EP2491302A1 - Dispositif d'eclairage a diodes electroluminescentes - Google Patents

Dispositif d'eclairage a diodes electroluminescentes

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Publication number
EP2491302A1
EP2491302A1 EP10790652A EP10790652A EP2491302A1 EP 2491302 A1 EP2491302 A1 EP 2491302A1 EP 10790652 A EP10790652 A EP 10790652A EP 10790652 A EP10790652 A EP 10790652A EP 2491302 A1 EP2491302 A1 EP 2491302A1
Authority
EP
European Patent Office
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diodes
box
substrate
support
lighting device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10790652A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David Delhorme
Aude Montgermont
Jingwei Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP2491302A1 publication Critical patent/EP2491302A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
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    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
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    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional [2D] array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/14—Planar light sources comprising a two-dimensional [2D] array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional [2D] array
    • F21Y2105/16—Planar light sources comprising a two-dimensional [2D] array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional [2D] array square or rectangular, e.g. for light panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to the field of lighting, in particular from light-emitting diodes as sources of illumination.
  • LEDs Light-emitting diodes
  • LEDs are their long life making the equipment employing them more durable, and requiring reduced maintenance.
  • the object of the invention is to propose a new lighting device or LED-based luminaire providing sufficient luminous efficiency without dazzling.
  • the lighting device or luminaire comprises a box, light-emitting diodes as light sources of illumination, a support disposed in the box and on which are arranged the diodes, and a glass substrate forming the facade of the luminaire, the diodes illuminating towards the substrate.
  • the luminaire such as:
  • the support of the diodes is made integral with the bottom of the box, the bottom of the box being made of a thermal conductive material of the metal type and said support integrating and / or being associated with heat dissipation means connected to the bottom of the box,
  • the glass substrate comprises means for diffusing light, said diffusing means, which are arranged facing the diodes,
  • a reflector is disposed inside the box so as to reflect the light rays in the direction of the substrate.
  • the thermal conductive material of the bottom of the box and the heat dissipation means integrated and / or associated with the support and connected to the bottom of the box are means for thermal evacuation of the heat generated by the diodes in operation.
  • the heat removal avoids degrading the efficiency of the diodes, and therefore guarantees to provide the luminous efficiency required for a luminaire.
  • This luminous efficiency is also optimized by the presence of a reflector.
  • the luminaire is very dazzling because of the diffusing means.
  • the glass substrate makes it possible to achieve a thin system because it can be close to LEDs despite the fact that they constitute hot spots;
  • the support of the diodes consists of a plate of general surface extending substantially parallel to the entire surface of the bottom of the box, and the reflector consists of a reflective coating attached to the face said plate facing the substrate.
  • the support of the diodes consists of separate strips which are distributed on the bottom of the box, and the reflector is formed by the bottom of the box whose constituent material is reflective and / or or by a reflective coating reported against the bottom of the box and / or by a reflective coating attached to the face of the bars facing the substrate.
  • the reported reflective coating is for example a lacquer or a paint.
  • the diodes can be encapsulated or be simple chips. Moreover, it is not necessary to use lenses.
  • the heat dissipation means integrated and / or associated with the support of the diodes consist of the material constituting the support, of the metallic type, or of metal surfaces integrated into the support, and possibly by means of securing the support. at the bottom of the box which are thermally conductive and made of an electrical insulating material, glue type or thermally conductive adhesive tape.
  • the diffusion means facing the diodes are arranged in focused areas of reduced extent, that is to say areas that correspond to the focusing points to the right of the diodes and in the immediate vicinity of said focusing points.
  • Each zone has a geometry corresponding to at least, or even including, the projection on the substrate of the light beam emitted by each of the diodes.
  • Each zone corresponds for example to an area at least delimited by a circle.
  • each diode illuminates with regard to diffusion means according to a light beam in the manner of a cone, the angle of the beam in the median and longitudinal plane of this cone being of the order of 100 to 140 °, and the distance from the end of the diodes to the glass substrate being of the order of 1 to 20 mm, preferably of the order of 10 mm.
  • the diffusing means make it possible to modify the light transmission of the substrate, making it weaker.
  • the light rays are transmitted in smaller quantities to the right of the diodes thus effectively reducing the glare of an individual observing the device.
  • the light transmission remains high at the level of the remaining surface of the substrate without any diffusing means so as to ensure adequate illumination.
  • diffusion means may be associated with the entire surface of the glass substrate. However, the diffusion means arranged with respect to the diodes will have a lower light transmission than those arranged on the rest of the glass surface.
  • the bare glass substrate (substrate without diffusion means) has a light transmission of at least 85% while associated with the diffusing means arranged with respect to the diodes, it has a light transmission of less than 85%, preferably between 40 and 85%.
  • the glass substrate associated with these other diffusing means has a light transmission greater than the light transmission of the diffusing means facing the diodes, preferably including at least between 70 and 90%.
  • the light transmission of the glass substrate with respect to the diodes is always lower than that of the rest of the substrate.
  • the lighting resulting from this device is advantageously homogeneous and very little dazzling.
  • the substrate may comprise, except in the zones comprising the diffusing means, a layer of silver covering its inner face facing the box to form an illuminating mirror.
  • Functional coatings of the anti-scratch coating type on the outer face opposite the external environment or elements with an optical effect of the printed element type on the glass of the substrate can be envisaged without hindering the function of the luminaire.
  • the diffusing means are arranged in the thickness of the glass and / or on the face of the internal substrate of the device facing the diodes. The diffusing means are thus protected and the external face of the device in contact with the external environment is smooth and easily cleanable.
  • the diffusing means associated with the substrate are obtained by sanding, acidifying, etching, preferably by laser, the glass substrate, or by screen printing an enamel or a diffusing layer, or else formed from a laminated diffusing plastic material. with the glass substrate.
  • Acid etching, sandblasting, etching (advantageously by laser) or screen printing may be preferred because providing a delineation of the treated areas easily controllable and reproducible industrially.
  • the substrate is secured to the support by mechanical fixing such as screwing, clipping, or by gluing, preferably in a sealed manner, or by encapsulation.
  • the lighting device of the invention is used as a functional luminaire and for any type of destination, such as for homes, industrial premises, locomotion equipment such as trains, boats, airplanes.
  • the lighting device of the invention preferentially waterproof, is particularly suitable for the lighting market of "hygienic" premises (clean rooms, hospitals, kitchens, ...) requiring a high degree of protection of the IP65 type.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of the device of the invention
  • Figure 2 is a top view of Figure 1 without its facade glass substrate
  • FIG. 3 is a top view of the device of the invention devoid of its facade glass substrate according to another geometric shape;
  • FIG. 4 is a view from above of the substrate of the device of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a partial view of the luminaire of the invention according to an alternative support of the LEDs;
  • FIG. 6 is a schematic view of the illumination of an LED
  • FIG. 1 illustrates a schematic view of the lighting device or luminaire 1 of the invention comprising a box 10 forming the rear of the luminaire, light-emitting diodes (LEDs) 2 constituting the light sources and arranged in the box 10, a substrate 3 glass forming the front of the luminaire, and 4 localized scattering means.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the box 10 has a bottom 1 1 and inclined sidewalls 12 and is open opposite its bottom.
  • the box houses the LEDs 2 and is closed at its opening by the glass substrate 3.
  • the fastening of the glass substrate 3 to the walls 12 of the box is obtained by fastening means 5, such as screwing, clipping, gluing, encapsulation, etc.
  • the entire box 10 and the glass substrate 3 provides a flat structure, low overall dimensions whose overall thickness corresponds to the thickness of the box, the housing height of the diodes and the thickness of the glass substrate.
  • the luminaire thus designed is of reduced thickness, of the order of 10 to 30mm.
  • the dimensions (length and width) of the luminaire are adapted to the use made of it, and the number of diodes is then a function of these dimensions.
  • the luminaire can cover various facade shapes such as rectangular, square ( Figure 2), round ( Figure 3) or any other geometric shape to suit the desired design.
  • the box 10 of the luminaire is constituted according to the invention, at least for its bottom, a thermal conductive material, such as a metallic material of the aluminum, copper or stainless steel type.
  • the LEDs 2 On its internal face 13, facing the substrate 3, are arranged the LEDs 2.
  • the conductive material of the box acts as a heat sink, thus evacuating the heat released by the LEDs to the outside, which guarantees a good efficiency of the LEDs. and participate in their longevity.
  • the LEDs 2 are arranged on a support 20 constituted in a first variant illustrated in FIG. 1 by a plurality of bars, or a second variant illustrated in FIG. 5 by a printed circuit board plate. larger surface corresponding substantially to the surface of the luminaire.
  • the support which is in the form of a plate or bars is named in English PCB for Printed Circuit Board. It is made of plastic or is metallic. Most often, the bars are metal, while the plate is plastic.
  • the advantage of the plurality of strips with respect to a single PCB plate is to reduce the manufacturing cost by optimizing the usable surface area of the diode arrangement, allow a flexible distribution of the diodes on the luminaire surface and adapt and its design, and finally reduce the cost of maintenance, only the defective bar being replaced.
  • the support 20 is fixed to the inner face 13 of the box by securing means 21, which are a function of the type of support 20 used.
  • the support consists of metal bars.
  • the diodes are soldered on tracks that are electrically insulated from the metallic material of the bars.
  • the metallic material of the bars being thermal conductor, the bars are directly pressed against the metal box to obtain the heat dissipation, the fixing being performed by dipsage, or screwing, or by means of fastening 21 thermal conductors as shown in Figure 1 .
  • the thermal conductive bonding material is, for example, thermally conductive adhesive or double-sided adhesive tape, this material also being an electrical insulator
  • the diodes are soldered on heat-dissipating surfaces 22 (called “thermal pad” in English ") reported on the two opposite faces of the plate (references 22a and 22c) and according to its thickness (reference 22b)
  • the fastening of the plate 20 is made by a thermal conductive joining material 21 associated with the Thermal dissipation surfaces 22c
  • the thermal conductive bonding material 21 is, for example, thermally conductive adhesive or double-sided adhesive tape, this material also being electrically insulating.
  • the adhesive tape has the advantage of providing a calibrated thickness, allowing the LED support to be perfectly flat and to ensure that the diodes are all equidistant from the substrate. In addition, the adhesive tape allows its prior attachment to the support.
  • each diode illuminates according to a light beam in the manner of a cone, the angle ⁇ (FIG. 1 and FIG. 6 in more detail) of the beam in a median and longitudinal plane of the cone being of the order of 100 to 140 °, and the distance D from the end of the diode to the glass substrate 3 is of the order of 1 to 20 mm, preferably of the order of 10 mm.
  • the light spot projected onto the substrate is delimited by a circle of diameter Y equal to 2Dtan (cc / 2).
  • the luminaire advantageously comprises a reflector, that is to say a reflecting surface of the light rays, so that the light rays emitted by the diodes and not transmitted directly through the substrate but trapped in the box are returned to the substrate to escape to the outside, thereby improving the total luminous efficiency of the luminaire.
  • the reflector is different depending on the variant of the support 20 of the LEDs. This reflector corresponds in the variant of the bars, to the inner face 13 of the box having a suitable surface treatment and / or a suitable reported coating, such as a lacquer or paint.
  • the reflector consists of a reflective surface covering the entire face 23 of the plate facing the substrate (FIG. ) or of reflective surfaces of more limited area, arranged on the face 23 of the plate by surrounding the LEDs and constituted for example by the heat-dissipating surfaces 22a (FIG. 5) or by a suitable reported coating, such as a lacquer or paint.
  • the luminaire comprises diffusion means 4. These diffusion means associated with the substrate 3 are distributed appropriately according to the illumination produced by the LEDs. In particular, they have a geometry corresponding to the projection surface of the light beam emitted by each of the LEDs on the substrate, for example in the form of circles as illustrated in FIG. 4.
  • the glass substrate 3 has a high light transmission of at least 85%. It may be as examples, in particular according to the aesthetic rendering or the desired optical effect, and / or the destination of the luminaire of:
  • - Extra-clear glass without coloration such as Diamant® glass from SAINT-GOBAIN GLASS; pyramidal type printed glass, such as Albarino® glass from the company SAINT-GOBAIN GLASS, reliefs in the form of pyramids being established on the external face 3A of the substrate facing the external environment of the luminaire;
  • the glass substrate may constitute an illuminating mirror as illustrated in FIG. 7.
  • the glass substrate 3 is a transparent glass, one of whose faces, the inner face 3B facing the interior of the luminaire , is provided with a reflective coating 30 such as a silver-based layer except in certain areas 32 to ensure the transmission of light. It is at these zones 32 that the diffusing means 4 are arranged opposite the diodes.
  • the diffusing means are obtained by sanding the reflective layer, to simplify manufacture.
  • the glass substrate 3 comprises diffusing means 4 capable of modifying the light transmission of the substrate so that it is between 40 and 85%.
  • the diffusing means 4 are located and arranged at least opposite the LEDs. They are then arranged in focused areas facing the diodes and reduced extent, typically in the form of circles.
  • the reflector advantageously makes it possible to reflect these so-called light rays towards the substrate, and which thus escape diffusively and in priority through the zones of the substrate 31 free of diffusing means.
  • the lighting is particularly bright with an efficiency of at least 40 Im / W (lumens / Watt), while being homogeneous and very dazzling. Efficiency is measured in the usual way using a goniometer and at room temperature.
  • a device according to the invention of dimensions 600 mm long by 600 mm wide and having fifty LEDs each achieving an efficiency of 70 Im / W after temperature stabilization provides a total efficiency of the luminaire 54 Im / W.
  • the optical efficiency of the luminaire (ratio between the total efficiency and the efficiency of a diode) is in this example 77%, that is to say greater than 70%.
  • the luminaire can achieve even greater efficiency by using LEDs with luminous efficiency greater than 70 Im / W.
  • the diffusing means 4 are arranged in the thickness of the glass and / or on the internal face 3B of the substrate facing the support. They are obtained by sanding, or acidification as realized for the SAINT-GOBAIN GLASS Satinovo® glass, or laser engraving, or by screen printing of an enamel or diffusing layer such as made for Smoothlite® glass. SAINT-GOBAIN GLASS. Silkscreening has the advantage of allowing any type of design to be obtained with well-defined boundaries.
  • the diffusing means consist of the design of the diffusing plastic material when the substrate is made of laminated glass.
  • the diffusing means 4 are as described above advantageously distributed in a localized manner facing the diodes, where it is imperative to obtain a lower light transmission than for the rest of the substrate.
  • the luminaire of the invention provides, by the combination of the LEDs and the glass substrate provided with diffusing means facing the LEDs, efficient lighting. while being homogeneous and very dazzling, the diffusing means ensuring distribution and local adaptation of the light transmission on the surface of the glass.
  • the reflector suitably arranged in the box allows by the reflection of the light to the substrate to maximize the efficiency of the lighting coming out of the luminaire.
  • the thermal conduction property of the box, the support of the LEDs, and means for securing the support to the box, generates a dissipation of the heat released by the LEDs, not detrimental to the efficiency of the luminaire.
  • the use of LEDs as light sources provides a luminaire of extremely reduced thickness.

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Abstract

La présente invention concerne un luminaire (1) comportant des diodes électroluminescentes (2) en tant que sources lumineuses d'éclairage et agencées sur un support (20), et un caisson logeant le support des diodes et fermé par un substrat verrier (3) en regard des diodes. Le caisson, tout comme les moyens de solidarisation du support au caisson, sont en un matériau thermiquement conducteur. En outre, des moyens de diffusion de la lumière (4) sont agencés au moins dans des zones localisées en regard des diodes, et un réflecteur de lumière est agencé dans le caisson. Le luminaire est ainsi de faible épaisseur, de forte efficacité, et très peu éblouissant.

Description

DISPOSITIF D'ECLAIRAGE A DIODES ELECTROLUMINESCENTES
L'invention concerne le domaine de l'éclairage, en particulier à partir de diodes électroluminescentes comme sources d'éclairage.
Les diodes électroluminescentes ou DEL (LED en anglais) ont à l'origine été employées pour constituer des lampes témoins ou voyants lumineux d'appareils électriques et électroniques, et assurent depuis déjà quelques années l'éclairage de dispositifs de signalisation tels que les feux de signalisation de véhicules automobiles (clignotants, feux de position), ou de lampes portatives ou de balisage.
Récemment leur utilisation s'est développée en vue de remplacer les ampoules à incandescence halogène.
L'intérêt des DEL est leur longue durée de vie rendant les appareillages les employant davantage pérennes, et nécessitant un entretien réduit.
L'invention a pour but de proposer un nouveau dispositif d'éclairage ou luminaire à base de DEL fournissant une efficacité lumineuse suffisante sans éblouir.
Selon l'invention, le dispositif d'éclairage ou luminaire comporte un caisson, des diodes électroluminescentes en tant que sources lumineuses d'éclairage, un support disposé dans le caisson et sur lequel sont agencées les diodes, et un substrat en verre formant la façade du luminaire, les diodes éclairant en direction du substrat. Le luminaire tel que :
le support des diodes est rendu solidaire du fond du caisson, le fond du caisson étant fait d'un matériau conducteur thermique du type métallique et ledit support intégrant et/ou étant associé à des moyens de dissipation thermique connectés au fond du caisson,
le substrat en verre comporte des moyens de diffusion de la lumière, dits moyens diffusants, qui sont agencés en regard des diodes,
un réflecteur est disposé à l'intérieur du caisson de façon à réfléchir les rayons lumineux en direction du substrat. Le matériau conducteur thermique du fond du caisson ainsi que les moyens de dissipation thermique intégrés et/ou associés au support et connectés au fond du caisson constituent des moyens d'évacuation thermique de la chaleur dégagée par les diodes en fonctionnement. Ainsi, l'évacuation de la chaleur évite de dégrader le rendement des diodes, et par conséquent garantit de fournir l'efficacité lumineuse requise pour un luminaire. Cette efficacité lumineuse est également optimisée par la présence d'un réflecteur. En outre, le luminaire est très peu éblouissant en raison des moyens diffusants.
En outre, de multiples atouts résultent de la constitution en verre de la façade du dispositif d'éclairage:
Le verre présentant une bonne résistance à la chaleur, le substrat verrier permet de réaliser un système mince car il peut être proche des DEL malgré le fait qu'elles constituent des points chauds;
Ceci permet également d'utiliser des DEL de puissance importante (supérieure à 100 mW), donc constituant des sources d'éclairage plus chaudes,, le rendement lumineux étant plus élevé (de l'ordre de 100 Im/W au lieu de 40 Im/W). Le verre est lisse et mécaniquement résistant de sorte qu'il présente une facilité de nettoyage et ne se raye pas, ce qui présente un intérêt particulier pour les luminaires installés dans des lieux imposant une hygiène stricte.
- Le verre répond aux besoins des normes de sécurité au feu.
Selon une variante de réalisation, le support des diodes est constitué d'une plaque de surface générale s'étendant sensiblement parallèlement à l'ensemble de la surface du fond du caisson, et le réflecteur est constitué d'un revêtement réfléchissant rapporté sur la face de ladite plaque en regard du substrat.
Selon une autre variante, le support des diodes est constitué de barrettes séparées qui sont réparties sur le fond du caisson, et le réflecteur est formé par le fond du caisson dont le matériau constitutif est réfléchissant et/ou ou par un revêtement réfléchissant rapporté contre le fond du caisson et/ou par un revêtement réfléchissant rapporté sur la face des barrettes en regard du substrat. Le revêtement réfléchissant rapporté est par exemple une laque ou une peinture.
Selon une caractéristique, les diodes peuvent être encapsulées ou être de simples puces. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire d'utiliser des lentilles.
Selon une autre caractéristique, les moyens de dissipation thermique intégrés et/ou associés au support des diodes sont constitués par le matériau constitutif du support, du type métallique, ou par des surfaces métalliques intégrées au support, et éventuellement par des moyens de solidarisation du support au fond du caisson qui sont thermiquement conducteurs et faits d'un matériau isolant électrique, du type colle ou ruban adhésif thermiquement conducteur. Les moyens de diffusion en regard des diodes sont disposés dans des zones focalisées et d'étendue réduite, c'est-à-dire des zones qui correspondent aux points de focalisation au droit des diodes et à proximité immédiate desdits points de focalisation.
Ces zones de diffusion de la lumière au regard des diodes s'étendent ainsi dans un plan parallèle aux grandes extensions du substrat. Chaque zone présente une géométrie correspondant à au moins, voire incluant, la projection sur le substrat du faisceau lumineux émis par chacune des diodes.
Chaque zone correspond par exemple à une aire au moins délimitée par un cercle.
En particulier, chaque diode éclaire en regard des moyens de diffusion selon un faisceau lumineux à la manière d'un cône, l'angle du faisceau dans le plan médian et longitudinal de ce cône étant de l'ordre de 100 à 140°, et la distance de l'extrémité des diodes au substrat verrier étant de l'ordre de 1 à 20 mm, de préférence de l'ordre de 10 mm.
Les moyens diffusants permettent de modifier la transmission lumineuse du substrat, la rendant plus faible. Les rayons lumineux sont transmis en moindre quantité au droit des diodes réduisant ainsi efficacement l'éblouissement d'un individu observant le dispositif. En revanche, la transmission lumineuse reste élevée au niveau de la surface restante du substrat exempte de moyens diffusants de manière à assurer convenablement l'éclairage. En variante, des moyens de diffusion peuvent être associés à l'ensemble de la surface du substrat verrier. Toutefois, les moyens de diffusion agencés au regard des diodes présenteront une transmission lumineuse plus faible que ceux agencés sur le reste de la surface verrière.
En particulier, le substrat en verre nu (substrat sans moyens de diffusion) présente une transmission lumineuse d'au moins 85% tandis qu'associé aux moyens diffusants agencés au regard des diodes, il présente une transmission lumineuse inférieure à 85%, de préférence comprise entre 40 et 85 %. Lorsque d'autres moyens diffusants sont disposés dans les zones séparant celles des moyens diffusants au regard des diodes, le substrat verrier associé à ces autres moyens diffusants présente une transmission lumineuse supérieure à la transmission lumineuse des moyens diffusants en regard des diodes, de préférence comprise au moins entre 70 et 90%.
Par conséquent, la transmission lumineuse du substrat verrier au regard des diodes est toujours inférieure à celle du reste du substrat. L'éclairage issu de ce dispositif est avantageusement homogène et très peu éblouissant.
Le substrat peut comporter, hormis dans les zones comportant les moyens diffusants, une couche d'argent recouvrant sa face interne en regard du caisson pour constituer un miroir éclairant. Des revêtements fonctionnels du type revêtement anti-rayure sur la face externe en regard de l'environnement extérieur ou des éléments à effet optique du type éléments imprimés sur le verre du substrat, peuvent être envisagés sans faire obstacle à la fonction du luminaire. Selon une autre caractéristique, les moyens diffusants sont agencés dans l'épaisseur du verre et/ou sur la face du substrat interne au dispositif en regard des diodes. Les moyens diffusants sont ainsi protégés et la face externe du dispositif en contact avec l'environnement extérieur est lisse et aisément nettoyable.
Les moyens diffusants associés au substrat sont obtenus par sablage, acidage, gravure, de préférence par laser, du substrat verrier, ou par sérigraphie d'un émail ou d'une couche diffusante, ou encore formés à partir d'une matière plastique diffusante feuilletée avec le substrat verrier.
L'attaque acide, le sablage, la gravure (avantageusement par laser) ou la sérigraphie pourront être préférés car fournissant une délimitation des zones traitées aisément contrôlable et reproductible industriellement.
La solidarisation du substrat au support est réalisée par fixation mécanique du type vissage, clipsage, ou par collage, de préférence de manière étanche, ou encore par encapsulation. Le dispositif d'éclairage de l'invention est utilisé en tant que luminaire fonctionnel et pour tout type de destination, telle que pour des habitations, des locaux industriels, engins de locomotion du type trains, bateaux, avions. Par sa conception plate et mince (d'épaisseur réduite, d'environ 10 à 30 mm), du fait de ses éléments constitutifs, et par son substrat de façade en verre aisément nettoyable, le dispositif d'éclairage de l'invention, préférentiellement étanche, est particulièrement adapté au marché de l'éclairage de locaux « hygiéniques » (salle blanche, hôpitaux, cuisines,...) nécessitant un indice de protection élevé du type IP65. La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles :
- La figure 1 représente une vue schématique en coupe du dispositif de l'invention;
- La figure 2 est une vue de dessus de la figure 1 dépourvue de son substrat en verre de façade;
- La figure 3 est une vue de dessus du dispositif de l'invention dépourvue de son substrat en verre de façade selon une autre forme géométrique;
- La figure 4 est une vue de dessus du substrat du dispositif de la figure 1 ;
- La figure 5 est une vue partielle du luminaire de l'invention selon une variante de support des DEL;
- La figure 6 est une vue schématique de l'éclairage d'une DEL;
- Les figures 7 et 8 illustrent deux vues en coupe de deux variantes de réalisation du luminaire; La figure 1 illustre une vue schématique du dispositif d'éclairage ou luminaire 1 de l'invention comportant un caisson 10 formant l'arrière du luminaire, des diodes électroluminescentes (DEL) 2 constituant les sources lumineuses et agencées dans le caisson 10, un substrat en verre 3 formant la façade du luminaire, et des moyens diffusants 4 localisés.
Le caisson 10 comporte un fond 1 1 et des parois latérales 12 inclinées et est ouvert à l'opposé de son fond. Le caisson loge les DEL 2 et est refermé au niveau de son ouverture par le substrat verrier 3. La solidarisation du substrat verrier 3 aux parois 12 du caisson est obtenue par des moyens de fixation 5, tels que vissage, clipsage, collage, encapsulation, etc .. L'ensemble du caisson 10 et du substrat verrier 3 fournit une structure plate, de faible encombrement dont l'épaisseur globale correspond à l'épaisseur du caisson, la hauteur de logement des diodes et l'épaisseur du substrat verrier. Le luminaire ainsi conçu est d'épaisseur réduite, de l'ordre de 10 à 30mm.
Les dimensions (longueur et largeur) du luminaire sont adaptées à l'utilisation qui en est faite, et le nombre de diodes est alors fonction de ces dimensions. Le luminaire peut recouvrir diverses formes en façade telles que rectangulaire, carrée (figure 2), ronde (figure 3) ou toute autre forme géométrique s'adaptant au design souhaité.
Le caisson 10 du luminaire est constitué selon l'invention, au moins pour son fond, d'un matériau conducteur thermique, tel qu'un matériau métallique du type aluminium, cuivre ou acier inoxydable.
Sur sa face interne 13, en regard du substrat 3, sont agencées les DEL 2. Le matériau conducteur du caisson assure un rôle de dissipateur thermique, évacuant ainsi vers l'extérieur la chaleur dégagée par les DEL ce qui garantit une bonne efficacité des DEL et participe à leur longévité.
Les DEL 2 sont disposées sur un support 20 constitué dans une première variante illustrée en figure 1 par une pluralité de barrettes, ou une seconde variante illustrée sur la figure 5 par une plaque de circuit imprimé de surface plus importante correspondant sensiblement à la surface du luminaire.
Le support qui soit sous forme d'une plaque ou de barrettes est nommé en anglais PCB pour Printed Circuit Board. Il est constitué de matière plastique ou est métallique. Le plus souvent, les barrettes sont métalliques, tandis que la plaque est en matière plastique.
L'avantage de la pluralité de barrettes par rapport à une plaque unique de PCB est de réduire le coût de fabrication en optimisant la surface utile à l'agencement des diodes, permettre une répartition flexible des diodes sur la surface du luminaire et s'adapter ainsi à son design, et enfin réduire le coût de maintenance, seule la barrette défectueuse étant à remplacer. Le support 20 est fixé à la face interne 13 du caisson par des moyens de solidarisation 21 , qui sont fonction du type de support 20 utilisé.
En regard de la figure 1 , le support est constitué de barrettes métalliques. Les diodes sont soudées sur des pistes qui sont isolées électriquement du matériau métallique des barrettes. Le matériau métallique des barrettes étant conducteur thermique, les barrettes sont directement plaquées contre le caisson métallique pour obtenir la dissipation thermique, la fixation étant réalisée par dipsage, ou vissage, ou par des moyens de solidarisation 21 conducteurs thermiques tels que représentés sur la figure 1 . Le matériau de solidarisation conducteur thermique est par exemple de la colle ou du ruban adhésif double face thermiquement conducteur, ce matériau étant également isolant électrique
Lorsque le support 20 est une plaque en matière plastique (figure 5), les diodes sont soudées sur des surfaces dissipatrices de chaleur 22 (dits "thermal pad" en anglais") rapportées sur les deux faces opposées de la plaque (références 22a et 22c) et selon son épaisseur (référence 22b). La fixation de la plaque 20 est réalisée par un matériau de solidarisation 21 conducteur thermique associé aux surfaces de dissipation thermiques 22c. Le matériau de solidarisation conducteur thermique 21 est par exemple de la colle ou du ruban adhésif double face thermiquement conducteur, ce matériau étant également isolant électrique.
Le ruban adhésif présente l'avantage de fournir une épaisseur calibrée, permettant au support des DEL d'être parfaitement plan et d'assurer aux diodes d'être toutes à égale distance du substrat. De plus, le ruban adhésif permet sa fixation préalable au support.
Selon l'invention, chaque diode éclaire selon un faisceau lumineux à la manière d'un cône, l'angle a (figure 1 et figure 6 plus en détail) du faisceau dans un plan médian et longitudinal du cône étant de l'ordre de 100 à 140°, et la distance D de l'extrémité de la diode au substrat verrier 3 étant de l'ordre de 1 à 20 mm, de préférence de l'ordre de 10 mm. La tache lumineuse en projection sur le substrat est délimitée par un cercle de diamètre Y égal à 2Dtan(cc/2).
Le luminaire comporte avantageusement un réflecteur, c'est-à-dire une surface de réflexion des rayons lumineux, afin que les rayons lumineux émis par les diodes et n'ayant pas été directement transmis au travers du substrat mais piégés dans le caisson, soient renvoyés vers le substrat pour s'échapper vers l'extérieur, améliorant ainsi l'efficacité lumineuse totale du luminaire.
Le réflecteur se présente différemment selon la variante du support 20 des DEL. Ce réflecteur correspond dans la variante des barrettes, à la face interne 13 du caisson présentant un traitement de surface adapté et/ou un revêtement approprié rapporté, tel qu'une laque ou une peinture.
Pour la variante de la plaque qui s'étend parallèlement à l'ensemble de la face interne 13 du caisson, le réflecteur est constitué d'une surface réfléchissante recouvrant l'ensemble de la face 23 de la plaque en regard du substrat (figure 5) ou bien de surfaces réfléchissantes d'aire plus limitée, agencées sur la face 23 de la plaque en entourant les DEL et constituées par exemple par les surfaces dissipatrices de chaleur 22a (figure 5) ou par un revêtement approprié rapporté, tel qu'une laque ou une peinture. Pour assurer un éclairage sans éblouissement, le luminaire comprend des moyens de diffusion 4. Ces moyens de diffusion associés au substrat 3 sont répartis de manière appropriée en fonction de l'éclairage produit par les DEL. En particulier, ils présentent une géométrie correspondant à la surface de projection du faisceau lumineux émis par chacune des DEL sur le substrat, par exemple sous forme de cercles tels qu'illustrés sur la figure 4.
Le substrat en verre 3 présente une forte transmission lumineuse, d'au moins 85%. Il peut s'agir à titre d'exemples, selon notamment le rendu esthétique ou l'effet optique souhaité, et/ou la destination du luminaire de :
- verre de composition standard, tel que le verre Planilux® de la société SAINT-GOBAIN GLASS, de coloration légèrement verte;
- verre extra-clair sans coloration (neutre) tel que le verre Diamant® de la société SAINT-GOBAIN GLASS; - verre imprimé de type pyramidal, tel que le verre Albarino® de la société SAINT-GOBAIN GLASS, des reliefs en forme de pyramides étant établis sur la face externe 3A du substrat en regard de l'environnement extérieur du luminaire;
- verre trempé présentant une meilleure résistance mécanique;
- verre feuilleté
Selon une variante de réalisation, le substrat verrier peut constituer un miroir éclairant tel qu'illustré sur la figure 7. Le substrat verrier 3 est un verre transparent dont l'une des faces, la face interne 3B en regard de l'intérieur du luminaire, est pourvue d'un revêtement réfléchissant 30 tel qu'une couche à base d'argent hormis dans certaines zones 32 pour assurer la transmission de lumière. C'est au niveau de ces zones 32 que sont disposés les moyens diffusants 4, en regard des diodes. De préférence, pour cette application, les moyens diffusants sont obtenus par sablage de la couche réfléchissante, pour simplifier la fabrication.
Selon l'invention, le substrat verrier 3 comporte des moyens diffusants 4 aptes à modifier la transmission lumineuse du substrat de façon que celle- ci soit comprise entre 40 et 85 %.
Les moyens diffusants 4 sont localisés et agencés au moins en regard des DEL. Ils sont alors disposés dans des zones focalisées en regard des diodes et d'étendue réduite, typiquement sous forme de cercles.
Ils empêchent une transmission trop intense des rayons lumineux émis par les DEL, diminuent substantiellement l'éblouissement d'un individu regardant vers le luminaire. Les rayons lumineux qui n'ont pu être transmis via le substrat sont réfléchis par les moyens diffusants vers l'intérieur du dispositif. Le réflecteur (face interne 13 du caisson et/ou revêtement de surface sur la plaque de support des DEL) permet avantageusement de réfléchir ces dits rayons lumineux vers le substrat, et qui ainsi s'échappent de façon diffusante et en priorité par les zones du substrat 31 exemptes de moyens diffusants.
L'éclairage est ainsi particulièrement lumineux selon une efficacité d'au moins 40 Im/W (lumens/Watt), tout en étant homogène et très peu éblouissant. L'efficacité est mesurée de manière usuelle à l'aide d'un goniomètre et à température ambiante.
A titre d'exemple, un dispositif selon l'invention de dimensions 600 mm de long par 600mm de large et disposant de cinquante DEL atteignant chacune une efficacité de 70 Im/W après stabilisation en température, procure une efficacité totale du luminaire de 54 Im/W. L'efficacité optique du luminaire (rapport entre l'efficacité totale et l'efficacité d'une diode) est dans cet exemple de 77 %, c'est-à-dire supérieure à 70%. Aussi le luminaire peut-il atteindre une efficacité encore accrue en utilisant des DEL d'efficacité lumineuse supérieure à 70 Im/W.
Les moyens diffusants 4 sont agencés dans l'épaisseur du verre et/ou sur la face interne 3B du substrat face au support. Ils sont obtenus par sablage, ou acidage tel que réalisé pour le verre Satinovo® de SAINT- GOBAIN GLASS, ou gravure par laser, ou encore par sérigraphie d'un émail ou d'une couche diffusante telle que réalisée pour le verre Smoothlite® de SAINT-GOBAIN GLASS. La sérigraphie a l'avantage de permettre d'obtenir tout type de design aux délimitations bien arrêtées. Dans une autre variante, les moyens diffusants sont constitués par la conception de la matière plastique diffusante lorsque le substrat est en verre feuilleté. Les moyens diffusants 4 sont comme décrits ci-dessus avantageusement répartis de manière localisés en regard des diodes, où il est impératif d'obtenir une transmission lumineuse plus faible que pour le reste du substrat. Toutefois, dans une variante de réalisation telle qu'illustrée sur la figure 8, d'autres moyens diffusants 6 pourraient être disposés dans les zones séparant lesdits moyens diffusants 4, et réalisés par des procédés similaires (gravure, sablage, acidage, etc .). Néanmoins, ces autres moyens diffusants 6 devront présenter une transmission lumineuse plus élevée que lesdits moyens diffusants 4. Ainsi, le luminaire de l'invention procure par la combinaison des DEL et du substrat verrier pourvu des moyens diffusants en regard des DEL , un éclairage efficient tout en étant homogène et très peu éblouissant, les moyens diffusants assurant une répartition et une adaptation locale de la transmission lumineuse sur la surface du verre.
Par ailleurs, le réflecteur agencé de manière appropriée dans le caisson permet par la réflexion de la lumière vers le substrat de maximiser l'efficacité de l'éclairage sortant du luminaire. En outre, la propriété de conduction thermique du caisson, du support des DEL, et des moyens de solidarisation du support au caisson, engendre une dissipation de la chaleur dégagée par les DEL, ne nuisant pas à l'efficacité du luminaire. Enfin, l'utilisation des DEL comme sources d'éclairage fournit un luminaire d'épaisseur extrêmement réduite.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'éclairage (1 ) comportant un caisson (10), des diodes électroluminescentes (2) en tant que sources lumineuses d'éclairage, un support (20) disposé dans le caisson et sur lequel sont agencées les diodes, et un substrat (3) en verre formant la façade du dispositif, les diodes éclairant en direction du substrat, le luminaire étant tel que
le support (20) des diodes est rendu solidaire du fond (13) du caisson, le fond du caisson étant fait d'un matériau conducteur thermique du type métallique et ledit support intégrant et/ou étant associé à des moyens de dissipation thermique connectés au fond (13) du caisson,
le substrat en verre (3) comporte des moyens de diffusion de la lumière (4), dits moyens diffusants, qui sont agencés en regard des diodes,
un réflecteur (13, 22) est disposé à l'intérieur du caisson de façon à réfléchir les rayons lumineux en direction du substrat.
2. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le support (20) des diodes est constitué d'un plaque de surface générale s'étendant sensiblement parallèlement à l'ensemble de la surface du fond (13) du caisson, et le réflecteur est constitué d'un revêtement réfléchissant rapporté sur la face (23) de ladite plaque en regard du substrat.
3. Dispositif d'éclairage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le support (20) des diodes est constitué de barrettes séparées qui sont réparties sur le fond du caisson, et le réflecteur est formé par le fond (13) du caisson dont le matériau constitutif est réfléchissant et/ou par un revêtement réfléchissant rapporté contre le fond du caisson et/ou par un revêtement réfléchissant rapporté sur la face des barrettes en regard du substrat.
4. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dissipation thermique intégrés et/ou associés au support (20) des diodes sont constitués par le matériau constitutif du support, du type métallique, ou par des surfaces métalliques (22a, 22b, 22c) intégrées au support, et éventuellement par des moyens de solidarisation (21 ) du support au fond du caisson qui sont thermiquement conducteurs et faits d'un matériau isolant électrique, du type colle ou ruban adhésif thermiquement conducteur.
5. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens diffusants (4) sont agencés dans des zones dont chacune présente une géométrie correspondant au moins à la projection sur le substrat du faisceau lumineux émis par chacune des diodes.
6. Dispositif d'éclairage selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque zone correspond à une aire au moins délimitée par un cercle, le faisceau lumineux de chaque diode éclairant à la manière d'un cône, l'angle de ce faisceau dans le plan médian et longitudinal de ce cône étant de l'ordre de 100 à 140°.
7. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (3) en verre nu présente une transmission lumineuse d'au moins 85% tandis qu'associé aux moyens diffusants (4), il présente une transmission lumineuse inférieure à 85%, de préférence comprise entre 40 et 85 %.
8. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que d'autres moyens diffusants (6) sont disposés dans les zones séparant celles des moyens diffusants (4) en regard des diodes, le substrat verrier associé à ces autres moyens diffusants présentant une transmission lumineuse supérieure à la transmission lumineuse des moyens diffusants (4) en regard des diodes, de préférence comprise au moins entre 70 et 90%.
9. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat (3) comporte, hormis dans les zones comportant les moyens diffusants (4), une couche réfléchissante (30) telle qu'en argent recouvrant sa face interne (3B) en regard du caisson pour constituer un miroir éclairant.
10. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens diffusants (4) sont agencés dans l'épaisseur du verre et/ou sur la face interne (3B) du substrat en regard des diodes.
1 1 . Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solidarisation du substrat (3) au caisson (10) est réalisée par fixation mécanique du type vissage, clipsage, ou par collage, de préférence de manière étanche, ou encore par encapsulation.
12. Dispositif d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une forme sensiblement plate et mince d'épaisseur réduite, notamment entre environ 10 et 30 mm.
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