ES2333231T3 - Diodo luminoso. - Google Patents
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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.
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).
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