WO2013113727A1 - Dispositif d'eclairage a led avec systeme diffuseur - Google Patents

Dispositif d'eclairage a led avec systeme diffuseur Download PDF

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WO2013113727A1 PCT/EP2013/051738 EP2013051738W WO2013113727A1 WO 2013113727 A1 WO2013113727 A1 WO 2013113727A1 EP 2013051738 W EP2013051738 W EP 2013051738W WO 2013113727 A1 WO2013113727 A1 WO 2013113727A1
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Alain Buisson
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Marelli Automotive Lighting France SAS
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Automotive Lighting Rear Lamps France SAS
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    • B60Q1/26—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to indicate the vehicle, or parts thereof, or to give signals, to other traffic
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    • F21S43/332—Diffusing reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0096—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the lights guides being of the hollow type

Definitions

  • the present invention relates to the field of lighting and signaling, especially for motor vehicles. It relates more particularly to a lighting device having several LEDs as light sources, and in which the spatial diffusion of the emitted light is improved.
  • German patent application DE 101 01 795 are described flashing lights, including front turn signals for motor vehicles, in which an auxiliary light source for position light illuminates an element arranged transversely in the space between the main light and the frontal ice, and provides through it an illumination in the same direction as that of the main light.
  • an optical component or style for lighting or signaling of motor vehicles is described. This component is made of transparent material, inside which foci of light scattering are located only in predetermined locations to diffuse the light emitted by a source associated with the lighting or signaling device concerned. This component can be the mirror of a motor vehicle headlamp, or an insert placed in such a projector.
  • German patent application DE 103 11 317 discloses a vehicle lighting device comprising a light guide comprising diffusion structures located essentially at the focus of reflecting surfaces which thus allow to spread a homogeneous illumination.
  • Said plate comprising at least one bilateral elongated bulge of substantially circular overall cross-section having its mean longitudinal axis in the mean plane of said plate and capable of forming a light guide, and
  • At least one LED placed at at least one end of said light guide, with its main axis orthogonal to the longitudinal axis of said light guide.
  • the present invention aims to provide a means for providing a lighting having a more homogeneous rendering and providing users with a much less tiring or less blinding rendering than currently marketed LED lighting.
  • the new lighting device according to the invention in particular intended, but not limited to, a traffic light and / or external or interior lighting of the passenger compartment of motor vehicles, comprises LEDs.
  • LEDs advantageously fixed on PCB (conventional abbreviation for printed circuit boards), substantially perpendicular to which is placed, in front of the illuminating surface of the LED, a system comprising parallel plates of which at least one of the faces is light in color, preferably of white color, while said system advantageously comprises:
  • a PCB printed circuit board
  • the device is oriented so that the LEDs emit light in said channel, and while the device comprises, optionally, a zone of greater width or zone flared at its free end, through which the light emitted by the light emits from the device. LEDs when these are illuminated by means of a power supply and appropriate circuit elements, which functionally complement the device according to the invention.
  • the device according to the invention can be of any shape and size, it will be described hereinafter with reference to a device for lighting, marking and / or signaling light for motor vehicles, and with reference to a embodiment in which the aforesaid opaque walls are slices of hollow cylinders two in number, of respective radii R and r, arranged parallel to one another, concentrically, and supported on a PCB on which are placed n LED, regularly or irregularly spaced from each other, while said LEDs are arranged to emit a light beam directed substantially diametrically in the corridor width Rr thus defined by the aforesaid opaque plates.
  • the opaque walls can define an annular channel or corridor of not only circular shape, but also quadrangular, polygonal, or other, regular or not, or a linear or sinuous channel.
  • the walls have identical or homothetic curvatures, with alternating directions of curvature and with interplanar plane portions.
  • the LEDs are arranged substantially evenly in a geometric figure such as, for example, a circle on a PCB-type substrate.
  • the device according to the invention provides its best results in terms of diffusion and dispersion of the light of the LEDs when the LEDs or PCB carrying the LEDs are placed at an angle of up to about 20 °, and preferably about 15 °, relative to the cross-sectional plane of said channel plates for LED light.
  • Fig. 1 is a schematic front view, in elevation, of a lighting device according to the invention, on a base;
  • Fig. 2 shows a schematic cross-sectional view along AA of the lighting device according to FIG. 1.
  • the lighting device according to the invention may comprise a system of concentric tubes 1, 2 suitably fixed inside a housing 3, and fixed on a base in the illustrative example shown.
  • the base may be a body or structural element of a motor vehicle, for example.
  • PCB printed circuit board
  • the LEDs are advantageously arranged at an angle, for example about 15 °, with respect to the transverse plane of the channel walls. Their light beam is thus reflected a maximum of times on the walls of said crown.
  • the device which is the subject of the present invention may comprise, separately or in combination, optional or alternative characteristics, such as in particular:
  • the LED plate is of circular geometry, with the n LEDs (where n is an integer of 4 to 20, preferably equal to 12) disposed around its periphery, preferably at substantially identical distances between two consecutive LEDs;
  • the LEDs are fixed on a wafer, on the front of which the aforesaid tube is disposed in front of said LED wafer, advantageously such that its longitudinal axis is perpendicular to the plane of said wafer;
  • At least the inner face of the opaque plates is made of a white colored material or the like and / or is lined with a white color coating or the like;
  • said inner face of the opaque plates that is to say the face turned towards the inside of the channel that they define for the LEDs concerned, is preferably provided with roughness.
  • Such a rough wall disperses the light of the LEDs better;
  • LEDs having a higher maximum luminous flux than the LEDs currently used in devices not provided with this light pipe for example by replacing the 20-lumen LEDs with 40-lumen LEDs ;
  • the ratio of the length to the diameter of said tube (apart from the bulged end portion) is advantageously in the range of 3 to 10, preferably 4 to 7, and more preferably about 5;
  • the width of the channel between two parallel opaque plates is preferably about 10 to 15 mm;
  • the light emission axis is advantageously parallel to the axis conventionally called the X axis of the vehicle;
  • Fixing said ducting system in the axis of the main beam from said LEDs is effected by means of a suitable attachment to the wall of a circular module carrying the aforementioned n LEDs;
  • Said LED-carrying module may have a front face whose main plane is at an angle to the longitudinal axis of said tubular system;
  • Another object of the invention is constituted by a motor vehicle equipped with at least one device as described herein.
  • the LEDs emit rays which are essentially reflected on the inner wall of said tubes; after successive reflections of the same light ray, it has acquired a beam width and homogeneity which makes it give, for the human eye situated opposite the exit of said tubes, a luminous radiation which remains powerful but is much more homogeneous and less blinding than the radiation originally emitted by the same set of LEDs not equipped with the device according to the invention.
  • a terminal flare 6 of said tubes is optional; it makes it possible to increase the width and the brightness of the beam leaving said tube, and thus to give to said beam of light rays leaving said tube an exceptional doubled width and homogeneity, which is unusual in the present state of the art of man's knowledge. profession and achievements that it can infer.
  • the diameter of the aforesaid module can be, for example, between about 10 and 15 centimeters for a main lighting device, such as for example a rear light of a motor vehicle.
  • a main lighting device such as for example a rear light of a motor vehicle.
  • the device according to the invention is placed in practice in the usual places of the bodywork of motor vehicles. More generally, said device can also be used, with appropriate adaptations of size and configuration, inside the passenger compartment of motor vehicles, and even more generally for all domestic or professional purposes, wherever a Lighting thus improved by a device according to the invention is desired.

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Description

Dispositif d'éclairage à LED avec système diffuseur
La présente invention concerne le domaine de l'éclairage et de la signalisation, notamment pour les véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'éclairage ayant plusieurs LED comme sources lumineuses, et dans lequel la diffusion spatiale de la lumière émise est améliorée.
La réglementation en vigueur impose, selon les types de véhicules, différents feux d'éclairage ou de signalisation. Mais, outre le volume de l'ensemble des feux, les performances et l'uniformité d'éclairement des feux individuels ainsi regroupés sont des préoccupations majeures.
On connaît déjà dans l'art antérieur des écrans auxiliaires transparents dans lesquels peut se propager la lumière émise par une source de lumière auxiliaire, ces écrans étant destinés à équiper un feu, notamment arrière, d'un véhicule automobile. Des discontinuités locales prévues dans le matériau de l'écran constituent des foyers de diffusion de la lumière hors de ces écrans (voir publication de brevet français No. 2 868 506).
Dans la demande de brevet allemand DE 101 01 795 sont décrits des feux clignotants, notamment des clignotants avant pour véhicules automobiles, dans lesquels une source de lumière auxiliaire pour feu de position illumine un élément disposé transversalement dans l'espace entre le feu principal et la glace frontale, et procure à travers celle-ci un éclairement de même direction que celle du feu principal. Dans la demande de brevet français 01 00048, publiée sous le numéro 2 819 040, est décrit un composant d'optique ou de style pour l'éclairage ou la signalisation de véhicules automobiles. Ce composant est en matériau transparent, à l'intérieur duquel des foyers de diffusion de la lumière sont situés uniquement en des endroits prédéterminés pour diffuser la lumière émise par une source associée au dispositif d'éclairage ou de signalisation concerné. Ce composant peut constituer la glace d'un projecteur de véhicule automobile, ou un insert placé dans un tel projecteur. Dans la demande de brevet allemand DE 103 11 317 est décrit un dispositif d'éclairage pour véhicule comportant un guide de lumière comprenant des structures de diffusion situées essentiellement au foyer de surfaces réfléchissantes qui laissent ainsi diffuser un éclairement homogène.
La demanderesse a également conçu, et a décrit dans la demande de brevet FR 0905984 publiée sous le No. 2953781, un nouveau dispositif pour feu de véhicule automobile, comportant un matériau optique transparent et au moins une source de lumière de type LED agencée pour émettre des rayons lumineux se propageant à l'intérieur de l'épaisseur dudit matériau optique transparent, qui comprend essentiellement:
• une plaque d'un matériau optique transparent formant rideau,
• ladite plaque comportant au moins un renflement allongé bilatéral, de section droite globale substantiellement circulaire, ayant son axe longitudinal moyen dans le plan moyen de ladite plaque et apte à former un guide de lumière, et
· au moins une LED placée à au moins l'une des extrémités dudit guide de lumière, avec son axe principal orthogonal à l'axe longitudinal dudit guide de lumière.
Dans ces diverses applications et ces divers modes de réalisation d'écrans lumineux diffusant la lumière émise par au moins une LED, il peut apparaître des inhomogénéités dans la lumière diffusée, en particulier au niveau des guides dont peuvent être munis les rideaux ou écrans diffuseurs.
Quant à l'éclairage direct par des LED de forte ou de moyenne puissance, il est désormais reconnu qu'il est aveuglant et ne devrait pas être généralisé sous cette forme.
Il est donc apparu utile de chercher à uniformiser le rendu lumineux des dispositifs d'éclairage et/ou à en masquer les éventuelles inhomogénéités.
La présente invention vise à procurer un moyen pour fournir un éclairage ayant un rendu plus homogène et apportant aux utilisateurs un rendu beaucoup moins fatigant ou moins aveuglant que les éclairages par LED actuellement commercialisés. Le nouveau dispositif d'éclairage selon l'invention, notamment destiné, mais sans que cela soit limitatif, à un feu de signalisation et/ou à l'éclairage extérieur ou intérieur d'ambiance de l'habitacle de véhicules automobiles, comporte des LED, avantageusement fixées sur PCB (abréviation classique pour plaquettes à circuits imprimés), sensiblement perpendiculairement auxquelles est placé, en avant de la face éclairante de la LED, un système comprenant des plaques parallèles dont au moins l'une des faces est de couleur claire, de préférence de couleur blanche, tandis que ledit système comporte avantageusement:
au moins une LED, de préférence plusieurs LED réparties selon une ligne de forme quelconque sur une plaquette de circuits imprimés (en abrégé un PCB, pour "Printed Circuit Board"),
au moins deux plaques parallèles entre elles, composées d'un matériau opaque formant paroi, prenant appui sur ledit PCB et/ou sur son pourtour, respectivement de part et d'autre d'au moins une LED portée par ledit PCB, de manière à définir un canal dans le fond duquel se trouvent distribuées lesdites LED, et se déployant sensiblement perpendiculairement au plan moyen dudit PCB de manière à canaliser la lumière émise par lesdites LED, qui s'échappe dudit dispositif par le côté desdites plaques opposé au côté susdit prenant appui sur ou autour du PCB,
tandis que le dispositif est orienté pour que les LED émettent la lumière dans ledit canal, et tandis que le dispositif comporte, en option, une zone de largeur supérieure ou zone évasée à son extrémité libre, par laquelle sort du dispositif la lumière émise par les LED quand celles-ci sont allumées au moyen d'une alimentation électrique et des éléments de circuit appropriés, qui complètent fonctionnellement le dispositif selon l'invention. Bien que le dispositif selon l'invention puisse être de forme et de taille quelconques, il sera décrit dans la suite en référence à un dispositif formant feu d'éclairage, de balisage et/ou de signalisation pour véhicules automobiles, et en référence à un exemple de réalisation dans lequel les parois opaques susdites sont des tranches de cylindres creux au nombre de deux, de rayons respectifs R et r, disposées parallèlement l'une à l'autre, de manière concentrique, et prenant appui sur un PCB sur lequel sont placées n LED, régulièrement ou irrégulièrement espacées l'une de l'autre, tandis que lesdites LED sont disposées de manière à émettre un faisceau lumineux dirigé sensiblement diamétralement dans le couloir de largeur R-r ainsi défini par les plaques opaques susdites. Dans la pratique, les parois opaques peuvent définir un canal ou couloir annulaire de forme non seulement circulaire, mais encore quadrangulaire, polygonale, ou autres, régulières ou non., ou encore un canal linéaire ou sinueux. Dans ce dernier cas, les parois possèdent des courbures identiques ou homothétiques, de sens de courbure alternés et avec des parties planes intercalées.
Dans une forme de réalisation préférée, les LED sont disposées de manière sensiblement régulière selon une figure géométrique telle que, par exemple, un cercle, sur un substrat de type PCB.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres objectifs, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description détaillée ci-après d'une forme de réalisation ayant valeur d'exemple illustratif, et de modes de réalisation alternatifs ou optionnels.
Le dispositif selon l'invention procure ses meilleurs résultats en terme de diffusion et de dispersion de la lumière des LED lorsque l'on place les LED ou le PCB portant les LED sous un angle allant jusqu'à environ 20°, et de préférence d'environ 15°, par rapport par rapport au plan de section transversale des dites plaques formant canal pour la lumière des LED.
On a pu constater qu'ainsi la lumière émise par les LED se réfléchit sur les parois internes du canal défini entre deux plaques opaques et se diffuse/disperse avant de s'acheminer vers la sortie du canal d'où elle est visible par un observateur convenablement placé dans un champ de vision approprié.
Les modes de réalisation décrits ci-après sont fournis à titre purement illustratif et non- limitatif, notamment en référence aux planches de dessins annexées dans lesquelles:
Fig. 1 représente une vue schématique de face, en élévation, d'un dispositif d'éclairage selon l'invention, sur un socle; et
Fig. 2 représente une vue schématique en coupe transversale suivant A-A du dispositif d'éclairage selon Fig. 1. Comme le montrent les Figs. 1 et 2 dans la forme de réalisation qui y est représentée, le dispositif d'éclairage selon l'invention peut comprendre un système de tubes concentriques 1, 2 fixés de manière appropriée à l'intérieur d'un boîtier 3, et fixés sur un socle dans l'exemple illustratif représenté. Dans la pratique, le socle peut être un élément de carrosserie ou de structure d'un véhicule automobile, par exemple.
Dans le fond dudit boîtier est placée une plaquette de circuits imprimés (PCB) 4 comportant des LED 5. Pour être opérationnel, un tel dispositif est agencé pour être raccordé à une source de courant électrique appropriée.
Comme on peut le voir d'après la Fig. 2, les LED sont avantageusement disposées sous un angle, par exemple d'environ 15°, par rapport au plan transversal des parois formant canal. Leur faisceau lumineux se réfléchit ainsi un maximum de fois sur les parois de ladite couronne.
Le dispositif objet de la présente l'invention peut comporter, séparément ou en combinaison, des caractéristiques optionnelles ou alternatives, telles que notamment:
· la plaquette de LED est de géométrie circulaire, avec les n LED (où n est un entier de 4 à 20, de préférence égal à 12) disposées sur son pourtour, de préférence à des distances sensiblement identiques entre deux LED consécutives;
les LED sont fixées sur une plaquette, sur la face avant de laquelle le tube susdit est disposé en avant de ladite plaquette de LED, avantageusement de telle manière que son axe longitudinal soit perpendiculaire au plan de ladite plaquette;
au moins la face interne des plaques opaques est constituée d'un matériau de couleur blanche ou similaire et/ou est tapissée d'un revêtement de couleur blanche ou similaire;
ladite face interne des plaques opaques, c'est-à-dire la face tournée vers l'intérieur du canal qu'elles définissent pour les LED concernées, est de préférence garnie de rugosités. Une telle paroi rugueuse disperse mieux la lumière des LED;
pour compenser le fait qu'une faible portion du faisceau lumineux des LED peut se trouver atténuée ou perdue par des réflexions non souhaitées ou n'aboutissant pas vers la sortie du canal, il est prévu d'utiliser des LED ayant un flux lumineux maximal plus élevé que les LED actuellement utilisées dans des dispositifs non pourvus de cette canalisation de lumière, par exemple en remplaçant les LED de 20 lumens par des LED de 40 lumens;
• le rapport de la longueur au diamètre dudit tube (hormis la partie terminale renflée) se situe avantageusement dans l'intervalle de 3 à 10, de préférence de 4 à 7, et plus préférablement de 5 environ;
la largeur du canal entre deux plaques opaques parallèles est de préférence d'environ 10 à 15 mm;
• l'axe d'émission de la lumière est avantageusement parallèle à l'axe appelé classiquement axe X du véhicule;
• la fixation dudit système de canalisation dans l'axe du faisceau principal issu desdites LED s'effectue au moyen d'une fixation appropriée sur la paroi d'un module circulaire porteur des n LED susdites;
• ledit module porteur de LED peut avoir une face avant dont le plan principal est en biais par rapport à l'axe longitudinal dudit système tubulaire;
l'alimentation des plaquettes de LED en courant électrique s'effectue par des moyens classiques, connus de l'homme du métier.
Un autre objet de l'invention est constitué par un véhicule automobile équipé d'au moins un dispositif tel que décrit ici.
Dans un tel dispositif, les LED émettent des rayons qui sont pour l'essentiel réfléchis sur la paroi interne desdits tubes; après des réflexions successives d'un même rayon lumineux, celui-ci a acquis une largeur et une homogénéité de faisceau qui font qu'il donne, pour l'oeil humain situé en regard de la sortie desdits tubes, un rayonnement lumineux qui reste puissant, mais est nettement plus homogène et moins aveuglant que le rayonnement émis à l'origine par un même ensemble de LED non équipé du dispositif selon l'invention.
Un évasement terminal 6 desdits tubes est optionnel; il permet d'augmenter la largeur et la luminosité du faisceau quittant ledit tube, et ainsi de donner audit faisceau de rayons lumineux quittant ledit tube une largeur doublée d'une homogénéité exceptionnelles, inhabituelles dans l'état actuel des connaissances de l'homme du métier et des réalisations que celui-ci peut en inférer. Le diamètre du module susdit peut se situer, par exemple, entre environ 10 et 15 centimètres pour un dispositif d'éclairage principal, tel que par exemple un feu arrière de véhicule automobile. Pour des applications au domaine de l'automobile, l'homme du métier comprendra que le dispositif selon l'invention se place en pratique aux endroits habituels de la carrosserie des véhicules automobiles. De manière plus générale, ledit dispositif peut également être utilisé, avec les adaptations de taille et de configuration appropriées, à l'intérieur de l'habitacle des véhicules automobiles, et même plus généralement à tous usages domestiques ou professionnels, en tout endroit où un éclairage ainsi amélioré par un dispositif selon l'invention est souhaité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'éclairage, notamment pour véhicule automobile, comportant des LED, avantageusement fixées sur une plaque de circuits imprimés ou PCB, caractérisé en ce qu'est placé sensiblement perpendiculairement aux LED (5), en avant de la face éclairante de la LED, un système comprenant des plaques parallèles opaques (1, 2) dont au moins l'une des faces est de couleur claire, de préférence de couleur blanche,
au moins deux desdites plaques parallèles prenant appui sur le PCB (4) et/ou sur son pourtour, respectivement de part et d'autre d'au moins une LED portée par ledit PCB, de manière à définir un canal dans le fond duquel se trouvent distribuées lesdites LED, et • lesdites plaques formant paroi se déployant sensiblement perpendiculairement au plan moyen dudit PCB de manière à canaliser la lumière émise par lesdites LED, qui s'échappe dudit dispositif par le côté desdites plaques opposé au côté susdit prenant appui sur ou autour du PCB, et
· la au moins une face de couleur claire ou blanche desdites plaques étant tournée vers l'intérieur dudit canal.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une zone de largeur supérieure ou zone évasée à son extrémité libre, par laquelle sort du dispositif la lumière émise par les LED (5) quand celles-ci sont allumées.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les parois opaques (1, 2) sont des tranches de cylindres creux au nombre de deux, de rayons respectifs R et r, disposées parallèlement l'une à l'autre, de manière concentrique, et prenant appui sur un PCB (4) sur lequel sont placées n LED (5), régulièrement ou irrégulièrement espacées l'une de l'autre, tandis que lesdites LED sont disposées de manière à émettre un faisceau lumineux dirigé sensiblement diamétralement dans le couloir de largeur R-r ainsi défini par les plaques opaques susdites.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites parois opaques définissent un canal ou couloir annulaire de forme circulaire, quadrangulaire, polygonale régulière ou non, ou encore un canal linéaire ou sinueux.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques (1, 2) formant un ensemble de tubes concentriques, tandis que les LED (5) ou le PCB (4) portant les LED (5) sont placés sous un angle allant jusqu'à environ 20°, et de préférence d'environ 15°, par rapport au plan de section transversale des dites plaques formant canal pour la lumière desdites LED.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits tubes concentriques sont fixés à l'intérieur d'un boîtier (3).
7. Dispositif selon la revendications 5, caractérisé en ce que les LED (5) sont fixées sur une plaquette (4), sur la face avant de laquelle ledit tube est disposé en avant de ladite plaquette de LED, avantageusement de telle manière que ladite plaquette soit sensiblement inclinée d'environ 15° par rapport à l'axe longitudinal dudit tube.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la plaquette (4) de LED (5) est de géométrie circulaire, tandis que les n LED, où n est un entier de 4 à 2, de préférence égal à 12, sont disposées sur son pourtour, de préférence à des distances sensiblement identiques entre deux LED (5) consécutives.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la face la face des plaques opaques (1, 2) tournée vers l'intérieur dudit canal garnie de rugosités.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un évasement terminal (6) desdits tubes, de manière à augmenter la largeur et la luminosité du faisceau de rayons lumineux quittant ledit.
11. Véhicule automobile équipé d'au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
PCT/EP2013/051738 2012-01-31 2013-01-30 Dispositif d'eclairage a led avec systeme diffuseur Ceased WO2013113727A1 (fr)

Priority Applications (6)

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