FR2789294A1 - Photo activation device of photosensitive composite materials used in dentistry has optic fibers associated with light emitting diodes in way that surface of diode is optically coupled with inlet surface of one or several optic fibers - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention a pour objet un dispositif permettant la photo activation de matériaux composites photosensibles utilisés notamment dans le The present invention relates to a device for the photo activation of photosensitive composite materials used in particular in the
domaine dentaire.dental field.
Dans le domaine dentaire les matériaux composites sont constitués d'une résine photopolymérisable réagissant à la lumière par modification de ses couches moléculaires ou par transformation thermique de ses molécules. Ces deux phénomènes, qui peuvent se conjuguer, sont dépendants de la longueur d'onde du rayonnement émis mais aussi de la capacité d'absorption du matériau composite et ont pour effet d'activer ses photo initiateurs et d'obtenir un corps aux propriétés mécaniques et esthétiques définies en fonction de In the dental field, composite materials consist of a photopolymerizable resin which reacts to light by modifying its molecular layers or by thermal transformation of its molecules. These two phenomena, which can be combined, are dependent on the wavelength of the radiation emitted but also on the absorption capacity of the composite material and have the effect of activating its photo initiators and obtaining a body with mechanical properties. and aesthetics defined according to
l'application dentaire.dental application.
Les appareils de photopolymérisation sont généralement constitués d'un boîtier renfermant une source émettrice contrôlée par un circuit électronique qui comporte une minuterie permettant d'optimiser le temps d'exposition de manière à minimiser l'échauffement des tissus environnant la zone à traiter. Par ailleurs pour avoir la certitude de recouvrir le domaine spectral de photosensibilité du matériau utilisé et fournir suffisamment d'énergie à la réaction, ces appareils utilisent des lampes, dont le spectre d'émission est très Photopolymerization devices generally consist of a housing containing an emitting source controlled by an electronic circuit which includes a timer making it possible to optimize the exposure time so as to minimize the heating of the tissues surrounding the area to be treated. Furthermore, to be sure of covering the spectral range of photosensitivity of the material used and to provide sufficient energy for the reaction, these devices use lamps, the emission spectrum of which is very
large, en association avec des filtres. large, in combination with filters.
Parmi les différentes sources lumineuses, on a utilisé des lampes à vapeur de mercure, mais celles-ci émettent trop de rayonnements ultraviolets, dangereux pour Among the various light sources, mercury vapor lamps have been used, but these emit too much ultraviolet radiation, dangerous for
les yeux du patient.the patient's eyes.
Pour éviter cet inconvénient ces lampes ont été remplacées par des lampes halogènes. Toutefois ces lampes dont le rapport lumen/watt est faible nécessitent une exposition de la zone à traiter d'une durée importante contraignant le patient à garder longtemps la bouche ouverte. D'autre part cette surexposition s'accompagne d'un échauffement de la lampe qui nécessite l'utilisation To avoid this drawback, these lamps have been replaced by halogen lamps. However, these lamps whose lumen / watt ratio is low require exposure of the area to be treated for a long period of time, forcing the patient to keep his mouth open for a long time. On the other hand this overexposure is accompanied by a heating of the lamp which requires the use
de systèmes de refroidissement bruyants et volumineux. noisy and bulky cooling systems.
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Pour remédier à ces inconvénients on utilise actuellement des lampes à arc Plasma présentant une meilleure efficacité lumen/watt et dont on utilise une partie du spectre entre 430 et 490.m, ce qui permet d'augmenter significativement l'énergie délivrée et de disposer de la puissance requise pour une polymérisation rapide. Toutefois, cette augmentation de la puissance s'accompagne d'une forte augmentation de la chaleur dégagée. Dans les appareils connus à ce jour d'une part la conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse est médiocre, et d'autre part les systèmes de refroidissement sont complexes et bruyants, ce qui To overcome these drawbacks, plasma arc lamps are currently used with better lumen / watt efficiency and part of the spectrum between 430 and 490.m is used, which significantly increases the energy delivered and provides the power required for rapid polymerization. However, this increase in power is accompanied by a large increase in the heat given off. In the devices known to date on the one hand the conversion of electrical energy into light energy is poor, and on the other hand the cooling systems are complex and noisy, which
augmente le coût de l'appareil.increases the cost of the device.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un appareil de photopolymérisation de matériaux composites et de produits pour le blanchiment des dents permettant de réaliser une photopolymérisation graduelle des différentes couches du matériau à traiter tout en permettant de conserver un temps d'exposition faible et de réduire de façon The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing an apparatus for photopolymerization of composite materials and of products for whitening teeth, making it possible to carry out a gradual photopolymerization of the different layers of the material to be treated while allowing time to be preserved. low exposure and reduce so
significative la chaleur dégagée.significant heat released.
L'appareil de photopolymérisation selon l'invention comprend un boîtier renfermant une unité d'alimentation électrique pilotée électriquement par une unité centrale électronique et une source de lumière reliée à ladite alimentation caractérisé en ce que la source de lumière est constituée d'une part d'une pluralités de diodes lumineuses associées chacune à une ou plusieurs fibres optiques, lesquelles fibres optiques sont destinées à recueillir la lumière émise par lesdites diodes et sont réunies et maintenues de façon à obtenir à la sortie du réseau de fibres optiques la surface d'émission la plus petite possible, ladite émission lumineuse étant guidée par un guide optique, relié à la sortie desdites fibres optiques, sur la surface à traiter et en ce que le couplage entre une diode et une ou plusieurs desdites fibres optiques est réalisée en The light-curing apparatus according to the invention comprises a housing containing an electric power supply unit electrically controlled by an electronic central unit and a light source connected to said power supply characterized in that the light source consists on the one hand of '' a plurality of light diodes each associated with one or more optical fibers, which optical fibers are intended to collect the light emitted by said diodes and are joined together and maintained so as to obtain at the exit of the network of optical fibers the emission surface as small as possible, said light emission being guided by an optical guide, connected to the outlet of said optical fibers, on the surface to be treated and in that the coupling between a diode and one or more of said optical fibers is carried out by
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ajustant optiquement au mieux la surface émettrice de la diode avec la ou les fibres optiques correspondantes de manière à recueillir la maximum de la partie active de l'émission lumineuse de chaque diode dans la ou les fibres correspondantes. Ainsi la répartition spectrale de l'émission lumineuse guidée sur la zone à traiter et qui est déterminée par les caractéristiques spectrales et énergétiques des émissions lumineuses des diodes peut être modifiée en coupant ou non l'alimentation des diodes émettant dans un spectre donné et/ou en commandant l'alimentation en courant des diodes de manière à faire varier leur puissance d'émission et donc leurs optimally adjusting the emitting surface of the diode with the corresponding optical fiber or fibers so as to collect the maximum of the active part of the light emission from each diode in the corresponding fiber or fibers. Thus, the spectral distribution of the light emission guided over the area to be treated and which is determined by the spectral and energy characteristics of the light emissions of the diodes can be modified by cutting off or not the supply of the diodes emitting in a given spectrum and / or by controlling the current supply of the diodes so as to vary their emission power and therefore their
caractéristiques optiques.optical characteristics.
Les diodes lumineuses peuvent être des diodes The light-emitting diodes can be diodes
électroluminescentes ou des diodes Lasers. light emitting or laser diodes.
L'entrée de chaque fibre est située soit en regard et à proximité immédiate de la surface émissive de la diode correspondante soit en regard et à proximité immédiate d'un dispositif optique d'imagerie disposé The input of each fiber is located either opposite and in the immediate vicinity of the emissive surface of the corresponding diode, or opposite and in the immediate vicinity of an optical imaging device arranged
devant la surface émissive de ladite diode. in front of the emissive surface of said diode.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention les diodes sont disposées régulièrement sur une plaque et les fibres optiques sont insérées chacune dans un trou de diamètre légèrement supérieure au diamètre desdites fibres et pratiqué dans une plaque positionnée par des moyens de centrage à proximité de la plaque support de diodes et dont le pas des trous est égal à In a preferred embodiment of the invention, the diodes are regularly arranged on a plate and the optical fibers are each inserted into a hole with a diameter slightly greater than the diameter of said fibers and formed in a plate positioned by centering means near the diode support plate and whose hole pitch is equal to
celui desdites diodes.that of said diodes.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention la commande de l'alimentation des diodes électroluminescentes peut être effectuée manuellement au moyen de boutons de réglage ou automatiquement au moyen de l'unité centrale renfermant dans sa mémoire les paramètres inhérents à la commande desdites diodes permettant According to an additional characteristic of the invention, the control of the power supply of the light-emitting diodes can be carried out manually by means of adjustment knobs or automatically by means of the central unit containing in its memory the parameters inherent in the control of said diodes allowing
d'obtenir différents profils énergétiques. to obtain different energy profiles.
Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention l'alimentation électrique des diodes est According to another additional characteristic of the invention, the electrical supply of the diodes is
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réglable en mode pulsée de manière à obtenir des puissances instantanées plus élevées, favorable pour des adjustable in pulsed mode so as to obtain higher instantaneous powers, favorable for
applications particulières de polymérisation. special polymerization applications.
Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention la résultante lumineuse en sortie du faisceau de fibres optiques comporte au moins deux longueurs d'ondes se situant préférentiellement respectivement autour de 380 ou 475pm et 750gm, de manière à obtenir à la fois un rayonnement nécessaire à certains matériaux composites et un rayonnement adapté pour une action thermique sur les produits destinés aux blanchiment According to another additional characteristic of the invention, the light resultant at the outlet of the optical fiber bundle comprises at least two wavelengths preferably situated respectively around 380 or 475pm and 750gm, so as to obtain both the radiation necessary for certain composite materials and suitable radiation for thermal action on products intended for bleaching
des dents.teeth.
Selon une autre caractéristique additionnelle de l'invention le coeur du guide optique dans lequel se propage la résultante lumineuse en sortie du faisceau de fibres optiques peut être réalisé en matière plastique, en According to another additional characteristic of the invention, the core of the optical guide in which the light resultant propagates at the outlet of the bundle of optical fibers can be made of plastic,
verre, ou être liquide.glass, or be liquid.
Les avantages et les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la The advantages and features of the present invention will become more apparent from the
description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, description which follows and which relates to the appended drawing,
lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. - la figure 1 représente le schéma synoptique which represents several non-limiting embodiments. - Figure 1 shows the block diagram
du dispositif selon l'invention.of the device according to the invention.
- la figure 2a représente une vue en perspective de la source lumineuse constituée d'une multiplicité de diodes électroluminescentes associées chacune à une - Figure 2a shows a perspective view of the light source consisting of a multiplicity of light emitting diodes each associated with a
fibre optique.optical fiber.
- la figure 2b représente une vue de détail du - Figure 2b shows a detailed view of the
couplage d'une diode avec une fibre optique. coupling of a diode with an optical fiber.
la figure 3a représente le spectre d'émission de quatre diodes électroluminescentes de FIG. 3a represents the emission spectrum of four light-emitting diodes of
composantes spectrales différentes. different spectral components.
- la figure 3b représente le spectre global résultant de l'addition des émissions - Figure 3b shows the overall spectrum resulting from the addition of emissions
lumineuses des quatre diodes précdentes. of the four previous diodes.
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Si on se réfère à la figure 1 on peut voir qu'un appareil destiné à la photopolymérisation de matériaux composites et à la photoactivation de produits destinés au blanchiment des dents est constitué d'un boîtier 1 abritant une unité centrale électronique 10 reliée électriquement à une unité d'alimentation 11 d'une source lumineuse 2 générant de la lumière destinée à être appliquée au moyen d'un guide d'ondes 12 se terminant par un embout coudé 12', sur une zone à traiter, non Referring to FIG. 1, it can be seen that an apparatus intended for the photopolymerization of composite materials and for the photoactivation of products intended for teeth whitening consists of a housing 1 housing an electronic central unit 10 electrically connected to a power supply unit 11 of a light source 2 generating light intended to be applied by means of a waveguide 12 ending in a bent end piece 12 ′, on an area to be treated, not
représentée.represented.
L'unité centrale 10 est également reliée électriquement à une interface 13 comportant des touches de commande 14 et 14' et des voyants de contrôle 15 permettant à l'opérateur de dialoguer avec l'appareil et notamment de régler les paramètres inhérents à l'émission The central unit 10 is also electrically connected to an interface 13 comprising control keys 14 and 14 ′ and control lights 15 allowing the operator to interact with the device and in particular to adjust the parameters inherent in the transmission
de la lumière.light.
Si on se réfère maintenant à la figure 2a on peut voir que la source lumineuse 2 comprend une pluralité de diodes électroluminescentes 20 disposées régulièrement sous la forme d'une matrice et solidarisées sur un support 21, par exemple par collage, muni de connexions électriques 22 permettant de connecter les diodes 20 à l'unité d'alimentation 11 et un faisceau de fibres optiques 23, dont pour chaque fibre optique 23 l'une des extrémités est placée et maintenue en regard de la surface émettrice d'une diode électroluminescente 20 de manière à Referring now to FIG. 2a, it can be seen that the light source 2 comprises a plurality of light-emitting diodes 20 regularly arranged in the form of a matrix and secured to a support 21, for example by bonding, provided with electrical connections 22 making it possible to connect the diodes 20 to the power supply unit 11 and a bundle of optical fibers 23, one of whose ends for each optical fiber 23 is placed and held opposite the emitting surface of a light-emitting diode 20 of way to
recueillir l'onde lumineuse qu'elle émet. collect the light wave it emits.
La figure 2b montre une diode électroluminescente 20 comportant une surface d'émission 25 située en regard et à proximité immédiate de la surface d'entrée 26 d'une fibre optique 23 couplée à ladite diode 2 et dont les dimensions de la surface d'entrée 26 de la fibre 23 sont sensiblement identiques à celles de la surface 25 d'émission de la diode 20 de manière à recueillir le maximum de la partie active de la surface 25 FIG. 2b shows a light-emitting diode 20 comprising an emission surface 25 located opposite and in the immediate vicinity of the input surface 26 of an optical fiber 23 coupled to said diode 2 and the dimensions of the input surface of which 26 of the fiber 23 are substantially identical to those of the emitting surface 25 of the diode 20 so as to collect the maximum of the active part of the surface 25
d'émission de la diode 20.diode 20.
Les fibres optiques 23 peuvent être insérées dans trous pratiquées dans une plaque, avec un pas de The optical fibers 23 can be inserted into holes made in a plate, with a pitch of
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perçage sensiblement identique au pas de répartition des drilling substantially identical to the distribution pitch of
diodes 20.diodes 20.
Le couplage des diodes 20 ainsi réalisé avec les fibres optiques 23 permet donc de concentrer la lumière issue des différentes diodes 20 et d'obtenir un The coupling of the diodes 20 thus produced with the optical fibers 23 therefore makes it possible to concentrate the light coming from the different diodes 20 and to obtain a
éclairage par unité de surface important. lighting per large area unit.
On peut voir également que les fibres optiques 23 sont réunies et maintenues à leur autre extrémité dans une bague 24 permettant d'obtenir à sa sortie une surface d'émission de faibles dimensions et un mélange des ondes lumineuses issues des différentes fibres optiques qui sera acheminée à travers le guide d'ondes 12 qui est sensiblement de même diamètre que le diamètre de la bague 24. Le guide d'ondes 12 peut être une fibre optique liquide présentant une perte en ligne très faible et offrant une bonne homogénéisation de la lumière issue It can also be seen that the optical fibers 23 are joined and held at their other end in a ring 24 making it possible to obtain, at its output, an emission surface of small dimensions and a mixture of the light waves coming from the different optical fibers which will be routed through the waveguide 12 which is substantially the same diameter as the diameter of the ring 24. The waveguide 12 can be a liquid optical fiber having a very low line loss and offering good homogenization of the light emitted
des diodes 20 par l'intermédiaire des fibres optiques 23. diodes 20 via optical fibers 23.
Les diodes électroluminescentes 20 peuvent être pilotées électriquement soit manuellement au niveau de l'interface 13 en actionnant des touches 14 prévues à cet effet, soit par l'unité centrale 10 au moyen d'un programme de commande de la puissance des diodes 20 The light-emitting diodes 20 can be controlled electrically either manually at the interface 13 by actuating keys 14 provided for this purpose, or by the central unit 10 by means of a program for controlling the power of the diodes 20
agissant sur l'unité d'alimentation 11 de ces dernières. acting on the supply unit 11 of the latter.
De ce fait les diodes 20 peuvent être commandées en alimentation électrique, tout ou rien, individuellement ou par paquet de diodes de même spectre d'émission, de manière à pouvoir modifier le spectre d'émission de la résultante lumineuse à la sortie du toron 24. IL est également possible de modifier le spectre global d'émission en faisant varier l'intensité du courant électrique traversant les diodes 20, cette variation s'accompagnant d'une variation de la puissance émise par As a result, the diodes 20 can be controlled as an all-or-nothing power supply, individually or in a package of diodes with the same emission spectrum, so as to be able to modify the emission spectrum of the light resultant at the output of the strand 24. It is also possible to modify the overall emission spectrum by varying the intensity of the electric current passing through the diodes 20, this variation being accompanied by a variation in the power emitted by
la diode 20 qui provoque une variation du spectre global. the diode 20 which causes a variation of the global spectrum.
Ainsi la variation du courant dans un ensemble de diodes 20 d'un type spectral donné entraînera une modification de la puissance d'émission des diodes 20 et donc une variation du spectre de la résultante lumineuse Thus the variation of the current in a set of diodes 20 of a given spectral type will cause a modification of the emission power of the diodes 20 and therefore a variation of the spectrum of the light resultant.
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en sortie du réseau de fibres optiques 23, de même que l'interruption de l'alimentation des diodes de l'un de ses ensembles modifiera, par suppression d'un spectre, les composantes spectrales de la résultante lumineuse en sortie du toron 24. Les diodes électroluminescentes 20 seront de préférence du type sans lentille optique de couplage et les fibres optiques 23 seront de préférence des fibres présentant une ouverture numérique importante pour capter la maximum de lumière émise par les diodes électroluminescentes 20 et présentant une atténuation linéique faible dans les domaines de longueur d'onde utilisés. Sur la figure 3a on peut voir quatre courbes 30, 31, 32, 33 qui représentent chacune le spectre d'émission d'un type de diodes électroluminescentes 20 comportant une longueur d'onde respectivement, 380, 450, 520 et 820.m, pour laquelle l'émission lumineuse est maximale. Dans ce cas les diodes électroluminescentes 20 dont le spectre se situe autour de 380 gm sont particulièrement adaptées pour le traitement de matériaux plus sensibles aux ultraviolets, tandis que les diodes électroluminescentes dont le spectre se situe autour de 450 gm sont adaptées pour le traitement des matériaux composites de la famille, par exemple, des camphoroquinones et les diodes dont le spectre se situe autour de 820 gm permettent une action thermique sur les at the output of the optical fiber network 23, just as the interruption of the supply of the diodes of one of its assemblies will modify, by deleting a spectrum, the spectral components of the light resultant at the output of the strand 24. The light-emitting diodes 20 will preferably be of the type without an optical coupling lens and the optical fibers 23 will preferably be fibers having a large numerical aperture to capture the maximum light emitted by the light-emitting diodes 20 and having a low linear attenuation in the fields wavelength used. In FIG. 3a we can see four curves 30, 31, 32, 33 which each represent the emission spectrum of a type of light-emitting diode 20 having a wavelength respectively, 380, 450, 520 and 820.m, for which the light emission is maximum. In this case the light-emitting diodes 20 whose spectrum is around 380 gm are particularly suitable for the treatment of materials more sensitive to ultraviolet, while the light-emitting diodes whose spectrum is around 450 gm are suitable for the treatment of materials composites of the family, for example, camphoroquinones and diodes whose spectrum is around 820 gm allow a thermal action on the
produits de blanchiments.bleaching products.
Ainsi le choix des caractéristiques spectrales de la lumière émise par les diodes électroluminescentes permet d'obtenir le profil spectral 34 souhaité (figure 3b) en fonction de l'application, par addition de la lumière émise par les différentes diodes 20. Par conséquent, contrairement aux systèmes actuels qui provoquent des pertes de lumière au niveau des dispositifs de filtrage empêchant toute modulation sur les zones non filtrées le dispositif selon l'invention permet de Thus the choice of the spectral characteristics of the light emitted by the light-emitting diodes makes it possible to obtain the desired spectral profile 34 (FIG. 3b) depending on the application, by adding the light emitted by the different diodes 20. Consequently, unlike to current systems which cause light losses at the level of the filtering devices preventing any modulation on the unfiltered areas the device according to the invention makes it possible to
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d'obtenir le profil spectral souhaité et toute la quantité to obtain the desired spectral profile and all the quantity
de lumière émise.of light emitted.
On notera que du fait que les diodes électroluminescentes 20 ont une faible consommation en courant électrique, l'énergie apportée au dispositif peut Note that due to the fact that the light-emitting diodes 20 have a low consumption of electric current, the energy supplied to the device can
se faire à partir de batteries rechargeables ou non. be made from rechargeable batteries or not.
De manière avantageuse les diodes électroluminescentes 2 pourront être solidarisées sur un support interchangeable muni de connecteurs permettant sa Advantageously the light-emitting diodes 2 can be secured on an interchangeable support provided with connectors allowing its
connexion rapide à l'appareil selon l'invention. quick connection to the device according to the invention.
D'autre part de manière à pouvoir modifier les profils énergétiques mémorisés par le constructeur dans la mémoire morte de l'unité centrale 10 qui pourra être programmé à distance par l'utilisateur au moyen par exemple d'une carte à mémoire du type carte à puce contenant le programme incluant les paramètres inhérents à On the other hand so as to be able to modify the energy profiles memorized by the manufacturer in the read-only memory of the central unit 10 which can be programmed remotely by the user by means for example of a memory card of the card type to bullet containing the program including the parameters inherent in
la commande électrique des diodes.the electrical control of the diodes.
La programmation à distance du microprocesseur, qui peut être effectuée également au moyen d'un micro-ordinateur via une interface de type modem permet aussi au fabricant de matériaux composites d'optimiser le spectre d'action de la source lumineuse en fonction de son matériau et d'assurer un service après vente ou une mise à jour très rapidement et très Remote programming of the microprocessor, which can also be carried out by means of a microcomputer via a modem-type interface, also allows the manufacturer of composite materials to optimize the spectrum of action of the light source according to its material. and provide after-sales service or an update very quickly and very
simplement.simply.
Des essais ont montré que, pour obtenir une polymérisation rapide souhaitable tant sur le plan clinique que biologique, l'éclairage fourni par la source lumineuse 2 doit se situer entre 1 et 2W/cm2 et préférentiellement autour de 1,5W/cm2. Cet éclairage est directement en rapport avec le nombre de diodes électroluminescentes 20 et la puissance qui leur est Tests have shown that, in order to obtain a rapid polymerization which is desirable both clinically and biologically, the lighting provided by the light source 2 must be between 1 and 2 W / cm 2 and preferably around 1.5 W / cm 2. This lighting is directly related to the number of light-emitting diodes 20 and the power which is their
fournie par la carte d'alimentation 11. supplied by the power card 11.
On notera que la source lumineuse 2 peut également être constituée à partir d'une matrice de diodes alimentée puis imagée au travers d'un système optique sur un matériau photosensible qui est ensuite développé et It will be noted that the light source 2 can also be formed from a matrix of diodes supplied then imaged through an optical system on a photosensitive material which is then developed and
percé pour servir de support aux fibres optiques. drilled to serve as a support for optical fibers.
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En outre les diodes 20 peuvent également être In addition, the diodes 20 can also be
déposées sur un substrat.deposited on a substrate.
L'appareil selon l'invention permet donc d'éviter tout rayonnement parasite ou dangereux, ce qui n'est pas possible avec les appareils actuels. -10-o 2789294 The device according to the invention therefore makes it possible to avoid any parasitic or dangerous radiation, which is not possible with current devices. -10-o 2789294
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1999
- 1999-02-05 FR FR9901657A patent/FR2789294B1/en not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2789294B1 (en) | 2001-06-08 |
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Effective date: 20051031 |