  • the mechanical airship element is disposed within the diffuser element, and between the LED circuit board and the dissipating elements. Thus, by affecting the light source emitted by the LEDs on the mechanical airship element, greater reach, dispersion and control are achieved with the same external support structure and device, in addition to eliminating much of the glare.
  • the mechanical airship element has a hole to allow the passage of the connecting cables. Description of the drawings
  • Figure 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of the lighting device of the invention, where the arrangement of the mechanical airship element is observed.
  • Figure 2 shows a perspective view of a preferred embodiment of the mechanical airship element of the invention.
  • Figure 3 shows a side view of a preferred embodiment of the mechanical airship element of the invention, seen in perspective in Figure 2.
  • Figure 4.- shows a scheme of the lighting obtained with a lighting device of those currently known, said device being at points (10) and (20), and obtaining lighting in the area (10, 12, 14) and (20, 22, 24), while with the device of the invention, illumination would be obtained between points (10, 16, 18) and (20, 28, 26).
  • Figure 5.- shows a view of the dispersion with a lighting device of the prior art (100, 200, 300), and the dispersion obtained with the device of the invention (100, 220, 320), always in preferred embodiment and depending on the sides of the polyhedron that forms the mechanical airship element (4).
  • the proposed invention consists of a lighting device of the type comprising at least one printed circuit board (1, 1 ') with a plurality of LED diodes (1 1).
  • This printed circuit board (1, 1 ') is protected by a diffuser element (2), of clear or transparent material to allow the passage of the light emitted by the LEDs (11).
  • Heat dissipation means (3) are included on the back of the lighting device, in number depending on the necessary light output.
  • a mechanical airship (4) is arranged between the diffuser element (2) and the heat dissipating means (3).
  • the mechanical airship element (4) will be one way or another. The angle and number of faces will depend on the results you wish to obtain.
  • the mechanical airship element (4) is in the shape of a polyhedron, being manufactured in metallic material, with a central hole (5) for the passage of the connecting and symmetrical cables with respect to the axis of symmetry (E). Its design is a function of the lighting field required. In this way, the polyhedron can be both regular and irregular, depending on the lighting needs.
  • the printed circuit boards (1, 1 ') with the LEDs (11), will be placed on the faces of the polyhedron that forms the mechanical airship element (4), except in those of support on the dissipating means (3).
  • the placement or not of printed circuit boards (1, 1 ') on each of the faces of the polyhedron depends on the area to be illuminated. In this way, the emission of the LEDs is not direct on the ground, but takes the inclination of the mechanical airship element (4), thus extending scope, dispersion and control.
  • the angles, number of faces and dimensions of the mechanical airship element (4) are a function of the desired results, and can be a regular or irregular polyhedron depending on the area to be illuminated.
  • the number of faces of the polyhedron that forms the mechanical airship element (4), as well as its dimensions and angles between faces, and number of printed circuit boards (1, ⁇ ) to be placed, is a function of the desired lighting field light.
  • the polyhedron can be both regular and irregular, depending on the area that is intended to light.
  • Figure 4 (10) and (20) can be seen schematically representing two consecutive lighting devices a certain height.
  • the scope of each of them without the use of the mechanical airship element (4) would be delimited by (10, 12, 14) and (20, 22, 24), so that between (14) and (22) a space would remain I lack lighting. While if the lighting devices (10) and (20) were those described in this specification, we could achieve ranges between (10, 16, 18) and (20, 26, 28), leaving no space without lighting between them, overlapping even a section between (30, 28, 18).
  • the dispersion achieved using the lighting device with the mechanical airship element (4) of the invention (100, 220, 320), and that achieved without it ( 100, 200, 300).
  • the dispersion obtained would be that between the points (100, 200, 300).
  • This point (300) would correspond to the transverse illumination of the area to be illuminated, that is, the maximum that the light reaches in that transverse direction.
  • the lighting device of the invention is used, with the mechanical airship element (4), we can raise the illumination of the transverse side (S, S '), and slightly lower the illumination of the side (R, R' ), so that the area to be illuminated is uniformly illuminated in its cross section, with a better perception of the human eye.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

Dispositivo de iluminación, que comprende al menos una placa de circuito impreso (1, 1') con una pluralidad de diodos LED (11), protegida por un elemento difusor (2), y donde en Ia parte posterior se incluyen unos medios disipadores (3) del calor, en número en función de Ia potencia lumínica necesaria, donde entre el elemento difusor (2) y los medios disipadores (3) del calor se dispone un elemento dirigible mecánico (4) en forma de poliedro, en material metálico, con un orificio central para el paso de los cables de conexión y simétrico respecto al eje de simetría (E), donde las placas de circuito impreso (1, 1') con los LED (11) se colocan sobre las caras del poliedro que forma el elemento dirigible mecánico (4), de manera que Ia emisión de los LED amplia su alcance, dispersión y control.

Description

DISPOSITIVO DE ILUMINACIÓN
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de iluminación Objeto de la invención
La invención que se propone consiste en un dispositivo de iluminación basado en diodos LED, que comprende un elemento dirigible mecánico, en material metálico, que permite la orientación del foco de luz, consiguiendo mayores ángulos de iluminación en todos los puntos.
El dispositivo de iluminación dispone de elementos disuasorios de la temperatura, que permiten obtener el máximo rendimiento, eficacia y durabilidad de los LED. El dispositivo puede configurarse para diferentes consumos dependiendo del lugar donde se vaya a aplicar, con menor emisión de calor y mayor ahorro energético.
Antecedentes de la invención
Cuando las necesidades hacen economizar en ei consumo de energía eléctrica se tiende a reducir el consumo disminuyendo la potencia de las lámparas y tubos. Esto dificulta la visión, pudiendo provocar dolores de cabeza, fatiga en la visión y hasta accidentes por mala iluminación. Empresas fabricantes de LED de potencia están desarrollando siempre nuevos dispositivos con los que se logra no sólo prolongar la vida de la lámpara, sino que además consigue ahorro energético. 9
Una ventaja importante de la iluminación con LED es su bajo consumo, alrededor de 10 veces menos que el de un foco halógeno. Además, la vida útil de los Led también es superior al foco; durante el mismo periodo con la luz encendida, se tendrían que sustituir unas 16 veces el citado foco halógeno.
Actualmente, el vapor de sodio de lata presión, de uso común en el alumbrado público de gran parte de Europa, brinda una eficacia de 85 lúmenes por vatio, la tecnología LED va camino de superar los 150 lúmenes por vatio, incrementándose esta cifra a medida que se progresa en el desarrollo de semiconductores.
El mercurio utilizado en sistemas más antiguos de alumbrado implica grandes peligros medioambientales. Al contrario que las lámparas de sodio, las lámparas LED no requieren un tiempo de arranque para llegar a sus niveles óptimos de luminosidad. Al mismo tiempo que se disminuye el consumo de energía y los costos generales de operación. La iluminación a través de diodos LED en las calles tiene el potencial, según los investigadores, de reducir la contaminación lumínica.
Los potentes LED que se encuentran en este momento en el mercado están en plenas condiciones para utilizarlos en luminarias de las calles ya que cumplen con los reglamentos estándar para niveles y uniformidad de luminancia, en comparación con otras tecnologías. Es decir, lo que se requiere es la uniformidad del alumbrado público, capaz de eliminar problemas de deslumbramiento, de excesiva concentración del haz luminoso y de visibilidad, mejorando la seguridad. Gracias a su mayor longevidad, los LED de farolas y semáforos no necesitan ser reemplazados con tanta frecuencia, disminuyendo las facturas en el alumbrado público, atascos, incluso facilitando su sustitución.
El alumbrado público basado en LED ofrece el beneficio de una representación más natural de los colores que puede ayudar a mejorar la seguridad. Los diodos permiten ajustar la temperatura del color a una aplicación de alumbrado público específica, que con las tecnologías de iluminación convencional no se dispone de esta alternativa. Sin embargo, los ángulos de iluminación requeridos en ocasiones resultan cortos, pues el alcance de los LED no es suficiente dada la distancia entre farolas . Además, la altura de la iluminación frontal disminuye conforme nos alejamos del foco emisor, de modo que en una farola apoyada sobre la pared, esta zona próxima a la pared dispone de más iluminación que la zona frontal conforme se aleja, no existiendo uniformidad en la calle en la que se aplica. Las luminarias son los dispositivos destinados a alojar, soportar y proteger la lámpara o dispositivo de iluminación y sus elementos auxiliares además de concentrar y dirigir el flujo luminoso de esta. Para ello, adoptan diversas formas aunque en alumbrado público predominan las de flujo asimétrico con las que se consigue una mayor superficie iluminada sobre la calzada. Las podemos encontrar montadas sobre postes, columnas o suspendidas sobre cables transversales a la calzada, en catenarias colgadas a lo largo de la vía o como proyectores en plazas y cruces.
Independientemente de la luminaria que aloje el dispositivo de iluminación, en la presente invención se pretende aumentar el ángulo de iluminación tanto lateral como frontal, sin depender de la estructura de dicha luminaria, consiguiendo mejoras en el dispositivo de iluminación en lugar de modificaciones en la luminaria externa. Descripción de la invención
La invención que se propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta. Se trata de un dispositivo de iluminación basado en diodos LED, que puede configurarse para diferentes consumos dependiendo del lugar donde se vaya a aplicar. Su eficacia es mayor que el vapor de mercurio, produce menor emisión de calor y contribuye en mayor medida al ahorro energético. Las características de su diseño permite que sea totalmente estanca, de manera que puede utilizarse como foco directo de iluminación, sin las cabezas de focos actuales.
La distribución lumínica que se consigue es más homogénea y con mayores ángulo que cualquiera de las alternativas que existe actualmente en el mercado. La vida útil también se mejora respecto a cualquier otra de las alternativas y su capacidad para minimizar la luz desperdiciada hace que desciendan aun más las demandas de energía al reducir las necesidades de alumbrado para un área determinada de la calle. Como la distribución luminosa se puede controlar para cada uno de los LED se puede iluminar eficazmente la zona de destino sin la polución creada por soluciones de haz de luz único.
La temperatura de trabajo es un factor importante a tener en cuenta en la utilización de LED. Por eso, en la presente invención se utilizan una serie de elementos disuasorios de temperatura, para obtener el máximo rendimiento, eficacia y durabilidad permitida por los LED.
De este modo, el dispositivo de iluminación propuesto, comprende al menos una placa de circuito impreso, protegida por un elemento difusor, y apoyado por el lado contrario sobre una base sustentadora de la parte principal del dispositivo, los medios disipadores del calor. El número de elementos disipadores depende de la potencia lumínica necesaria, de manera que a más potencia requerida, mayor número de discos, y por tanto, únicamente habría que modificar el tamaño de la base sustentadora. Por debajo de la parte inferior de la base sustentadora se ha creado una cámara protectora para el aislamiento de la fuente de alimentación que comprende los LED, a través de dos tapas protectoras.
El control del dispositivo de iluminación se realiza a través de al menos un controlador, que se modificará en función de las necesidades de potencia para controlar los LED. Los controladores, por ejemplo, pueden controlan arrays de 6 LED, de manera que si se funde una parte, el dispositivo puede seguir funcionando sin producirse un apagón total del producto.
La novedad de la invención, y gracias a lo cual permite ampliar lo ángulos de emisión del foco de iluminación, reside en un elemento dirigible mecánico. Este elemento dirigible mecánico se fabrica de cualquier material metálico, en forma de una especie de cuña, formado diferentes ángulos a través de sus diferentes superficies, de modo que es capaz de conducir la luz proveniente de los LED para ampliar los ángulos de iluminación.
El elemento dirigible mecánico se dispone dentro del elemento difusor, y entre la placa de circuito LED y los elementos disipadores. De este modo, al incidir el foco de luz emitido por los LED sobre el elemento dirigible mecánico, se logra mayor alcance, dispersión y control con la misma estructura externa de sustentación y dispositivo, además de eliminar gran parte de los deslumbramientos. El elemento dirigible mecánico dispone de un orificio para permitir el paso de los cables de conexión. Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1.- muestra una vista en perspectiva de una realización preferente del dispositivo de iluminación de la invención, donde se observa la disposición del elemento dirigible mecánico. La Figura 2.- muestra una vista en perspectiva de una realización preferente del elemento dirigible mecánico de la invención.
La Figura 3.- muestra una vista lateral de una realización preferente del elemento dirigible mecánico de la invención, visto en perspectiva en la Figura 2.
La Figura 4.- muestra un esquema de la iluminación obtenida con un dispositivo de iluminación de los actualmente conocidos, estando dicho dispositivo en los puntos (10) y (20), y obteniendo iluminación en la zona (10, 12, 14) y (20, 22, 24), mientras que con el dispositivo de la invención, se obtendría una iluminación entre los puntos (10, 16, 18) y (20, 28, 26).
La Figura 5.- muestra una vista de la dispersión con un dispositivo de iluminación del estado de la técnica (100, 200, 300), y la dispersión obtenida con el dispositivo de la invención (100, 220, 320), siempre en realización preferente y en dependencia de los lados del poliedro que conforma el elemento dirigible mecánico (4).
Realización preferente de la invención
La invención propuesta consiste en un dispositivo de iluminación del tipo de los que comprende al menos una placa de circuito impreso (1 , 1 ') con una pluralidad de diodos LED (1 1 ). Esta placa de circuito impreso (1 , 1 ') está protegida por un elemento difusor (2), de material claro o transparente para permitir el paso de la luz emitida por los LED (11 ).
En la parte posterior del dispositivo de iluminación se incluyen unos medios disipadores (3) del calor, en número en función de la potencia lumínica necesaria.
Para aumentar el alcance del dispositivo de iluminación, así como su dispersión y control, entre el elemento difusor (2) y los medios disipadores (3) del calor se dispone un elemento dirigible mecánico (4). Dependiendo de la distancia entre dispositivos, el alcance necesario y la dispersión y control, el elemento dirigible mecánico (4) será de una forma u otra. El ángulo y número de caras dependerá de los resultados que se deseen obtener. El elemento dirigible mecánico (4) tiene forma de poliedro, siendo fabricado en material metálico, con un orificio (5) central para el paso de los cables de conexión y simétrico respecto al eje de simetría (E). Su diseño está en función del campo de iluminación que se requiera. De este modo, el poliedro podrá ser tanto regular como irregular, en función de las necesidades de iluminación. Las placas de circuito impreso (1 , 1 ') con los LED (11 ), se colocarán sobre las caras del poliedro que forma el elemento dirigible mecánico (4), excepto en aquellas de apoyo sobre los medios disipadores (3). La colocación o no de placas de circuito impreso (1 , 1 ') sobre cada una de las caras del poliedro depende de la zona a iluminar. De esta forma, la emisión de los LED no es directa sobre el suelo, sino que toma la inclinación del elemento dirigible mecánico (4), ampliando de este modo alcance, dispersión y control. Los ángulos, número de caras y dimensiones del elemento dirigible mecánico (4) están en función de los resultados que se deseen obtener, pudiendo ser un poliedro regular o irregular en función de la zona a iluminar. El número de caras del poliedro que forma el elemento dirigible mecánico (4), así como sus dimensiones y ángulos entre caras, y número de placas de circuito impreso (1 , Γ) a colocar, está en función del campo de iluminación que se desee alumbrar. Del mismo modo, el poliedro podrá ser tanto regular como irregular, en función de la zona que se pretenda alumbrar.
Como ejemplo de los resultados que podrían obtenerse con la disposición en un dispositivo de iluminación de una realización preferente del elemento dirigible mecánico (4), se puede ver la Figura 4. (10) y (20) representan esquemáticamente dos dispositivos de iluminación consecutivos a una altura determinada. El alcance de cada uno de ellos sin la utilización del elemento dirigible mecánico (4) estaría delimitado por (10, 12, 14) y (20, 22, 24), de modo que entre (14) y (22) quedaría un espacio falto de iluminación. Mientras que si en los dispositivos de iluminación (10) y (20) fueran los descritos en esta memoria descriptiva, podríamos conseguir alcances comprendidos entre (10, 16, 18) y (20, 26, 28), no dejando espacio sin iluminar entre ellos, solapándose incluso un tramo entre (30, 28, 18).
También podemos ver, en la Figura 5, con una realización preferente de la invención, la dispersión conseguida utilizando el dispositivo de iluminación con el elemento dirigible mecánico (4) de la invención (100, 220, 320), y la conseguida sin él (100, 200, 300). Con un dispositivo de iluminación de los actualmente conocidos, situado en el punto (100), la dispersión obtenida sería la que se encuentra entre los puntos (100, 200, 300). Este punto (300) correspondería a la iluminación transversal de la zona a iluminar, es decir, lo máximo que alcanza la luz en esa dirección transversal. Así, la iluminación conseguida en (S, S') es mucho menor que la obtenida en el lado contrario (R, R'), lo que al ojo humano es una diferencia notable, no teniendo la luz uniformidad transversalmente, iluminando mucho más su lado más cercano (R, R').
Sin embargo, si se utiliza el dispositivo de iluminación de la invención, con el elemento dirigible mecánico (4), podemos elevar la iluminación del lado transversal (S, S'), y bajar un poco la iluminación del lado (R, R'), de modo que la zona a iluminar queda uniformemente iluminada en su sección transversal, con una mejor percepción al ojo humano.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de iluminación, que comprende al menos una placa de circuito impreso (1 , 1 ') con una pluralidad de diodos LED (1 1 ), protegida por un elemento difusor (2), y donde en la parte posterior se incluyen unos medios disipadores (3) del calor, en número en función de la potencia lumínica necesaria, caracterizado porque entre el elemento difusor (2) y los medios disipadores (3) del calor se dispone un elemento dirigible mecánico (4) en forma de poliedro, en material metálico, con un orificio (5) central para el paso de los cables de conexión y simétrico respecto al eje de simetría (E), donde las placas de circuito impreso (1 , 1 ') con los LED (1 1) se colocan sobre las caras del poliedro que forma el elemento dirigible mecánico (4), de manera que la emisión de los LED (11) amplia su alcance, dispersión y control.
2. - Dispositivo de iluminación, según reivindicación 1 , caracterizado porque el número de caras del poliedro que forma el elemento dirigible mecánico (4), así como sus dimensiones y ángulos entre caras, y número de placas de circuito impreso (1 , 1 ') está en función del campo de iluminación que se desee alumbrar.
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JP2011165676A (ja) * 2011-05-18 2011-08-25 Sharp Corp 照明装置

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