EP1304907A1 - Dispositif d'éclairage ou de signalisation à diodes électroluminescentes - Google Patents

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EP1304907A1
EP1304907A1 EP02292486A EP02292486A EP1304907A1 EP 1304907 A1 EP1304907 A1 EP 1304907A1 EP 02292486 A EP02292486 A EP 02292486A EP 02292486 A EP02292486 A EP 02292486A EP 1304907 A1 EP1304907 A1 EP 1304907A1
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emitting
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Benoist Fleury
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Valeo Vision SAS
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10Controlling the intensity of the light

Definitions

  • the present invention relates to lighting or signaling devices, the light sources consist of light emitting diodes.
  • Such light sources are usually associated with optical systems for forming a light beam lighting or signaling, having predetermined photometric and geometric characteristics.
  • light-emitting diodes makes it possible to take advantage of their small footprint to make relatively compact lighting or signaling devices.
  • the low heat generation caused by the operation of the light emitting diodes allows for example to use in their immediate environment plastics, whereas incandescent or halogen lamps would impose in the same conditions the use of materials capable of withstanding high temperatures. The result therefore a reduced size and cost.
  • the present invention is placed in this context and it aims to provide a device lighting or signaling device using several light-emitting diodes as sources light beams to form a light beam of predetermined intensity, increasing the luminance of each light emitting diode.
  • the present invention therefore relates to a lighting or signaling device, comprising at least two light-emitting diodes each emitting a light beam, supplied by a pulsed current so as to be alternately lit, the pulses of the supply current of the light-emitting diodes having an instantaneous intensity greater than the maximum steady state intensity and an average intensity less than this maximum value, the pulses of the supply current of the light-emitting diodes having a duty cycle greater than or equal to the inverse of the number of light emitting diodes.
  • the device comprises an optical system receiving the beams light emitted by light emitting diodes and providing an emerging beam unique regardless of the light emitting diode providing it with an incident beam.
  • a light-emitting diode is designed and dimensioned to operate by being supplied by a direct current less than or equal to a current of maximum intensity in steady state I max predetermined so as to produce a maximum luminous flux ⁇ max predetermined corresponding to a predetermined maximum luminance L max .
  • the flux ⁇ and the luminance L of the light-emitting diode vary appreciably in proportion with the intensity I inf .
  • the light emitting diode is supplied with a current I sup greater than the intensity I max, the flux ⁇ and the luminance L of the light emitting diode increases beyond ⁇ max and L max respectively, but also the intensity of current flowing through the light emitting diode.
  • the light emitting diode 10A When the light emitting diode 10A is on, the light emitting diode 10B is off, and Conversely.
  • the light beam emitted by these light-emitting diodes is received by a optical system 20, which provides a single emerging beam 30 regardless of the light emitting diode providing him with an incident beam.
  • Such drive systems are for example used in cinematographic projectors to drive the film.
  • the light-emitting diodes can also be arranged fixedly with respect to to the optical system 20, and switch the light beams emitted by the different diodes electroluminescent lights, so that the beam incident on the optical system 20 is always the same whatever the light-emitting diode is lit.
  • mirrors 50 being movable in rotation between for example two positions, and synchronized with the switching on and off of the light-emitting diodes 10A and 10B of so that the light beam at the entrance to the optical system 20 is always the same whatever light-emitting diode is on.
  • the mirrors 50 can for example be actuated by piezoelectric devices (not shown).
  • optical switching cells 60 being arranged on the path of the light beam between the light-emitting diodes 10A, 10B, ... 10N and the system optic 20, so that the light beam at the entrance to the optical system 20 is always the same regardless of the light emitting diode 10A, 10B, ... 10N on.
  • micromirrors of the type used for projecting video signals.
  • Such micromirrors 72 have microscopic dimensions and are arranged in large numbers on a substrate 70, and they can be oriented in a predetermined direction by the application of suitable electronic signals, as shown schematically in Figure 7B.
  • the micromirrors 72 can be oriented in positions 72A, 72B, ... 72N, depending on the light emitting diode 10A, 10B, ... 10N which is lit, so that that the light beam at the input of the optical system 20 is always the same whatever the light-emitting diode 10A, 10B, ... 10N on.
  • a lighting or signaling device has therefore been produced according to the present invention using several light sources consisting of light-emitting diodes including the luminance is temporarily increased without increasing the intensity of the current supply of each light-emitting diode, to form a luminous beam of luminance average higher than that which would be obtained by using light-emitting diodes operating in steady state.

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  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'éclairage ou de signalisation, comportant au moins deux diodes électroluminescentes (10A, 10B, ...10N) émettant chacune un faisceau lumineux, alimentées par un courant pulsé de manière à être allumées alternativement, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes (10A, ...10N) ayant une intensité instantanée (Ip) supérieure à l'intensité maximale en régime permanent (Imax) et une intensité moyenne (Imoyen) inférieure à cette valeur maximale, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes (10A, ...10N) ayant un rapport cyclique supérieur ou égal à l'inverse du nombre de diodes électroluminescentes (10A, ...10N). Selon la présente invention, il comporte un système optique (20) recevant les faisceaux lumineux émis par les diodes électroluminescentes (10A, ...10N) et fournissant un faisceau émergeant (30) unique quelle que soit la diode électroluminescente (10A, ...10N) lui fournissant un faisceau incident. <IMAGE> <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les dispositifs d'éclairage ou de signalisation, dont les sources lumineuses sont constituées de diodes électroluminescentes. De telles sources lumineuses sont habituellement associées à des systèmes optiques de formation d'un faisceau lumineux d'éclairage ou de signalisation, ayant des caractéristiques photométriques et géométriques prédéterminées.
L'utilisation de diodes électroluminescentes permet de profiter de leur faible encombrement pour réaliser des dispositifs d'éclairage ou de signalisation relativement compacts. De plus, le faible dégagement de chaleur provoqué par le fonctionnement des diodes électroluminescentes permet par exemple d'utiliser dans leur environnement immédiat des matières plastiques, alors que des lampes à incandescence ou à halogènes imposeraient dans les mêmes conditions l'utilisation de matériaux pouvant supporter des températures élevées. Il en résulte donc un encombrement et un coût réduits.
L'utilisation de plusieurs diodes électroluminescentes permet également d'augmenter le flux lumineux de dispositifs d'éclairage ou de signalisation lorsque ces diodes électroluminescentes sont allumées simultanément, ainsi qu'on l'a représenté sur la Figure 1. On voit sur cette Figure que les diodes électroluminescentes 1 et 2 fournissent chacune un flux Φ1 et Φ2 respectivement, ces flux s'additionnant pour donner un flux résultant (Φ1 + Φ2) dans la partie commune résultant de la superposition des faisceaux lumineux Φ1 et Φ2 émis par les diodes électroluminescentes 1 et 2.
En dépit des progrès actuels, la luminance d'une diode électroluminescente reste largement inférieure à celle d'une source lumineuse classique, à incandescence, à halogènes ou à décharge. On appelle luminance d'une source lumineuse le quotient de l'intensité lumineuse qu'elle émet par sa surface apparente, L= I / S, soit I = L*S, l'intensité lumineuse étant elle-même définie comme la quantité de lumière émise par la source lumineuse dans une direction donnée.
Pour augmenter l'intensité lumineuse fournie par une source jusqu'à une valeur prédéterminée, il faut donc augmenter la luminance de cette source et/ou sa surface apparente. Ces deux paramètres sont très difficilement accessibles ou modifiables pour des diodes électroluminescentes. En effet, pour une diode électroluminescente de surface émissive donnée par construction, il n'est pas possible par des moyens optiques d'augmenter sa luminance.
La présente invention se place dans ce contexte et elle a pour but de proposer un dispositif d'éclairage ou de signalisation utilisant plusieurs diodes électroluminescentes comme sources lumineuses pour former un faisceau lumineux d'intensité prédéterminée, en augmentant la luminance de chaque diode électroluminescente.
La présente invention a donc pour objet un dispositif d'éclairage ou de signalisation, comportant au moins deux diodes électroluminescentes émettant chacune un faisceau lumineux, alimentées par un courant pulsé de manière à être allumées alternativement, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes ayant une intensité instantanée supérieure à l'intensité maximale en régime permanent et une intensité moyenne inférieure à cette valeur maximale, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes ayant un rapport cyclique supérieur ou égal à l'inverse du nombre de diodes électroluminescentes.
Selon la présente invention, le dispositif comporte un système optique recevant les faisceaux lumineux émis par les diodes électroluminescentes et fournissant un faisceau émergeant unique quelle que soit la diode électroluminescente lui fournissant un faisceau incident.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention :
  • les diodes électroluminescentes sont disposées sur un support mobile déplaçable devant le système optique, les diodes électroluminescentes étant allumées en synchronisme avec leur passage en une position prédéterminée par rapport au système optique ;
  • le support mobile est une roue ou un tambour ;
  • les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes sont commutés de manière à ce que le faisceau incident sur le système optique soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente allumée ;
  • les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes sont commutés par des moyens mécaniques synchronisés avec l'allumage et l'extinction des diodes électroluminescentes ;
  • les moyens mécaniques sont des miroirs mobiles ;
  • les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes sont commutés par des moyens électro-optiques synchronisés avec l'allumage et l'extinction des diodes électroluminescentes ;
  • les moyens électro-optiques sont constitués par des cellules électro-optiques ;
  • les moyens électro-optiques sont constitués par des micromiroirs.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description qui va maintenant être faite d'un exemple de réalisation donné à titre non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • La Figure 1 représente les faisceaux lumineux émis par deux diodes électroluminescentes adjacentes,
  • Les Figures 2A et 2B représentent sur des graphes l'intensité du courant d'alimentation d'une diode électroluminescente selon la présente invention,
  • Les Figure 3A et 3B représentent schématiquement le principe de la présente invention,
  • La Figure 4 représente schématiquement un premier mode de réalisation de la présente invention,
  • Les Figures 5A et 5B représentent schématiquement un deuxième mode de réalisation de la présente invention,
  • Les Figures 6A et 6B représentent schématiquement un troisième mode de réalisation de la présente invention, et
  • Les Figures 7A et 7B représentent schématiquement un quatrième mode de réalisation de la présente invention.
Sur les différentes Figures, les éléments identiques ou jouant le même rôle sont affectés des mêmes signes de référence.
On sait qu'une diode électroluminescente est conçue et dimensionnée pour fonctionner en étant alimentée par un courant continu inférieur ou égal à un courant d'intensité maximale en régime permanent Imax prédéterminée de manière à produire un flux lumineux maximal Φmax prédéterminé correspondant à une luminance maximale Lmax prédéterminée.
Pour toute variation du courant continu d'intensité Iinf inférieure à Imax, le flux Φ et la luminance L de la diode électroluminescente varient sensiblement proportionnellement avec l'intensité Iinf.
Si la diode électroluminescente est alimentée avec un courant d'intensité Isup supérieure à l'intensité Imax, le flux Φ et la luminance L de la diode électroluminescente augmentent au delà de Φmax et de Lmax respectivement, mais également l'intensité du courant traversant la diode électroluminescente. Il en résulte une élévation de la température de la jonction de celle-ci par effet Joule, ce qui fragilise la diode électroluminescente, réduit sa durée de vie, et peut même la détruire si la température de la jonction dépasse une valeur limite Tj, dite température de jonction, à laquelle la jonction fond et la diode électroluminescente est détruite.
Les considérations qui précèdent sont valables pour un régime permanent de l'intensité Isup. Par contre, il est possible d'alimenter la diode électroluminescente avec un courant d'intensité instantanée Ip supérieure à l'intensité maximale en régime permanent Imax, si cette alimentation ne provoque pas d'élévation de température de la jonction de la diode électroluminescente.
Tel est le cas par exemple d'une alimentation par impulsions ou par trains d'impulsions ainsi qu'on l'a représenté sur les Figures 2A et 2B. On voit sur ces Figures l'allure d'un courant constitué d'impulsions, dont la valeur instantanée Ip est supérieure à la valeur maximale en régime permanent Imax de l'intensité, mais dont la valeur moyenne Imoyen est inférieure à cette valeur maximale.
Dans ces conditions, pendant les impulsions d'intensité instantanée Ip, on constate que le flux Φ et la luminance L de la diode électroluminescente varient sensiblement proportionnellement avec la valeur de cette intensité Ip. Il est donc possible d'augmenter momentanément la luminance L d'une diode électroluminescente au delà de la valeur maximale Lmax sans pour autant nuire à son bon fonctionnement ni à sa durée de vie. En effet, la diode électroluminescente ne « voyant » qu'un courant d'intensité Imoyen inférieure à l'intensité maximale en régime permanent Imax ne subira aucun échauffement qui pourrait lui être préjudiciable.
On peut donc réaliser un dispositif d'éclairage ou de signalisation dont les sources lumineuses sont des diodes électroluminescentes de luminance accrue, les diodes électroluminescentes étant alimentées par un courant pulsé de rapport cyclique donné, c'est à dire le rapport de la durée d'une impulsion sur la durée d'une période, le nombre de diodes électroluminescentes étant au moins égal à l'inverse de ce rapport cyclique de manière à ce qu'il y ait toujours au moins une diode électroluminescente allumée. C'est ce que l'on a schématisé sur les Figures 3A et 3B, en ne représentant que deux diodes électroluminescentes 10A et 10B pour la clarté du dessin, et en supposant que le rapport cyclique de leur alimentation est égal à 1/2. Lorsque la diode électroluminescente 10A est allumée, la diode électroluminescente 10B est éteinte, et inversement. Le faisceau lumineux émis par ces diodes électroluminescentes est reçu par un système optique 20, qui fournit un faisceau émergeant 30 unique quelle que soit la diode électroluminescente lui fournissant un faisceau incident.
Différentes possibilités s'offrent alors pour obtenir un tel résultat. Par exemple, comme on l'a représenté sur la Figure 4, on peut disposer des diodes électroluminescentes sur un support mobile, et déplacer ce support au moyen d'un système mécanique de manière à ce qu'une diode électroluminescente allumée soit toujours disposée à l'entrée du système optique 20, les autres diodes électroluminescentes étant éteintes
On peut par exemple placer les diodes électroluminescentes 10A, 10B, ..., 10N sur une roue ou un tambour 40, et synchroniser leur allumage avec leur passage en une position prédéterminée par rapport au système optique 20. On pourra par exemple prévoir un mouvement d'entraínement de la roue ou du tambour 40 par un système à croix de Malte, de manière à ce que chaque diode électroluminescente reste pendant le temps de son allumage en entrée du système optique 20, la transition d'une diode électroluminescente à une autre se faisant dans un temps beaucoup plus court. De tels systèmes d'entraínement sont par exemple utilisés dans les projecteurs cinématographiques pour entraíner la pellicule.
On peut également disposer les diodes électroluminescentes de manière fixe par rapport au système optique 20, et commuter les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes allumées, de manière à ce que le faisceau incident sur le système optique 20 soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente allumée.
On pourra par exemple, comme on l'a représenté sur les Figures 5A et 5B, utiliser des moyens mécaniques, des miroirs 50 étant mobiles en rotation entre par exemple deux positions, et synchronisés avec l'allumage et l'extinction des diodes électroluminescentes 10A et 10B de manière à ce que le faisceau lumineux à l'entrée du système optique 20 soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente allumée. Les miroirs 50 peuvent par exemple être actionnés par des dispositifs piézoélectriques (non représentés).
On pourra encore, comme on l'a représenté sur les Figures 6A et 6B, utiliser des moyens électro-optiques, des cellules de commutation optique 60 étant disposées sur le trajet du faisceau lumineux entre les diodes électroluminescentes 10A, 10B, ... 10N et le système optique 20, de manière à ce que le faisceau lumineux à l'entrée du système optique 20 soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente 10A, 10B, ... 10N allumée.
On pourra également, comme on l'a représenté sur les Figures 7A et 7B, utiliser des micromiroirs, du type de ceux qui sont utilisés pour la projection de signaux vidéo. De tels micromiroirs 72 ont des dimensions microscopiques et sont disposés en grand nombre sur un substrat 70, et ils peuvent être orientés selon une direction prédéterminée par l'application de signaux électroniques convenables, ainsi qu'on l'a schématisé sur la Figure 7B. On voit sur cette Figure que les micromiroirs 72 peuvent être orientés dans des positions 72A, 72B, ... 72N, en fonction de la diode électroluminescente 10A, 10B, ... 10N qui est allumée, de manière à ce que le faisceau lumineux à l'entrée du système optique 20 soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente 10A, 10B, ... 10N allumée.
On a donc bien réalisé selon la présente invention un dispositif d'éclairage ou de signalisation utilisant plusieurs sources lumineuses constituées de diodes électroluminescentes dont la luminance est augmentée momentanément sans augmenter l'intensité du courant d'alimentation de chaque diode électroluminescente, pour former un faisceau lumineux de luminance moyenne supérieure à celle qui serait obtenue en utilisant des diodes électroluminescentes fonctionnant en régime permanent.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits, mais l'homme du métier pourra au contraire lui apporter de nombreuses modifications qui rentrent dans son cadre. C'est ainsi que le nombre de diodes électroluminescentes pourra être un nombre quelconque supérieur à deux, par exemple un nombre élevé de diodes électroluminescentes

Claims (9)

  1. Dispositif d'éclairage ou de signalisation, comportant au moins deux diodes électroluminescentes (10A, 10B, ... 10N) émettant chacune un faisceau lumineux, alimentées par un courant pulsé de manière à être allumées alternativement, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes (10A. ... 10N) ayant une intensité instantanée (Ip) supérieure à l'intensité maximale en régime permanent (Imax) et une intensité moyenne (Imoyen) inférieure à cette valeur maximale, les impulsions du courant d'alimentation des diodes électroluminescentes (10A, ... 10N) ayant un rapport cyclique supérieur ou égal à l'inverse du nombre de diodes électroluminescentes (10A, ... 10N), caractérisé en ce qu'il comporte un système optique (20) recevant les faisceaux lumineux émis par les diodes électroluminescentes (10A, ... 10N) et fournissant un faisceau émergeant (30) unique quelle que soit la diode électroluminescente (10A, ... 10N) lui fournissant un faisceau incident.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (10A, ... 10N) sont disposées sur un support mobile (40) déplaçable devant le système optique (20), les diodes électroluminescentes (10A, ..10N) étant allumées en synchronisme avec leur passage en une position prédéterminée par rapport au système optique (20).
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support mobile (40) est une roue ou un tambour (40).
  4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes sont commutés de manière à ce que le faisceau incident sur le système optique (20) soit toujours le même quelle que soit la diode électroluminescente (10A, ... 10N) allumée.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes (10A, ... 10N) sont commutés par des moyens mécaniques (50) synchronisés avec l'allumage et l'extinction des diodes électroluminescentes.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens mécaniques (50) sont des miroirs mobiles (50).
  7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux émis par les différentes diodes électroluminescentes (10A, ... 10N) sont commutés par des moyens électro-optiques (60, 70) synchronisés avec l'allumage et l'extinction des diodes électroluminescentes.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens électro-optiques (60) sont constitués par des cellules électro-optiques (60).
  9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens électro-optiques (70) sont constitués par des micromiroirs (72).
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