Fuente de luz para generar luz blanca.

Fuente de luz para la generación de luz blanca que comprende un diodo emisor de luz (LED) para la emisión de radiación azul y al menos un luminóforo que absorbe una parte de la radiación azul y que también emite radiación en otro intervalo espectral caracterizada por qué:

- el luminóforo es un ortosilicato alcalinotérreo activado con europio bivalente de una de las siguientes composiciones o de una mezcla de dichas composiciones:

a) (2-x-y)SrO ·x (BauCav)O·(1-a-b-c-d)SiO2·aP2O5 bAl2O3dGeO2:yEu2+

siendo: 0 ≤ x< 1,6; 0,005

Fuente de luz para generar luz blanca

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una fuente de luz con un elemento emisor de luz que emite en un primer intervalo espectral, preferentemente en el intervalo del azul y/o ultravioleta del espectro óptico y con un luminóforo del grupo de los ortosilicatos alcalinotérreos o que al menos contiene una fracción de este grupo de sustancias luminiscentes y que absorbe una parte de la radiación emitida por el elemento emisor de luz emitiendo a su vez radiación en otro intervalo espectral, preferentemente en el intervalo del amarillo-verde, amarillo o del naranja. El luminóforo elegido se puede utilizar también mezclado con otros luminóforos de este grupo y/o con otras sustancias luminiscentes que no pertenecen a este grupo.

El elemento emisor de luz es preferentemente un diodo LED inorgánico aunque también puede ser un diodo LED orgánico, un diodo láser, una lámina electroluminiscente de capa gruesa inorgánica o un componente electroluminiscente de capa fina inorgánico.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los diodos LED inorgánicos se distinguen entre otras cosas por una larga vida útil, por ocupar poco espacio, por su insensibilidad a las vibraciones y por una emisión espectral de banda estrecha.

Muchos colores de emisiones, especialmente los que son de ancha banda espectral, no se pueden conseguir eficientemente mediante la emisión intrínseca de un material semiconductor de un diodo LED o ni tan siquiera conseguirse. Sobre todo esto se aplica a la generación de luz blanca.

De acuerdo con el estado de la técnica los colores de emisión que no se pueden conseguir intrínsecamente con el semiconductor se generan mediante conversión de color.

En lo fundamental la tecnología de conversión del color se basa en el principio de disponer al menos un luminóforosobre el diodo LED. Éste absorbe una parte de la radiación emitida excitándose y produciéndose fotoluminiscencia. El color de la radiación emitida o de la luz de la fuente resulta entonces de la mezcla de la radiación trasmitida y de la radiación emitida por la sustancia luminiscente.

Como luminóforo se pueden utilizar en principio tanto sistemas orgánicos como inorgánicos. La ventaja fundamental de los pigmentos inorgánicos está en la mayor estabilidad química relativa a la temperatura y la radiación en comparación con los sistemas orgánicos. En conjunción con la larga vida útil de los diodos LED inorgánicos los luminóforos inorgánicos de larga duración garantizan una gran estabilidad cromática de la fuente de luz formada por dichos componentes.

Si se va a convertir la radiación azul desprendida por el diodo emisor LED en luz blanca hacen falta sustancias luminiscentes que absorban con eficacia la luz azul (450-490 nm) y que la transformen con alta eficiencia en radiación de luminiscencia amarilla mayormente. Sin embargo, sólo existe una reducido número de luminóforos inorgánicos que cumplan estos requisitos. Por el momento, como pigmentos de conversión de color para diodos LED azules se utilizan sobre todo materiales de la clase de sustancias luminiscentes YAG (documentos WO 98/05078;WO 98/12757) . Éstos presentan, sin embargo, el inconveniente de que sólo tienen una eficiencia suficientemente alta para un máximo de emisión menor que 560 nm. Por este motivo con los pigmentos YAG y los diodos azules (450-490 nm) se puede conseguir luz blanca fría de temperaturas cromáticas entre 6000 K y 8000 K y con una calidad de color comparativamente baja (los valores típicos del índice de calidad de color están entre 70 y 75) . De ello resultan posibilidades de aplicación muy limitadas. Por un lado al utilizar fuentes de luz blanca en iluminación general normalmente se imponen mayores exigencias a la calidad del color del medio luminoso y por otro lado los consumidores prefieren, sobre todo en Europa y en Norteamérica, colores más cálidos con temperaturas entre 2700 K y 5000 K.

Por el documento WO/0033389 se conoce además la utilización, entre otros, del compuesto Ba2SiO4:Eu2+ como luminóforo para convertir la luz de los diodos LED azules. El máximo de la emisión de la sustancia luminiscente, sin embargo, está en 505 nm de modo que no se puede generar con garantías luz blanca con esta combinación.

En el trabajo de S.H.M. Poort y col. “Optical properties of Eu2+ -activated orthosilicates and orthophosphates” de la revista “Journal of Alloys and Compounds” nº 260 (1997) págs. 93-97 se estudian las propiedades del compuesto Ba2SiO4: activado con Eu así como los fosfatos KBaPO4 y KSrPO4. En este caso también se determina que la emisión se produce a 505 nm.

El documento WO 00/19546 escribe un sistema de iluminación que presenta al menos dos fuentes de luz LED para proporcionar luz visible de longitudes de onda predefinidas y un sustancia luminiscente que emite radiación verde como medio de conversión para la transformación de al menos una parte de la luz visible que emite uno de los dos diodos LED en luz visible de otra longitud de onda, para optimizar la calidad del color del sistema de iluminación.

El documento WO01/89001 muestra un sistema de sustancias luminiscentes que presenta una fuente de luz LED y al menos tres sustancias luminiscentes diferentes: una primera sustancia luminiscente que emite luz naranja, una segunda sustancia luminiscente que emite luz azul-verde y una tercera sustancia luminiscente que emite luz azul. Mediante la mezcla de la radiación emitida de las tres sustancias luminiscentes diferentes un observador percibe luz blanca.

El documento WO 00/33390 divulga una fuente de luz que presenta un diodo LED emisor de luz azul y dos sustancias luminiscentes diferentes emitiendo una primera sustancia luminiscente luz verde con una longitud de onda de entre 510 nm y 560 nm y una segunda sustancia luminiscente luz roja con una longitud de onda de entre 600 nm y 630 nm.

En el trabajo de Thomas L. Barr y “Fluorescence o Eu2+activated phase in binar y alkaline earth orthosilicate systems” de la revista Jounal of the Electromechanical Society, en Manchester, New Hampshire, Bf. 115 Nº 11, de 1 de noviembre de 1968, págs. 1181-1184, XP002631112 se estudia la emisión de un sistema de sustancias luminiscentes de (Ba, Sr) SiO4 y (Ca, Sr) SiO4 con una excitación mediante luz ultravioleta,

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es modificar una fuente de luz del tipo mencionado en la introducción de modo que con ella simultáneamente a un gran rendimiento luminoso y a una gran calidad del color se puedan generar colores de luz blanca con temperaturas cromáticas más cálidas, en particular, composiciones cromáticas que queden en el interior de las elipses de tolerancias definidas para la iluminación general por la CIE.

Este objetivo se consigue con el objeto de la reivindicación independiente 1. Las formas de realización ventajosas de la fuente de luz de acuerdo con la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes y tienen su base en la siguiente descripción.

De acuerdo con la invención se proporciona una fuente de luz para generar luz blanca que comprende un diodo emisor de luz (LED) para la emisión de radiación azul y al menos un luminóforo que absorbe una parte de la radiación azul y que también emite radiación en otro intervalo espectral caracterizado por que:

- es un silicato alcalinotérreo activado con europio bivalente de una de las siguientes composiciones o una mezcla de estas composiciones: a) (2-x-y) SrO ·x (BauCav) O· (1-a-b-c-d) SiO2·aP2O5 bAl2O3cB2O3 dGeO2:yEu2+ siendo: 0 ≤ x< 1, 6; 0, 005<y< 0, 5 x+y≤1, 6; 0≤a, b, c, d< 0, 5 u+v=1 b) (2-x-y) BaO ·x (SruCav) O· (1-a-b-c-d) SiO2·aP2O5 bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+ siendo: 0, 01 < x< 1, 6; 0, 005<y< 0, 5; 0≤a, b, c, d< 0, 5 u+v=1; x·u≥0, 4

-emite radiación en el intervalo espectral del amarillo-verde amarillo o naranja

- generándose la luz blanca por la mezcla de la luz transmitida del diodo LED y la luz de luminiscencia emitida por el luminóforo

En una forma de realización preferida al menos uno de los valores a, b, c y d es mayor que 0, 01 y en ambas fórmulas una parte del silicio puede venir sustituido por galio.

Sorprendentemente se ha comprobado que la luz blanca se puede conseguir con una buena calidad de color y gran rendimiento luminoso mediante combinación de un diodo LED azul con un luminóforo elegido del grupo de los ortosilicatos alcalinotérreos activados con europio de acuerdo con la invención de la composición mencionada anteriormente. Al contrario que los luminóforos que se basan puramente en ortosilicatos de bario y que radian... [Seguir leyendo]

1. Fuente de luz para la generación de luz blanca que comprende un diodo emisor de luz (LED) para la emisión de radiación azul y al menos un luminóforo que absorbe una parte de la radiación azul y que también emite radiación en otro intervalo espectral caracterizada por qué:

-el luminóforo es un ortosilicato alcalinotérreo activado con europio bivalente de una de las siguientes composiciones o de una mezcla de dichas composiciones:

a) (2-x-y) SrO ·x (BauCav) O· (1-a-b-c-d) SiO2·aP2O5 bAl2O3dGeO2:yEu2+ siendo: 0 ≤ x< 1, 6; 0, 005<y< 0, 5 x+y≤1, 6; 0≤a, b, c, d< 0, 5 u+v=1 b) (2-x-y) BaO ·x (SruCav) O· (1-a-b-c-d) SiO2·aP2O5 bAl2O3dGeO2:yEu2+ siendo: 0, 01 < x< 1, 6; 0, 005<y< 0, 5; 0≤a, b, c, d< 0, 5 u+v=1; x·u≥0, 4

- el luminóforo emite en el intervalo espectral de la luz amarilla-verde, amarilla o naranja

- generándose la luz blanca mediante mezcla de la luz transmitida por el diodo LED y la luz de luminiscencia emitida por el luminóforo.

2. Fuente de luz de acuerdo con la reivindicación 1 en la que el diodo emisor de luz (LED) produce radiación azul en el intervalo de longitudes de onda que va entre 450 nm y 490 nm comprendiendo la fuente de luz además un luminóforo adicional que emite luz roja radiando la fuente de luz blanca con un índice de calidad de color ≥ 72.

3. Fuente de luz de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 caracterizada por que emite luz con una temperatura cromática entre 2700 K y 6500 K, en particular, una temperatura cromática de 2700 K, 4100 K, 5000 K, 5088 K o 6500 K.

4. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada por que en el luminóforo se sustituye una parte del silicio por galio.

5. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por que se incluyen iones monovalentes, en particular, halogenuros y/o metales alcalinos, en la retícula del luminóforo.

6. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizada por que están colocados uno o varios chips de diodos LED (1) en una placa de circuito impreso (2) dentro de un reflector (4) y el luminóforo está dispersado en una plancha óptica (5) que está colocada sobre el reflector (4) .

7. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizada por que están dispuestos uno o varios chips de diodo LED (1) en una placa de circuito impreso (2) dentro de un reflector (4) y el luminóforo (6) está aplicado sobre el reflector (4) .

8. Fuente de luz de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7 caracterizada por que los chips de diodos LED (1) están encapsulados por una masa de impregnación (3, 3’) transparente que tiene la forma de cúpula.

9. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizada por que el luminóforo está dispersado en una masa de impregnación (3) que une el conjunto de chips de diodos LED (1) colocado en una placa de circuito impreso (2) y una lente polimérica (7) con las mínimas inclusiones gaseosas posibles presentando la lente polimérica (7) y la masa de impregnación (3) índices de refracción que se diferencian como máximo en 0, 1.

10. Fuente de luz de acuerdo con la reivindicación 9 caracterizada por que la lente polimérica (7) presenta un rebaje en forma de esfera o de elipsoide que está relleno por la masa de impregnación (3) de modo que el conjunto de diodos LED (1) queda fijado a poca distancia de la lente polimérica.

11. Fuente de luz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizada por que el luminóforo está depositado en una matriz preferentemente inorgánica.