Fuente de luz de estado sólido de alta eficacia y métodos de uso y fabricación.

Un sistema para inducir una transformación de material predeterminada en un material diana predeterminado,

comprendiendo el sistema:

- un sustrato acoplado termicamente a un disipador de calor y circuito excitador para proporcionar potencia a una disposición de dispositivos que emiten luz de estado sólido dispuesta superficialmente sobre el sustrato, produciendo el sistema una densidad de potencia de salida de la luz de al menos aproximadamente 50 mW/cm2 caracterizado por que el sistema es capaz de producir luz en una longitud de onda menor que aproximadamente 425 nm y el sistema comprende ademas al menos un elemento óptico que incluye una disposición de microlente reflectiva, refractiva o difractiva que colima la salida de la luz.

Fuente de luz de estado sólido de alta eficacia y metodos de uso y fabricación Campo Tecnico Esta invención se refiere en general a una fuente de luz de estado sólido con una densidad de radiación 5 electromagnetica suficiente para realizar una variedad de funciones en una variedad de aplicaciones de producción y comerciales.

Antecedentes de la Invención Se usan lamparas de arco de alta presión de diversas variedades (por ejemplo, haluro de metal, mercurio y halógeno) y otras fuentes de luz de alta intensidad en la mayoría de aplicaciones comerciales e industriales que 10 implican, por ejemplo proyección, iluminación y visualización, inspección, iniciación de procesos químicos o biológicos, reproducción de la imagen, fluorescencia, exposición, esterilización, polimerización de fotopolímeros, irradiación y limpieza. En cada una de las aplicaciones anteriores, una bombilla de alta irradiación genera una amplia salida espectral de alta intensidad de luz incoherente que se filtra y se modifica espacialmente por el uso de ópticas complicadas para permitir la emisión de una banda de luz espectral estrecha, tal como luz ultravioleta (UV) con la intensidad y propiedades espaciales apropiadas para la aplicación deseada. Desafortunadamente, las fuentes de luz de alta intensidad convencionales presentan una variedad de desventajas, como se ilustra en los siguientes ejemplos.

La luz UV es una herramienta eficaz en muchas aplicaciones de producción en muchas industrias. Por ejemplo, se usa luz UV para polimerización de fotopolímeros, un procedimiento usado ampliamente para diversos procesos, 20 tales como, impresión, litograffa, revestimientos, adhesivos, procedimientos usados en fabricación, publicación y envasado de semiconductores y placas de circuito impreso. La luz UV debido a su alta energfa del fotón, tambien es util para excitación molecular, iniciación química y procedimientos de disociación, incluyendo, fluorescencia para cometidos de inspección y medida, procedimientos de limpieza y esterilización y procedimientos de iniciación medica, química y biológica y se usa en una variedad de industrias, tales como industrias de electrónica, de medicina y químicas. La eficacia y duración de fuentes de luz convencionales para estas aplicaciones es extremadamente baja. Por ejemplo, se usan fuentes de lampara ultravioleta de 8.000 W (despues de filtrado) en la exposición de materias protectoras polimericas, pero proporcionan sólo 70 W de potencia en el intervalo espectral requerido por el procedimiento. Por lo tanto, se requieren fuentes de luz mas eficaces.

Las disposiciones de fuentes de luz de semiconductores tales como los LED (por sus siglas en ingles) y los diodos laser son mas eficaces que las fuentes de luz de alta presión y ofrecen ventajas sobre las lamparas y la mayoría de otras fuentes de luz de alta intensidad. Por ejemplo, tales disposiciones de fuentes de luz de semiconductores son de cuatro a cinco veces mas eficaces que la de fuentes de luz de alta intensidad. Otras ventajas de las disposiciones de fuentes de luz de semiconductores son que producen un nivel mucho mayor de pureza espectral que las fuentes de luz de alta intensidad, son mas seguras que las fuentes de luz de alta intensidad puesto que los voltajes y las corrientes asociadas a tales diodos son menores que los asociados a fuentes de luz de alta intensidad y proporcionan densidades de potencia aumentadas debido a menores requerimientos de envasado. Ademas, las disposiciones de fuentes de luz de semiconductores emiten niveles inferiores de interferencia electromagnetica, son significativamente mas fiables y presentan salidas mas estables a lo largo del tiempo, requiriendo menos mantenimiento, intervención y sustitución que con fuentes de luz de alta intensidad. Las disposiciones de fuentes de luz de semiconductores se pueden configurar y controlar para permitir el direccionamiento individual producir una variedad de longitudes de onda e intensidades y permitir el comienzo rapido y el control de la pulsación para funcionamiento continuo.

La Patente de EE.UU. Nº 5.436.710 describe una disposición de LED funcionando a una longitud de onda de salida de 940 nm (para imagenes de colorante organico de fijación en una lamina) y la Patente de EE.UU. Nº 5.527.704

45 describe una disposición de LED funcionando a una longitud de onda de salida de aproximadamente 620-670 nm (para virus de inactivación) . La patente internacional WO-A-02/26270 describe un aparato para la inactivación de contaminantes usando disposiciones de dispositivos de estado sólido que emiten radiación UV.

Desafortunadamente, ninguna de la tecnica anterior describe una fuente de luz de semiconductores que se puede adaptar para una variedad de aplicaciones y/o proporcionar densidades de alta potencia requeridas por una variedad 50 de aplicaciones.

Sumario de la Invención La presente invención supera los problemas en la tecnica anterior proporcionando una fuente de luz de estado sólido segun la reivindicación 1. Se definen realizaciones preferidas en las reivindicaciones adjuntas. La fuente de luz de estado sólido segun la invención se puede adaptar para una variedad de aplicaciones y/o con salida de densidad de 55 relativamente alta potencia. Por ejemplo, la presente invención como se reivindica se puede usar en aplicaciones de transformación de material, que requiere longitudes de onda menores que aproximadamente 425 nm. Ciertas ventajas de la presente invención se consiguen mediante una unica disposición de emisores de luz de estado sólido que se disponen en una configuración densa capaz de producir salida de potencia de alta intensidad que previamente a esta invención requerfa lamparas de alta intensidad ineficaces y/o dispositivos caros y de laser o de estado sólido complejos .

El dispositivo de esta invención es capaz de producir densidades de potencia mayores que aproximadamente 50 mW/cm2. El dispositivo de esta invención se puede usar para producir densidades de potencia dentro del intervalo de entre aproximadamente 50 mW/cm2 y 6.000 mW/cm2. El dispositivo se puede configurar de manera diferente para una variedad de aplicaciones, cada una de las cuales puede presentar diferentes requerimientos, tales como densidad de salida de potencia óptica, longitud de onda, óptica, circuito excitador y transferencia de calor. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir un circuito excitador para suministrar la potencia necesaria para conseguir la densidad de salida de potencia para una aplicación particular. Adicionalmente, el dispositivo incluye un elemento óptico que colima la salida de la luz.

La presente invención proporciona un m6dulo de luz de estado sólido con un sustrato termicamente conductor con multiples chips de los LED montados en una disposición espacialmente densa de manera que la iluminación se consigue a intensidades suficientes para realizar procesos físicos. La fuente de luz de estado sólido de la presente invención se puede utilizar para realizar funciones en una variedad de aplicaciones en tales areas de, por ejemplo, exposición, curado, esterilización, limpieza y ablación de material. La fuente de luz de estado sólido consigue alta eficacia, pureza espectral, densidades de potencia y caracterfsticas espaciales para cada una de las aplicaciones descritas anteriormente, así como otras aplicaciones que requieren producción de luz eficaz.

La presente invención proporciona una fuente de luz de estado sólido que es independiente, eliminandose así la necesidad de mecanismos de acoplamiento óptico intrincados requeridos por muchos dispositivos de la tecnica anterior. Ademas, la fuente de luz de estado sólido de la presente invención optimiza la salida de la luz y es ventajosa en el diseno de sistemas proyectores LED rentables, pequenos.

Las realizaciones y caracterfsticas anteriores son para fines ilustrativos y no se desea que sean limitantes, siendo los expertos en la materia capaces de apreciar otras realizaciones del alcance y espfritu de las explicaciones anteriores.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 muestra una vista esquematica de un m6dulo de luz de estado sólido basico que comprende parte del sistema de la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista en despiece ordenado de una realización del dispositivo de luz de estado sólido.

La Figura 3 es una vista transversal de otra realización del dispositivo de luz de estado sólido.

La Figura 4 es una vista en perspectiva de una barra de luz de estado sólido.

La Figura 5 es una vista transversal parcial... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para inducir una transformación de material predeterminada en un material diana predeterminado, comprendiendo el sistema:

- un sustrato acoplado termicamente a un disipador de calor y circuito excitador para proporcionar potencia

a una disposición de dispositivos que emiten luz de estado sólido dispuesta superficialmente sobre el sustrato, produciendo el sistema una densidad de potencia de salida de la luz de al menos aproximadamente 50 mW/cm2 caracterizado por que el sistema es capaz de producir luz en una longitud de onda menor que aproximadamente 425 nm y el sistema comprende ademas al menos un elemento óptico que incluye una disposición de microlente reflectiva, refractiva o difractiva que colima la salida de la luz.

2. El sistema segun la reivindicación 1, en el que el sistema se adapta para realizar una operación de fotolitograffa.

3. El sistema segun la reivindicación 1, en el que el sistema comprende ademas una impresora y el material diana predeterminado comprende tinta.

4. El sistema segun la reivindicación 1, en el que el sistema comprende ademas un sistema de curado y en el 15 que el material diana predeterminado es un material que se tiene que curar.

5. El sistema segun la reivindicación 4, en el que el material que se tiene que curar comprende uno de: un revestimiento, un adhesivo, una tinta y un fotopolímero.

6. El sistema segun la reivindicación 1, en el que la luz emitida es de una longitud de onda predeterminada que induce la transformación del material en un objeto diana predeterminado.

20 7. El sistema segun la reivindicación 1, en el que el sistema se adapta para inducir que una molecula diana emita fluorescencia o fosforescencia en una inspección, medición o aplicación de analisis de material.

8. El sistema segun la reivindicación 7, en el que el sistema se adapta de manera que la fluorescencia o fosforescencia en un primer material diana se usa para iluminar, esterilizar, inspeccionar o medir caracterfsticas de un segundo material diana.

25 9. El sistema segun la reivindicación 1, en el que el sistema es capaz de una salida de luz en la región espectral que causa la muerte o perdida de capacidades reproductoras de microorganismos no deseables que pueden disponerse sobre un material diana.