ITRM20070588A1

ITRM20070588A1 - Corpi illuminanti leggeri a matrice di led.

Info

Publication number: ITRM20070588A1
Application number: IT000588A
Authority: IT
Inventors: Fabrizia Ianiro
Original assignee: Ianiro Aldo S R L
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-05-14
Also published as: WO2009063520A1

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"CORPI ILLUMINANTI LEGGERI A MATRICE DI LED"

DESCRIZIONE

Settore cui attiene l'invenzione

L’invenzione in generale fa riferimento a dei corpi illuminanti a matrice di diodi emettitori di luce (d’ora in poi anche solo LED) avendo per oggetto dei dispositivi di illuminazione che impiegano la luce fornita da LED multipli assemblati su un unico corpo illuminante.

Più in particolare essa tratta di una nuova unità illuminante che comprende una serie di diodi luminosi disposti in un singolo alloggiamento ed è in grado di produrre la luce di un particolare colore, attraverso le attivazioni contemporanee di diversi emettitori di luce, regolate per mezzo di ciascun relativo dispositivo di controllo in modo che le intensità delle corrispondenti emissioni di colore da ciascuno dei diodi siano combinate al fine di fornire il colore di emissione desiderato da parte del corpo illuminante.

Stato della tecnica

I diodi emettitori di luce sono delle sorgenti di luce a stato solido ben note. Essi sono ampiamente utilizzati in molti settori della tecnica per il loro basso consumo di energia e per la loro lunga durata. Limitati da problemi tecnici, i primi LED erano soltanto in grado di generare una luce monocromatica. I LED attuali sono in grado di generare più colori primari.

I LED del resto hanno numerosi vantaggi rispetto alle sorgenti di luce tradizionale, quali i bulbi ad incandescenza o a fluorescenza, in quanto sono più economici da produrre ed inoltre richiedono una minore energia di attivazione. In particolare essi sono preferiti in quanto emettono luce con una elevata efficienza su specifici colori dello spettro. Pur tuttavia tali componenti non costituiscono delle sorgenti di luce di per se stesse focalizzate e per questo soffrono di una luminosità in uscita relativamente bassa. La mancanza di focalizzazione e la ridotta luminosità porterebbe a non utilizzare sistemi illuminanti con LED là dove è richiesta una elevata intensità della luce. Inoltre la luce fornita da un LED non potrebbe essere intensificata senza Γ impiego di un dispositivo ottico preposto alla concentrazione del fascio.

Vi sono invece numerose applicazioni commerciali che richiedono da parte del dispositivo sorgente una elevata luminosità con specifica cromaticità del fascio luminoso, per esempio vi è una notevole richiesta per tale tipo di illuminazione nel settore scenico, foto-cine-televisivo.

In particolare, nel caso in cui il corpo di illuminazione sia costituito da un assemblaggio di LED con dei colori specifici, vi è la necessità di evitare problemi relativi a variazioni di colore in dipendenza delle variazioni delle caratteristiche dei LED stessi ed è opportuno selezionare ed utilizzare i LED in modo che Γ intensità luminosa e la lunghezza d’onda di emissione della luce del singolo LED venga a trovarsi nell’ ambito di un certo range/campo di valori. In relazione a tali variazioni si definiscono due tipi di fattori:

a) variazioni in luminosità ed intensità (luminanza),

b) variazioni della lunghezza d’onda di emissione della luce (cromaticità).

Le differenze fondamentali nell’intensità e nel colore di emissione di singoli LED seppur aventi lo stesso colore nominale, derivano dai processi di fabbricazione. Tali differenze possono fornire delle significative disuniformità nel Color Rendering quando delle matrici di LED sono utilizzate in moduli assemblati multi-LED. Il COLOR RENDERING INDEX (CRI) è un parametro indicativo dell’entità della luce riflessa da un campione di colori sottoposto ad una particolare sorgente di luce, confrontata con la luce riflessa dallo stesso campione in presenza di una sorgente di luce normalizzata a 3200°K.

Il CRI si utilizza quindi per indicare quanto una sorgente luminosa sia in grado di rendere il colore degli oggetti gradevolmente apprezzabile nella visione.

Tale confronto viene effettuato con l’ausilio di una scala di otto colori test, predeterminati, sotto luce campione ed in comparazione con la luce da esaminare a 3200°K, in tal caso il CRI può raggiungere il valore 100.

In alcune applicazioni di tipo commerciale o residenziale si vuole un Color Rendering molto elevato, ma comunque relativo a comparazione con sorgenti tungsteno a 3200°K.

Benché i sistemi di illuminazione secondo gli standard presentino caratteristiche funzionali ottimizzate, tra cui fornire una illuminazione uniforme e diffusa, una elevata efficienza, ed un basso livello di calore sviluppato, essi spesso non soddisfano esaurientemente le esigenze di tali applicazioni.

Più recentemente nel mercato dei LED, si vanno delineando due tendenze produttive:

• la prima area di LED monocromatici a colorazione satura ed intensa, ma con caratteristiche di emissione adatte solo all’uso generico o per visualizzazione di funzione elettriche su pannelli o per uso generico di illuminazione portatile in ambienti domestici ed industriali.

• la seconda area di LED di ultima generazione cromaticamente corretti e selezionati appartenenti a gruppi la cui emissione luminosa può essere stabilita con precisione e costanza nella zona di temperature di colore nella linea identificata all’ interno delle coordinate CIE (Commission International de l’Eclairage).

Ma l’assemblaggio di LED generici (a produzione non selezionata) non può produrre corpi per Γ illuminazione scenica fotocine-televisiva in quanto tali LED presentano spiccata colorazione non riconducibile a parametri di temperatura colore.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un corpo illuminante costituito dall’assemblaggio di LED commerciali selezionati, che presenti un bilanciamento ottimale dei parametri di temperatura di colore.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di ottenere un consistente Color Rendition attraverso la combinazione di un insieme di LED disposti in matrici di assemblaggio, riducendo sia le variazioni di intensità sia le variazioni di colore relativamente alle disomogeneità che derivano dal processo di produzione dei LED stessi.

Ancora uno scopo della presente invenzione è fornire un nuovo dispositivo di illuminazione con una combinazione di LED in un singolo alloggiamento o unità, in grado di emettere una varietà di colori e/o di tonalità in funzione della energia che viene fornita agli emettitori supportati in ciascun alloggiamento.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire delle strutture portanti per matrici di diodi emettitori di luce che incorporino, oltre ai dispositivi emettitori di luce, i mezzi circuitali per regolare le variazioni di intensità di colore dell’anodo di ciascun emettitore di luce, in modo separato, per cui potrà essere emessa dal singolo dispositivo illuminante qualsiasi tonalità di colore, in particolare la tonalità relativa al bianco.

E’ infine scopo della presente invenzione quello di fornire un corpo illuminante leggero a matrice di LED, che impieghi componenti elettrici ed elettronici, hardware, software di base, contenitori di assemblaggio standard nell'ambito deH’illuminotecnica, al fine di rendere il sistema stesso contenuto nei costi, di elevata affidabilità e di facile manutenzione.

Questi ed altri scopi che saranno chiari nel corso della descrizione sono ottenuti mediante dei corpi illuminanti leggeri a matrice di LED secondo le rivendicazioni allegate.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione sarà meglio compresa dalla lettura della descrizione che segue fornita puramente in via d’esempio e realizzata facendo riferimento ai disegni, in cui:

FIGURA 1 è un tipico diagramma della cromaticità;

FIGURE 2 A, B, C, D, E sono delle viste di una prima configurazione dei corpi illuminanti secondo la presente invenzione;

FIGURE 3 A, B, C sono delle viste di una seconda configurazione dei corpi illuminanti secondo la presente invenzione;

FIGURE 4 A, B, C, D sono delle viste di una seconda configurazione dei corpi illuminanti secondo la presente invenzione;

FIGURE 5 A, B, C, D sono delle viste in sezione che evidenziano gli accorgimenti introdotti per la dispersione del calore.

Realizzazioni preferite delfinvenzione

La teoria della percezione del colore è al momento specificamente definita così come descritta nella relazione fornita dalla Commission International de l’Eclairage (CIE). Essa si basa su un diagramma della cromaticità del tipo in FIG. 1, mediante il quale il colore risultante è definito sulla base di una combinazione additiva di colori spettrali puri o, anche, impuri.

La tabella delle lettere corrispondenti è quella che segue secondo la normativa internazionale:

La misurazione del colore solitamente è effettuata con termocolorimetro, uno strumento fotoelettrico che consente di attuare misurazioni sulle sorgenti luminose e sulle superfici su cui la luce si riflette secondo il sistema tricromatico CIE. La radiazione da parte di un LED solito è “impura” in quanto la luce che è emessa viene distribuita su un campo di valori di lunghezze d’onda. La distribuzione delle lunghezze d’onda (o spettro) è inoltre variabile da un LED all’altro anche quando i LED sono provenienti dallo stesso processo di fabbricazione.

Un corpo illuminante può essere realizzato utilizzando tre LED i cui colori sono i nominali primari rosso, blu e verde. In relazione al diagramma di cromaticità CIE. Un modulo così costruito potrebbe rappresentare un campo di valori cromatici definito da un triangolo i cui vertici sono gli attuali colori dei suoi LED componenti.

Si noterà invece come, il colore combinato desiderato ed ottenibile dal corpo illuminante secondo la presente invenzione, venga ricavato mediante la combinazione di solo due colori, LED bianchi e rosso/ambra, presenti secondo percentuali predefinite e variabili in relazione alla particolare tonalità che si vuole raggiungere nel fascio luminoso emesso.

Inoltre il controllo di colore, nell’ambito dei range di valori ottenibili, è attuato mediante regolazione della corrente elettrica che polarizza l’anodo di ciascun LED compreso nel modulo. Il campo di colori disponibili variando da un modulo all’altro a causa dei diversi spettri emessi dai LED.

In merito al CRI di corpi non corrispondenti a 3200K la CIE (Commission International de l’Eclairage) con una recente raccomandazione del Febbraio 2007 dichiarava che il metodo introdotto nel 1974 e descritto nella pubblicazione CIE 13.3-1995 contraddice la risposta visiva in situazioni di luci che contengono LED bianchi.

Alla luce di tale contraddizione è stata formulata una nuova tipologia di test valutativi applicabili ai LED.

Nel caso in esame l’indice CRI quindi, dichiarato inadatto a rendere la misura della resa del colore, viene preso in considerazione solo come dato presentato da fabbricanti leader nel settore, quali la LUMILEDS™ al fine di una classificazione corrispondente ai vecchi dettami CIE.

Fatto salvo che remissione dei LED non viene in alcun modo compromessa dall’assemblaggio nei corpi illuminanti costruiti, si è ritenuto opportuno adattare remissione al settore specifico di interesse (ripresa foto-cine-televisiva) ricorrendo non tanto all’indice CRI, peraltro già dichiarato dalla casa produttrice dei LED, ma omogeneizzando e correlando la risposta luminosa alla misura cromatica tradizionale della temperatura di colore, ritenuta più idonea nell’uso pratico con i materiali indicati.

La “miscela” utilizzata, pertanto, produce bilanciamento adeguato alla correzione Rosso - Blu ad una temperatura di colore di 5500° K, una correzione cromatica per il rimanente eccesso di Blu e una compensazione per il rapporto Verde - Magenta per ottenere uno scarto in misura non superiore a 5 gradi CC (secondo le scale graduate unificate di Kodak™ o altri produttori).

I LED selezionati tra i prodotti LUMILEDS sono stati scelti nelle aree YO e XO aggiungendo in percentuale dal 16% al 14% LED Rosso - Ambra nell’area di 617 - 625 nanometri.

Inoltre gli illuminatori secondo il trovato sono corpi leggeri di struttura compatta e semplice formati da insiemi di 54 LED, Fig. 2, su tre strati concentrici da 18 LED ciascuno, o da 6 LED, Fig. 4, su due linee da tre o da 7 LED ad impianto circolare Fig. 5. In base ad una realizzazione specifica viene fornito un corpo illuminante così come riportato nelle Figure 2 e 3, costituito da un modulo comprendente una serie di diodi emettitori di luce, essendo i LED istallati su una piastra portante alimentatrice e dissipatrice del calore generato durante remissione.

Tale modulo comprende, una struttura dielettrica, ed una pluralità di contatti conduttivi elettrici disposti sull’ elemento dielettrico. I contatti sono configurati allo scopo di montare una serie di LED per fornire corrente ai LED stessi. L’assemblaggio inoltre comprende un elemento conduttivo del calore prodotto ed una scatola di giunzioni elettriche.

Contribuisce alla compattezza dei corpi la struttura a lamine alveolari portanti, combinate a radiatore per agevolare la dispersione del calore residuo.

Tali lamine hanno lo scopo di trattenere in posizione corretta lenti collimatrici e concentratrici di flusso atte a portare remissione da 110° di angolo dei LED di base all’angolo voluto secondo la tipologia dell’illuminatore.

Supporti laterali trattengono tutte le parti dell’ apparecchio consentendo con apposite filettature la combinazione modulare di più apparecchi.

Accessori idonei a modificare e filtrare remissione luminosa sono trattenuti da particolari linguette e magneti.

In base ad una realizzazione preferita della presente invenzione, le luci relative ai colori primari sono mescolate in un recesso riflettente di una base dei LED allo scopo di costituire il fascio luminoso di un determinato colore che è quindi emesso attraverso la struttura di alloggiamento della matrice di LED. Si preferisce che le pareti periferiche e la superficie di fondo del recesso riflettente sia rivestita con uno strato di agente cuttering al fine di fornire un effettivo mescolamento di luce.

Nella zona di base della struttura portante sono allocati una serie di PIN spaziati in modo equidistante e uno rispetto all’altro per la connessione dei microchip e con l’altra estremità che penetra all’ interno della base. Secondo tale disposizione, senza aumentare il volume dell’assemblaggio dei LED il numero dei PIN e dei chip viene aumentato in modo da controllare in maniera ottimale il colore della luce che deve essere emessa.

Un elemento fondamentale e distintivo della soluzione descritta è la presenza di un microchip che sovrintende:

i- alla possibilità di riduzione dell’ alimentazione, ciò al fine di variare con continuità da 0% a 100% l emissione, e ii- alla separata calibratura della percentuale di colore Rosso/Ambra al fine di ottenere bilanciamenti cromatici creativi ottenendo tinte calde o fredde.

Tale operatività è resa possibile attraverso le seguenti fasi operative caratteristiche:

Punto 1. accensione attraverso pulsante on off a pressione con ripristino della precedente impostazione.

Punto 2. regolazione complessiva dell’emissione luminosa attraverso pulsante up down con visualizzazione in dieci passi progressivi.

Punto 3. regolazione manuale attivando il pulsante rosso del livello luminoso relativo a LED rosso della miscela del LED del corpo illuminante. Contemporaneamente inserisce il controllo manuale del bianco tramite la seconda funzione dei pulsanti updown.

Punto 4. visualizzazione del livello basso di batteria con LED rosso lampeggiante.

Punto 5. funzione di spegnimento attraverso pressione del pulsante on off. I valori precedentemente settati vengono riattivati all’ accensione successiva.

Punto 6. al raggiungimento di un valore di voltaggio inferiore ai 7V, l elettronica spegne il corpo illuminante.

Punto 7. l elettronica è protetta da inversioni di polarità.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’ assemblaggio di LED generici caratterizzata dal fatto di disporre una mescolanza di colori idonea alla produzione di luce cromaticamente tarata sui materiali sensibili e la regolazione microprogrammata dell’ alimentazione per variare con continuità sul più ampio campo di valori possibili, remissione e la calibratura separata della percentuale di colore Rosso/Ambra al fine di ottenere i bilanciamenti cromatici desiderati.
2. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’ assemblaggio di LED selezionati secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di adattare remissione dei LED al settore specifico di interesse non ricorrendo all’indice CRI, dichiarato dalla casa produttrice dei LED, ma omogeneizzando e correlando la risposta luminosa alla misura cromatica della temperatura di colore.
3. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’assemblaggio di LED generici secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di attuare la correzione Rosso - Blu ad una temperatura di colore di 5500° K, una correzione cromatica per il rimanente eccesso di Blu e una compensazione per il rapporto Verde - Magenta per ottenere uno scarto in misura non superiore a 5 gradi CC (COLOR COMPENSINO), secondo le scale graduate unificate
4. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’ assemblaggio di LED secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di selezionare i LED tra i prodotti selezionati cromaticamente corretti in base alle aree YO e XO aggiungendo in percentuale dal 16% al 14% LED Rosso - Ambra nell’area dei 617 - 625 nanometri.
5. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’assemblaggio di LED selezionati secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere le seguenti fasi operative: i- attivazione con settaggio iniziale che ripristina la precedente impostazione, ii- regolazione complessiva dell’emissione luminosa attraverso controllo microprogrammato a N passi progressivi e visualizzato per l’intervento in tempo reale, iii- regolazione manuale con attivazione del controllo del livello luminoso relativo al LED rosso nella miscela di LED del corpo illuminante, con contemporaneo inserimento del controllo manuale del bianco tramite una seconda funzione di regolazione dedicata,
6. Tecnica di ottimizzazione del bilanciamento dei parametri di temperatura di colore in un corpo illuminante costituito dall’ assemblaggio di LED generici secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la funzione di spegnimento rilevi l entità della correzione di cromaticità intervenuta prevedendo la memorizzazione dei relativi coefficienti di correzione della cromaticità, i valori precedentemente settati essendo riattivati all’ accensione successiva.
7. Corpo illuminante costituito dall’ assemblaggio di LED generici a struttura compatta in cui i LED sono installati su una piastra portante alimentatrice e dissipatrice del calore generato durante l emissione, caratterizzato dal fatto di comprendere un apparato con strutture portanti disposte per distribuire in modo equidistante i LED e delle lamine alveolari portanti, combinate a radiatore per agevolare la dispersione del calore residuo, tali lamine trattenendo in posizione corretta lenti collimatrici e concentratrici di flusso atte a portare l emissione da 110° di angolo dei LED di base all’angolo voluto secondo la tipologia dell’ illuminatore.
8. Corpo illuminante costituito dall’assemblaggio di LED generici a struttura compatta secondo la rivendicazione 7 e caratterizzato dal fatto di comprendere supporti laterali preposti a trattenere tutte le parti costituenti il corpo illuminante consentendo con le filettature preposte alla combinazione modulare di più apparecchi.