Dispositivo de iluminación.

Un dispositivo de iluminación cromáticamente no uniforme, que comprende:

- una fuente de luz artificial de banda ancha (52; 60,64; 80,84) que comprende una fuente de luz blanca o una fuente de luz con un ancho de banda espectral superior a 100 nanómetros en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, comprendiendo la fuente de luz artificial uno o más elementos activos que emiten fotones o que absorben fotones y luego los vuelven a emitir en una longitud de onda superior;

- un difusor cromático (56; 66; 86) situado aguas abajo de la fuente de luz artificial;

el difusor cromática está configurado para no emitir luz y cambiar la dirección de propagación de la luz emitida por la fuente de luz artificial; y en el que el difusor cromático comprende elementos de un primer material no líquido transparente a la luz en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, y que tiene un índice de refracción n1, dispersándose los elementos del primer material no líquido en un segundo material no líquido transparente a la luz en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, y que tiene un índice de refracción n2, en el que |n2/n1-1| >0,1, y en el que una dimensión lineal típica d de los elementos dispersos del primer material no líquido satisface la condición 5 nm ≤ d ≤ 300 nm; y en el que una dimensión máxima Lmax del difusor cromático es igual o mayor que cinco veces la dimensión mínima dmin de una proyección del mayor de dichos elementos activos en un primer plano perpendicular a una primera dirección, en el que:

- en caso de que la fuente de luz artificial sea anisotrópica, dicha primera dirección es la máxima dirección de emisión (Imax) de dicha fuente de luz artificial; de otra manera

- en caso de que la fuente de luz artificial es isotrópica, dicha primera dirección está definida por una línea recta (Iprox) que une los dos puntos más cercanos de dicha fuente de luz artificial y difusor cromático;

y en el que dicha dimensión máxima Lmax de dicho difusor cromático se define como el mayor entre:

- una dimensión transversal definida como la distancia máxima entre parejas de puntos que pertenecen a una proyección del difusor cromático en el primer plano; y

- una dimensión longitudinal, definida como la distancia máxima entre parejas de puntos que pertenecen a una proyección del difusor cromático en un segundo plano paralelo a la primera dirección;

estando así configurado el difusor cromático para separar la radiación azul, dispersada por el difusor cromático, desde la radiación amarilla, transmitida por el difusor cromático.

Dispositivo de iluminación La presente invención se refiere a un dispositivo de iluminación. Más en particular, la invención se refiere a un dispositivo de iluminación artificial capaz de reproducir en entornos interiores la luz y los colores del sol y del cielo, mediante la combinación de una fuente de luz artificial de banda ancha y un difusor cromático nanoestructurado particular.

El objeto de la invención es producir un tipo innovador de iluminación artificial capaz de reproducir un aspecto fundamental y hasta la fecha descuidado de la iluminación natural, es decir, la presencia simultánea de dos fuentes de luz diferentes, a saber, la luz del cielo y la luz solar, que difieren en color, intensidad, dirección y extensión espacial. De hecho, el cielo es responsable de la presencia de una luz dispersa con el azul como componente dominante, es decir "fría" en términos comunes, emitida desde una superficie extendida y, por lo tanto, capaz de iluminar sombras. En lugar de ello, el sol es responsable de la presencia de una luz con un componente azul limitado, es decir, "caliente", que se emite desde una zona que subtiende un ángulo sólido limitado, ilumina los objetos solo con luz directa.

La mejora en la calidad de la iluminación artificial es hoy un requisito de máxima prioridad. De hecho, cada vez hay más casos en los que el hombre se encuentra gastando una gran parte de su vida en condiciones de iluminación artificial. Esto se debe a las características de construcción de muchos espacios industriales, hospitales, grandes almacenes, ferrocarriles subterráneos, aeropuertos y similares, cuyas áreas interiores no están expuestas a la luz solar y a la luz del cielo directa. Por otra parte, en diversas regiones del planeta, las condiciones de baja temperatura (por ejemplo, en Canadá) o, a la inversa, de alta temperatura y humedad (por ejemplo, en Singapur) , que caracterizan largos períodos del año, animan cada vez más al desarrollo de una planificación urbana subterránea, ya que es mucho más fácil de lograr un control de clima subterráneo satisfactorio. Finalmente, la calidad de la iluminación artificial tiene un impacto considerable en la calidad de vida de las poblaciones que viven en latitudes altas, donde hay poca o nada de luz solar durante largos períodos del año.

Por otro lado, la cuestión de la energía hoy coloca la necesidad de reducir los consumos de energía utilizados para la iluminación a la vanguardia. Como puede verse a partir de la legislación reciente, esta necesidad prevé la eliminación, dentro de unos pocos años, de la iluminación incandescente convencional, que produce un espectro de emisión de cuerpo negro similar a la luz solar, pero que disipa la mayor parte de la energía en calor, a favor de nuevo tecnologías, como LEDs y diodos láser. La tecnología LED, ya ampliamente utilizada para pantallas de retroiluminación y paneles, en señales de tráfico y en vehículos de motor, se está preparando hoy para entrar en el mercado de la iluminación interior y exterior. Una de las principales dificultades en este caso está constituido por la calidad de la iluminación, sobre todo para los tipos de fuentes de bajo coste, que exhiben un menor consumo. Este es el caso, por ejemplo de LEDs InGaN-GaN que emiten en la región azul (en 430-470 nm) completada por la presencia de un fósforo que emite una radiación de banda ancha en la región amarilla (alrededor de 580 nm) . Estas fuentes tienen un perfil espectral que difiere sustancialmente del de un cuerpo negro, presentando un pico de intensidad máxima en la longitud de onda de emisión del LED, y un segundo pico de menor intensidad en el máximo rendimiento de la emisión de fósforo. La dificultad ligada a este tipo de fuente está relacionada con la temperatura de color muy alta (7000K) , tal como se describe en el documento US 7.259.400, lo que da a la luz el color azulado característico, y a la falta de componentes verde y rojo en el espectro. Aunque esta falta no se nota al iluminar un objeto blanco, dado que el componente amarillo producido por el fósforo excita, de una manera equilibrada, los conos en el ojo sensibles al rojo y al verde, se vuelve importante cuando se iluminan entornos de color, dado que los objetos verdes o rojos aparecen oscuros.

En el ámbito del desarrollo tecnológico actual, la mayoría de los esfuerzos dirigidos a mejorar la calidad de la iluminación se concentran en las características espectrales de la luz producidas, con el objeto de hacer que se perciba como lo más cercano posible a la luz solar. En el contexto de la definición anterior, este enfoque, sin embargo, no incluye el aspecto antes mencionado fundamental que caracteriza la iluminación natural, es decir, la presencia en la naturaleza no de una, sino de dos diferentes fuentes de luz: el cielo y el sol. El efecto puede ser entendido considerando la diferente CCT (temperatura de color correlacionada) de las dos fuentes, definida como la temperatura del radiador de Planck (radiación de cuerpo negro) , que se percibe por el ojo como un color más cercano al de la fuente en cuestión. Si tenemos en cuenta, por ejemplo, la iluminación natural en la tarde, cuando el cielo, casi tan luminoso como el sol, tiene una CCT de más de 9000K, y el sol tiene una CCT por debajo de 4000K, es evidente que el espectro resultante de la suma de las dos fuentes es en absoluto un espectro de cuerpo negro. No obstante, este tipo de iluminación es muy agradable a la vista. Por lo tanto, la presencia de este dicromatismo particular asociado con luz directa y difusa es un elemento importante, nunca considerado previamente, que se añade a los anteriores para evaluar la calidad y lo placentero de la iluminación creada artificialmente.

También es importante tener en cuenta que un método de iluminación basado en un único tipo de fuente puede simular a lo sumo, en el caso de un perfil espectral similar al del sol, una iluminación "lunar". En este contexto, como las sombras son muy oscuras, no son agradables. Por esta razón, la iluminación artificial a menudo utiliza muchas fuentes, o reflejos sobre paredes o en el techo, para minimizar las sombras.

Una primera propuesta para la iluminación artificial basada en la reconstrucción de interior de la iluminación natural como compuesta del cielo y del sol se presentó en una obra expuesta por los presentes inventores en diversas exposiciones de ciencia y de arte, también presentada en el Festival de Ciencia de Génova en 2003 y 2005 y en la estación de tren de Vilnius (Lituania) en 2007 (www.diluceinluce.eu) . En estos contextos se produjeron varias instalaciones y diversos aparatos experimentales, incluyendo la reconstrucción "interior" del cielo, es decir, la reconstrucción del proceso de dispersión de Rayleigh causado por las fluctuaciones de densidad nanométricas de un medio transparente que, en el caso de la atmósfera, determina la luz y el color del cielo y del sol. Como medio de dispersión, se utilizó una dispersión acuosa de nanopartículas de sílice, con un diámetro de alrededor de 20 nm. Esta dispersión, que presenta fluctuaciones del índice de refracción de considerable amplitud (aproximadamente 15%) en longitudes de escala debajo de 1/10 de la longitud de onda, permitió la producción de un buen difusor que opera en régimen de Rayleigh. A las concentraciones máximas usadas, es decir, para una fracción en volumen de sílice del 2% del volumen de dispersión, resultó capaz de producir, en un haz de luz que pasa a través del mismo durante unos metros, la misma variación de color que, en la atmósfera, requiere cientos de kilómetros de distancia. La dispersión así producida se colocó en recipientes transparentes de PMMA para contención. Fuentes de luz "blanca" se utilizaron entonces para simular el sol, es decir, lámparas halógenas con filtros de calibración o lámparas de descarga de vapor de mercurio. Mediante el uso de diferentes concentraciones de dispersión, diferentes volúmenes de cielo, diferentes geometrías de instalación, que comprenden combinaciones de los contenedores de diferente forma y dimensiones, diferentes posiciones del cielo y el sol, y la presencia de pantallas absorbentes o reflectantes para simular nubes, se obtuvieron reconstrucciones espectaculares de efectos de luz debido a la presencia del cielo y del sol en diferentes momentos del día.

Sin embargo, la dispersión de nanopartículas en agua presenta numerosos problemas que hacen que su uso en la esfera de la iluminación casi imposible. De hecho, debido al diferente peso específico Ps, entre el agua y las nanopartículas, que típicamente aumenta con el valor del índice de refracción de las nanopartículas, n1, (por ejemplo, Ps= 2, 2 g/cm3 y n1 = 1, 5 para SiO2, mientras que Ps= 4, 23 g/cm3 y n1 = 2,... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de iluminación cromáticamente no uniforme, que comprende:

-una fuente de luz artificial de banda ancha (52; 60, 64; 80, 84) que comprende una fuente de luz blanca o una fuente de luz con un ancho de banda espectral superior a 100 nanómetros en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, comprendiendo la fuente de luz artificial uno o más elementos activos que emiten fotones o que absorben fotones y luego los vuelven a emitir en una longitud de onda superior; -un difusor cromático (56; 66; 86) situado aguas abajo de la fuente de luz artificial;

el difusor cromática está configurado para no emitir luz y cambiar la dirección de propagación de la luz emitida por la fuente de luz artificial; y en el que el difusor cromático comprende elementos de un primer material no líquido transparente a la luz en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, y que tiene un índice de refracción n1, dispersándose los elementos del primer material no líquido en un segundo material no líquido transparente a la luz en el rango de longitudes de onda entre 400 nanómetros y 700 nanómetros, y que tiene un índice de refracción n2, en el que |n2/n1-1| > 0, 1, y en el que una dimensión lineal típica d de los elementos dispersos del primer material no líquido satisface la condición 5 nm d 300 nm; y en el que una dimensión máxima Lmax del difusor cromático es igual o mayor que cinco veces la dimensión mínima dmin de una proyección del mayor de dichos elementos activos en un primer plano perpendicular a una primera dirección, en el que:

- en caso de que la fuente de luz artificial sea anisotrópica, dicha primera dirección es la máxima dirección de emisión (Imax) de dicha fuente de luz artificial; de otra manera -en caso de que la fuente de luz artificial es isotrópica, dicha primera dirección está definida por una línea recta (Iprox) que une los dos puntos más cercanos de dicha fuente de luz artificial y difusor cromático;

y en el que dicha dimensión máxima Lmax de dicho difusor cromático se define como el mayor entre:

- una dimensión transversal definida como la distancia máxima entre parejas de puntos que pertenecen a una proyección del difusor cromático en el primer plano; y -una dimensión longitudinal, definida como la distancia máxima entre parejas de puntos que pertenecen a una proyección del difusor cromático en un segundo plano paralelo a la primera dirección;

estando así configurado el difusor cromático para separar la radiación azul, dispersada por el difusor cromático, desde la radiación amarilla, transmitida por el difusor cromático.

2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha dimensión longitudinal se define como la distancia máxima entre parejas de puntos que pertenecen a una proyección del difusor cromático (56; 66; 86) en dicha primera dirección.

3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que Lmax 10 dmin.

4. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los elementos dispersos del primer material son nanopartículas sólidas con un índice de refracción n1 y el segundo material es una matriz sólida con un índice de refracción n2 < n1.

5. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los elementos dispersos del primer material son nanoburbujas de gas con un índice de refracción n1 y el segundo material es una matriz sólida con un índice de refracción n2 > n1.

6. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los elementos dispersos del primer material son nanovolumes de aire y el segundo material está constituido por una sólida estructura dendrítica de sílice de ultra baja densidad, a su vez comprende grupos de nanopartículas.

7. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho difusor cromático es un panel en forma de un 55 paralelepípedo (126) y la fuente de luz artificial (120, 120a) está colocado en la cara más pequeña de dicho panel.

8. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho difusor cromático tiene la forma de un cilindro (136) y la fuente de luz artificial (130) está situada en un extremo de dicho cilindro.

9. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el difusor cromático tiene la forma de un cilindro hueco (146) y la fuente de luz artificial comprende una primera fuente de luz (140) con forma de corona circular y situado coaxialmente en la proximidad de un extremo de dicho cilindro.

10. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la fuente de luz artificial comprende además una 65 segunda fuente de luz (140a) que tiene una forma alargada y colocada coaxialmente dentro de dicho cilindro hueco.

11. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho difusor cromático está separado estructuralmente de dicha fuente de luz artificial.

12. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicho difusor cromático es un panel (156) integrado 5 en una pared de un edificio (158) .

13. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicha fuente de luz artificial está integrada dentro de una lámpara externa (150) .

14. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, y en el que dicha fuente de luz artificial (120; 130; 140) y dicho difusor cromático (126; 136; 146) están configurados de manera que dicha dimensión longitudinal es mayor que dicha dimensión transversal.

15. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, y en el que dicha fuente de luz artificial (52) y dicho difusor cromático (56) están configurados de manera que dicha dimensión transversal es mayor que dicha dimensión longitudinal.