FR3053760A1 - Source lumineuse et module lumineux correspondant pour vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Un module lumineux comporte une source lumineuse (4) et une pièce optique (6) de mise en forme des rayons lumineux émis par la source lumineuse. La source lumineuse (4) est une source à semi-conducteur qui comprend une pluralité d'unités électroluminescentes (8) de dimensions submillimétriques, ainsi qu'au moins une excroissance de positionnement (9) configurée pour participer au positionnement de la source lumineuse sur une pièce optique (6). La source lumineuse est positionnée par rapport à la pièce optique par coopération de la au moins une excroissance de positionnement (9) avec un orifice de réception (40) correspondant formé dans la pièce optique.

Description

(54) SOURCE LUMINEUSE ET MODULE LUMINEUX CORRESPONDANT POUR VEHICULE AUTOMOBILE.
FR 3 053 760 - A1 (57) Un module lumineux comporte une source lumineuse (4) et une pièce optique (6) de mise en forme des rayons lumineux émis par la source lumineuse.
La source lumineuse (4) est une source à semi-conducteur qui comprend une pluralité d'unités électroluminescentes (8) de dimensions submillimétriques, ainsi qu'au moins une excroissance de positionnement (9) configurée pour participer au positionnement de la source lumineuse sur une pièce optique (6).
La source lumineuse est positionnée par rapport à la pièce optique par coopération de la au moins une excroissance de positionnement (9) avec un orifice de réception (40) correspondant formé dans la pièce optique.
Figure FR3053760A1_D0001
Figure FR3053760A1_D0002
i
SOURCE LUMINEUSE ET MODULE LUMINEUX CORRESPONDANT POUR
VEHICULE AUTOMOBILE
L’invention a trait au domaine de l’éclairage et/ou de la signalisation, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement les modules lumineux dans lesquels une source lumineuse est associée à une pièce optique pour la formation et la mise en forme d’un faisceau lumineux.
Les sources lumineuses utilisées dans ces modules sont de plus en plus fréquemment constituées par des diodes électroluminescentes, notamment pour des avantages d'encombrement et d'autonomie par rapport à des sources de lumière classiques. L'utilisation de diodes électroluminescentes dans les modules d'éclairage et/ou de signalisation a permis en outre aux acteurs du marché (constructeurs automobiles et concepteurs de dispositifs d’éclairage et/ou de signalisation) d'apporter une touche créative à la conception de ces dispositifs, notamment par l’utilisation d’un nombre toujours plus grand de ces diodes électroluminescentes pour réaliser des effets optiques.
Les diodes électroluminescentes sont notamment utilisées pour des modules lumineux permettant la réalisation de faisceaux adaptatifs, du type matriciels, qui nécessitent une grande précision notamment pour éviter un recouvrement non contrôlé des zones du faisceau correspondant à deux diodes voisines. En effet, il existe désormais un besoin, dans le domaine de l'automobile, de pouvoir illuminer la route devant soi en mode éclairage route partiel, à savoir générer dans un faisceau route une ou plusieurs plages sombres correspondant aux endroits où sont présents des véhicules venant en sens inverse ou des véhicules roulant devant, de manière à éviter l'éblouissement des autres conducteurs tout en éclairant la route dans sa plus grande surface. Une telle fonction est appelée ADB (Adaptive Driving Beam en anglais) ou encore “faisceau sélectif’. Une telle fonction ADB consiste à d’une part détecter de façon automatique un usager de la route susceptible d’être ébloui par un faisceau d’éclairage émis en mode feux de route par un projecteur, et à d’autre part modifier le contour de ce faisceau d’éclairage de manière à créer une zone d’ombre à l’endroit où se trouve l’usager détecté.
Les diodes électroluminescentes traditionnelles sont fixées à des plaques de circuits imprimés pour piloter leur alimentation électrique, et les pièces optiques sont positionnées sur ces plaques de circuit imprimés. Il en résulte une chaîne de côtes à plusieurs étages pour la position des moyens d’émission de lumière par rapport à la pièce optique, qui génère des tolérances de positionnement relatif des uns par rapport à l’autre de plusieurs centaines de microns, qui sont nuisibles voire rédhibitoire pour certaines fonctions et notamment les éclairages matriciels.
Cette chaîne de côtes à plusieurs étages s’explique notamment par un positionnement imprécis de la source lumineuse sur la plaque de circuits imprimés, notamment dû au flottement de la diode électroluminescente sur l’étain jusqu’à ce qu’il refroidisse.
Dans ce contexte, l’invention a pour objet une source lumineuse à semi-conducteur ainsi qu’un dispositif lumineux comprenant une telle source et une optique de mise en forme des rayons lumineux émis par cette source. Notamment, la source lumineuse faisant l’objet de l’invention comprend une pluralité d'unités électroluminescentes de dimensions submillimétriques, et elle comprend en outre au moins une excroissance de positionnement configurée pour participer au positionnement de la source lumineuse sur une pièce optique.
On indexe ainsi la source lumineuse sur la pièce optique, sans l’intermédiaire d’une plaque de support sur laquelle est rapportée la source lumineuse, de manière à réaliser un positionnement précis des éléments les uns par rapport aux autres et notamment une position fiable de la source lumineuse par rapport au foyer de la pièce optique.
La source lumineuse comprend un substrat à partir duquel s’étend ladite pluralité d’unités électroluminescentes de dimensions submillimétriques, et selon une caractéristique de l’invention, on prévoit que la au moins une excroissance de positionnement s’étend en saillie du même substrat.
Les unités électroluminescentes et la ou les excroissances de positionnement peuvent notamment être formées directement sur ce substrat. On peut prévoir que le substrat soit à base de silicium ou de carbure de silicium. On comprend que le substrat est à base de silicium dès lors qu’il comporte majoritairement du silicium, par exemple au moins 50% et dans la pratique environ 99%.
Selon une caractéristique de l’invention, on peut prévoir que la au moins une excroissance de positionnement est plus haute que les unités électroluminescentes, ce qui permet de faciliter la mise en coopération de l’élément mâle formé par cette excroissance et l’élément femelle formé dans la pièce optique amenée à venir en regard de la source lumineuse.
Par le terme hauteur, que ce soit celle de la ou les excroissances de positionnement ou des unités électroluminescentes, on définit la dimension d’extension de ces éléments depuis le substrat, sensiblement perpendiculairement à la surface supérieure de celui-ci, c’est-à-dire la surface dont émergent les excroissances et unités électroluminescentes.
Ainsi, on applique au domaine automobile une technologie consistant à réaliser la zone émettrice de lumière par une pluralité d’unités électroluminescentes que l'on fait croître sur un substrat, pour réaliser une topologie en trois dimensions qui présente l'avantage de multiplier la surface d'émission lumineuse par rapport aux diodes électroluminescentes connues jusque-là dans le domaine de l’automobile, à savoir des diodes sensiblement planes, et on utilise cette topologie en trois dimensions pour assurer un positionnement optimal de la source lumineuse par rapport à la pièce optique en face de laquelle elle est agencée. De la sorte, il est possible de fournir à moindre coût de revient une lumière très intense du fait de la multiplication de la surface et conforme à la règlementation du fait de la position fiable de la source.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- la au moins une excroissance de positionnement est formée par une pluralité d’unités électroluminescentes ;
- les unités électroluminescentes sont réparties en au moins un groupe d’unités émettrices et un groupe d’unités formant la au moins une excroissance de positionnement, seul le au moins un groupe d’unités émettrices étant raccordé électriquement pour participer à l’émission d’un faisceau lumineux ;
- la ou les excroissances de positionnement sont agencées à l’extérieur de zones d’émission formées par un groupe d’unités électroluminescentes ; notamment, une excroissance de positionnement est positionnée dans un coin de la source lumineuse et, dans le cas d’une pluralité d’excroissances de positionnement, les excroissances de positionnement peuvent être respectivement positionnées dans un coin de la source lumineuse qui leur est propre ;
- la au moins une excroissance de positionnement est formée par une paroi s’étendant entre des unités électroluminescentes.
Dans le cas où une pluralité d’excroissances de positionnement est prévue, que cellesci soient formées par des unités électroluminescentes ou par des parois, on comprend que le nombre et la localisation de ces excroissances sont définis de manière à assurer un positionnement isostatique de l’optique de mise en forme par rapport à la source de lumière et notamment par rapport au substrat.
Selon d’autres caractéristiques, on pourra prévoir que la source lumineuse à semiconducteur comprenant une pluralité d’unités électroluminescentes de dimensions submillimétriques comporte en outre une coucbe d’un matériau polymère formant un encapsulant en recouvrement de la source de manière à noyer au moins une unité électroluminescente : un tel encapsulant est déposé sur le substrat en recouvrement des unités, et il est avantageux que l’encapsulant s’étende au moins jusqu’à recouvrir l’unité la plus haute. La ou les excroissances de positionnement s’étendent selon une caractéristique de l’invention de manière à dépasser de la coucbe de matériau polymère formant l’encapsulant.
Ce matériau polymère peut être à base de silicone, étant entendu que le matériau polymère est à base de silicone dès lors qu’il comporte majoritairement du silicone, par exemple au moins 50% et dans la pratique environ 99%. La coucbe de matériau polymère peut comprendre un luminophore ou une pluralité de luminophores excités par la lumière générée par au moins un de la pluralité d’unités électroluminescentes. On entend par luminophore, ou convertisseur de lumière, la présence d’au moins un matériau luminescent conçu pour absorber au moins une partie d’au moins une lumière d’excitation émise par une source lumineuse et pour convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. Ce luminophore, ou cette pluralité de luminophores, peut être au moins partiellement noyé dans le polymère ou bien disposé en surface de la coucbe de matériau polymère. A titre d’exemple, les rayons émis par les unités électroluminescentes peuvent être de longueur d’onde correspondante à la couleur bleue et sont susceptibles d’être pour certains d’entre eux convertis en des rayons de longueur d’onde correspondante à la couleur jaune, de sorte que la recombinaison du bleu non converti et du jaune forme un faisceau blanc en sortie de la coucbe de matériau polymère.
La source lumineuse peut comporter une pluralité d’excroissances de positionnement, au moins deux excroissances de positionnement étant agencées sensiblement perpendiculairement l’une par rapport à l’autre ; on forme ainsi un système de détrompage, ou poke yoke, optimisant la mise en position de la source lumineuse par rapport à la pièce optique.
On peut prévoir que les unités électroluminescentes, que l’on peut également considérer comme des bâtonnets s’étendant en saillie d’un support, sont activables sélectivement, et qu’au moins deux groupes de bâtonnets électroluminescents de la source lumineuse soient agencés pour être allumés de manière sélective, étant entendu qu’on entend par cela qu’un ou plusieurs bâtonnets de la source lumineuse peuvent être pilotés pour jouer sur leur intensité lumineuse. On prévoit un système de contrôle de l’allumage distinct de ces bâtonnets, étant entendu qu’on entend principalement par cela que les bâtonnets peuvent être allumés ou éteints distinctivement les uns des autres, simultanément ou non.
On permet ainsi la réalisation d’une lumière pixellisée, qui peut évoluer en fonction des conditions de circulation par l’extinction et l’allumage de l’un ou l’autre des bâtonnets formant la source lumineuse. En d’autres termes, l’application d’une source lumineuse à semiconducteur, comportant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, dans un projecteur de véhicule automobile permet une mise en place simplifiée de systèmes d’éclairage adaptatifs, dans lesquels on peut souhaiter former des faisceaux matriciels dont une partie peut être éteinte pour par exemple ne pas éblouir un autre usager de la route. Il en résulte un besoin impératif d’une position fiable de la source lumineuse et des unités électroluminescentes par rapport à la pièce optique, afin de réaliser un découpage précis des faisceaux.
Selon une série de caractéristiques propres à la constitution des unités électroluminescentes et à la disposition de ces unités électroluminescentes sur le substrat, on pourra prévoir que, chaque caractéristique pouvant être prise seule ou en combinaison avec les autres :
- chaque unité présente une forme générale cylindrique, notamment de section polygonale ; on pourra prévoir que chaque unité ait la même forme générale, et notamment une forme hexagonale ;
- les unités électroluminescentes sont chacune délimitées par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long d’un axe longitudinal du bâtonnet définissant sa hauteur, la lumière étant émise au moins à partir de la paroi circonférentielle ; cette lumière pourrait également être émise par la face terminale ;
- chaque unité électroluminescente peut présenter une face terminale qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi circonférentielle, et dans différentes variantes, on peut prévoir que cette face terminale est sensiblement plane ou bombée, ou pointue, en son centre ;
- les unités électroluminescentes sont agencées en matrice à deux dimensions, que cette matrice soit régulière, avec un espacement constant entre deux unités électroluminescentes successives d’un alignement donné, ou que les unités électroluminescentes soient disposées en quinconce ;
- la hauteur d’une unité électroluminescente est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que la hauteur d’une excroissance de positionnement est comprise entre 5 et 20 micromètres (à valider par les inventeurs) ;
- la plus grande dimension de la face terminale est inférieure à 2 micromètres ;
- la distance qui sépare deux unités électroluminescentes immédiatement adjacentes est au minimum égale à 2 micromètres, et au maximum égale à 100 micromètres.
L’invention concerne également un module lumineux comportant une source lumineuse telle que précédemment décrite et une pièce optique de mise en forme des rayons lumineux émis par la source lumineuse, dans lequel la source lumineuse est positionnée par rapport à la pièce optique par coopération de la au moins une excroissance de positionnement avec un orifice correspondant formé dans la pièce optique.
Par optique de mise en forme, on entend qu’au moins un des rayons émis par la source lumineuse est dévié par l'optique de mise en forme, c’est-à-dire que la direction d'entrée de ce au moins un rayon lumineux dans l'optique de mise en forme est différente de la direction de sortie du rayon lumineux de l'optique de mise en forme.
L’optique de mise en forme peut comprendre une optique de projection de la lumière émise par la source lumineuse à semi-conducteur. Cette optique de projection crée une image réelle, et éventuellement anamorphosée, d’une partie du dispositif, par exemple la source ellemême ou un cache, ou d’une image intermédiaire de la source, à distance (finie ou infinie) très grande devant les dimensions du dispositif (d’un rapport de l’ordre d’au moins 30, de préférence 100) du dispositif.
On pourra prévoir selon l’invention que la pièce optique est une lentille disposée sur le trajet des rayons émis par la source lumineuse, en formant une optique de mise en forme ou de projection de ces rayons, ou bien qu’elle consiste en un réflecteur.
La pièce optique pourra être agencée de manière que la source lumineuse ne soit pas située sur le plan focal objet de lentille.
La pièce optique peut présenter un orifice de réception associé à une excroissance de positionnement de la source, l’excroissance de positionnement présentant une forme mâle déterminé pouvant être logée dans la section de la forme femelle de l’orifice de réception. On pourra notamment prévoir que l’excroissance de positionnement présente une section circulaire ou polygonale, notamment lorsqu’elle est formée par des éléments électroluminescents existants, ou bien des sections plus libres comme des croix ou des rectangles. Et il pourra être prévu que les sections des éléments mâle et femelle ne sont pas forcément complémentaires, et qu’à titre d’exemple, les excroissances pourront présenter une section de forme circulaire tandis que les orifices présentent une section de forme triangulaire.
Dans le cas où la source lumineuse comporte une couche de matériau polymère recouvrant au moins partiellement, la pièce optique peut être plaquée contre cette couche de matériau polymère.
L’invention concerne également un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation comportant un boîtier de réception d’au moins un module lumineux tel qu’il vient d’être présenté, le boîtier étant avantageusement clos par une glace de fermeture.
Le dispositif lumineux comprend une source lumineuse qui assure la génération de rayons de lumière qui forment au moins un faisceau lumineux réglementaire pour véhicule automobile. Par faisceau règlementaire, on entend un faisceau qui respecte une des grilles pbotométriques illustrée dans les figures. Le dispositif peut prendre aussi bien place dans un projecteur avant que dans un feu arrière de véhicule automobile.
Un procédé de montage d’un module lumineux tel qu’il vient d’être décrit peut notamment comporter une étape de saisie de la pièce optique que l’on met en regard d’un support de la source lumineuse, une étape de mise en position du support par rapport à la pièce optique par coopération d’au moins une excroissance de positionnement de la source lumineuse avec un orifice de réception de cette excroissance agencé sur la pièce optique, et une étape de fixation du support sur la pièce optique par l’intermédiaire de pattes s’étendant en saillie de la pièce optique pour être fixée sur ce support.
La fixation du support peut se faire par bouterollage ou par collage des pattes de fixation de la pièce optique sur le support ou par vissage.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins l’étape de mise en position et l’étape de fixation du support sur la pièce optique sont réalisées sous dépression pour éviter la présence d'air entre la pièce optique et la couche de matériau polymère, de sorte que l’on supprime un dioptre sur le trajet des rayons lumineux sortant de la source lumineuse en direction de la pièce optique.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en coupe d’un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation selon l’invention, dans lequel on a illustré des rayons lumineux émis par une source lumineuse à semi-conducteur selon l’invention en direction d’une pièce optique ;
la figure 2 est une représentation schématique de face d’un premier mode de réalisation d’un module lumineux selon l’invention, dans lequel une source lumineuse est positionnée par rapport à une pièce optique formée par une lentille, ladite pièce optique étant par ailleurs fixée sur une plaque de support de la source ;
la figure 3 est une représentation schématique de face d’un deuxième mode de réalisation d’un module lumineux selon l’invention, dans lequel une source lumineuse est positionnée par rapport à une pièce optique formée par un réflecteur, seules la source lumineuse et la pièce optique étant représentées ;
la figure 4 est une représentation schématique en perspective d’une source lumineuse à semi-conducteur selon l’invention, dans laquelle on a rendu visible en coupe une rangée d’unités électroluminescentes, et dans laquelle on a représenté un exemple de réalisation d’une excroissance de positionnement ; et la figure 5 est une vue en coupe d’un détail d’un mode de réalisation particulier d’une source lumineuse à semi-conducteur selon l’invention, dans lequel deux unités électroluminescentes et une excroissance de positionnement s’étendent en saillie d’un substrat, lesdites unités électroluminescentes étant encapsulées dans une couche protectrice tandis que l’excroissance de positionnement en dépasse.
Un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation d’un véhicule automobile comporte un module lumineux 1, notamment logé dans un boîtier 2 fermé par une glace 3 et qui définit un volume interne de réception de ce module lumineux. Le module lumineux comporte au moins une source lumineuse 4 associée à une pièce optique 6 agencée au voisinage de la source lumineuse de sorte qu’au moins une partie des rayons lumineux émis par la source lumineuse entre en contact avec la pièce optique. Tel que cela a pu être précisé précédemment, la pièce optique peut consister en une optique de mise en forme ou une optique de projection, changeant une direction d’au moins une partie des rayons lumineux émis par la source.
La source lumineuse 4 est une source à semi-conducteur, comprenant des unités électroluminescentes de dimensions submillimétriques, c’est-à-dire des sources à semi3053760 conducteur en trois dimensions tel que cela sera exposé ci-après, contrairement aux sources classiques en deux dimensions, assimilées à des sources sensiblement planes du fait de leur épaisseur de l’ordre de quelques nanomètres alors qu’une source lumineuse à unités électroluminescentes présente une hauteur au moins égale au micromètre.
La source lumineuse 4 comprend une pluralité d’unités électroluminescentes 8 de dimensions submillimétriques, que l’on appellera par la suite bâtonnets électroluminescents, ainsi qu’au moins une excroissance de positionnement 9. Ces bâtonnets électroluminescents 8 et la ou les excroissances de positionnement 9 prennent naissance sur un même substrat 10, la ou les excroissances de positionnement se distinguant d’une unité électroluminescente par sa hauteur, c’est-à-dire la distance à laquelle s’étend l’extrémité libre de ces composants en saillie du substrat, et/ou par sa largeur, c’est-à-dire une grandeur selon au moins une dimension dans le plan du substrat. La ou les excroissances de positionnement sont ainsi configurées pour participer au positionnement de la source lumineuse sur la pièce optique, par coopération de la forme mâle de l’excroissance de positionnement, distinctes des formes mâles des bâtonnets, avec la forme femelle d’un orifice correspondant formé dans la pièce optique.
Chaque bâtonnet électroluminescent 8 et chaque excroissance de positionnement 9 s’étendent perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat 10, ici réalisé à base de silicium, d’autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés par utilisation de nitrure de gallium (GaN), à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou encore à partir d’un alliage d’aluminium, d’indium et de gallium (AllnGaN).
Sur la figure 4, le substrat 10 présente une face inférieure 12, sur laquelle est rapportée une première électrode 14, et une face supérieure 16, en saillie de laquelle s’étendent les bâtonnets électroluminescents 8 et la ou les excroissances de positionnement 9 et sur laquelle est rapportée une deuxième électrode 18. Différentes couches de matériaux sont superposées sur la face supérieure 16, notamment après la croissance des bâtonnets électroluminescents depuis le substrat ici obtenue par une approche ascendante. Parmi ces différentes couches, on peut trouver au moins une couche de matériau conducteur électriquement, afin de permettre l’alimentation électrique des bâtonnets. Cette couche est gravée de manière à relier tel ou tel bâtonnet entre eux, l’allumage de ces bâtonnets pouvant alors être commandé simultanément par un module de commande ici non représenté. On pourra prévoir qu’au moins deux bâtonnets électroluminescents ou au moins deux groupes de ίο bâtonnets électroluminescents de la source lumineuse à semi-conducteur 4 sont agencés pour être allumés de manière distincte par l’intermédiaire d’un système de contrôle de l’allumage.
Les bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques s’étirent depuis le substrat et comportent, tel que cela est visible sur la figure 4, chacun un noyau 19 en nitrure de gallium, autour duquel sont disposés des puits quantiques 20 formés par une superposition radiale de couches de matériaux différents, ici du nitrure de gallium et du nitrure de galliumindium, et une coque 21 entourant les puits quantiques également réalisé en nitrure de gallium.
Chaque bâtonnet s’étend selon un axe longitudinal 22 définissant sa hauteur, la base 23 de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan 24 de la face supérieure 16 du substrat 10.
Les bâtonnets électroluminescents 8 de la source lumineuse à semi-conducteur présentent avantageusement la même forme. Ces bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale 26 et par une paroi circonférentielle 28 qui s’étend le long de l’axe longitudinal. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteur est émise principalement à partir de la paroi circonférentielle 28, étant entendu que l’on peut prévoir que de des rayons lumineux sortent également, au moins en petite quantité, à partir de la face terminale 26. Il en résulte que chaque bâtonnet agit comme une unique diode électroluminescente et que la densité des bâtonnets électroluminescents 8 améliore le rendement lumineux de cette source à semi-conducteur.
La paroi circonférentielle 28 d’un bâtonnet 8, correspondant à la coquille de nitrure de gallium, est recouverte par une couche d’oxyde conducteur transparent (OCT) 29 qui forme l’anode de chaque bâtonnet complémentaire à la cathode formée par le substrat. Cette paroi circonférentielle 28 s’étend le long de l’axe longitudinal 22 depuis le substrat 10 jusqu’à la face terminale 26, la distance de la face terminale 26 à la face supérieure 16 du substrat, depuis laquelle prennent naissance les bâtonnets électroluminescents 8, définissant la hauteur de chaque bâtonnet. A titre d’exemple, on prévoit que la hauteur d’un bâtonnet électroluminescent 8 est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que l’on prévoit que la plus grande dimension transversale de la face terminale, perpendiculairement à l’axe longitudinal 22 du bâtonnet électroluminescent concerné, soit inférieure à 2 micromètres. On pourra également prévoir de définir la surface d’un bâtonnet, dans un plan de coupe perpendiculaire à cet axe longitudinal 22, dans une plage de valeurs déterminées, et notamment entre 1.96 et 4 micromètres carré.
On comprend que lors de la formation des bâtonnets 8, la hauteur peut être modifiée d’une source lumineuse à l’autre, de manière à accroître la luminance de la source lumineuse à semi-conducteur lorsque la hauteur est augmentée. La hauteur des bâtonnets peut également être modifiée au sein d’une unique source lumineuse, de sorte qu’un groupe de bâtonnets peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d’un autre groupe de bâtonnets, ces deux groupes étant constitutifs de la source lumineuse à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques.
La forme des bâtonnets électroluminescents 8 peut également varier d’un dispositif à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale 26. Il a été illustré sur la figure 4 des bâtonnets électroluminescents présentant une forme générale cylindrique, et notamment de section polygonale, ici plus particulièrement hexagonale. On comprend qu’il importe que de la lumière puisse être émise à travers la paroi circonférentielle, que celle-ci présente une forme polygonale ou circulaire par exemple.
Par ailleurs, la face terminale 26 peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu’elle s’étend sensiblement parallèlement à la face supérieure 16 du substrat 10, tel que cela est illustré sur la figure 4, ou bien elle peut présenter une forme bombée ou en pointe en son centre, de manière à multiplier les directions d’émission de la lumière sortant de cette face terminale, tel que cela est illustré sur la figure 5.
Sur la figure 4, les bâtonnets électroluminescents 8 sont agencés en matrice à deux dimensions, avec des bâtonnets alignés en rangées et en colonnes perpendiculaires les unes par rapport aux autres. Cet agencement pourrait être tel que les bâtonnets électroluminescents soient agencés en quinconce. L’invention couvre d’autres répartitions des bâtonnets, avec notamment des densités de bâtonnets qui peuvent être variables d’une source lumineuse à l’autre, et qui peuvent être variables selon différentes zones d’une même source lumineuse. On a représenté sur la figure 2 la distance de séparation dl de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacents dans une première direction transversale et la distance de séparation d2 de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacentes dans une deuxième direction transversale. Les distances de séparation dl et d2 sont mesurées entre deux axes longitudinaux 22 de bâtonnets électroluminescents adjacents. Le nombre de bâtonnets électroluminescents 8 s’étendant en saillie du substrat 10 peut varier d’un dispositif à l’autre, notamment pour augmenter la densité lumineuse de la source lumineuse, mais on convient que l’une ou l’autre des distances de séparation dl, d2 doit être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 28 de chaque bâtonnet électroluminescent 8 puisse sortir de la matrice de bâtonnets. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation ne soient pas supérieures à 100 micromètres.
Tel que cela a été précédemment précisé, chacune des excroissances de positionnement 9 se distingue des unités électroluminescentes l’entourant par sa hauteur et/ou par sa largeur. Sur les figures 2 et 3, on a notamment représenté des excroissances de positionnement plus larges et plus hautes que les unités électroluminescentes 8. Les excroissances de positionnement 9 sont ainsi plus hautes que les unités électroluminescentes en ce qu’elles s’étendent à une plus grande distance du substrat que ne le font les unités électroluminescentes, et elles sont plus larges en ce qu’elles sont formées, pour une rangée donnée visible sur la figure 2, par un groupe de trois unités électroluminescentes. On comprendra que ce regroupement de trois unités pour former une excroissance de positionnement est décrit à titre arbitraire et que le nombre pourrait être différent. On peut ainsi prévoir, à titre d’exemple illustré sur la figure 5, que la largeur d’une excroissance de positionnement et la largeur d’une unité électroluminescente soient les mêmes.
Chaque excroissance de positionnement 9 peut être formée par une pluralité d’unités électroluminescentes, qui peuvent ou non être raccordées électriquement pour émettre de la lumière. Il est toutefois intéressant que les unités électroluminescentes formant une excroissance de positionnement ne soient pas émettrices de lumière, de manière à éviter que des rayons soient émis depuis une position par rapport à la surface focale de la pièce optique qui soit différente du reste des unités électroluminescentes. Dans ce cas, il est notable que les unités électroluminescentes sont réparties en au moins un groupe d’unités émettrices et un groupe d’unités formant la au moins une excroissance de positionnement, seul le au moins un groupe d’unités émettrices étant raccordé électriquement pour participer à l’émission d’un faisceau lumineux.
En variante, et tel qu’illustré à titre d’exemple sur les figures 3 et 4, une excroissance de positionnement peut être formée par une paroi distincte des unités électroluminescentes, et dont la hauteur et/ou la largeur permet la distinction de forme par rapport aux unités électroluminescentes de manière à s’assurer, comme précédemment, que l’orifice correspondant formé dans la pièce optique ne peut coopérer qu’avec cette excroissance de positionnement.
On peut prévoir qu’une pluralité d’excroissances de positionnement 9 s’étendent en saillie du substrat 10, et leur agencement sur celui-ci peut être variable d’une source lumineuse à une autre, dès lors que leur position permet une coopération avec des orifices correspondants sur la pièce optique associée. Le rôle de ces excroissances de positionnement 9 est de permettre la mise en position de la source lumineuse 4 par rapport à la pièce optique 6 sans élément intermédiaire, en s’assurant que cette mise en position corresponde à une position théorique souhaitée, ce qui est réalisée par la forme distinctive de l’excroissance de positionnement par rapport aux unités électroluminescentes. Dans ce cas d’une pluralité d’excroissances de positionnement, on peut également prévoir que deux excroissances de positionnement soient orientées sensiblement perpendiculairement. De façon similaire, deux orifices de réception formées dans la pièce optique sont orientés sensiblement perpendiculairement, de sorte que la source lumineuse ne peut être montée que dans un seul sens.
Dans chacun des cas décrits ci-dessus, on peut prévoir que les excroissances de positionnement 9 soient agencées en dehors de zones d’émission formées par un groupe d’unités électroluminescentes émettrices, notamment pour ne pas former de zone opaque sur le trajet des rayons lumineux émis par les unités émettrices en direction de la pièce optique. Sur la figure 4, on a notamment illustré un mode de réalisation dans lequel l’excroissance de positionnement 9 est disposée dans un coin de la source lumineuse 4, sans être entouré par les unités électroluminescentes émettrices 8.
Chaque excroissance de positionnement 9 comporte une face latérale 30 et une face supérieure 32, formant l’extrémité libre de l’excroissance de positionnement à l’opposé du substrat 10.
La face latérale 30 d’une excroissance de positionnement 9 peut permettre l’absorption ou la réflexion des rayons lumineux émis par les bâtonnets électroluminescents directement au voisinage de cette excroissance de positionnement. Selon l’un ou l’autre des cas d’absorption ou de réflexion, les excroissances de positionnement pourront être formées par de la résine ou en métal, et présenter ou non sur la face latérale un revêtement soit réfléchissant, soit diffusant, soit absorbant.
Selon différentes variantes de réalisation, l’excroissance de positionnement 9 peut présenter une section de forme sensiblement circulaire ou polygonale, notamment lorsqu’elle est formée par des unités électroluminescentes, ou bien elle peut présenter des sections en forme de croix ou de rectangles.
Dans chacun de ces cas, la face supérieure 32 est sensiblement parallèle à la face supérieure 16 du substrat 10.
On a pu décrire précédemment que les unités électroluminescentes sont obtenues par une croissance depuis le substrat, et la ou les excroissances de positionnement sont obtenues de la même façon. Il peut être intéressant de réaliser ces deux opérations successivement, notamment pour pouvoir faire croître des excroissances de positionnement à une hauteur différente de celle des unités électroluminescentes.
La source lumineuse 4 peut comporter en outre, tel qu’illustré notamment sur la figure 3, une couche 34 d’un matériau polymère formant un encapsulant dans laquelle des bâtonnets électroluminescents 8 et des excroissances de positionnement 9 sont au moins partiellement noyés. Selon un mode de réalisation particulier, illustré sur les figures 2 et 5, la couche 34 présente une épaisseur telle que les bâtonnets électroluminescents 8 sont noyés dans le matériau polymère tandis que les excroissances de positionnement 9 ne sont que partiellement noyés, leur extrémité libre dépassant de la couche 34. De la sorte, le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, permet de protéger les bâtonnets électroluminescents 8 sans gêner la diffusion des rayons lumineux, et les excroissances de positionnement sont dégagées à leur extrémité pour faciliter leur fonction d’indexage avec la pièce optique.
En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche 34 de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d’onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l’un des bâtonnets et à convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. On pourra prévoir indifféremment que les moyens de conversion de longueur d’onde sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils sont disposés en surface de la couche de ce matériau polymère.
La source lumineuse peut comporter en outre un revêtement 36 de matériau réfléchissant la lumière qui est disposé entre les bâtonnets électroluminescents 8 pour dévier les rayons, initialement orientés vers le substrat, vers la face terminale 26 des bâtonnets électroluminescents 8. En d’autres termes, la face supérieure 16 du substrat 10 peut comporter un moyen réfléchissant qui renvoie les rayons lumineux, initialement orientés vers la face supérieure 16, vers la face de sortie de la source lumineuse. On récupère ainsi des rayons qui autrement seraient perdus. Ce revêtement 36 est disposé entre les bâtonnets électroluminescents 8 sur la couche d’oxyde conducteur transparent 29.
On va maintenant décrire plus en détails la pièce optique 6 qui forme avec la source lumineuse un module lumineux selon l’invention.
La pièce optique 6 comporte une face proximale 38, disposée en regard de la source lumineuse 4, et cette face proximale comporte au moins un orifice de réception 40 d’une excroissance de positionnement 9. On comprend que la pièce optique comporte un nombre d’orifice de réception 40 égal au nombre d’excroissance de positionnement 9 de manière à faire coopérer, lors de l’assemblage de l’un et de l’autre, un orifice de réception et une excroissance de positionnement. Les orifices de réception présentent des dimensions légèrement supérieures à celles des excroissances de positionnement de manière à permettre l’insertion des excroissances de positionnement dans ces orifices de réception. On prévoit une profondeur suffisante de ces orifices de réception pour éviter le dégagement de l’excroissance de positionnement de son orifice de réception correspondant avant que la pièce optique ne soit fixée au support de la source lumineuse.
Lors de la mise en position de la source lumineuse par rapport à la pièce optique, les excroissances de positionnement 9 sont amenées contre la pièce optique, de sorte que la butée des excroissances dans les orifices de réception assure la position correcte des unités électroluminescentes par rapport à la surface focale de la pièce optique. A cet effet, et tel qu’illustré, la face supérieure 32 des excroissances de positionnement est amenée en butée contre la paroi de fond 41 de l’orifice de réception correspondant.
Les bords délimitant les orifices de réception 40 peuvent être configurés pour définir une forme semblable à celle définie par les excroissances de positionnement correspondantes, étant entendu qu’il convient que les formes soient complémentaires sans pour autant devoir être semblables, dès lors qu’elles permettent le logement de l’excroissance de positionnement dans l’orifice de réception. A titre d’exemple, on pourra prévoir une excroissance de section circulaire dans un orifice de réception dont les bords définissent un contour triangulaire.
Dans la mesure où une couche 34 de matériau polymère s’étend au-dessus des unités électroluminescentes 8 de la source lumineuse, on peut prévoir que la pièce optique 6 est plaquée contre la couche 34 de matériau polymère. Et que le procédé de montage est mis en œuvre de manière à éviter que de l’air ne soit présent dans la zone de jonction entre la pièce optique et la couche de matériau polymère. Il est notable que dans le cas de la présence d’une couche de matériau polymère noyant les unités électroluminescentes, les excroissances de positionnement dépassent de cette couche de matériau polymère de sorte que le matériau polymère ne vienne pas interférer dans le logement de l’excroissance de positionnement dans son orifice de réception correspondant.
La pièce optique est configurée pour dévier les rayons émis par la source lumineuse disposée au foyer objet de la pièce optique, de manière à participer à la formation d’un faisceau réglementaire, c’est-à-dire qui respecte la grille pbotométrique de tel ou tel faisceau d’éclairage, et par exemple un feu de croisement, un feu de route, un feu diurne.
La pièce optique peut consister aussi bien en une lentille 42 (notamment visible sur la figure 2) qu’en un réflecteur 44 (notamment visible sur la figure 3).
Dans le cas illustré sur la figure 2 d’une pièce optique prenant la forme d’une lentille 42, on peut observer que la face proximale 38 dans laquelle sont formés les orifices de réception 40 est la face d’entrée des rayons lumineux émis par les unités électroluminescentes. Ces orifices sont suffisamment écartés de la zone d’entrée des rayons de manière à ce que les excroissances de positionnement qui y sont logés ne perturbent pas le trajet des rayons émis par la source lumineuse dans la lentille.
La lentille 42 comporte par ailleurs des pattes de fixation 46 s’étendant sensiblement perpendiculairement de la face proximale de manière à venir traverser une plaque de support 48 sur laquelle est fixée la source lumineuse 4. Ces pattes de fixation sont ensuite collées sur la plaque de support, ou tel qu’illustré sur la figure 2, bouterollées sur la face d’extrémité de la plaque de support à l’opposé de la lentille.
Tel qu’évoqué précédemment, la pièce optique peut consister en un réflecteur 44 dont la face réfléchissante 45 est disposée en regard de la source lumineuse, ce réflecteur pouvant comporter une paroi de renvoi 50, non forcément réfléchissante sur laquelle vient se positionner la source lumineuse. La face proximale 38 de la pièce optique, dans laquelle est formée le ou les orifices de réception 40 de la ou les excroissances de positionnement, consiste dans ce cas à la face de la paroi de renvoi tournée à l’opposé de la face réfléchissante. On a illustré à titre d’exemple des rayons lumineux émis par une unité électroluminescente disposée sur un foyer objet de ce réflecteur de sorte que les rayons réfléchis par le réflecteur 44 passent par un foyer image, avantageusement confondu avec le foyer objet d’une lentille disposée en aval du trajet des rayons.
Là encore, on prévoit des pattes de fixation pour figer la position de la pièce optique par rapport à un support sur lequel est rendu solidaire la source lumineuse.
Dans chacun des cas, on peut réaliser le montage du module lumineux tel qu’il vient d’être décrit par une étape de saisie de la pièce optique que l’on dispose en regard d’un support de la source lumineuse. On réalise alors une mise en position du support par rapport à la pièce optique par coopération d’au moins une excroissance de positionnement de la source lumineuse avec un orifice de réception de cette excroissance qui est agencé sur la pièce optique. On permet ainsi le positionnement correct de la source lumineuse par rapport à la surface focale de la pièce optique, tout en facilitant l’étape à venir de fixation du support sur la pièce optique par l’intermédiaire de pattes s’étendant en saillie de la pièce optique pour être fixée sur ce support.
La présente invention s’applique aussi bien à un projecteur avant qu’à un feu arrière de véhicule automobile. La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixés et notamment de proposer une source lumineuse qui participe, au sein d’un module lumineux et d’un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation, à l’obtention, par application d’excroissance(s) de positionnement étirées depuis un support par ailleurs porteur d’éléments électroluminescents, d’une meilleure gestion de la position des moyens émetteurs de lumière par rapport à la surface focale de la pièce optique associée. On peut ainsi assurer une position fiable de la source lumineuse par rapport à cette surface focale, que cette position souhaitée soit centrée sur la surface focale ou en décalage par rapport à cette dernière. L’utilisation d’une source lumineuse à unités électroluminescentes sous forme de bâtonnets, formant une source lumineuse tridimensionnelle, permet de se passer de plaque de circuits imprimés, le câblage électrique étant directement réalisé sur le substrat à partir duquel pousse les unités électroluminescentes. Il est alors possible de réaliser un assemblage en diminuant les chaînes de côtes.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Source lumineuse (4) à semi-conducteur comprenant une pluralité d'unités électroluminescentes (8) de dimensions submillimétriques, et comprenant en outre au moins une excroissance de positionnement (9) configurée pour participer au positionnement de la source lumineuse sur une pièce optique (6).
  2. 2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les unités électroluminescentes (8) et la au moins une excroissance de positionnement (9) s’étendent en saillie d’un même substrat (lO).
  3. 3. Source lumineuse selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la au moins une excroissance de positionnement (9) est plus haute que les unités électroluminescentes (8).
  4. 4. Source lumineuse selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la au moins une excroissance de positionnement (9) est formée par une pluralité d’unités électroluminescentes (8).
  5. 5. Source lumineuse selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les unités électroluminescentes (8) sont réparties en au moins un groupe d’unités émettrices et un groupe d’unités formant la au moins une excroissance de positionnement (9), seule le au moins un groupe d’unités émettrices étant raccordé électriquement pour participer à l’émission d’un faisceau lumineux.
  6. 6. Source lumineuse selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la au moins une excroissance de positionnement (9) est formée par une paroi s’étendant entre des unités électroluminescentes (8).
  7. 7. Source lumineuse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les excroissances de positionnement (9) sont agencées à l’extérieur de zones d’émission formées par un groupe d’unités électroluminescents (8).
  8. 8. Source lumineuse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une couche (34) de matériau polymère est disposée en recouvrement de la source (4) de manière à noyer au moins une unité électroluminescente (8).
  9. 9. Source lumineuse selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite au moins une excroissance de positionnement (9) s’étend de manière à dépasser de la couche (34) de matériau polymère.
  10. 10. Source lumineuse selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une pluralité d’excroissances de positionnement (9), au moins deux excroissances de positionnement étant agencées sensiblement perpendiculairement l’une par rapport à l’autre.
  11. 11. Module lumineux pour véhicule automobile comportant une source lumineuse (4) selon l’une des revendications précédentes et une pièce optique (6) de mise en forme des rayons lumineux émis par la source lumineuse, caractérisé en ce que la source lumineuse est positionnée par rapport à la pièce optique par coopération de la au moins une excroissance de positionnement (9) avec un orifice de réception (40) correspondant formé dans la pièce optique.
  12. 12. Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce optique (6) présente un orifice de réception (40) associé à une excroissance de positionnement (9) de la source, l’excroissance de positionnement présentant une forme mâle déterminé pouvant être logé dans la section de la forme femelle de l’orifice de réception.
  13. 13. Module lumineux selon l’une des revendications 11 ou 12, lorsque la source lumineuse (4) comporte une couche (40) de matériau polymère selon au moins la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce optique (6) est plaquée contre la couche de matériau polymère.
  14. 14. Dispositif d’éclairage et/ou de signalisation comportant un boîtier (2) de réception d’au moins un module lumineux (l) selon l’une des revendications 11 à 13.
  15. 15. Procédé de montage d’un module lumineux selon l’une des revendications 11 à 13, au cours duquel on réalise :
    - la saisie de la pièce optique (6) que l’on met en regard d’un support (48) de la source lumineuse (4),
    - la mise en position du support (48) par rapport à la pièce optique (6) par coopération d’au moins une excroissance de positionnement (9) de la source lumineuse (4) avec un orifice de réception (40) de cette pièce optique (6),
    - la fixation du support (48) sur la pièce optique (6) par l’intermédiaire de pattes de fixation (46) s’étendant en saillie de la pièce optique pour être fixée sur ce support.
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