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Les lampes à incandescence, qui rendent de grands services pour l'éclairage de-puissance, possèdent néanmoins un faible rendement : si l'on désire leur conserver une durée
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par Watt électrique consommé.
On sait que les diodes électroluminescentes ont un rendement supérieur, qui peut atteindre 10 Candelaspar Watt, avec une durée de vie bien plus longue, chiffrable en centaines de milliers d'heures. Mais elles n'ont pas été utilisées beaucoup jusqu'à présent pour obtenir des éclairages de faible et moyenne intensité, tant à cause de leur faible éclairement individuel (2 à 10 millicandelas) que pour des raisons de prix.
La présente invention vient permettre une telle utilisation.
Selon l'invention, on prévoit un élément lumineux modulaire à diodes électroluminescentes, qui comporte un substrat de circuit hybride, généralement plan, un grand nombre de puces de diodes électroluminescentes fixées sur le substrat de manière à recouvrir une grande partie de sa surface, des interconnexions, déposées sur le substrat, entre les puces de diodes électroluminescentes, comprenant deux connexions d'alimentation reliées à des électrodes, et un système optique réalisé sur le substrat, coopérant avec les puces de diodes électroluminescentes.
Comme c'est habituel en microélectronique, le mot "puce" (en anglais "chip"), définit ici le cristal d'un dispositif semi-conducteur, non monté, c'est-à-dire sans fils d'électrode ni encapsulation.
Avantageusement, les interconnexions réalisent un. branchement en série des puces de diodes entre elles, deux bornes d'alimentation seulement étant prévues sur le substrat.
Ces bornes d'alimentation sont destinées à être connectées à un circuit régulateur de courant, par exemple à un circuit intégré porté par un substrat séparé comportant un certain nombre de tels circuits en vue d'alimenter plusieurs éléments lumineux modulaires selon l'invention.
Il est impossible aussi de prévoir que le substrat <EMI ID=3.1>
plusieurs puces de circuits intégrés régulateurs de courant, munies d'entrées de commande, et autant d'électrodes de commande, avec une liaison déposée sur le substrat entre
chaque électrode de commande et l'une, respective, des entrées _ de commande.
De son côté, le système optique peut simplement comprendre une loupe ou un grand nombre de loupes, recouvrant chacune à une puce de diodes électroluminescentes ou à un petit nombre d'entre elles. A quoi l'on peut ajouter un filtre .de lumière. _ : __ , . _ On peut prévoir aussi que le système optique comprend un réflecteur associé à chaque puce de diode et constitué par une cuvette métallisée formée dans le substrat et dans laquelle vient se poser chaque puce.
Pour une application d'affichage programmable, les diodes électroluminescentes connectées au même circuit régulateur de courant sont disposées suivant une configuration préétablie, ce qui fournit un module d'affichage commandé.
En associant plusieurs éléments modulaires de l'invention, on constitue un ensemble lumineux de puissance.
Deux procédés de fabrication de l'élément selon l'invention peuvent être utilisés, selon le type de système optique prévu.
Si le système optique est constitué. par des loupes recouvrant les puces, on dépose de la colle sur le substrat,
à l'endroit de chaque puce, après avoir déposé les interconnexions métalliques par sérigraphie sur la surface du substrat. Les puces sont ensuite collées et des fils de. connexion sont soudés par thermocompression entre les puces et les interconnexions métalliques de la surface du substrat.
Si le système optique comprend des réflecteurs en arrière des puces, le substrat est fabriqué avec des cuvettes
à l'endroit de chaque diode, puis, les interconnexions métalliques sont déposées en même temps que l'intérieur des cuvettes est métallisé (par sérigraphie encore). Les puces de diodes sont alors mises en place et des fils de connexion sont soudés entre les puces et les interconnexions, ces fils assurant le <EMI ID=4.1>
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés,. sur lesquels :
. La Figure est le schéma général d'un module lumineux de l'invention, vue en coupe transversale ; . La Figure 2 est le schéma correspondant vu�du dessus, système optique enlevé ; . La Figure 3 est le schéma électrique du module des Figures 1 et 2 ; . La Figure 4 illustre un exemple d'application en
<EMI ID=5.1> . La Figure 5 représente une variante de réalisation d'un élément lumineux modulaire ; et . La Figure 6 représente une coupe d'une partie de substrat d'un élément lumineux, avec des réflecteurs en cuvette pour chaque puce de diode.
Sur la Figure 1, l'élément lumineux modulaire comporte un substrat de circuit hybride 1, en céramique ou en verre époxy. La face supérieure du substrat 1 est recouverte d'une couche de résine 2. Sur celle-ci sont collées des puces de diodes électroluminescentes telles, que 10 à 19, alignées par exemple, ainsi que des.puces de circuits intégrés régulateurs de courant, tel 3. Par dépôt d'une "encre" spéciale à base de métaux précieux (platine, or, etc...), on établit des connexions non résistives 20 à 30 entre les diodes 10 à 19 et'le circuit régulateur de courant 3, ainsi que des électrodes de sortie ; cette encre est cuite après dépôt sur le substrat
et avant collage des diodes.
Dans un mode de réalisation particulier, dont le schéma d'implantation est donné par là Figure 2 et le schéma électrique par la Figure 3, les diodes 10 à 19 sont reliées en série entre elles et avec le circuit régulateur de courant 3 par les interconnexions 20 à 30. Ainsi, la connexion 20 relie la sortie du régulateur de courant à l'anode de la diode 10 ;
la connexion 21 relie la cathode de la diode 10 à l'anode de
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relie la cathode de la diode 19 à un commun aboutissant à <EMI ID=7.1> circuits régulateurs de courant, tel 3, sont reliées à une
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41 peut être commune pour tous les circuits régulateurs, ou bien, comme représenté sur les Figures 2 et 3, on peut prévoir une électrode de pôle positif pour chacun d'entre eux.
On peut encore utiliser des régulateurs de courant qui comportent séparément une ou plusieurs entrées de commande en tout ou rien. Celles-ci seront alors reliées à dss électrodes de commande individuelles par des liaisons déposées (non représentées).,
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comme 5 permettent de maintenir au-dessus du substrat un système optique 6, qui permet de focaliser de la manière désirée l'émission de lumière des diodes suivant un cône 9.
On peut y ajouter un filtre coloré, ou colorer en masse tout ou partie du système optique, pour définir la couleur du cône 9 de lumière émise.
Le système optique 6 peut comprendre pour l'ensemble des diodes une loupe unique en verre ou en plastique transpa- rent par exemple ou un grand nombre de loupes_ou de lentilles de Fresnel, associées chacune à une puce de diode électroluminescente, comme représenté, ou bien à un petit nombre d'entre elles.
Le demandeur a pu, avec les moyens de l'invention,
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ayant une faible consommation (courant de polarisation inférieur à 40 mA), on peut se contenter d'un* régulateur de courant à bas prix pour les polariser correctement!*. Un �el
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on peut aussi le disposer à part, avec les circuits produisant les tensions continues d'alimentation.
Dans une réalisation particulière, les régulateurs de courant sont réalisés à l'aide de régulateurs de tension associés à une résistance de valeur suffisante. Les puces de diodes correspondent aux modèles MV 5752, MV 5152, MV 5252, vendus par MONSANTO ; les puces de circuits intégrés sont par exemple le modèle MC7824 vendu par MOTOROLA et chacun alimente <EMI ID=12.1>
couche de résine déposée sur le substrat est une colle époxy.
Les interconnexions sont réalisées en encre platine-argent référence 9770 de Dupont de Nemours. Enfin, pour éviter qu'elles ne se croisent, on réalise le circuit hybride sous forme multicouches, au moins là où c'est nécessaire.
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avec son circuit régulateur de courant, une surface très faible, de l'ordre de 40 mm . Une telle surface peut, à distance, suffisante, être considérée comme un point. Selon un autre aspect de l'invention, on branche des groupes de diodes en matrice, de manière à pouvoir commander ou "adresser" individuellement chacun des groupes, et réaliser ainsi un afficheu* programmable. La cellule adressable peut alors être constituée d'un module tel que décrit en référence aux Figures 1 à 3, ou simplement d'un groupe de 10 diodes, par exemple.
Une réalisation de ce genre est illustrée à titre d'exemple par la Figure 4. Sur celle-ci, chaque carré tel que
50 correspond à une cellule adressable. L'adressage en ligne peut se faire à l'aide des électrodes d'alimentation (41, Figures 2 et 3), et l'adressage en colonne par les entrées de commande des différents circuits régulateurs de courant, qui sont branchées ensemble sur une même colonne. En variante, en branchant des circuits ET ou équivalents sur ces entrées de commande, maintenant non reliées entre elles, on peut réaliser l'adressage uniquement sur ces entrées.
Pour réaliser l'élément lumineux modulaire représenté sur les Figures 1 et 2, on procède de la manière suivante :
a) des interconnexions mjtalliques destinées à relier les diodes sont déposées sur le substrat par sérigraphie à l'aide d'une encre conductrice, des espaces non conducteurs . étant laissés à l'endroit où viendront se placer les puces de diodes étales puces de circuits intégrés régulateurs s'il y a <EMI ID=14.1> b) on procède à une cuisson de l'encre déposée ; c) on dépose une couche de colle à l'endroit des puces ;
<EMI ID=15.1> <EMI ID=16.1> <EMI ID=17.1> collées des fils d'or de quelques' microns de diamètre que l'on relie également par soudage aux interconnexions métalliques arrivant à ces puces ; f) on fixe les entretoises 5 et le système optique 6.
Dans une variante de réalisation représentée à la Figure 5, le substrat 1 de l'élément lumineux modulaire selon l'invention ne porte pas de circuit intégré de régulation de courant ; il porte simplement un grand nombre de puces de . diodes
(10, 11, 12, ... 19) reliées toutes en série les unes avec les <EMI ID=18.1>
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Les circuits 3 de régulation de courant qui sont toujours nécessaires peuvent être prévus sur un substrat séparé
56, et dans ce cas, un seul substrat de support de circuits régulateurs de courant est prévu pour commander plusieurs éléments lumineux modulaires (autant qu'il. y a de régulateurs sur ce substrat).
Cette disposition permet de réduire notablement le coût de fabrication (diminution de prix des éléments de connexion et diminution de la main d'oeuvre pour réaliser ces connexions). Les circuits intégrés 3 de régulation de courant sont simplement collés sur un circuit imprimé de manière à réaliser une unité hybride d'alimentation des éléments lumineux modulaires.
Pour réaliser un élément lumineux modulaire présentant des caractéristiques optimales de rendement lumineux, on peut prévoir que le système optique associé à l'élément lumineux comprend, en plus ou à la place de la ou les loupes placées au-dessus des puces de diodes, des réflecteurs individuels associés à chaque puce de diode. Ces réflecteuis sont constitués par des cuvettes métallisées formées directement à la surface du substrat. Dans chaque cuvette est placée une diode électroluminescente. Le rendement est nettement amélioré car les diodes émettent de la lumière non seulement vers l'avant mais aussi vers l'arrière (c'est-à-dire vers le substrat sur lequel elles sont posées), et il est bon que la partie de lumière **mise vers 1 'arrière soit renvoyée vers l'avant par une surface réfléchissante.
La Figure 6 représente en coupes une partie de subs- trat 1 présentant des cuvettes 60 dont la surface intérieure est métallisée par dépôt d'une encre conductrice contenant de préférence de l'argent. Les cuvettes ont sensiblement une force de calotte sphérique pour mieux diriger la lumière
réfléchie perpendiculairement à la surface du substrat.
Dans cette réalisation, les interconnexions métalli- ques entre les puces de diodes sont déposées par sérigraphie
d'une encre conductrice sur les parties planes de la surface
du substrata entre les cuvettes ; les cuvettes peuvent égale-
ment être métallisées par sérigraphie.
Il est préférable., toujours pour améliorer le rende-
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dans les cuvettes et leur maintien en place au-dessus de celles-ci se fait grâce aux fils d'or que l'on soude par thermocompression entre les puces et les interconnexions
<EMI ID=22.1> .. colle une partie de la lumière émise.
L'invention s'applique notamment à la signalisation,
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numérotation des immeubles, etc. On peut par exemple réaliser un affichage à sept segments.
Une application particulièrement intéressante est celle des feux de signalisation routière. Chaque feu comprend un ou plusieurs modules avec les filtres colorés adéquats,
par exemple de la manière décrite dans la demande de brevet français n[deg.] 76 02 276. Dans cette application, et dans d'autres, il est très avantageux de réaliser une alimentation impulsionnelle des diodes, par exemple.de.la manière décrite dans la
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régime impulsionnel, les diodes admettent un courant bien plus élevé qu'en régime permanent, d'où une impression lumineuse plus forte, 9 compte tenu de la persistance rétinienne. La commande impulsionnelle se fait avantageusement par les entrées de commande des circuits régulateurs de courant.
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nescentes pour feu de signalisation ou enseigne lumineuse caractérisé par le fait qu'il comporte :
. un substrat de circuit hybride, généralement plan, <EMI ID=27.1> centes fixées sur le substrat de manière à recouvrir une grande partie de sa surface, . des interconnexions, déposées sur le substrat, entre les puces de diodes électroluminescentes, comprenant deux connexions d'alimentation reliées à des électrodes, et . un système optique monté sur le substrat, et coopérant avec les puces de diodes électroluminescentes.