Módulo LED, medios de iluminación LED y luminaria LED para la reproducción energéticamente eficiente de luz blanca.

Modulo LED compuesto por

(a) al menos un LED de un grupo P de LEDs que comprende uno o mas LEDs estimulantes de fosforos o demezclas de f6sforos y que forman parte de un grupo B de LEDs,

donde el grupo B de LEDs comprende unoo mas LEDs con una longitud de onda dominante en la gama de 380 nm a 480 nm, y

(b) al menos un LED de un grupo R de LEDs, donde el grupo R de LEDs comprende uno o mas LEDs, cadauno con una longitud de onda dominante en la gama de 600 nm a 640 nm, y/o

(c) al menos un LED del grupo B y/o

(d) al menos un LED del grupo G, donde el grupo G de LEDs comprende uno o mas LEDs, cada uno con unalongitud de onda dominante en la gama de 500 nm a 560 nm,

(e) donde las radiaciones de at menos un LED del grupo P y de at menos otro LED estan mezcladas de formaaditiva,

caracterizado por que

(f) la concentracion del fosforo o de la mezcla de fOsforo del al menos un LED del grupo P este seleccionadade tat manera que su eficiencia fotometrica, medida en lm/W, en funcion de la coordenada x CIE estesituada en un maximo o a no mas del 20% por debajo del maxim°, y

(g) el al menos un LED del grupo P y el at menos otro LED estan configurados y son activables de tat forma(i) que se genera luz blanca, y el lugar de color de la luz blanca este situado sobre o cerca de la curvede Planck, y

(ii) que la reproduccion cromatica Ra8 es at menos de 85.

Módulo LEO, medios de iluminación LEO y luminaria LEO para la reproducción energéticamente eficiente de luz blanca.

Estado de la técnica [0001] Se conocen diversas ejecuciones de luminarias eléctricas, las cuales generan luz blanca basándose en LEOs. Se conocen principalmente dos tipos de ejecución. En el primer tipo, la emisión de tres LEOs monocromos se mezcla de manera aditiva con el blanco. Habitualmente se emplean los colores primarios rojo, verde y azul, generalmente denominados de forma abreviada "RGB".

El segundo tipo de ejecución se basa en la utilización de materiales luminiscentes de conversión, generalmente denominados de forma abreviada "fósforos". En virtud de ello, una parte de la emisión primaria del LEO (habitualmente del color azul en la gama de longitud de onda de aproximadamente 460 nm) es absorbida por el fósforo y emitida de nuevo como radiación secundaria a una longitud de onda mayor. La longitud de onda de emisión puede de esta manera variar entre 500 nm (verde) y 630 nm (rojo) . Cuando se emplea un fósforo con emisión de un color complementario (para el azul será el amarillo) , se pueden realizar emisiones blancas de forma aditiva. Este tipo de soluciones está descrito en una gran cantidad de patentes, como por ejemplo en las WO 02/054502A 1, OE 19638667C2 o W02007/017122.

En las ejecuciones RGB, las desventajas de las luminarias eléctricas según el estado de la técnica son la dependencia de la temperatura del color de emisión, debido a que los LEOs individuales tienen coeficientes de temperatura distintos y también muestran un comportamiento distinto a lo largo de su vida útil. Esto se puede compensar mediante un control o una regulación que resultan en costes respectivos, tal y como se describe por ejemplo en la OE60021911T2.

Otra desventaja esencial de las soluciones RGB es el escaso rendimiento cromático. Con la combinación de los LEOs citados en la Tabla 01 se alcanza un valor Ra8 de 22. El espectro está representado en la Fig. 01. La abscisa representa la longitud de onda en nm y la ordenada representa la intensidad.

Tabla 01 : LEOs RGB

Color de la luz x y Longitud de onda dominante (nm)

Azul 0, 1442 0, 0410 462, 9

Verde 0, 1983 0, 6966 529, 7

Rojo 0, 7000 0, 2996 627, 4

El rendimiento cromático puede mejorarse añadiendo LEOs de color ámbar. Con la combinación de los LEOs citados en la Tabla 02 se alcanza un valor Ra8 de 82. El correspondiente espectro está representado en la Fig. 02. Sin embargo, este LEO adicional aumenta el coste de controlo regulación.

Tabla 02: LEOs RGBA

Color de la luz x y Longitud de onda dominante (nm)

azul 0, 1442 0, 0410 462, 9

verde 0, 1983 0, 6966 529, 7

ámbar 0, 6010 0, 3983 529, 0

rojo 0, 7000 0, 2996 627, 4

En la ejecución "LEO azul más fósforo" se puede realizar una subdivisión en 2 grupos: el grupo de las soluciones LEO que emiten luz fría (p.ej. 6500K) y el grupo de las que emiten luz cálida (p.ej. 3000K) .

Con las ejecuciones con temperatura de color 6500K la eficiencia es elevada, pero la solución tiene una reproducción cromática insuficiente de un valor aproximado de Ra8=70-75. Esta forma de ejecución se podrá emplear por lo tanto en la iluminación general solo de manera limitada.

Con la ejecución con una temperatura de color de 3000K se puede alcanzar un valor de Ra8>90. Una desventaja importante de esta solución es que la emisión del fósforo se lleva a cabo dentro de una gama de longitudes de ondas relativamente amplia (gran anchura a media altura) . La energía radiométrica (potencia de radiación) generada mediante el fósforo se emite en la gama de longitudes de ondas de 520 nm a 800 nm. La curva de sensibilidad del ojo V (lambda) evalúa como muy baja esta energía en longitudes de onda a partir de 650 nm. Oe esta manera se malgasta energía de forma innecesaria.

Descripción breve de las figuras [0009] Estas correlaciones se describen de forma más detallada mediante figuras y tablas.

Descripción resumida de las figuras:

Fig. 01: Estado de la técnica; espectro RGB solución 3000K; Fig. 02: Estado de la técnica; espectro RGBA solución 3000K; Fig. 03: Estado de la técnica; espectro solución fósforo 3000K y V (lambda) ; Fig.04: Estado de la técnica; comparación de la potencia de radiación acumulada con el flujo luminoso acumulado; Fig. 05: Tabla cromática CIE 1931; Fig. 06: Emisión de fósforos de distinta longitud de onda máxima, representada en el espacio de color CIE 1931 ; Fig. 07: Reducción de la potencia de radiación con creciente concentración de los fósforos; Fig. 08: Eficiencia de los fósforos en lúmenes por vatios como función de la concentración (se representa el eje x ascendente de las coordenadas CIE 1931) ; los valores están normalizados con respecto al LED azul (=1) para facilitar la comparación; Fig. 09: Ejemplo de una mezcla de colores de LEDs del grupo P y de LEDs del grupo R en el espacio de color CIE 1931; Fig. 10: Ejemplo de una mezcla de colores de LEDs del grupo P y de LEDs del grupo R representado como espectro, donde también se muestra la curva fototópica V (lambda) ; Fig. 11: Comparación de la potencia de radiación acumulada con el flujo luminoso acumulado de la lámpara de ensayo conforme con la Fig. 09; Fig. 12: Ejemplo de una mezcla de colores de LEDs del grupo P, de LEDs del grupo B y de LEDs del grupo R en el espacio de color CIE 1931; Fig. 13: Ejemplo de un módulo LED conforme al ejemplo de la Fig. 12 que muestra que la potencia de los LEDs del grupo B y LEDs del grupo R se puede regular y controlar; por consiguiente los tres espectros representados pueden realizarse con un módulo; Fig. 14: Diagrama unifilar de cuatro LEDs en serie; Fig. 15: Diagrama unifilar de cuatro LEDs; dos grupos pueden controlarse y regularse por separado; Fig. 16: Diagrama unifilar de seis LEDs; tres grupos pueden controlarse y regularse por separado; Fig. 17: Representación de un módulo LED con 18 LEDs; tres grupos pueden controlarse y regularse por separado; Fig. 18: Representación de un medio luminiscente LED con casquillo estándar E27; Fig. 19: Representación de una luminaria LED con reflector, en la que se puede emplear uno o más módulos LED; Fig. 20: Representación esquemática de un módulo LED con LEDs del grupo B y LEDs del grupo R bajo un elemento de fósforo común.

Para generar luz blanca cálida (2700-3500K) habrán de emplearse también fósforos rojos. Un correspondiente espectro 3000K está representado en la Fig. 03. La abscisa de la Fig. 03 representa la longitud de onda en nm, la ordenada representa la intensidad normalizada a 1. También se incluye en la Fig. 03 la curva fototópica del ojo V (lambda) . Es importante observar el área de superficie xx a partir de los 600 nanómetros. Esta área de superficie xx se produce entre el tramo recesivo de la curva V (lamba) y el espectro.

En esta área, la potencia de radiación se evalúa por la V (lambda) como muy mala. Esto significa que se requiere relativamente mucha energía para generar poca luz, debido a que los fósforos emiten en un espectro amplio.

Tabla 03: Pasos de 10 nm -energía radiométrica acumulada (potencia de radiación) en % y correspondientes lúmenes acumulados en %

nmmín. nm máx. 3000K·mW 3000K·lm

380 389 0, 01% 0, 00%

390 399 0, 02% 0, 00%

400 409 0, 03% 0, 00%

410 419 0, 04% 0, 00%

420 429 0, 08% 0, 00%

430 439 0, 28% 0, 01%

440 449 1, 48% 0, 09%

450 459 4, 59% 0, 43%

460 469 7, 19% 0, 86%

470 479 8, 97% 1, 30%

480 489 10, 23% 1, 78%

490 499 11, 49% 2, 52%

500 509 13, 13% 4, 02%

510 519 15, 42% 7, 11%

520 529 18, 34% 12, 23%

530 539 21, 79% 19, 23%

540 549 25, 67% 27, 71%

550 559 29, 98% 37, 36%

560 569 34, 73% 47, 77%

570 579 39, 90% 58, 38%

580 589 45, 42% 68, 53%

590 599 51, 16% 77, 55%

600 609 56, 93% 84, 98%

610 619 62, 56% 90, 65%

620 629 67, 91 % 94, 61 %

630 639 72, 84% 97, 10%

640 649 77, 31 % 98, 56 %

650 659 81, 27% 99, 33%

660 669 84, 71 % 99, 70 %

670 679 87, 69% 99, 87%

680 689 90, 23% 99, 95%

690 699 92, 37% 99, 98%

700 709 94, 16% 99, 99%

710 719 95, 64% 100, 00%

720 729 96, 87% 100, 00%

730 739 97, 89% 100, 00%

740 749 98, 72% 100, 00%

750 759 99, 40% 100, 00%

760 769 99, 96% 100, 00%

770 779 100, 00% 100, 00%

[0013) El 99% del flujo luminoso se genera con el 80% de la energía radiométrica (potencia de radiación) . El 20% de la energía radiométrica (a partir de aproximadamente 650 nm) se genera solo con... [Seguir leyendo]

1. Módulo LEO compuesto por

(a) al menos un LEO de un grupo P de LEOs que comprende uno o más LEOs estimulantes de fósforos o de mezclas de fósforos y que forman parte de un grupo S de LEOs, donde el grupo S de LEOs comprende uno

o más LEOs con una longitud de onda dominante en la gama de 380 nm a 480 nm, y

(b) al menos un LEO de un grupo R de LEOs, donde el grupo R de LEOs comprende uno o más LEOs, cada uno con una longitud de onda dominante en la gama de 600 nm a 640 nm, y/o

(c) al menos un LEO del grupo S y/o

(d) al menos un LEO del grupo G, donde el grupo G de LEOs comprende uno o más LEOs, cada uno con una longitud de onda dominante en la gama de 500 nm a 560 nm,

(e) donde las radiaciones de al menos un LEO del grupo P y de al menos otro LEO están mezcladas de forma aditiva,

caracterizado por que

(f) la concentración del fósforo o de la mezcla de fósforo del al menos un LEO del grupo P está seleccionada de tal manera que su eficiencia fotométrica, medida en Im/W, en función de la coordenada x elE está situada en un máximo o a no más del 20% por debajo del máximo, y

(g) el al menos un LEO del grupo P y el al menos otro LEO están configurados y son activables de tal forma

(i) que se genera luz blanca, y el lugar de color de la luz blanca está situado sobre o cerca de la curva de Planck, y

(ii) que la reproducción cromática Ra8 es al menos de 85.

2. Un módulo LEO según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo LEO se compone exclusivamente de LEOs del grupo P y grupo R, y por que la luz blanca generada presenta una temperatura de color fija en la gama entre 2500 K Y 8000 K.

3. Un módulo LEO según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo LEO se compone exclusivamente de LEOs del grupo P y grupo S, y por que la luz blanca generada presenta una temperatura de color fija en la gama entre 5000 K Y 8000 K.

4. Un módulo LEO según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo LEO se compone exclusivamente de LEOs del grupo P y grupo G, por que el fósforo de los LEOs del grupo P tiene una longitud de onda máxima en la gama de valores entre 590 y 640 nm, y por que la luz blanca presenta una temperatura de color fija en la gama entre 2500 K Y 8000 K.

5. Un módulo LEO según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo LEO consiste de LEOs del grupo P y grupo R y grupo S, y puede ser controlado o regulado de tal forma que la temperatura de color de la luz blanca generada se puede ajustar sin escalonamiento dentro de al menos una gama parcial de aquella gama de la curva de Planck que se encuentra dentro del espacio de color que se extiende por los lugares de color de los LEOs del grupo P, del grupo R y del grupo S.

6. Un módulo LEO según la reivindicación 5, caracterizado por que el módulo LEO puede ser controlado o regulado de tal forma que la temperatura de color de la luz blanca generada se puede ajustar sin escalonamiento en la gama de 2500 K a 8000 K.

7. Un módulo LEO según una de las reivindicaciones 1, 2, 5 o 6, caracterizado por que LEOs del grupo S y LEOs del grupo R están dispuestos bajo una capa de conversión de color común.

8. Un módulo LEO según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo LEO consiste de LEOs del grupo P y grupo G y grupo S, y puede ser controlado o regulado de tal forma que la temperatura de color de la luz blanca generada se puede ajustar sin escalonamiento dentro de al menos una gama parcial de aquella gama de la curva de Planck que se encuentra dentro del espacio de color que se extiende por los lugares de color de los LEOs del grupo P, del grupo G y del grupo S, donde el fósforo del grupo P tiene una longitud de onda máxima en la gama de valores entre 590 nm y 640 nm.

9. Un módulo LEO según la reivindicación 8, caracterizado por que el módulo LEO es controlable o regulable de tal modo que la temperatura de color de la luz blanca generada se puede ajustar sin escalonamiento en la gama de 2500 K a 8000 K.

10. Un medio luminiscente estándar con un módulo LEO según una de las reivindicaciones 1-9.