ES2333231T3 - Diodo luminoso. - Google Patents

Abstract

Diodo luminoso que comprende un cuerpo base, un chip de diodo luminoso (12) soportado por el cuerpo base (10), y un cuerpo fotoconductor (22) dispuesto en el sentido de radiación del chip de diodo luminoso (12), caracterizado porque el cuerpo fotoconductor (22) presenta una multitud de elementos difractivos (30), teniendo los distintos elementos un tamaño de 0,04 a 10.000 µm 2 .

Description

Diodo luminoso.

La invención se refiere a un diodo luminoso (LED).

Los LED se emplean en una multitud de dispositivos y están muy expandidos en la actualidad. Según los materiales empleados, el LED genera luz en diferentes colores, tanto en el espectro visible como en el espectro no visible. A este elemento generador de luz está asignado, en el sentido de radiación, un cuerpo fotoconductor. Por el cuerpo fotoconductor que, normalmente, se compone de plástico, se determina el ángulo de radiación del LED. En los cuerpos fotoconductores conocidos se trata de elementos refractivos como, por ejemplo, lentes. La refracción de la luz emitida por el elemento generador de luz, provocada por cuerpos fotoconductores refractivos, tiene como resultado que no es posible una buena corrección de las propiedades de radiación de luz. En particular, no es posible una buena colimación del rayo. Dado que en los elementos refractivos se trata especialmente de lentes que siempre presentan un error marginal, aumentan los errores en la miniaturización de las distintas lentes, porque una multitud de pequeñas lentes tiene más zonas marginales que una lente grande.

Por el documento EP1115155 se conoce un conjunto de LED, estando asignada a cada LED individual o bien una lente colimadora difractiva, o bien, una lente de enfoque difractiva. Los distintos LED están dispuestos en agujeros de un sustrato de silicona para evitar fallos de orientación de los distintos LED.

Además, por ejemplo por el documento WO2004/044995 se conoce la previsión de redes difractivas relativamente gruesas sobre un cuerpo fotoconductor de un LED. Sin embargo, las redes difractivas tan grandes son relativamente imprecisas y no resultan adecuadas para garantizar propiedades de radiación exactas, por ejemplo, en cuanto al color y el ángulo.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un LED con buenas propiedades de radiación.

Según la invención, el objetivo se consigue mediante un LED según la reivindicación 1.

El LED según la invención presenta un cuerpo base que lleva el elemento generador de luz, por ejemplo el chip de LED. En el sentido de radiación del elemento generador de luz está dispuesto un cuerpo fotoconductor. Según la invención, el cuerpo fotoconductor presenta una multitud de elementos difractivos, presentando los distintos elementos un tamaño de 0,04 \mum^{2} a 10.000 \mum^{2}. La previsión de elementos fotoconductores que difractan la luz tiene la ventaja de que, con ligeras pérdidas, puede determinarse de manera sencilla un ángulo de radiación del LED. Con la ayuda de la previsión según la invención de elementos fotoconductores difractivos puede realizarse una buena corrección de las propiedades de radiación de luz. En particular, es posible realizar una buena colimación del rayo. Dado que, a diferencia de los elementos refractivos, los elementos fotoconductores difractivos no presentan errores marginales, es posible la miniaturización según la invención de los distintos elementos fotoconductores difractivos con buenas propiedades de radiación de luz.

La configuración de los elementos fotoconductores para ajustar el sentido de radiación o el ángulo de radiación del LED se realiza mediante la configuración correspondiente de las redes de difracción previstas en los elementos fotoconductores. La intensidad de difracción de las redes de difracción puede determinarse con la ayuda de la ley de difracción de Fraunhofer.

Preferentemente, los elementos fotoconductores están dispuestos en una superficie del cuerpo fotoconductor. Se puede tratar de la superficie orientada en la dirección del elemento generador de luz o de la superficie opuesta. Asimismo, es posible disponer elementos fotoconductores, tales como reflectores y similares, entre el elemento generador de luz y el cuerpo fotoconductor, de tal forma que la superficie provista de los elementos fotoconductores esté orientada, por ejemplo, en la dirección del reflector.

Resulta especialmente preferible realizar los elementos fotoconductores con la ayuda de un barniz endurecible en la superficie del cuerpo fotoconductor. Para ello, se usa, preferentemente un dispositivo amoldador en el que se ha incorporado, por ejemplo mediante procedimientos litográficos, la negativa de la red de difracción. Con la ayuda de un solo dispositivo amoldador pueden amoldarse, preferentemente, varios elementos fotoconductores. Para ello, preferentemente, se usa un barniz endurecible que forma una unión más fuerte con el cuerpo fotoconductor que con el dispositivo amoldador. De este modo, se garantiza que al separar el dispositivo amoldador queda realizada una estructura exacta de la superficie.

Un procedimiento de fabricación especialmente preferible, así como un material adecuado para fabricar los elementos fotoconductores se describen en el documento EP05003358.8.

Como material para fabricar los elementos de superficie resulta especialmente adecuado:

11 g de 1H,1H,2H,2H-perfluoroctilacrilato se mezclaron con 8 g de diacrilato de dipropopilenglicol, 0,1 g de Irgacure® 819 y 0,2 g de Irgacure® de la empresa Ciba Spezialitätenchemie Lampersheim GMBH. 60 \mul de esta mezcla se aplicaron sobre una placa de níquel con un tamaño de 2 x 2 cm, sobre cuya superficie está realizada una forma negativa de un cuerpo de moldeo con centros de dispersión. A continuación, en la superficie de la mezcla sobre la placa de níquel se aplicó una plaquita de PMMA con un grosor de 1 mm y un tamaño de 1 x 1 cm. Después, el sándwich obtenido de esta forma sobre la placa de níquel, con la mezcla situada entremedias, se expuso durante 2 segundos a una radiación ultravioleta de una lámpara ultravioleta de mercurio usual en el mercado. A continuación, el sustrato con la composición amoldada endurecida, unida a él, se extrajo del molde negativo de fundición.

Para poder definir una posición exacta de los distintos elementos fotoconductores en la superficie del cuerpo fotoconductor, la superficie provista de los elementos fotoconductores, preferentemente, es plana.

Preferentemente, los distintos elementos fotoconductores están configurados de tal forma que actúan como elementos de difracción que, preferentemente, generan un haz de luz colimado con división espectral de la luz. Para ello, los distintos elementos fotoconductores presentan, preferentemente, estructuras de superficie que en sección transversal tienen forma de ondas, eligiéndose la distancia entre las ondas en función de la longitud de ondas a desviar. Preferentemente, distintos elementos fotoconductores presentan diferentes redes de difracción. Resulta especialmente preferible que los elementos fotoconductores estén dispuestos de tal forma que por la superposición de al menos dos haces de luz contiguos resulte una luz preponderantemente monocromática y/o blanca. Por luz monocromática se entiende un intervalo de longitud de ondas de 100 nm, especialmente de 50 nm. Mediante la previsión según la invención de este tipo de elementos fotoconductores, por lo tanto, se puede generar una luz preponderantemente monocromática y/o blanca, especialmente colimada.

Mediante la configuración de la superficie de los elementos fotoconductores además es posible ajustar el sentido de radiación de la luz desde la superficie de salida. Para ello, la red de difracción prevista en los elementos de superficie ha de modificarse conforme a las leyes de difracción de Fraunhofer. La posibilidad de ajuste se sitúa, preferentemente, en el intervalo de 0 a 90º con respecto a la superficie de salida.

Igualmente, es posible ajustar la temperatura de color de la luz irradiada, mediante la elección o configuración de la estructura de los elementos fotoconductores. Preferentemente, es posible un ajuste de la temperatura de color en el intervalo de 3.000 K a 10.000 K.

Por la configuración según la invención de la superficie de salida con elementos de superficie difractivos se evita o se reduce de manera considerable especialmente una división espectral. Además, queda garantizado un suficiente refuerzo de luz a la vez de un bajo consumo de energía.

Los elementos fotoconductores difractivos según la invención tienen, preferentemente, un tamaño de 0,04 \mum^{2} a 10.000 \mum^{2}, especialmente de 0,04 \mum^{2} a 500 \mum^{2}. Al prever superficies tan pequeñas, es posible prever una multitud de elementos de superficie, incluso en pantallas planas muy pequeñas como, por ejemplo, pantallas para aplicaciones móviles. La distancia entre los distintos elementos fotoconductores se sitúa preferentemente en el intervalo de 0 a 100 \mum, especialmente de 0 a 50 \mum y particularmente de 0 a 15 \mum. Resulta especialmente preferible que los elementos fotoconductores tengan una distancia > 0 entre sí. Preferentemente, la distancia es de al menos 1 \mum, especialmente de al menos 3 \mum. Esto ofrece la ventaja de que en zonas del cuerpo fotoconductor, en las que debe desacoplarse más luz, se reduce la distancia de los elementos fotoconductores y en zonas, en las que ha de desacoplarse una menor cantidad de luz, puede preverse una distancia más grande. De esta forma se puede conseguir una buena homogeneización de la distribución de la intensidad luminosa. Asimismo, en la fabricación resulta más sencillo disponer los distintos elementos fotoconductores siempre a una distancia entre sí. Si los elementos fotoconductores se fabrican, por ejemplo, mediante un barniz endurecible, en combinación con un elemento de amoldamiento o una negativa, mediante el distanciamiento de los elementos fotoconductores se evita una falsificación en los límites de los elementos de superficie, por ejemplo, por la aparición de almas de barniz. Asimismo, mediante el distanciamiento de los distintos elementos fotoconduc-
tores se garantiza que se evitan refracciones o falsificaciones de la difracción por estructuras de superficie adyacentes.

Dado que, según una forma de realización especialmente preferible de la invención, los distintos elementos fotoconductores presentan la misma estructura de superficie en cuanto a la altura o la amplitud, la eficiencia de difracción de los distintos elementos fotoconductores es idéntica. Se pueden producir únicamente fluctuaciones de pocos por cientos, debido a la fabricación, que sin embargo, influyen poco en la eficiencia de la difracción.

Resulta especialmente preferible configurar los distintos elementos fotoconductores de tal forma que la amplitud de las diferentes estructuras de superficie sea constante, estando alterada sólo la frecuencia. Según el tipo de estructura de superficie, en la que no tiene que tratarse obligatoriamente de una estructura de superficie sinusoidal, en líneas generales, todas las elevaciones tienen la misma altura, pero presentan diferentes distancias. Esto hace que la luz emitida por la fuente de luz es difractada de diferentes maneras por los distintos elementos de superficie. A este respecto, resulta especialmente ventajoso el hecho de que es más sencillo realizar una variación de las distancias que de las alturas.

Preferentemente, varios elementos fotoconductores con diferentes estructuras de superficie están reunidos formando un grupo de elementos fotoconductores. Las diferentes estructuras de superficie se eligen de tal forma que un grupo de elementos fotoconductores emite sustancialmente luz monocromática y/o blanca. El tipo de estructura de superficie, especialmente la modificación de longitud de ondas de la luz, causada por la estructura de superficie, se determina en función de los intervalos de longitudes de ondas emitidos por la fuente de luz.

Preferentemente, un grupo de elementos fotoconductores comprende al menos dos elementos fotoconductores con diferentes estructuras de superficie. Preferentemente, el grupo de elementos fotoconductores comprende al menos cuatro, especialmente al menos seis elementos fotoconductores, que presentan respectivamente una estructura de superficie diferente.

Dado que, según una forma de realización preferible de la invención, los distintos elementos fotoconductores presentan la misma estructura de superficie en cuanto a la altura o la amplitud, la efectividad de difracción de los distintos elementos fotoconductores es idéntica. Únicamente pueden producirse fluctuaciones de unos pocos tantos por ciento, debido a la fabricación, que sin embargo influyen poco en la efectividad de la difracción.

Resulta especialmente preferible configurar los distintos elementos fotoconductores de tal forma que la amplitud de las diferentes estructuras de superficie sea constante, estando alterada sólo la frecuencia. Según el tipo de estructura de superficie, en la que no tiene que tratarse obligatoriamente de una estructura de superficie sinusoidal, en líneas generales, todas las elevaciones tienen la misma altura, pero presentan diferentes distancias. Esto hace que la luz emitida por la fuente de luz es difractada de diferentes maneras por los distintos elementos fotoconductores. Resulta especialmente ventajoso el hecho de que es más sencillo realizar una variación de las distancias que de las alturas.

Los elementos fotoconductores dispuestos preferentemente en grupos de elementos fotoconductores, tratándose por ejemplo de seis elementos fotoconductores con una estructura de superficie diferente, presentan preferentemente la misma amplitud de 550 nm. Los distintos elementos fotoconductores de un grupo de elementos fotoconductores presentan respectivamente una frecuencia de por ejemplo, 490 nm, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm y 620 nm. Especialmente, los elementos fotoconductores difractivos presentan una estructura de superficie sinusoidal. La distancia entre los distintos elementos fotoconductores se sitúa, preferentemente, en un intervalo de 1 a 100 \mum, especialmente de 1 a 50 \mum y particularmente de 1 a 15 \mum.

A continuación, la invención se describe en detalle con la ayuda de una forma de realización preferible, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Muestran:

La figura 1 una vista esquemática en sección de un LED,

la figura 2 una vista esquemática en planta desde arriba de un elemento fotoconductor,

la figura 3 una vista esquemática en perspectiva de un elemento fotoconductor y

la figura 4 un ejemplo de una posible disposición de elementos de superficie en grupos de elementos de superficie.

Un LED presenta un cuerpo base 10 que lleva un elemento generador de luz 12 como, por ejemplo, un chip de LED. Para ello, dado el caso, el cuerpo base 10 comprende adicionalmente un cuerpo termoconductor 14 para refrigerar el elemento generador de luz 12. El elemento generador de luz 12 está conectado, a través de líneas 16, a un cátodo 18 y un ánodo 20. En el sentido de radiación, es decir, en la figura 1 hacia arriba, está previsto un cuerpo fotoconductor 22. El cuerpo fotoconductor 22 está fijado al cuerpo base 10. En un lado superior 24 del cuerpo fotoconductor 22 están dispuestos grupos de elementos fotoconductores difractivos 26 (figura 2).

Los grupos de elementos fotoconductores difractivos 26 que están previstos, por ejemplo, en círculos concéntricos en la superficie 24, sirven para determinar el ángulo de radiación de un LED. Con la ayuda de elementos fotoconductores configurados y dispuestos de manera correspondiente pueden realizarse pequeños ángulos de radiación.

Los distintos grupos de elementos fotoconductores 26 presentan varios elementos fotoconductores 30. En un ejemplo de realización representado en la figura 4, un grupo de elementos fotoconductores 26 presenta seis elementos fotoconductores 30 que están dispuestos unos respecto a otros preferentemente con un hueco entre sí y a una distancia constante. Cada elemento fotoconductor 30 individual tiene una estructura de superficie diferente, de modo que un grupo de elementos fotoconductores 26 emite sustancialmente luz monocromática o blanca.

Para desacoplar luz de diferente longitud de onda están dispuestos, preferentemente, diferentes elementos fotoconductores 30 con diferentes estructuras de superficie. Se trata, por ejemplo, de seis elementos fotoconductores 30 diferentes con diferentes estructuras de superficie 28, como en el ejemplo de realización representado en la figura 4. En la figura 4, los distintos elementos fotoconductores 30 diferentes están designados por 1 a 6. Los elementos fotoconductores 30 designados por la misma cifra presentan la misma estructura de superficie. Preferentemente, los elementos fotoconductores 30 designados por 1 a 6 en la figura 3 están dispuestos en una estructura que se repite.

La estructura de superficie de los distintos elementos fotoconductores, preferentemente, tiene forma sinusoidal. La amplitud es, preferentemente, de 550 nm. Los seis elementos fotoconductores 30 configurados de diferentes maneras presentan la misma amplitud. Los distintos elementos fotoconductores 39 designados por 1 a 6 tienen, por ejemplo, una frecuencia de 490 n, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm y 620 nm. La distancia entre los distintos elementos fotoconductores 30 se sitúa, preferentemente, en el intervalo de 1 a 100 \mum, especialmente de 1 a 50 \mum y muy especialmente de 1 a 15 \mum.

Claims (8)

1. Diodo luminoso que comprende un cuerpo base, un chip de diodo luminoso (12) soportado por el cuerpo base (10), y un cuerpo fotoconductor (22) dispuesto en el sentido de radiación del chip de diodo luminoso (12), caracterizado porque el cuerpo fotoconductor (22) presenta una multitud de elementos difractivos (30), teniendo los distintos elementos un tamaño de 0,04 a 10.000 \mum^{2}.

2. Diodo luminoso según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (30) están dispuestos en una superficie (24) del elemento fotoconductor (22).

3. Diodo luminoso según la reivindicación 2, caracterizado porque los elementos (30) están hechos de un barniz endurecible, aplicado sobre la superficie (24).

4. Diodo luminoso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los elementos (30) están dispuestos y/o configurados de tal forma que queda fijado el ángulo de radiación del diodo luminoso.

5. Diodo luminoso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque todos los elementos (30) tienen una estructura de superficie con una amplitud constante.

6. Diodo luminoso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los elementos (30) tienen un tamaño de 0,04 a 500 \mum^{2}.

7. Diodo luminoso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los distintos elementos (30) tienen entre ellos una distancia de 1 a 100 \mum, especialmente de 1 a 50 \mum y muy especialmente de 1 a 15 \mum.

8. Diodo luminoso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque varios, preferentemente al menos dos, especialmente al menos cuatro y, de forma particularmente preferible, al menos seis elementos (30) están reunidos formando un grupo de elementos (26).