ITUD20120164A1 - Sorgente luminosa a luce piacevole - Google Patents

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Description

"SORGENTE LUMINOSA A LUCE PIACEVOLE"
CAMPO DI APPLICAZIONE
II presente trovato si riferisce ad una sorgente luminosa che emette una luce piacevole, cioà ̈ una luce che viene percepita come una luce naturale, né calda, né fredda, migliorando di fatto gli attuali standard utilizzati nell'illuminazione da interno od esterno quali, a solo titolo esemplificativo, le sorgenti luminose del tipo ad incandescenza, fluorescenti, ed alogene .
In particolare, il trovato si rivolge ad una sorgente luminosa del tipo LED Array, SingleChip, Multichip, OLED o a sorgenti luminose LED simili o assimilabili. Per semplificare, nel seguito si farà riferimento alle sorgenti luminose del tipo LED Array essendo l'idea di soluzione trasportabile anche alle sorgenti luminose di tipo SingleChip, Multichip, OLED o sorgenti luminose LED simili, o assimilabili.
STATO DELLA TECNICA
Sono noti i LED Array i quali presentano attualmente i minori ingombri nel campo delle sorgenti LED ma una media flessibilità nella definizione della luce emessa.
È noto un LED Array composto da una matrice di LED i quali emettono una luce blu.
Detta luce blu viene elaborata da uno strato di un composto chimico, che normalmente appare di colore giallo, il quale permette di ottenere luce bianca. Il suddetto composto chimico può essere presente in quanto tale, o in abbinamento con un idoneo supporto di vetro.
Ad esempio, una luce cosiddetta calda presenta uno spettro come da fig. 1, in cui i due picchi sono di fatto connessi con il blu e con il rosso, essendo il picco del rosso prevalente rispetto a quello del blu. Nel caso di specie, il picco del blu à ̈ compreso fra 440nm e 460nm, mentre il picco del rosso à ̈ compreso fra 620nm e 680nm.
Lo spettro di cui alla fig. 1 corrisponde ad una luce bianca calda posta nell'intorno di 3000K.
La qualità della luce emessa à ̈ definita sia dalla temperatura di colore (K), sinteticamente CCT, sia da un ulteriore indicatore.
Tipicamente una sorgente "calda" ha un CCT<3200K ed un'intensità luminosa elevata in prossimità delle lunghezze d'onda relative alla colorazione rossa. Una sorgente "fredda" ha un CCT>4000K ed un'intensità luminosa elevata in prossimità delle lunghezze d'onda relative alla colorazione blu.
L'indicatore più noto, e riconosciuto dalla Commissione Internazionale sull'Illuminazione (International Commission on Illumination (CIE)) à ̈ il CIE-CRI, anche noto come CRI (Color Rendering Index) anche se, per le carenze che via via sono state evidenziate relativamente a detto indice soprattutto nell'ambito della sorgenti LED, vi sono nuove proposte normative per misurare la qualità della luce in modo migliorativo, anche per sorgenti luminose del tipo a LED o altre tipologie indicate.
In commercio esistono vari tipi di LED Array e nella Tabella 2, di fig. 2, sono posti a confronto alcuni prodotti, di alcuni produttori, in base ad indici rilevati dalla Richiedente. In detta Tabella 2, oltre all'indice CRI, sono riportati anche gli indici CQS (Color Quality Scale) e MCRI (Memory Color Rendering Index).
Nella Tabella 2, le sorgenti luminose riportate forniscono valori raffrontabili per tutti gli indici in quanto hanno come obiettivo l'inseguimento di un elevato valore del CRI, prossimo a 100, ovvero un valore che si avvicina a quello di una luce incandescente. L'obiettivo di raggiungere con un'attuale sorgente LED Array, SingleChip, Multichip, OLED , un CRI prossimo a 100, per contro, determina in realtà una distorsione del colore e quindi l'ottenimento di una luce non piacevole per l'utente. La proponente si à ̈ posta lo scopo di ottenere, utilizzando sorgenti LED, una luce piacevole prossima o uguale alla luce naturale che sia migliorativa di quella emessa da una lampadina ad incandescenza, fluorescenza, o alogena, anche se gli indicatori non corrispondono al valore CRI 100.
Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare una sorgente luminosa di tipo LED che abbia un'emissione prossima a quella naturale e con colorazioni non distorte.
Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di ottenere una luce piacevole avente bei colori freddi ma in grado di esaltare anche i colori caldi, sì da soddisfare, con un unico corpo illuminante, un'ampia fascia di mercato.
Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di ottenere una luce che esalti l'attrattività e la vividezza degli oggetti sottoposti a questa luce.
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale .
In accordo con il suddetto scopo, ed al fine di ottenere una luce piacevole, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato una serie di curve di riferimento relative a spettri di emissione di luce, tali per cui il risultato à ̈ prossimo o uguale a quello ricercato.
Secondo una prima formulazione del trovato, una curva spettrale di una sorgente luminosa a LED a luce piacevole ha tre picchi. In questo caso i tre picchi sono disposti in corrispondenza rispettivamente all'emissione di una sorgente luminosa blu, verde e rossa.
Secondo una variante, una curva spettrale a luce piacevole ha quattro picchi che corrispondono rispettivamente all'emissione di una sorgente luminosa blu, verde, gialla, e rossa.
La curva spettrale di base risultante à ̈ di fatto la integrale delle tre curve gaussiane dei tre spettri sì da ottenere una elevata saturazione del colore. Secondo il trovato, dette curve spettrali sono state realizzate per temperature di colore CCT dello spettro di emissione 10 comprese tra 2500K e 6500K in quanto la Richiedente ritiene che questi limiti siano quelli più idonei per la luce ad uso normale.
In accordo con un ulteriore aspetto del trovato, le curve degli spettri di emissione presentano un valore massimo di saturazione limitato Qg "Relative Gamut Area" <= 125 al fine di esaltare la saturazione dei colori rendendoli più piacevoli e più prossimi ad una luce naturale.
Forme realizzative del presente trovato prevedono che il valore massimo di saturazione limitato Qg sia compreso fra 110 e 125, preferibilmente fra 113 e 125
Secondo il trovato, agendo sulla sorgente LED vera e propria e/o sullo strato del composto chimico sopra riportato, si ottengono le curve spettrali volute in relazione al fattore CCT scelto.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, à ̈ possibile identificare una pluralità di curve spettrali aventi le caratteristiche espresse dalla Richiedente che sono contenute all'interno delle due curve spettrali limite, come finalizzate dalla Richiedente.
In accordo con un ulteriore aspetto del trovato, la suddetta pluralità di curve hanno come limite una temperatura di colore CCT posta a 2500K ed a 6500K.
Secondo il trovato, qualora si operi sul composto chimico a base fosforo che costituisce lo strato elaborativo della luce blu, il composto chimico viene adattato di volta in volta per ottenere la voluta linea spettrale in relazione al fattore CCT voluto. Secondo il trovato, il citato strato elaborativo può essere applicato ad un supporto vetroso oppure inglobare polvere di vetro.
Lo strato elaborativo, secondo il trovato, può essere una polvere inorganica sinterizzata contenente, o meno, polvere di fosforo inorganico più altri componenti in relazione alla curva che si vuole ottenere.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 Ã ̈ una rappresentazione grafica dello spettro di emissione luminoso relativo ad una sorgente LED Array calda di tipo noto;
- la fig. 2 Ã ̈ relativa alla Tabella 2 in cui sono poste a confronto alcune sorgenti luminose di tipo noto;
- la fig. 3 Ã ̈ relativa ad uno spettro di emissione di una sorgente luminosa in accordo con il presente trovato;
- la fig. 4 Ã ̈ relativa alla Tabella 3 in cui sono riportati parametri relativi agli spettri di emissione di sorgenti luminose in accordo con il presente trovato;
- la fig. 5 Ã ̈ una rappresentazione grafica di spettri di emissione di sorgenti luminose, secondo il trovato, che delimitano estremi minimi e massimi degli spettri normalizzati;
- la fig. 6 Ã ̈ relativa alla Tabella 4 in cui sono riportati parametri degli spettri di emissione di fig. 5.
Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE
Una sorgente luminosa a luce piacevole del tipo LED Array comprende almeno una matrice di LED che emette sostanzialmente una luce blu.
Al di sopra della matrice di LED viene applicata una pellicola di materiali che permettono di definire un determinato spettro di emissione di luce.
Con riferimento alla fig. 3 uno spettro di emissione di luce, di una sorgente di luce piacevole secondo il presente trovato, viene indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10 ed à ̈ definito da una curva rappresentabile in un grafico cartesiano riportante in ascisse la lunghezza d'onda λ espressa in nanometri, ed in ordinata l'intensità luminosa normalizzata I. Viene considerata l'intensità luminosa normalizzata in quanto questa dipende dalla distanza alla quale viene effettuato il campionamento. Forme di realizzazione prevedono che la normalizzazione sia di tipo percentuale su una scala da 0 a 100.
Lo spettro di emissione 10 di fig. 3 permette di ottenere una sorgente luminosa con una temperatura di colore CCT di 3800K.
La curva dello spettro di emissione 10 Ã ̈ definita sostanzialmente dalla sovrapposizione di tre curve gaussiane .
Lo spettro di emissione 10 presenta tre picchi, indicati rispettivamente come B, G ed R, che sono disposti in corrispondenza delle lunghezze d'onda relative rispettivamente alle colorazioni blu, verde e rossa. Le lunghezze d'onda per le quali si ottiene il valore massimo di intensità luminosa, relativamente ai tre picchi B, G, R à ̈ indicato con λ0. Inoltre, per ciascuna campana relativa alle componenti blu, verde, e rosso si individua un'ampiezza spettrale Δλ0,5 alla quale il valore della ordinata à ̈ pari a metà del suo valore massimo di picco.
Nel suddetto spettro di emissione 10 sono identificabili anche i parametri:
- Βλ0: Lunghezza d'onda (espressa in nm) in cui à ̈ disposto il picco relativo alla componente blu, nel caso di specie a 441nm, a cui corrisponde un'intensità luminosa di circa 50%;
- Gλ0: Lunghezza d'onda (espressa in nm) in cui à ̈ disposto il picco relativo alla componente verde, nel caso di specie a 537nm, a cui corrisponde un'intensità luminosa di circa 50%;
- Rλo: Lunghezza d'onda (espressa in nm) in cui à ̈ disposto il picco relativo alla componente rossa, nel caso di specie a 645nm, a cui corrisponde un'intensità luminosa di circa 100%;
Per ciascun picco dello spettro di emissione 10 Ã ̈ possibile determinare anche:
- ΒΔλ0,5: Ampiezza spettrale, identificabile anche con 1'acronimo "FWHM" (Full Width at Half Maximum) della gaussiana relativa alla componente di colore blu alla quale il valore della ordinata à ̈ pari a metà del suo valore massimo, nel caso di specie di 20nm. Identifica, in pratica, l'ampiezza della "campana" Gaussiana.
GΔλ0,5: Ampiezza spettrale della gaussiana relativa alla componente di colore verde alla quale il valore della ordinata à ̈ pari a metà del suo valore massimo, nel caso di specie di 90nm.
RΔλ0,5: Ampiezza spettrale della gaussiana relativa alla componente di colore rosso alla quale il valore della ordinata à ̈ pari a metà del suo valore massimo, nel caso di specie di 50nm.
Un ulteriore parametro relativo allo spettro di emissione 10 à ̈ la distanza cromatica Δuv, ovvero la distanza cromatica che intercorre tra il punto bianco, anche denominato "White Point" della sorgente desiderata, ed il punto bianco di un corpo nero radiante al medesimo valore dell'indice CCT. È una distanza cartesiana nell'ambito CIE 1976 (L*, u*, v*) color space anche denominata CIELUV.
L'andamento dello spettro di emissione 10 di luce à ̈ pertanto definito da una funzione del tipo:
S(λ)=FR(λ)+FG(λ)+FB(λ)
Essendo FR, FG, FBfunzioni delle singole componenti relative all'emissione rossa, verde e blu.
In forme di realizzazione, ciascuna delle funzioni FR, FG, FBsono correlate anche ad un fattore moltiplicativo, rispettivamente PR, PG, PB, che permettono la definizione di potenze di picco, o "Peak Power Ratios" di ognuna della componenti. Vale a dire:
FR(λ)=PR-SR(λ) FG(λ)=PG-SG(λ) FÎ’(λ)=PB<â– >SÎ’(λ) I fattori moltiplicativi PR, PG, PBesprimono la proporzionalità fra le varie componenti rossa, verde, e blu, dello spettro equalizzate rispetto al picco del verde PGil cui valore à ̈ sempre 1, mentre SR, SG, SB, esprimono rispettivamente l'andamento dello spettro di emissione per ciascuna delle componenti rossa, verde e blu.
Ciascuna delle SR, SG, SBha un andamento prossimo a quello di una gaussiana, e può essere espresso dalla relazione:
(λ,λο,Δλο^)=|§(λ,λ0,Δλ05)+2·§<5>(λ,λ0,Δλ05)} in cui ι|-[(λ-λ„)/Λ,ι5]<2>}
In accordo con forme di realizzazione del presente trovato à ̈ possibile definire una pluralità di curve spettrali che permettono di ottenere gli scopi del presente trovato.
Con riferimento alla Tabella 3 di fig. 4, sono riportati indicativamente i valori numerici dei parametri Βλο, Gλ0 , Rλ0 e ΒΔλ0,5, GΔλ0,5, RΔλ0,5 per spettri di emissione aventi una gamma di temperature di colore CCT variabili da 2500K a 6500K.
I suddetti valori sono ottenuti fornendo un Δuv prossimo a zero, nel caso di specie uguale a zero. Per valore di Δuv prossimo a zero si intende un valore compreso in un intervallo di tolleranza di ± 0,0054. Tale limite à ̈ imposto dal calcolo dell'indice CRI. Una variazione del Δuv nell'intorno dello zero determina una variazione seppur ridotta dell'andamento delle curve previste dal presente trovato.
Forme di realizzazione del presente trovato prevedono che lo spettro di emissione abbia un valore di saturazione Qg inferiore a 125. Una variazione del valore di saturazione Qg permette di ottenere una maggiore o minore esaltazione dei colori.
Nella Tabella 3 vengono riportati, inoltre, i valori rilevati degli indicatori CRI, CQS ed MCRI come sopra individuati. Come si vede, gli spettri di emissione individuati dalla Richiedente forniscono punteggi bassi, piuttosto distanti da 100, per il CRI, ma punteggi elevati per il CQS e per il MCRI.
I suddetti valori degli indicatori dimostrano l'ottenimento di curve spettrali di emissione di luce aventi una luce né troppo calda né troppo fredda.
Infatti, valori elevati dell'indice MCRI confermano l'ottenimento di una sorgente luminosa avente un'elevata piacevolezza.
Con riferimento alla fig. 5, la suddetta pluralità di curve spettrali à ̈ contenuta fra un primo spettro di emissione 11 inferiore, ed un secondo spettro di emissione 12 superiore che delimitano rispettivamente i parametri minimi e massimi degli spettri di emissione. In altre parole, il primo spettro di emissione 11 ed il secondo spettro di emissione 12 delimitano la zona nella quale à ̈ contenuta una delle curve degli spettri secondo il presente trovato.
Con riferimento alla Tabella 4 di fig. 6 vengono riportati i valori minimi e massimi corrispondenti rispettivamente al primo spettro di emissione 11 ed al secondo spettro di emissione 12, all'interno della quale vengono valutate tutti gli altri spettri di emissione .
Forme di realizzazione del presente trovato prevedono che gli spettri di emissione abbiano un parametro di CRI≥ 50, preferibilmente un CRI≥ 75.
Ulteriori forme di realizzazione prevedono che la curva dello spettro di emissione abbia quattro picchi che corrispondono rispettivamente all'emissione di una sorgente luminosa blu, verde, gialla e rossa, essendo il picco del giallo interposto fra il picco del verde e del rosso.
È chiaro che alla sorgente luminosa a luce piacevole fin qui descritta possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.
È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di sorgente luminosa a luce piacevole, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sorgente luminosa a luce piacevole, prossima a quella naturale, per LED, quale LED Array, SingleChip, Multichip, OLED, avente uno spettro di emissione (10) definito da una curva funzione della lunghezza d'onda (λ) e dell'intensità luminosa (I) e provvista di tre picchi di emissione (R, G, B) disposti in corrispondenza delle lunghezze d'onda (λ) almeno relative rispettivamente alle colorazioni rossa, verde e blu.
  2. 2. Sorgente luminosa come nella rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) ha una temperatura di colore CCT compresa fra 2500K e 6500K, le quali definiscono due curve comprese all'interno di un primo spettro di emissione (11) e di un secondo spettro di emissione (12).
  3. 3. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il picco (R) relativo alla colorazione rossa à ̈ disposto in corrispondenza di una lunghezza d'onda (Rλ0) compresa fra 635nm e 648nm ed ha un'intensità luminosa compresa fra 63% e 100%.
  4. 4. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il picco (G) relativo alla colorazione verde à ̈ disposto in corrispondenza di una lunghezza d'onda (Gλ0) compresa fra 525nm e 545nm ed ha un'intensità luminosa compresa fra 32% e 76%.
  5. 5. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il picco (B) relativo alla colorazione blu à ̈ disposto in corrispondenza di una lunghezza d'onda (Βλ0) compresa fra 438nm e 445nm ed ha un'intensità luminosa compresa fra 13% e 100%.
  6. 6. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) ha un'ampiezza spettrale (RΔλ0,5) relativa alla colorazione rossa compresa fra 45nm e 55nm.
  7. 7. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) ha un'ampiezza spettrale (GΔλ0,5) relativa alla colorazione verde compresa fra 85nm e 95nm.
  8. 8. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) ha un'ampiezza spettrale (ΒΔλ0,5) relativa alla colorazione blu compresa fra 20nm e 25nm.
  9. 9. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) ha un valore di saturazione (Qg) inferiore a 125, preferibilmente fra 110 e 115.
  10. 10. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto spettro di emissione (10) presenta un ulteriore picco disposto in corrispondenza della lunghezza d'onda (λ) relativa alla colorazione gialla.
  11. 11. Sorgente luminosa come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto LED Ã ̈ elaborato con uno strato elaborativo comprendente almeno uno fra un composto chimico a base di fosforo e una polvere inorganica sinterizzata.
  12. 12. Sorgente luminosa come nella rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto strato elaborativo à ̈ applicato ad un supporto vetroso o ingloba polvere di vetro.
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