FR3055949B1 - Connexion thermique pour module lumineux - Google Patents

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Abstract

L'invention se rapporte notamment à un module lumineux qui comprend une source lumineuse, un substrat sur une première face duquel repose la source lumineuse, un dissipateur thermique ayant une surface de contact avec une deuxième face du substrat, ledit dissipateur comprenant du graphite. L'invention améliore le montage et/ou démontage de la source lumineuse du module lumineux.

Description

CONNEXION THERMIQUE POUR MODULE LUMINEUX
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention se rapporte au domaine des modules lumineux de véhicule terrestre, c'est-à-dire des modules pouvant être intégrés à un dispositif lumineux du véhicule et permettant, lors de l'utilisation du véhicule, de projeter de la lumière éclairant la route ou l'habitacle et/ou permettant au véhicule de se rendre plus visible. Des exemples de tels dispositifs lumineux sont les feux de position ou les feux de croisement et/ou route (communément appelés « phares »).
ARRIERE-PLAN
Un véhicule terrestre est équipé de dispositifs lumineux, notamment d'éclairage et/ou de signalisation, tels que des projecteurs avants ou feux arrières, destinés à illuminer la route devant le véhicule, la nuit ou en cas de luminosité réduite. Ils peuvent aussi servir à éclairer l'habitacle du véhicule. Ces dispositifs lumineux peuvent comprendre un ou plusieurs modules lumineux. Chaque fonction d'éclairage peut être assurée par un ou des module(s). Par ailleurs, dans ces modules lumineux de véhicules terrestres, les sources de lumière sont de plus en plus fréquemment constituées par des diodes électroluminescentes ou LEDs (acronyme anglosaxon pour « Light Emitting Diode »), notamment pour des avantages d'encombrement et de durée de vie par rapport à des sources de lumière classiques.
Les sources de lumières génèrent cependant de la chaleur qu'il convient d'évacuer afin que la source de lumière ne se détériore pas sous l'action de la chaleur. Cette problématique est d'autant plus importante pour la technologie LED car mes composants génèrent un fort dégagement de chaleur qui entraîne une élévation de la température au niveau des composants qui peut dégrader les composants et/ou en empêcher une utilisation optimale.
Les solutions existantes pour gérer cette chaleur reposent sur l'utilisation d'un radiateur qui est en contact avec le substrat sur lequel est placée la source lumineuse. La chaleur est transmise au radiateur qui l'évacue en dehors du module lumineux qui comprend la source lumineuse.
Le contact entre la source lumineuse et le dissipateur de chaleur peut comprendre une interface qui favorise le transfert de chaleur vers le radiateur.
L'interface peut être par exemple une plaque de cuivre qui est un matériau conducteur; mais ce matériau est coûteux et son utilisation complexifie le processus de fabrication du module lumineux.
On connaît également l'utilisation de pâte thermique comme interface. Cependant, l'utilisation de pâte thermique complexifie la fabrication et la maintenance du module lumineux. Tout d'abord, la gestion des stocks de pâte thermique dans le processus de fabrication doit être prise en compte de sorte que la fabrication d'une série de modules lumineux ne conduise pas devoir éliminer une quantité trop importante de pâte thermique inutilisée qui ne se conserve pas. De plus, lors de la fabrication du module lumineux, il faut déposer avec soin une quantité précise de pâte thermique. S'il est nécessaire de procéder à des reprises durant la fabrication, la pâte thermique doit être retirée et une nouvelle quantité précise de pâte à nouveau déposée. Similairement, le démontage et le remontage du module lumineux est rendu complexe du fait de l'utilisation de pâte thermique. Ainsi, la fabrication/réparation est allongée, compliquée, et/ou coûteuse.
RESUME DE L'INVENTION
On propose pour cela un module lumineux comprenant une source lumineuse, un substrat sur une première face duquel repose la source lumineuse, un dissipateur thermique ayant une surface de contact avec une deuxième face du substrat, ledit dissipateur comprenant du graphite.
Selon différents modes de réalisation, le module lumineux peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles :
- le dissipateur thermique comprend au moins une feuille de graphite pyrolytique ;
- la surface de contact du dissipateur thermique avec la deuxième face du substrat est égale à la surface de la deuxième face du substrat ;
- le graphite du dissipateur thermique forme la surface de contact du dissipateur thermique ;
- le dissipateur thermique comprend en outre un ou plusieurs radiateurs à ailettes ;
- les ailettes comprennent ladite au moins une feuille de graphite pyrolytique ;
- un système de répartition de chaleur intégré au substrat ;
- le système de répartition de chaleur comprend un ou plusieurs microcaloducs ;
- des moyens aptes à maintenir fixé ledit dissipateur thermique contre la deuxième face du substrat ;
- les moyens comprennent au moins un parmi un ressort, un ressort à lame, une vis ;
- la source lumineuse est une source lumineuse électroluminescente ;
- la source lumineuse électroluminescente comprend des éléments électroluminescents ;
- la densité d'éléments électroluminescents est égale ou supérieure à 500 éléments électroluminescents par cm2.
On propose également un dispositif lumineux, notamment d'éclairage et/ou de signalisation de préférence de véhicule terrestre, comprenant le module lumineux ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Différents modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemples nullement limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Les Figures 1 à 7 montrent schématiquement des exemples d'un module lumineux selon l'invention ;
La Figure 8 montre schématiquement un exemple de source lumineuse électroluminescente monolithique 3D.
DESCRIPTION DETAILLEE
On propose un module lumineux de véhicule terrestre, ainsi qu'un dispositif lumineux comprenant une ou plusieurs versions d'un tel module lumineux. Le dispositif lumineux peut constituer ou être intégré à un projecteur de lumière. Le dispositif lumineux peut être un projecteur avant, un feu arrière ou un appareil lumineux pour l'habitacle. On propose également un véhicule terrestre comprenant une ou plusieurs versions d'un tel dispositif lumineux (par exemple une ou plusieurs paires de versions à l'avant et/ou une ou plusieurs paires de versions à l'arrière pour un véhicule quatre roues, ou une ou plusieurs versions à l'avant et/ou une ou plusieurs versions à l'arrière pour un véhicule deux ou trois roues).
Le module lumineux comprend au moins une source lumineuse. La source lumineuse peut être une source lumineuse à filament, à plasma, ou encore à gaz.
La source lumineuse peut être une source électroluminescente à état solide (acronyme de l'anglais « solid-state lighting ») qui comprend des éléments électroluminescents. Les éléments électroluminescents sont situés sur un même substrat, et de préférence sur une même face du substrat qui peut être par exemple du saphir. Les éléments électroluminescents sont déposés sur ou s'étendant à partir d'au moins une face du substrat.
Un élément électroluminescent peut être, mais n'est pas limité à, une diode électroluminescente (LED), une diode électroluminescente organique (OLED), une diode électroluminescente polymérique (PLED). La source électroluminescente est donc une lumineuse à semi-conducteur et elle comporte un substrat à partir sur lequel sont placés les éléments électroluminescents. Un élément électroluminescent est plus généralement appelé pixel. Par conséquent, la source lumineuse comprend une pluralité de pixels déposés sur ou s'étendant à partir de la première face du substrat. Les pixels (c'est-à-dire les éléments électroluminescents) émettent de la lumière lorsque le matériau semi-conducteur est alimenté en électricité. On peut donc parler de pixel allumé lorsqu'un élément électroluminescent émet de la lumière.
La source lumineuse électroluminescente peut être une source lumineuse à haute densité d'éléments lumineux, c'est-à-dire qu'elle comprend un nombre très important d'éléments électroluminescents. Par nombre très élevé, il faut entendre que le substrat de la source lumineux comprend au moins 500 éléments électroluminescents sur le même substrat. Par exemple, si les pixels ont une taille inférieure à 100 pm (micromètres) et que le pitch est de 200 pm, la densité de pixels est alors de 2500 éléments électroluminescents par centimètre carré (cm2).
La densité de pixel est de préférence supérieure à 500 pixels par cm2. Elle est typiquement comprise entre 500 et 2500 pixels par cm2. On comprend que la densité de pixels d'une source lumineuse à haute densité d'éléments lumineux peut être supérieure à 2500 pixels par cm2.
Les éléments électroluminescents sont chacun semi-conducteur, c'est-à-dire qu'ils comportent chacun au moins un matériau semi-conducteur. Les éléments électroluminescents peuvent être majoritairement en matériau semi-conducteur. Ce matériau semi-conducteur peut être le même que ou différent du matériau semi-conducteur du substrat. Les éléments électroluminescents peuvent plus généralement être tous réalisés dans le ou les mêmes matériaux. Les éléments électroluminescents peuvent être de même nature, par exemple sensiblement identiques ou similaires. Tous les éléments électroluminescents peuvent être positionnés pour former un motif régulier, par exemple une grille.
La source lumineuse électroluminescente peut être une source électroluminescente monolithique, c'est-à-dire que chaque élément électroluminescent est indépendant électriquement des autres et émettent ou non de la lumière indépendamment des autres éléments de la matrice. Chaque élément de la matrice est commandé individuellement par un circuit électronique appelé «driver» en anglais. Le driver gère l'alimentation électrique de la matrice monolithique, ce qui revient à dire qu'il gère individuellement l'alimentation électrique de chaque élément électroluminescent. Le driver est donc un dispositif électronique qui est apte à commander les éléments d'une matrice monolithique d'éléments électroluminescents. Plusieurs drivers peuvent être utilisés pour piloter les éléments électroluminescents de la matrice.
Le module lumineux selon l'invention comprend également un substrat sur lequel repose la source lumineuse. Dépendant du type de source lumineuse, le substrat peut varier.
Dans un premier exemple, le substrat peut être le matériau sur lequel les éléments électroluminescents de la source lumineuse ont été déposés sur ou s'étendant. La source lumineuse est donc une source à état solide, par exemple une source électroluminescente monolithique à haute densité. D'autres exemples seront présentés en références aux Figures 7 et 8.
Le module lumineux repose sur une première face du substrat. Le substrat comprend au moins deux faces qui sont plane, ou encore sensiblement planes. Le substrat peut avoir, mais n'est pas limité à, une forme de parallélépipède ; par exemple, le substrat peut être une plaque.
Le module lumineux comprend également au moins un dissipateur thermique qui est associé au substrat sur lequel repose la source lumineuse. Le dissipateur thermique permet le transfert de la chaleur du ou des substrats sur lequel repose la source lumineuse. La source lumineuse et la coopération entre le dissipateur thermique et le substrat de ladite source de lumière permettent donc d'obtenir un module lumineux de véhicule terrestre simple à réaliser et à monter dans un dispositif lumineux de véhicule, induisant un encombrement relativement faible, compact et présentant une bonne capacité à dissiper de la chaleur.
Le dissipateur thermique permet une dissipation de chaleur via une coopération avec le substrat, c'est-à-dire que le dissipateur thermique reçoit la chaleur produite par le module lumineux et emmagasinée dans le substrat. Le dissipateur thermique est ainsi en communication de chaleur avec le substrat. Cela signifie que la deuxième face du substrat transmet la chaleur présente dans le substrat au dissipateur thermique. Le dissipateur thermique peut alors dissiper cette chaleur au moins en partie hors du module lumineux.
Dans un exemple, le dissipateur thermique est agencé contre la deuxième face du substrat. Le dissipateur thermique possède donc une surface de contact avec la deuxième face du substrat. De préférence, la surface de contact du dissipateur thermique est plane ; de même pour la deuxième face du substrat. La transmission peut être assurée par le fait que le dissipateur thermique est dans un exemple agencé directement contre le substrat. Cela signifie que le dissipateur thermique est en contact physique (i. e. de matériau) avec le substrat. La surface de contact du dissipateur thermique avec la deuxième face du substrat peut être égale à la surface de la deuxième face du substrat; cela permet de maximiser les échanges de chaleur entre le substrat et le dissipateur thermique.
Le substrat peut présenter une forme générale de plaque, présentant deux faces opposées. La source lumineuse repose sur une première face, et le dissipateur thermique peut alors être agencé contre l'autre face de la plaque le long d'une surface de contact du dissipateur thermique. Cela permet d'optimiser le nombre d'interfaces thermiques, l'espace et l'encombrement de la dissipation de chaleur, en conservant un module lumineux compact.
Le dissipateur thermique comprend du graphite. Le graphite est une espèce minérale qui est un allotrope naturels du carbone. La présence de graphite dans le dissipateur thermique contribue à améliorer le transfert de la chaleur du ou des substrats sur lequel repose la source lumineuse.
La Figure 1 montre un premier exemple du module lumineux 10 selon l'invention qui comprend une source lumineuse 12 reposant sur un substrat 14. Le dissipateur thermique 18 comprend du graphite sous la forme d'une feuille de graphite pyrolytique. Le graphite pyrolitique est un matériau obtenu après pyrolyse de graphite. Il se présente sous forme de feuille, c'est-à-dire que le matériau se présente sous la forme d'une mince couche de matière suffisamment stable et compacte. Par exemple, une feuille de graphite pyrolytique peut avoir une épaisseur submillimétrique, par exemple de 0.025 mm (millimètre). Une feuille de graphite pyrolytique peut être souple et flexible, et elle peut donc d'adapter à des surface incurvées.
Dans l'exemple de la Figure 1, le graphite du dissipateur thermique forme la surface de contact du dissipateur thermique 18. Dit autrement, la feuille de graphite pyrolytique 16 est agencé contre le substrat 14 est joue le rôle d'un élément intermédiaire, avec par exemple un radiateur à ailettes 180. Le graphite sous forme de feuille est particulièrement adapté pour jouer ce rôle d'intermédiaire. En effet, la feuille présente deux faces opposées, l'une agencée directement contre le substrat, l'autre directement contre le dissipateur.
Dans l'exemple de la Figure 1, le dissipateur thermique 18 (16, 180) est maintenue contre le substrat à l'aide de moyens 11 de fixation collant (par exemple de la colle époxy) et/ou de la glue adhésive. Par exemple, la feuille de graphite pyrolytique 16 peut comprendre sur chacune de ces faces une colle : l'élément intermédiaire sert à maintenir une des faces du substrat 14 contre le dissipateur thermique 18, tout en favorisant le transfert de la chaleur hors du substrat. L'élément intermédiaire sert de pont de matériau entre le substrat et exemple un radiateur à ailettes 180. En d'autres termes, l'élément intermédiaire est constitué de telle sorte que la chaleur du substrat est transmise au dissipateur par une conduction qui suit un chemin le long duquel du matériau est continuellement disposé. Le chemin est dépourvu de toute barrière d'air. Un tel pont thermique permet une meilleure conduction qu'en cas de présence d'une barrière d'air isolante. Cette conduction est d'autant plus efficace que l'élément intermédiaire comprend du graphite pyrolytique qui favorise la conduction de la chaleur.
Dans l'exemple de la Figure 2, les moyens aptes à maintenir fixé le dissipateur thermique 18 contre la deuxième face du substrat 14 ne sont pas identiques à ceux de la Figure 1. Dans cet exemple, les moyens de fixation appliquent une force mécanique sur le substrat et le dissipateur thermique de sorte que la feuille de graphite pyrolytique 16 joue uniquement son rôle d'élément favorisant la conduction de la chaleur. En d'autre terme, la feuille de graphite pyrolytique 16 ne participe pas au maintien du dissipateur thermique 18 (16, 180) contre le substrat. L'assemblage ou le réassemblage du module lumineux est ainsi facilité puisque l'élément intermédiaire 16 du dissipateur thermique peut être facilement placé, retiré, replacé, découpé aux bonnes dimensions sans précaution particulière ; contrairement aux interfaces thermiques qui utilisent de la pâte thermique comme connu dans l'état de la technique.
Les moyens aptes à maintenir fixé dissipateur thermique contre la deuxième face du substrat peuvent être un ressort à lame, comme illustré sur la Figure 2. Une première partie est fixée sur le radiateur, par exemple à l'aide d'une colle ou bien encore par soudure, et une deuxième partie du ressort vient en appuie sur le substrat : ce dernier est donc maintenu contre le dissipateur thermique. L'utilisation d'un ressort à lame facilite la fabrication, ainsi que le démontage/remontage du module lumineux. D'autres moyens de fixation peuvent être envisagés, par exemple une bague de cerclage, une lame, ou une vis.
Dans les exemples présentés sur les Figures 1 et 2, la surface de la feuille de graphite pyrolytique 16 a des dimensions supérieures à la surface de la deuxième face du substrat. Ceci permet d'assurer que la surface de contact du dissipateur thermique recouvre toute la surface de la deuxième face du substrat ; les échanges de chaleur entre le substrat et le dissipateur thermique sont ainsi maximisés. De plus, cela facilite l'assemblage ou le réassemblage du module lumineux car moins de précision est requise ; c'est notamment le cas pour des opérations de réparation, par exemple lorsqu'on remplace une source lumineuse défaillante.
La Figure 3 montre un autre exemple de module lumineux selon l'invention semblable à ceux des Figures 1 et 2. Dans cet exemple, la feuille de graphite pyrolytique a des dimensions supérieures à celles du substrat pour au moins un des côtés du substrat de sorte que la feuille déborde du substrat. En particulier, les dimensions de la feuille sont choisies telles que le débordement de la feuille autorise un pliage de cette dernière le long de plis 160a, 160b. Sur la Figure 3, les dimensions ont été choisies de sorte que la feuille de graphite déborde sur deux côtés du substrat, mais également du radiateur. Le débordement est suffisant pour que la partie pliée de la feuille recouvre, au moins partiellement, le radiateur. II n'y a de préférence pas de contact entre les parties pliées 180a, 180b et les ailettes 180. Les deux parties pliées de la feuille de graphite pyrolytique agissent comme des ailettes 180a, 180b de radiateur et contribuent à une meilleure évacuation de la chaleur de la source lumineuse. Ainsi, le dissipateur thermique comprend du graphite, par exemple sous la forme d'au moins une feuille de graphite pyrolytique, qui forme la surface de contact du dissipateur avec le substrat et qui forme également au moins un radiateur à ailette du dissipateur.
Les moyens de fixations du substrat avec le dissipateur thermique ne sont pas représentés sur la Figure 3. Ils peuvent être semblables à ceux discutés précédemment. Dans cet exemple, les plis forment un angle 40 avec la surface de contact sensiblement égal à 90°. De préférence, l'angle est compris entre 0° et 90°.
Dans les exemples des Figures 1 à 3, une seule feuille est en contact avec le substrat. D'autres exemples peuvent être envisagés dans lesquels au moins deux feuilles de graphites sont en contact avec le substrat, chaque feuille appartenant à un dissipateur thermique.
La Figure 4 montre un autre exemple de module lumineux selon l'invention semblable à celui de la Figure 3, excepté que le dissipateur thermique 18 ne comprend qu'un radiateur à ailette 180 formé par la surface de contact du dissipateur thermique en graphite. Dans cet exemple aussi, l'angle formé est de 90°.
La Figure 5 montre un autre exemple de module lumineux selon l'invention semblable à celui de la Figure 4, et dans lequel le dissipateur thermique 18 comprend plusieurs feuilles de graphite 16a, 16b, 16c, 16d, 16e qui sont superposées les unes sur les autres, chacune ayant deux parties pliées. Chaque partie pliée forme une ailette dissipant la chaleur du substrat. La feuille 16a est l'unique feuille en contact avec le substrat. Elle est donc à la fois la surface de contact du dissipateur thermique avec le substrat et un radiateur à ailette du dissipateur thermique. Les autres feuilles 16b-16e servent à évacuer la chaleur et forment des radiateurs à ailette.
Les zones de pliure et/ou les angles formés par les pliures de chaque feuille sont choisis de sorte que les ailettes ne sont pas en contact afin d'augmenter la surface de contact avec l'air de chaque ailette. Dans cet exemple, chaque feuille comprend une portion centrale délimitée par les deux zones de pliure dont la longueur diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface de contact avec le substrat. Dans cet exemple de configuration, il est possible d'emboiter les feuilles l'une dans l'autre. Cela permet d'optimiser le nombre d'ailettes, l'espace et l'encombrement de la dissipation de chaleur, en conservant un module lumineux compact. Toujours dans cet exemple l'angle formé par chaque pli est de 90°, et toutes les ailettes sont parallèles les unes aux autres.
La Figure 6 montre un exemple similaire à celui de la Figure 5, dans lequel la feuille 16a n'est pas pliée. Elle étend la surface contre laquelle il est possible de venir fixer des radiateurs à ailettes 16b-16h, permettant d'accroître la quantité de chaleur évacuée.
Les exemples des Figures 5 et 6 ne comprennent qu'une seule feuille de graphite en contact avec le substrat. D'autres exemples peuvent être envisagés dans lesquels au moins deux feuilles de graphites sont en contact avec le substrat, formant autant de dissipateurs qu'il y a de feuilles en contact avec le substrat.
Pour améliorer la dissipation de chaleur, le substrat du module lumineux peut intégrer un système de répartition de chaleur intégré au substrat. Le système de répartition de chaleur répartit la chaleur de manière sensiblement homogène dans la partie du substrat coopérant avec le dissipateur thermique. Ainsi, les capacités du dissipateur thermique sont pleinement utilisées, et la dissipation de chaleur est optimisée. Le système de répartition de chaleur peut présenter une surface égale ou supérieure à celle des zones portant les éléments électroluminescents. Le système de répartition de chaleur peut par exemple comprendre des microcaloducs. Cela permet une dissipation particulièrement efficace, en particulier dans la configuration où l'élément intermédiaire comprend un ou plusieurs dispositifs électroniques de commande.
Le système de répartition de chaleur peut être configuré pour bien répartir la chaleur vers le radiateur pour maximiser son efficacité en intégrant un ou plusieurs micro-caloducs dans la structure du substrat, par exemple silicium. Les microcaloducs peuvent être formés de réseaux capillaires qui permettent de drainer le liquide depuis la zone chaude de la source et de l'ASIC vers la zone froide. Un micro caloduc peut être gravé grâce aux procédés standards de réalisation des puces. Ce moyen de refroidissement intégré à la source lumineuse et à l'intelligence permet de mieux maîtriser la thermique en étalant le point chaud vers le dissipateur thermique.
Un micro-caloduc est constitué de réseaux de quelques millimètres dans lequel un fluide s'évapore et se transporte en phase vapeur vers la zone froide. En raison de la faible longueur (par exemple inférieure à 20cm), l'effet par capillarité permet de fonctionner sans l'aide de la gravité.
L'intérieur du micro-caloduc peut comprendre des matériaux présentant une structure irrégulière réalisée par du frittage de poudre ou des rainures. Un microcaloduc de forme plate peut être inséré dans une préforme définie directement dans le substrat, ou alternativement dans une matière conductrice pour permettre l'étalement de la chaleur. Le micro-caloduc peut comprendre des rainures parallèles remplies de fluide.
La Figure 7 montre un exemple de module lumineux 10 qui comprend une source électroluminescente 12 et un PCB 14 qui sert de substrat. La source 12 repose sur une première face du PCB. Le module lumineux comprend en outre un dispositif 19 qui commande les éléments électroluminescents de la source électroluminescente 12. Tout autre support qu'un PCB peut être envisagé. Le module lumineux comprend un dissipateur thermique 18 qui est peut être agencé directement ou indirectement sur la source 12. Dans cet exemple, le dissipateur thermique 18 est agencé indirectement sur la source puisque le PCB 14 et une interface thermique 16 du dissipateur thermique 18 sont situés entre le dissipateur thermique 18 et la source 12. L'interface thermique peut être une feuille de graphite, par exemple une feuille de graphite pyrolytique. Le dissipateur thermique permet le transfert de la chaleur de la source électroluminescente que cette dernière transmet au PCB lors de l'utilisation d'un module lumineux. Le dissipateur thermique permet une dissipation de chaleur via une coopération avec le support 14 de la source électroluminescente monolithique, c'est-à-dire que le dissipateur thermique reçoit la chaleur produite par la source électroluminescente.
Le module selon l'invention peut comprendre une source électroluminescente monolithique à haute densité d'éléments électroluminescents appelée source électroluminescente « 3D », c'est-à-dire que les éléments électroluminescents ne sont pas uniquement déposés sur le substrat de la source : ils s'étendant à partir du substrat de la source. Les éléments peuvent être regroupés en un ou plusieurs ensembles. Chaque ensemble est constitué de plusieurs éléments s'étendant à partir d'une portion respective de la première face du substrat. Les éléments électroluminescents peuvent donc être répartis dans différentes zones d'émission lumineuse. Dans un exemple, ces différentes zones peuvent être activables sélectivement. Les éléments peuvent présenter une forme générale de bâtonnet et être ainsi appelés « bâtonnets ». Les éléments électroluminescents peuvent être alimentés en électricité via le substrat d'un côté (e. g. le substrat formant par exemple la cathode) et via une couche de matériau électriquement conducteur qui lie électriquement les éléments électroluminescents entre eux de l'autre côté (e. g. la couche de matériau électriquement conducteur formant par exemple l'anode). Le contact entre le matériau semi-conducteur de chaque élément électroluminescent et le matériau semi-conducteur du substrat peut donc être adapté à une conduction électrique. La couche de matériau électriquement conducteur peut recouvrir les éléments électroluminescents. La couche de matériau électriquement conducteur peut également recouvrir chaque portion de surface du substrat à partir de laquelle les éléments électroluminescents s'étendent, ou toute une surface ou face du substrat à partir de laquelle les ensembles d'éléments électroluminescents s'étendent. La couche de matériau électriquement conducteur peut être isolée électriquement du matériau semi-conducteur du substrat par tout moyen. Cela permet d'alimenter les éléments électroluminescents en électricité par le substrat. Ainsi, on peut alimenter les éléments électroluminescents en électricité simplement, c'est-à-dire en alimentant le matériau conducteur du substrat avec une polarité et la couche de matériau électriquement conducteur avec l'autre polarité.
La source électroluminescente « 3D » peut être fabriquée par un procédé comprenant au moins une étape de fourniture du substrat, puis une étape de formation intégrale des bâtonnets avec le substrat, par croissance à partir du substrat. La couche de matériau électriquement conducteur peut être réalisée par une étape de dépose d'une finition métal, par exemple de cuivre pour assurer le pilotage des bâtonnets. Cette étape peut également comprendre la création de pads en aluminium ou cuivre sur une face du substrat, aptes à du câblage par fil entre la source et le composant de pilotage. Le câblage par fil ou « pontage » (également appelé « wirebonding » ou « wire bonding » de l'anglais ou encore ribbon bonding...) est une des techniques utilisées pour effectuer les connexions électriques entre la source électroluminescente et le dispositif d'alimentation de la source. Le câblage est simplement réalisé par un fil (ou pont) soudé entre les deux plots de connexion prévus à cet usage sur chacun des éléments. La soudure peut être réalisée par ultrasons. Le matériau du fil peut être de l'aluminium, de l'or ou du cuivre. Le diamètre du fil peut être de l'ordre de 20 pm. Un fil de section rectangulaire peut aussi être utilisé.
La Figure 8 présente un exemple d'une telle source lumineuse électroluminescente monolithique dite « 3D ». La source lumineuse S, ici représentée en coupe, comprend un substrat 210 à partir duquel s'étendent selon une direction privilégiée des bâtonnets 211, 212. Ce substrat 210 est, notamment dans cet exemple, du silicium, ce qui représente un coût bien moindre à celui des LEDs classiques, dans lesquelles les substrats sont en saphir. Les bâtonnets 211, 212, peuvent être obtenus par croissance cristalline sur ce substrat 210.
Les bâtonnets 211, 212, sont agencés de manière à former des bâtonnets en un matériau semi-conducteur électroluminescent. Les bâtonnets 211, 212, peuvent par exemple être formés essentiellement de nitrure de gallium.
Par exemple, ces bâtonnets 211, 212, comprennent une âme en matériau semi-conducteur apte à être dopé en électrons, autour de laquelle est formée une première couche en matériau semi-conducteur apte à présenter des déficits en électrons, dans ce cas on parle parfois de couche dopé en « trous » ou en charges positives. A l'interface de cette âme et de cette première couche, se forme une couche intermédiaire où se recombinent les électrons et les déficits en électrons. Ainsi, chaque bâtonnet 211, 212, est un élément semi-conducteur électroluminescent.
Une couche de nucléation 219 est formée sur le substrat 210 et autour des bâtonnets 211, 212.
Les bâtonnets 211, 212, sont ici distants d'environ 30 pm et ont chacun une hauteur, prise depuis la couche de nucléation 219 jusqu'à leur sommet, de 2,5 pm. Leur diamètre est de 1,5 pm.
La source lumineuse S comprend donc essentiellement un substrat 210 formant une plaque hérissée d'une multitude de petits bâtonnets 211, 212, électroluminescents et submillimétriques, à savoir dont la plus grande dimension est inférieure au millimètre.
La source lumineuse S est divisée en plusieurs zones lumineuses 201, 202 séparées par des murets 221, correspondant à une répartition de l'ensemble des bâtonnets 211, 212.
Entre chaque bâtonnet 211, 212 d'une même zone 201, 202 est déposée une couche électriquement conductrice, joignant électriquement ces bâtonnets, formant ainsi une anode distincte 225, 226, pour chacune des zones lumineuses 201, 202.
Les quatre anodes 225, 226, ainsi formées sont en contact avec la couche de nucléation 219, qui elle-même est en contact avec la cathode formée par le substrat 210.
Ainsi, en connectant les anodes 225, 226 et la cathode 210 à une source d'alimentation, on peut alimenter en électricité indépendamment chacune des différentes zones lumineuses 201, 202.
Selon une réalisation, chaque anode est connectée à une ou plusieurs bornes positives d'un moyen de connexion 220, destiné à être connectée à la borne positive d'une source d'alimentation électrique (non représentée) d'un véhicule. De même, la cathode 210 est connectée à la borne négative du moyen de connexion 220. Le moyen d'activation permet donc l'alimentation électrique de chacune de ces zones lumineuses 201, 202.
II est donc possible de piloter cette source lumineuse S, par activation sélective de ses zones lumineuses 201, 202, via le moyen d'activation 220.
Le pilotage peut être réalisé par un moyen spécifique distinct du dispositif lumineux, ou bien, comme dans cet exemple réalisé par un dispositif de pilotage 229 intégré au dispositif lumineux.
Dans cet exemple, le pilotage est réalisé directement par un dispositif de pilotage 229. Ce dernier est relié d'une part au moyen de connexion 220 et d'autre part au connecteur C. le moyen de connexion 220 est lui relié à chaque anode 225, 226, via des conducteurs électriques.
Le dispositif de pilotage 229 et la source lumineuse S sont montés sur une même carte de circuit imprimé, non représentée. Les conducteurs électriques sont formés par des pistes électroniques de cette carte de circuit imprimé. De même, d'autres pistes électroniques relient le moyen de connexion 220 au dispositif de pilotage 229.
Le rendement lumineux des zones lumineuses 201, 202peut être amélioré en déposant une couche réfléchissante 217, 218, sur la couche de nucléation 219. Cette couche réfléchissante 217, 218, est par exemple déposée sur la couche de nucléation 219 avant croissance des bâtonnets, puis des trous sont ménagés dans cette couche réfléchissante 217, 218, ainsi que dans la couche de nucléation, avant croissance des bâtonnets 211, 212, 213, 214, sur le substrat 10.
Pour avoir un meilleur rendement lumineux, les bâtonnets des zones lumineuses peuvent avoir les caractéristiques ci-dessous :
- un diamètre compris entre 1,4 pm et 1,6 pm, par exemple 1 pm,
- une hauteur comprise entre 2 pm et 10 pm, par exemple 8 pm,
- une distance entre chaque bâtonnet comprise entre 3 et 10 pm.
La source lumineuse S peut comprendre un convertisseur de lumière 223 agencé au-dessus des bâtonnets 211, 212. Un convertisseur de lumière comprend 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. Le matériau peut par exemple être du YAG dopé au Cérium ou à l'europium.
Toujours dans l'exemple de la Figure 8, la source lumineuse comprend est une source à haute densité, c'est-à-dire qu'elle comprend un nombre très important d'ensembles d'éléments électroluminescents, au moins plusieurs centaines d'ensembles d'éléments électroluminescents. En pratique, la source comporte plus de 1000 ensembles éléments électroluminescents sur le même substrat.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module lumineux comprenant :
    - une source lumineuse (12);
    - un substrat (14) sur une première face duquel repose la source lumineuse ;
    - un dissipateur thermique (18) ayant une surface de contact avec une deuxième face du substrat, ledit dissipateur comprenant du graphite (16), la source lumineuse étant une source lumineuse électroluminescente comprenant des éléments électroluminescents, la densité d'éléments électroluminescents étant égale ou supérieure à 500 éléments électroluminescents par cm2.
  2. 2. Module lumineux selon la revendication 1, dans lequel le dissipateur thermique comprend au moins une feuille (16) de graphite pyrolytique.
  3. 3. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel la surface de contact du dissipateur thermique avec la deuxième face du substrat est égale à la surface de la deuxième face du substrat.
  4. 4. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le graphite du dissipateur thermique forme la surface de contact du dissipateur thermique.
  5. 5. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le dissipateur thermique comprend en outre un ou plusieurs radiateurs (180) à ailettes.
  6. 6. Module lumineux selon la revendication 5 combiné à la revendication 2, dans lequel les ailettes comprennent ladite au moins une feuille de graphite pyrolytique.
  7. 7. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à
    6, comprenant en outre un système de répartition de chaleur intégré au substrat.
  8. 8. Module lumineux selon la revendication 7, dans lequel le système de répartition de chaleur comprend un ou plusieurs micro-caloducs.
  9. 9-. Module lumineux selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre des moyens (11) aptes à maintenir fixé ledit dissipateur thermique contre la deuxième face du substrat.
  10. 10. Module lumineux selon la revendication 9, dans lequel les moyens comprennent au moins un parmi un ressort, un ressort à lame, une vis.
  11. 11. Dispositif lumineux, notamment d'éclairage et/ou de signalisation de préférence de véhicule terrestre, comprenant un module lumineux selon l'une des revendications 1 à 10.
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