ES2205772T3 - Dispositivo de iluminacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de iluminación (2) con por lo menos un medio luminoso (7) para la emisión de luz, un cuerpo base (4) de un material translúcido y con cuerpos perfilados (5) de un material translúcido, formados en el cuerpo base (4) y distanciados entre sí mediante entalladuras (6), que conducen la luz emitida por los medios luminosos (7) a una superficie emisora del cuerpo base (4) donde la emiten, caracterizado porque los medios luminosos (7) están colocados en las superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados (5) y emiten la luz a los cuerpos perfilados (5) correspondientes a través de las superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados (5).
Description
Dispositivo de iluminación.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de iluminación según el preámbulo de la reivindicación 1,
especialmente a un dispositivo de iluminación que puede utilizarse
en luminarias, pantallas, etc.
Dispositivos de iluminación del tipo descrito en
el preámbulo de la reivindicación 1 se utilizan por ejemplo también
como cubiertas de luminarias. Es conocido utilizar cubiertas con
cuerpos perfilados y prominentes, dispuestos en el lado de la
luminaria dirigido hacia la lámpara, para la conducción de la luz de
una lámpara, a fin de limitar el ángulo de emisión de los rayos de
luz para disminuir el deslumbramiento de un observador. En el
documento GB-A-1365507 se propone
para este fin configurar los cuerpos perfilados en forma de
pirámides truncadas que sobresalen del cuerpo base de la cubierta,
donde las superficies limitadoras superiores de las pirámides
truncadas están revestidas con un material opaco. En el documento
US-A-3,351,753 se propone también
una cubierta con cuerpos perfilados en forma de pirámides truncadas,
pero en este caso están recubiertas con un material opaco las
superficies laterales entre las pirámides truncadas, así como los
intersticios entre las pirámides truncadas.
Mediante estas cubiertas conocidas se logra una
conducción apropiada de la luz, a fin de limitar el ángulo de
emisión de los rayos de luz, pero debido a las zonas de la cubierta
opacos disminuye el rendimiento de la luminaria. En el documento
AT-A-301/87 se propone por lo tanto
una cubierta para luminarias con cuerpos perfilados, también con una
forma similar a una pirámide, que están dispuestos a modo de matriz
en el lado del cuerpo base de la cubierta dirigido hacia la lámpara
de la luminaria, y que tienen una superficie limitadora superior que
discurre en paralelo a la superficie emisora, donde toda la cubierta
se compone de un material translúcido.
Los cuerpos perfilados individuales de cristal de
esta cubierta, conocida del documento
AT-A-301/87, están diseñados de tal
manera que la luz de la lámpara de la luminaria, emitida a la
superficie limitadora superior de los cuerpos perfilados
individuales, se conduce en los cuerpos perfilados a la superficie
emisora de la cubierta de la que se emite dentro de una gama máxima
admitida de ángulos de emisión. Debido a que este tipo de cubiertas
se utiliza preferentemente en combinación con lámparas fluorescentes
alargadas, se producen problemas al acoplar la luz, emitida por la
lámpara utilizada, a los cuerpos perfilados de cristal de la
cubierta, ya que la lámpara emite la luz naturalmente no sólo a las
superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados
individuales, sino que emite la luz también a los flancos laterales
(translúcidos para la luz) de los cuerpos perfilados en forma de
pirámide truncada. Pero esto conlleva que el ángulo máximo de
irradiación, para evitar el deslumbramiento de un observador, no se
puede mantener sin más, ya que la luz emitida por la lámpara no sólo
se conduce en el interior de los cuerpos perfilados individuales
hacia la superficie emisora de la cubierta, sino que se refleja y se
refracta en las superficies laterales de los cuerpos perfilados.
Asimismo, del documento EP 0 345 468 A2 se conoce
un dispositivo de iluminación en forma de un emisor plano en el cual
en un cuerpo base translúcido están colocados y distribuidos en la
superficie varios cuerpos semiconductores luminosos como medios
luminosos. La placa base de este dispositivo de iluminación no
dispone de cuerpos perfilados para la conducción de la luz, tales
como se conocen por ejemplo del documento
AT-A-301/87 anteriormente
mencionado.
En el documento US 5,272,410 se revela también un
dispositivo de iluminación según el preámbulo de la reivindicación
1. El dispositivo de iluminación es en este caso un cuerpo emisor de
luz que puede utilizarse por ejemplo como luz trasera en vehículos
automóviles. Se compone de dos placas de cristal de las cuales por
lo menos una placa tiene una serie de entalladuras prismáticas cuyas
paredes están cubiertas con una capa fosforescente. Las entalladuras
contienen un gas bajo vacío parcial. En los extremos de las placas
de cristal están dispuestos electrodos con los cuales se genera,
mediante descarga de gas, luz en la capa fosforescente en las
entalladuras que se emite en diversas direcciones. El lado exterior
de una de las dos placas de cristal está provisto de una capa
reflectante, de modo que este reflector y la estructura prismática
de las entalladuras dirigen la luz de tal manera que se emite en el
lado del cuerpo opuesto al reflector. No obstante, mediante este
dispositivo de iluminación no se emite la luz en un ángulo de
emisión limitado para disminuir el deslumbramiento de un
observador.
El objetivo de la presente invención consiste por
lo tanto en proporcionar un dispositivo de iluminación, con cuerpos
perfilados formados en un cuerpo base, en el cual se facilita por un
lado el acoplamiento de la luz en los cuerpos perfilados
individuales anteriormente descrito y se alcanza por otro lado un
elevado rendimiento óptico, preferentemente en combinación con una
limitación suficiente del deslumbramiento.
Este objetivo se logra de acuerdo con la presente
invención mediante un dispositivo de iluminación con las
características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones
dependientes se describen formas de realización preferidas de la
invención, que a su vez proporcionan posibilidades para una
fabricación en serie del dispositivo de iluminación según la
invención lo más racional y económicamente posible, o que
contribuyen a alcanzar un rendimiento óptico máximo junto con una
limitación óptima del deslumbramiento.
De acuerdo con la presente invención, en los
cuerpos perfilados del dispositivo de iluminación según la
invención, es decir, en las superficies limitadoras superiores de
los cuerpos perfilados, está colocado directamente un medio luminoso
que emite la luz al cuerpo perfilado correspondiente. Los cuerpos
perfilados son de un material translúcido y conducen en su interior
la luz emitida por los medios luminosos hacia la superficie emisora
del dispositivo de iluminación desde la cual se emite la luz
procedente de los medios luminosos. Los cuerpos perfilados
individuales están diseñados preferentemente de tal manera que el
dispositivo de iluminación emita la luz del medio luminoso desde
cualquier punto de su superficie emisora dentro de una gama máxima
predeterminada de ángulos de emisión de por ejemplo 60º a 70º, a fin
de evitar el deslumbramiento de un observador por luz emitida bajo
un ángulo excesivamente plano.
Los cuerpos perfilados individuales pueden estar
configurados por ejemplo en forma de pirámides truncadas, o pueden
ser alargados en forma de bandas. Como medio luminoso puede
utilizarse por ejemplo una capa de materiales semiconductores
orgánicos o inorgánicos que emite una luz difusa, donde en estos
semiconductores se excita una electroluminiscencia mediante
aplicación de una tensión eléctrica.
Los cuerpos perfilados del dispositivo de
iluminación de acuerdo con la invención están separados entre sí a
través de entalladuras configuradas en el cuerpo base de la
cubierta, estas entalladuras pueden tener en especial la forma de V.
Los flancos de estas entalladuras, o los flancos laterales de los
cuerpos perfilados, respectivamente, pueden ser rectos o curvados.
Ventajosamente, los lados interiores de los flancos laterales de los
cuerpos perfilados están azogados, de modo que la luz se refleja
completamente en los cuerpos perfilados. El mismo efecto se logra
mediante un diseño de los cuerpos perfilados individuales de tal
manera que, en función del índice de refracción de los cuerpos
perfilados, la luz llega a los lados interiores de los flancos
laterales exclusivamente bajo un ángulo de reflexión total.
De acuerdo con un ejemplo de realización
preferido, los cuerpos perfilados individuales están realizados en
una lámina que se fija en un soporte de una luminaria, en especial
mediante pegado.
La ventaja de la presente invención consiste en
que los medios luminosos, aplicados en los cuerpos perfilados,
representan la fuente de luz del dispositivo de iluminación
correspondiente. Si los medios luminosos están realizados en forma
de capas luminosos, es posible realizar un dispositivo de
iluminación muy plano. Debido a que los medios luminosos están
aplicados directamente en los cuerpos perfilados, en el dispositivo
de iluminación de acuerdo con la invención no se presenta en la
práctica el problema inicialmente mencionado del acoplamiento de la
luz. Ya que en una luminaria con el dispositivo de iluminación de
acuerdo con la invención no se requieren una lámpara y
portalámparas, no es necesario cambiar la lámpara. Una luminaria de
este tipo tiene, en función del medio luminoso utilizado, una larga
duración de vida útil.
El dispositivo de iluminación de acuerdo con la
invención puede utilizarse especialmente en combinación con una o
varias lámparas fluorescentes planas, que sirven como medio luminoso
y se encuentran directamente en contacto con las superficies
limitadoras superiores de los cuerpos perfilados. De esta manera es
posible combinar las ventajas de la invención anteriormente
descritas con las ventajas de tales lámparas fluorescentes, como por
ejemplo un diseño plano y una elevada y constante densidad
lumínica.
A continuación se describe la invención más
detalladamente con referencia a ejemplos de realización
preferidos.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente una
vista en perspectiva de una luminaria con un dispositivo de
iluminación de acuerdo con la invención en forma de cubierta.
En las figuras 2a y 2b se muestran vistas en
corte transversal del dispositivo de iluminación de acuerdo con la
invención según un primero y un segundo ejemplo de realización de la
presente invención.
En la figura 3 se muestra una vista en
perspectiva de un ejemplo de realización preferido del dispositivo
de iluminación de acuerdo con la invención, en la figura 3 se
representan dos variantes distintas.
En las figuras 4a y 4b se muestran vistas a
escala aumentada de un cuerpo perfilado de los dispositivos de
iluminación representados en las figuras 2a y 2b para explicar la
propagación de los rayos de luz en el cuerpo perfilado.
En las figuras 5a y 5b se muestran vistas en
corte transversal del dispositivo de iluminación de acuerdo con la
invención según un tercero y un cuarto ejemplo de realización de la
presente invención.
En la figura 1 se muestra la vista en perspectiva
de una luminaria configurada de forma alargada en la que se utiliza
como cubierta el dispositivo de iluminación de acuerdo con la
invención. Como se desprende de la figura 1, un dispositivo de
iluminación, o una cubierta 2, está apoyado de tal manera en una
carcasa 9 de una luminaria 1 que la superficie emisora de la
cubierta 2 está dirigida hacia abajo. La superficie emisora de la
cubierta 2 está preferentemente diseñada de forma plana. La cubierta
2 y los cuerpos perfilados formados en la misma (no visibles en la
figura 1) están configurados de tal manera que, desde cualquier
punto P en la superficie emisora de la cubierta 2, la luz sólo se
emite en un determinado ángulo de radiación máximo \gamma_{max}
(ángulo de protección antideslumbrante). Los rayos de luz salientes
delimitan por lo tanto una superficie cónica 3. Las condiciones
representadas en la figura 1 con respecto al punto P son válidas de
forma análoga para todos los puntos restantes en la superficie
emisora de la cubierta 2 de la luminaria.
En la figura 3 se representa en vista en
perspectiva desde arriba un ejemplo de realización preferido del
dispositivo de iluminación, o de la cubierta 2, de acuerdo con la
invención. Más exactamente, en la figura 3 se muestra una vista
desde arriba de la superficie de la cubierta 2 dirigida hacia la
carcasa de la luminaria. La cubierta 2 comprende numerosos cuerpos
perfilados 5 realizados sobre o en un cuerpo base 4 de la cubierta
2. Los cuerpos perfilados 5 individuales están distanciados entre sí
a través de entalladuras 6. Como se muestra en la figura 3, los
cuerpos perfilados 5 pueden tener por ejemplo la forma de pirámides
truncadas o de bandas alargadas. Si los cuerpos perfilados 5 están
configurados como pirámides truncadas, estos cuerpos perfilados 5
pueden estar dispuestos uniformemente en líneas y columnas, es
decir, en forma de matriz, de modo que las entalladuras entre las
pirámides 5 truncadas individuales constituyen una rejilla. Si los
cuerpos perfilados 5 están configurados en forma de bandas, estas
están preferentemente paralelas entre sí, de modo que también las
entalladuras entre estas bandas discurren en paralelo entre sí.
En las figuras 2a y 2b se muestran a título de
ejemplo vistas en corte transversal del dispositivo de iluminación
de acuerdo con la invención, a lo largo de la línea de corte de
puntos y trazos representada en la figura 3. Los flancos laterales
de los cuerpos perfilados individuales están realizados con formas
distintas en las figuras 2a y 2b.
Los ejemplos de realización representados en las
figuras 2a y 2b tienen en común que los cuerpos perfilados 5
individuales están separados entre sí a través de entalladuras 6,
que discurren esencialmente en forma de V. Los flancos laterales de
los cuerpos perfilados 5 individuales tienen una inclinación
relativamente pronunciada. Al lado inferior del cuerpo base 4, que
representa la superficie emisora de la cubierta 2, sigue una sección
principalmente planoparalela, que en lo esencial no influye en el
recorrido de los rayos, debido a que no es posible profundizar las
entalladuras 6 individuales en forma de V hasta el lado inferior del
cuerpo base 4.
Los cuerpos perfilados 5 están fabricados
preferentemente como una sola pieza con el cuerpo base 4 de un
material translúcido. El cuerpo base 4 completo, con inclusión de
los cuerpos perfilados 5, puede ser por ejemplo de cristal acrílico.
Pero también es posible realizar el cuerpo base 4 ventajosamente
como lámina translúcido de plástico en la que están realizados los
cuerpos perfilados 5 individuales, de manera análoga a la forma de
realización conocida de los cuerpos perfilados de cristal. Esta
lámina de plástico se fija sencillamente en un soporte rectangular
de la luminaria, por ejemplo mediante pegado. Gracias al uso de un
material plástico se pueden facilitar tanto la fabricación del
cuerpo base 4, así como la formación de los cuerpos perfilados 5 en
el cuerpo base 4.
De acuerdo con la presente invención está montado
un medio luminoso 7 en cada cuerpo perfilado 5. El medio luminoso 7
se realiza preferentemente en forma de una capa luminoso
relativamente delgada que se aplica directamente en la superficie
limitadora superior de cada cuerpo perfilado 5 y puede tener un
grosor inferior a 1 mm. Cada medio luminoso 7 emite la luz
directamente al interior del cuerpo perfilado 5 correspondiente. Los
cuerpos perfilados 5 están diseñados preferentemente de tal manera
que la luz se refleje totalmente en el lado interior de sus flancos
laterales y se conduzca hacia el lado inferior del cuerpo base 4, es
decir, hacia la superficie emisora de la cubierta 2. Los cuerpos
perfilados 5 individuales cumplen además condiciones geométricas
básicas para poder garantizar el ángulo de emisión máximo
\gamma_{max} reflejado en la figura 1. La capa luminoso 7 puede
componerse por ejemplo de un material semiconductor inorgánico u
orgánico aplicado en los cuerpos perfilados 5 individuales mediante
serigrafía.
Como se muestra en la figura 2a, los flancos
laterales de los cuerpos perfilados 5, o de las entalladuras en
forma de V 6, pueden discurrir en línea recta. En vez de ello,
también es posible que estos flancos laterales tengan la forma
curvada mostrada en la figura 2b.
Tal como se ha mencionado anteriormente, como
medios luminosos 7 para los cuerpos perfilados 5, representados en
las figuras 2a y 2b, pueden utilizarse por ejemplo materiales
semiconductores orgánicos o inorgánicos. En función del material
utilizado, la luminiscencia se excita en estos materiales mediante
aplicación de una tensión continua o alterna (electroluminiscencia).
Láminas o placas electroluminosos de este tipo son conocidas.
El medio luminoso 7 puede estar constituido por
ejemplo por una capa electroluminoso, con cristales luminosos
dispuestos en un dieléctrico, donde en esta capa luminoso se aplica
mediante electrodos ITO (óxido de indio y estaño) una tensión
eléctrica para excitar la electroluminiscencia. Tales capas
electroluminosos pueden tener un grosor inferior a 1 mm. Asimismo,
como capa luminoso puede utilizarse una película de material
polímero en la que se aplica una tensión eléctrica, también mediante
electrodos ITO. Al aplicar una tensión eléctrica se inyectan
portadores de carga positivos (huecos) y portadores de carga
negativos (electrones), los distintos portadores de carga recombinan
y emiten rayos de luz. La película de material polímero puede ser
por ejemplo de PPV con un grosor inferior a 1\mum. Como capa
luminoso puede utilizarse también una configuración de varias capas
emisoras de luz, colocadas una sobre otra, que emiten luz de
distinta longitud de onda, de modo que la capa luminoso emite en
total luz blanca. En general se utilizan preferentemente, de acuerdo
con la presente invención, medios luminosos que emiten una luz
difusa.
Como se ha explicado anteriormente, los cuerpos
perfilados individuales deben cumplir determinadas condiciones
geométricas básicas para que la superficie emisora, o de la cubierta
2, irradie los rayos de luz sólo en la gama de ángulos 0º <
\gamma_{max}, como se muestra en la figura 1, a fin de evitar el
deslumbramiento de un observador. Estas condiciones geométricas
básicas dependen en especial del índice de refracción del medio
luminoso 2, mostrado en la figura 2, del índice de refracción del
material de los cuerpos perfilados 5, así como del ángulo máximo de
emisión seleccionado (ángulo de protección antideslumbrante)
\gamma_{max}. Con preferencia se selecciona un ángulo de emisión
máximo \gamma_{max} de 60º. Pero en general son suficientes
ángulos de emisión máximos \gamma_{max} en la gama de 60º a
70º.
Las condiciones geométricas básicas con respecto
a los cuerpos perfilados utilizados se explican a continuación más
detalladamente con referencia a las figuras 4a y 4b. En las figuras
4a y 4b se muestran proyecciones 2D de los cuerpos perfilados 5,
representados en las figuras 2a y 2b, con capas luminosos 7
aplicadas en los mismos.
Como se muestra en la figura 4a, la capa luminoso
7 emite rayos de luz al interior del cuerpo perfilado 5
correspondiente. Estos rayos pueden salir del cuerpo perfilado 5 sin
reflexión en los flancos laterales 8 del cuerpo perfilado 5, lo que
se simboliza en la figura 4a mediante el recorrido de rayos a la
izquierda. Pero también es posible que determinados rayos de luz,
emitidos por la capa luminoso 7, se reflejan en un flanco lateral 8
del cuerpo perfilado 5 y sólo después se emiten por el lado inferior
del cuerpo perfilado 5, lo que se simboliza en la figura 4a mediante
el recorrido de rayos a la derecha. En cada caso, los rayos de luz
emitidos por la capa luminoso 7 sufren dos refracciones, es decir,
una en la superficie límite entre la capa luminoso 7 y el cuerpo
perfilado 5, y la segunda en el lado inferior del cuerpo perfilado 5
cuando los rayos de luz salen del cuerpo perfilado 5 y se emiten. A
continuación se denomina n_{L} el índice de refracción de la capa
luminoso 7, y n_{S} el índice de refracción del bloque
estructurado o del cuerpo perfilado 5.
La conducción de la luz en el cuerpo perfilado 5,
o la emisión de luz desde el cuerpo perfilado 5, debe cumplir en lo
esencial dos condiciones. Por un lado no debe salir lateralmente del
cuerpo perfilado 5 ningún rayo de luz emitido por la capa luminoso 7
al cuerpo perfilado 5, es decir, los rayos de luz procedentes de la
capa luminoso 7 deben salir por el lado inferior del cuerpo
perfilado 5 sin reflexión en los flancos laterales del cuerpo
perfilado 5, o se deben reflejar totalmente en los flancos laterales
del cuerpo perfilado 5. Asimismo, ningún rayo de luz debe salir de
la superficie inferior del cuerpo perfilado 5 bajo un ángulo
superior a un ángulo máximo de emisión deseado \gamma_{max}, o
ángulo de protección contra deslumbramiento. Ventajosamente, este
ángulo máximo de emisión \gamma_{max} es de 60º, a fin de
conseguir un efecto antideslumbrante óptimo en la aplicación del
dispositivo de iluminación para el alumbrado del ambiente.
Como se ha explicado anteriormente, los rayos de
luz emitidos por la capa luminoso 7 sufren una refracción en su
transición al cuerpo perfilado en función del índice de refracción
n_{L} de la capa luminoso 7 y del índice de refracción n_{S} del
bloque estructurado o del cuerpo perfilado 5. De acuerdo con la ley
de refracción existe la siguiente relación entre el ángulo de
incidencia \beta y el ángulo de salida \delta:
(1)\frac{sen \beta}{sen
\delta} =
\frac{n_{S}}{n_{L}}
En general, los rayos de luz se refractan en
sentido hacia la perpendicular cuando pasan a un medio ópticamente
más denso, mientras que los rayos de luz se refractan en sentido
opuesto a la perpendicular cuando pasan a un medio ópticamente menos
denso. Esto significa en el presente caso que los rayos de luz
emitidos por la capa luminoso 7 se refractan hacia dentro del bloque
estructurado o del cuerpo perfilado 5, es decir, en sentido a la
perpendicular si n_{S} > n_{L}, mientras que los rayos de luz
se refractan en sentido opuesto a la perpendicular para n_{S} <
n_{L}.
En el caso n_{S} < n_{L} se produce en la
superficie limite del cuerpo perfilado 5 una reflexión total del
rayo de luz, emitido por la capa luminoso 7, a partir de un
determinado ángulo máximo de incidencia \beta_{max}, según la
siguiente ecuación:
(2)sen\beta_{max} =
\frac{n_{S}}{n_{L}}
Esto significa que se reflejan totalmente los
rayos que inciden en la capa límite del cuerpo perfilado 5 bajo un
ángulo de incidencia entre \beta_{max} y 90º con respecto a la
perpendicular.
Por lo tanto, el ángulo \delta puede tener el
siguiente valor máximo según la ecuación (1):
(3)\delta_{max} = arcsen
\frac{n_{L}}{n_{S}}
Naturalmente, las mismas consideraciones se
encuentran en vigor para la refracción de los rayos de luz en el
lado inferior del cuerpo perfilado 5, en este caso se debe tener en
cuenta que el índice de refracción del aire es n = 1.
Tal como se ha explicado anteriormente, los rayos
de luz que inciden en las superficies interiores de los flancos
laterales 8 del cuerpo perfilado 5 deben reflejarse totalmente. Esto
puede lograrse por ejemplo mediante azogado (opaco) de las
superficies interiores de los flancos laterales 8, de modo que los
rayos de luz no pueden refractarse lateralmente hacia fuera del
cuerpo perfilado 5. En vez de ello es posible lograr una reflexión
total también de forma análoga a la ecuación (2) si se puede
garantizar que los rayos de luz incidan en las superficies laterales
8 bajo un ángulo \varepsilon que, según la ley de reflexión,
garantiza que los rayos de luz se reflejen totalmente hacia el
cuerpo perfilado 5 ópticamente más denso, es decir, los rayos de luz
deben incidir bajo un ángulo \varepsilon >
\varepsilon_{min}. Se cumple:
(4)sen\varepsilon_{min} =
\frac{1}{n_{S}} ó
\varepsilon_{min} = arcsen
\frac{1}{n_{S}}
\newpage
En función de los requisitos anteriormente
explicados es posible calcular las dimensiones geométricas del
cuerpo perfilado 5 representado en las figuras 4a y 4b, estas
dimensiones dependen en especial de los índices de refracción
n_{L} y n_{S} especificados, así como del ángulo de supresión
máximo \beta_{max} deseado. Según las figuras 4a y 4b se parte
de la suposición de que el elemento estructurado, o el cuerpo
perfilado 5, sea simétrico con respecto al eje "y", y que el
lado inferior del cuerpo perfilado 5 forme el eje "x".
Asimismo, los cuerpos perfilados están configurados de tal manera
que los flancos laterales 8 se inclinan hacia fuera, en sentido de
arriba hacia abajo. A continuación, y_{h} denomina la altura del
cuerpo perfilado 5, 2x_{i} la anchura de la superficie limitadora
superior y 2x_{a} la anchura de la superficie limitadora inferior
del cuerpo perfilado 5.
Con respecto a la forma del cuerpo perfilado
según la figura 4a interesa, además de los valores x_{i}, x_{a}
e y_{h}, en especial el ángulo de inclinación \alpha de los
flancos laterales 8 del cuerpo perfilado 5. A causa de la reflexión
total exigida en los flancos laterales 8 del cuerpo perfilado 5 se
obtiene la siguiente condición para el ángulo de inclinación
\alpha, teniendo en cuenta las relaciones conocidas anteriormente
indicadas:
(5)\alpha < 90^{o} -
arcsen \frac{1}{n_{S}} + 90^{o} - arcsen
\frac{n_{L}}{n_{S}}
Debido a que los rayos de luz no reflejados en
los flancos laterales 8 deben salir del lado inferior bajo un ángulo
máximo \gamma_{max} especificado, se encuentran en vigor las
siguientes relaciones:
(6)\alpha < \frac{1}{2}
(90^{o} + arcsen (\frac{1}{n_{S}} \ *sen\gamma_{max}) + 90^{o} -
arcsen
\frac{n_{L}}{n_{S}}
(7)\alpha > 90^{o} -
\frac{1}{2} arcsen (\frac{1}{n_{S}} \ *sen \gamma_{max})
Mediante las ecuaciones de (5) a (7) es posible
determinar un ángulo de inclinación \alpha apropiado, y se puede
especificar un valor x_{i} deseado. Finalmente, en función de
estos valores, se calcula la altura y_{h} del cuerpo perfilado 5
según la siguiente ecuación:
(8)y_{h} = 2 *cotg
(arcsen(\frac{1}{n_{S}} \ *sen\gamma_{max})) \ *
x_{i}/(1-cotg(arcsen (\frac{1}{n_{S}} \
*sen\gamma_{max}))/
tg\alpha)
En principio es posible aplicar el mismo
procedimiento para el contorno del cuerpo perfilado representado en
la figura 4b. Debido a la forma curvada de los flancos laterales 8
del cuerpo perfilado se supone que los flancos laterales 8 siguen el
desarrollo de una función f(x) especificada, es decir, se
encuentra en vigor la siguiente ecuación:
(9)y = f(x) \ para \
todos \
|x|>x_{i}
A continuación se supone que, además de la
función f(x), se han especificado valores apropiados para
x_{i} e y_{h}, y sólo es preciso determinar el valor x_{a} en
función de estos valores.
De la exigencia de una reflexión total en los
flancos laterales 8 del cuerpo perfilado 5 resulta la siguiente
condición:
(10)| arc tg f'(x)| <
90^{o} - arcsen \frac{1}{n_{S}} + arc \ tg
(|\frac{y_{h}-f(x)}{x_{i}+x}|) \ para \ todos \ x \ \epsilon
\ [x_{i};x_{a}]
De la condición relativa a la exclusión de un
deslumbramiento por los rayos de luz, reflejados en los flancos
laterales 8 del cuerpo perfilado 5, se derivan las siguientes
condiciones:
(11)| arc tg f'(x)| <
\frac{1}{2}(90^{o} + arc \ tg (|\frac{y_{h}-f(x)}{x_{i}+x}|)
+ arcsen (\frac{1}{n_{S}} \ *sen\gamma_{max})) \ para \ todos \ x \
\epsilon \ [x_{i};x_{a}]
(12)| arc tg f'(x)| >
\frac{1}{2}(90^{o} + arc \ tg
(|\frac{y_{h}-f(x)}{x_{i}+x}|) - arcsen (\frac{1}{n_{S}} \
*sen\gamma_{max})) \ para \ todos \ x \ \epsilon \
[x_{i};x_{a}]
Finalmente, de la condición relativa a la
exclusión de un deslumbramiento por los rayos de luz, que pasan por
el cuerpo perfilado 5 sin reflexión total en los flancos laterales
8, se obtiene la siguiente condición:
(13)y_{h}> tg (90^{o} -
arcsen(\frac{1}{n_{S}} \ *sen\gamma_{max})) \ *(x_{a} +
x_{i})
En función de los valores x_{i} e y_{h}
especificados se debe desarrollar la función f(x), también
especificada, para todos los x con |x| > xi, teniendo en cuenta
las condiciones (10) - (12) anteriormente indicadas, hasta que se
encuentre un valor x_{a} que cumpla la condición según la ecuación
(13).
En las figuras 5a y 5b se muestran otras formas
de realización de la presente invención, en las cuales se utiliza
como fuente de luz, o medio luminoso 7, una lámpara fluorescente
plana.
Las lámparas fluorescentes planas son resultados
de los desarrollos más recientes en el campo de emisores de luz
planos. Con referencia a la figura 5a, tales lámparas fluorescentes
planas comprenden un cuerpo 11 de un material permeable para la luz,
o translúcido, en especial un cuerpo de cristal, cuyo espacio
interior 9 está llenado con un determinado gas, como por ejemplo
xenón. A través de electrodos 10, dispuestos en el cuerpo de cristal
2, se aplica una tensión apropiada U_{0} que excita las moléculas
de gas en el espacio interior 9 del cuerpo de cristal 2. Durante la
descomposición de las moléculas excitadas se produce una radiación
ultravioleta de onda corta que, mediante una sustancia fluorescente
15 apropiada, con la que está recubierta la superficie emisora del
cuerpo de cristal 2, se convierte en luz visible y se emite. La
eficiencia de la generación de radiaciones puede mejorarse de tal
manera que entre el espacio de descarga, o espacio interior 9 del
cuerpo de cristal 2, y por lo menos uno de los electrodos 10 se
coloca un aislamiento 13 y/o se aplica una tensión U_{0} pulsada,
seleccionada de forma específica.
Debido a su configuración plana y su elevada
densidad lumínica uniforme, las lámparas fluorescentes de este tipo
pueden utilizarse en varios campos de aplicación, en especial como
iluminación de fondo en pantallas (LCD).
De acuerdo con un ejemplo de realización de la
presente invención está previsto utilizar por lo menos una lámpara
fluorescente plana de este tipo como medio luminoso 7 para los
cuerpos perfilados 5 del dispositivo de iluminación 2. En especial
es posible colocar una lámpara fluorescente plana 7, realizada
convenientemente con dimensiones reducidas, en la superficie
limitadora superior de un cuerpo perfilado 5. Por motivos de
claridad se muestran en las figuras 5a y 5b ejemplos de realización
en los cuales se utiliza como medio luminoso 7 para varios cuerpos
perfilados 5 una pequeña lámpara fluorescente plana colocada
directamente en las superficies limitadoras superiores de los
cuerpos perfilados 5 correspondientes.
Como se muestra en la figura 5a, la estructura
reticulada del bloque de cristal de acuerdo con la invención (véase
la figura 3), con un cuerpo base 4 de un material translúcido y con
varios cuerpos perfilados 5 (por ejemplo similares a pirámides),
configurados en el cuerpo base 4 y distanciados entre sí a través de
entalladuras 6, está dispuesta directamente detrás de la superficie
emisora, o superficie de salida de la luz, de la lámpara luminoso
plana 7. Para resolver el problema anteriormente explicado de la luz
que incide lateralmente en los flancos laterales de los cuerpos
perfilados 5, según el ejemplo de realización representado en la
figura 5a está previsto interrumpir la capa de sustancia
fluorescente, aplicada en el cuerpo de cristal 11 de la lámpara
fluorescente plana 7, de forma correspondiente a las entalladuras 6
entre los cuerpos perfilados, por lo que la luz emitida por la
lámpara fluorescente sólo se transforma en luz visible, y se emite
desde la capa de sustancia fluorescente 15, en las zonas donde las
superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados 5 se
encuentran en contacto con la superficie emisora de la lámpara
fluorescente 7. Esto se puede lograr por ejemplo de tal manera que
en la superficie emisora de luz del cuerpo de cristal 11 se fija, en
especial se pega o se imprime, una capa 12 opaco en forma de
retícula, de modo que las superficies limitadoras superiores de los
cuerpos perfilados 5 cubran los intersticios en esta retícula de
material 12 opaco anteriormente mencionado y se encuentren
directamente en contacto con la superficie emisora del cuerpo de
cristal 11. Así se garantiza que la luz visible, emitida por la capa
de material fluorescente, sólo puede entrar en las superficies
limitadoras superiores de los cuerpos perfilados 5.
Es posible mejorar aún más el rendimiento del
dispositivo de iluminación 2 de tal manera que toda la superficie de
salida de luz de la lámpara fluorescente plana 7 se cubra con un
material, conocido a los especialistas, que refleja la luz
ultravioleta. Un dispositivo de iluminación de este tipo se muestra
en la figura 5b, la capa 14 reflectante de la luz ultravioleta está
dispuesta en especial entre la capa de material fluorescente 15 y la
superficie de salida de luz, o de emisión, de la lámpara
fluorescente plana 7. Por lo demás, la configuración del dispositivo
de iluminación representado en la figura 5b corresponde a la del
dispositivo de iluminación según la figura 5a.
Es posible modificar las formas de realización,
representadas en las figuras 5a y 5b, de modo que el cuerpo de
cristal 11 de la lámpara fluorescente plana 7 esté configurado de
tal manera que tenga la estructura de un bloque de cristal
reticulado, es decir, los cuerpos perfilados 5 (y el cuerpo base 4)
están realizados en forma de una sola pieza con el cuerpo de cristal
2 de la lámpara fluorescente plana 7.
\newpage
También los cuerpos perfilados 4 de los ejemplos
de realización representados en las figuras 5a y 5b disponen
ventajosamente de las propiedades anteriormente explicadas con
respecto a la conducción de la luz y a un efecto antideslumbrante lo
más eficaz posible.
De forma complementaria a las explicaciones
anteriores hay que observar que el dispositivo de iluminación de
acuerdo con la invención es apropiado para la iluminación de fondo
de pantallas, el rendimiento y el efecto antideslumbrante pueden
mejorarse en especial de tal modo que a cada punto de imagen o píxel
en la pantalla esté asignado un cuerpo perfilado 4.
Asimismo, los cuerpos perfilados 5 pueden estar
configurados por ejemplo de tal manera que su "ángulo
antideslumbrante" \gamma_{max} sea de 90º, en este caso es
posible asegurar que toda la radiación puede salir de la cubierta
que envuelve el medio luminoso 7 correspondiente, a fin de aumentar
su rendimiento. Esto es válido en especial para medios luminosos 7
en forma de lámparas electroluminosos cuyo sustrato está aplicado en
placas de cristal, ya que en lámparas electroluminosos de este tipo
incide normalmente hasta un 50% de la radiación luminosa generada
bajo un ángulo tan plano en las placas de cristal que, debido a la
reflexión total, no puede salir de la misma.
Finalmente, el dispositivo de iluminación de
acuerdo con la invención puede utilizarse por ejemplo en
instalaciones de señalización, o en lámparas de señalización, como
por ejemplo en semáforos y luces de freno, en este caso se deberían
diseñar los cuerpos perfilados 5 de tal manera que, como medida de
protección de los usuarios de vías públicas, su ángulo de protección
contra deslumbramiento \gamma_{max} sea de 30º.
Claims (32)
1. Dispositivo de iluminación (2) con por lo
menos un medio luminoso (7) para la emisión de luz, un cuerpo base
(4) de un material translúcido y con cuerpos perfilados (5) de un
material translúcido, formados en el cuerpo base (4) y distanciados
entre sí mediante entalladuras (6), que conducen la luz emitida por
los medios luminosos (7) a una superficie emisora del cuerpo base
(4) donde la emiten,
caracterizado porque
los medios luminosos (7) están colocados en las
superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados (5) y
emiten la luz a los cuerpos perfilados (5) correspondientes a través
de las superficies limitadoras superiores de los cuerpos perfilados
(5).
2. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizado porque los medios luminosos
(7) emiten luz difusa a los cuerpos perfilados (5).
3. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque en la superficie
limitadora superior de cada cuerpo perfilado (5) está colocado un
medio luminoso (7).
4. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 3 caracterizado porque los medios luminosos
(7) están aplicados en forma de una capa luminoso en las superficies
limitadoras superiores de los cuerpos perfilados (5).
5. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 4 caracterizado porque cada capa luminoso (7)
tiene un grosor < 1 mm.
6. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los
medios luminosos (7) están configurados de tal manera que emiten luz
al aplicar una tensión eléctrica.
7. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 6 caracterizado porque los medios luminosos
(7) comprenden un material semiconductor orgánico o inorgánico como
material emisor de luz.
8. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 7 caracterizado porque los medios luminosos
(7) comprenden un material polímero como material emisor de luz.
9. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque los medios
luminosos (7) comprenden por lo menos una lámpara fluorescente plana
colocada en la superficie limitadora superior de los cuerpos
perfilados (5).
10. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 9 caracterizado porque en cada cuerpo
perfilado (5) está colocada una lámpara fluorescente plana como
medio luminoso (7).
11. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 9 ó 10 caracterizado porque la lámpara
fluorescente plana (7) comprende un cuerpo (11), con una superficie
emisora de luz, que encierra un espacio interior (9) llenado con
determinadas moléculas de gas, en el cual, mediante aplicación de
una tensión eléctrica, es posible excitar las moléculas de gas que
durante su descomposición emiten una radiación ultravioleta y
porque la lámpara fluorescente plana (7)
comprende una capa (15) de una sustancia fluorescente, situada de
forma adyacente a la superficie emisora de luz, que transforma en
luz visible la luz ultravioleta liberada durante la descomposición
de las moléculas de gas, de modo que la luz visible se emite a
través de la superficie emisora de luz al o a los cuerpo(s)
perfilado(s) (5).
12. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 9 u 11 caracterizado porque la lámpara
fluorescente plana está colocada como medio luminoso (7) común en la
superficie limitadora superior de varios cuerpos perfilados (5), y
porque están previstos medios limitadores (12) de luz, a fin de
garantizar la emisión de la luz visible desde la capa de sustancia
fluorescente (15) exclusivamente a los cuerpos perfilados (5)
correspondientes.
13. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 12 caracterizado porque los medios limitadores
de luz comprenden una capa (12) opaca con aberturas de salida de
luz, colocada en la superficie emisora de luz de la lámpara
fluorescente plana (7), donde las aberturas de salida de luz están
dispuestas de tal manera que cada abertura de salida de luz está
cubierta por un cuerpo perfilado correspondiente.
14. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 11 a 13 caracterizado porque la
superficie emisora de luz de la lámpara fluorescente plana (7)
comprende los cuerpos perfilados (5), donde los cuerpos perfilados
(5) están configurados en forma de una sola pieza con la superficie
emisora de luz.
\newpage
15. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 11 a 14 caracterizado porque entre la
capa (15) de sustancia fluorescente y la superficie emisora de luz
de la lámpara fluorescente plana (7) está dispuesta una capa (14)
reflectante para la luz ultravioleta.
16. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los
cuerpos perfilados (5) están configurados oblongos en forma de
bandas paralelas.
17. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 15 caracterizado porque los
cuerpos perfilados (5) están configurados en forma de pirámide
truncada y están dispuestos de tal manera que quedan distanciados
entre sí a través de entalladuras (6) que discurren en forma de
retícula.
18. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las
entalladuras (6) entre los cuerpos perfilados (5) tienen en lo
esencial la forma de V.
19. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los
cuerpos perfilados (5) tienen flancos laterales (8) que discurren de
forma inclinada hacia fuera desde el medio luminoso (7)
correspondiente hacia el cuerpo base (4).
20. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 19 caracterizado porque los flancos laterales
(8) discurren de forma recta o curvada.
21. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 19 ó 20 caracterizado porque cada cuerpo
perfilado (5) está configurado de tal manera que la luz emitida al
interior del mismo por el medio luminoso (7) correspondiente se
refleja totalmente en el cuerpo perfilado (5) en los flancos
laterales (8).
22. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 21 caracterizado porque los lados interiores
de los flancos laterales (8) de cada cuerpo perfilado (5) están
azogados de forma opaca.
23. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los
cuerpos perfilados (5) emiten la luz de los medios luminosos (7) a
través de una superficie emisora en lo esencial plana del cuerpo
base (5).
24. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 23 caracterizado porque los cuerpos perfilados
(5) están diseñados de tal manera que emiten la luz de los medios
luminosos (7) en una determinada gama máxima de ángulos de emisión
(\gamma_{max}) con respecto a la normal de la superficie emisora
del cuerpo base (4).
25. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 24 caracterizado porque el ángulo máximo de
emisión (\gamma_{max}) es de 60º a 70º con respecto a la normal
de la superficie emisora del cuerpo base (4).
26. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 24 caracterizado porque el ángulo máximo de
emisión (\gamma_{max}) es de 90º con respecto a la normal de la
superficie emisora del cuerpo base (4).
27. Dispositivo de iluminación de acuerdo con la
reivindicación 24 caracterizado porque el ángulo máximo de
emisión (\gamma_{max}) es de 30º con respecto a la normal de la
superficie emisora del cuerpo base (4).
28. Dispositivo de iluminación de acuerdo con una
de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el
cuerpo base (4) está constituido por una lámina de plástico de un
material translúcido.
29. Uso de un dispositivo de iluminación (2) de
acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en una luminaria
(1), donde la luminaria comprende una carcasa (9) que sujeta el
dispositivo de iluminación (2), donde el cuerpo base (4) sirve al
mismo tiempo como cubierta de la luminaria (1) y donde los medios
luminosos (7), aplicados en los cuerpos perfilados (5) del
dispositivo de iluminación (2), sirven como fuente de luz de la
luminaria (1).
30. Uso de un dispositivo de iluminación (2) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 28 en una pantalla, en
la que el dispositivo de iluminación sirve para iluminar la
pantalla.
31. Uso de acuerdo con la reivindicación 30,
caracterizada porque cada cuerpo perfilado (5) del dispositivo de
iluminación (2) está asignado a un punto de imagen de la
pantalla.
32. Uso de un dispositivo de iluminación (2) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 28 en una lámpara de
señalización, donde los medios luminosos (7), colocados en los
cuerpos perfilados (5) del dispositivo de iluminación (2) sirven
como fuente de luz de la lámpara de señal (1), y donde los cuerpos
perfilados (5) del dispositivo de iluminación están configurados de
tal manera que emiten la luz en una determinada gama máxima de
ángulos de emisión (\gamma_{max}) de 30º con respecto a la
normal de la superficie emisora del cuerpo base (4) del dispositivo
de iluminación (2).
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