EP3072606B1 - Module optique pour projecteur de véhicule automobile - Google Patents

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EP3072606B1
EP3072606B1 EP16159910.5A EP16159910A EP3072606B1 EP 3072606 B1 EP3072606 B1 EP 3072606B1 EP 16159910 A EP16159910 A EP 16159910A EP 3072606 B1 EP3072606 B1 EP 3072606B1
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EP
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optical module
light source
module according
metal sheet
power supply
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Ramon PASTOR
Juan-Francisco MORENO
Ricardo Fernandez
Gonzalo MADORRAN TIL
Damien Cabanne
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Valeo Iluminacion SA
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Valeo Iluminacion SA
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    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/49—Attachment of the cooling means

Definitions

  • the present invention relates to an optical module for a motor vehicle headlamp, and a projector equipped with said optical module. It also relates to a method of manufacturing the optical module.
  • such an optical module operates with a light source, typically one or more light-emitting diodes, having the disadvantage of emitting heat.
  • a light source typically one or more light-emitting diodes, having the disadvantage of emitting heat.
  • an excessive rise in temperature harms the intensity of the emitted beam and poses a risk to the power supply of the light source, because this power supply is achieved through a junction which would become defective if the temperature exceeded a certain threshold.
  • the optical module is thus equipped with a heat dissipation device such as a radiator provided with fins for absorbing this heat, so as to maintain the temperature of said module at a relatively low level. In this way, the operation of the optical module is not affected by too high a temperature.
  • An optical module thus typically comprises a finned radiator, a fan adapted to send air between said fins, and a light source supported by said radiator.
  • the document JP 2011-028963 describes an optical module comprising a radiator provided with two sets each comprising a base and fins. Each set is injected in one piece and the two sets are connected using a thermal bridge.
  • Such a device has the disadvantage of being long and complex manufacturing, because of the injection steps and the meeting of the two sets.
  • the invention aims to remedy these drawbacks.
  • a single radiator of fins is formed, simplifying the process. It is no longer necessary to implement an injection, molding or extrusion step to form the radiator, which is formed simply by folding.
  • the radiator is formed by a single metal sheet.
  • the light source (s) may be attached to one or more fins.
  • the light source or sources can be fixed directly to the metal sheet, for example on one or more fins.
  • the term "directly” means for fixing without support or intermediate material between the light source (s) and the metal foil.
  • Each light source can be glued, for example by a thermal glue, to the fin that supports it.
  • Each light source is a light emitting semiconductor chip, such as for example a light emitting diode.
  • the fins define a crenellated structure, formed of horizontal portions, alternately high and low, connected by vertical portions. Where appropriate, the light source or sources are arranged only on horizontal portions.
  • the light source or sources are arranged on horizontal portions located on the same side of the sheet and belonging to the same plane.
  • the light source or sources are arranged on only some of said horizontal portions.
  • the width of the horizontal portions supporting light sources may be different from that of the horizontal portions which are devoid of light.
  • each light source can be disposed, in particular directly, on a thermal bridge connecting the horizontal portions.
  • the thermal bridge may be formed by a portion of the metal sheet projecting from an edge of a fold, for example an extreme lateral fold, and folded and possibly fixed on one or more horizontal portions, or even on all of the horizontal portions.
  • the thermal bridge may be an additional piece attached to the horizontal portions.
  • the power supply system can be arranged on the metal sheet, in the plane of the light source or sources.
  • each light source is disposed on a horizontal portion located on the same side of the sheet, said horizontal portions being arranged in different planes, in a staircase structure.
  • the power supply system may be a flexible element disposed on the metal sheet, and which matches the surface of the horizontal portions supporting the light sources.
  • each horizontal portion supporting a light source is extended radially and comprises at its end a fixing zone, such as an orifice.
  • each light source is disposed on an inclined portion of the horizontal portion supporting it.
  • the inclined portion is for example a cut of the horizontal portion.
  • the power supply system includes a printed circuit board. Where appropriate, each light source may be electrically connected to the printed circuit by bridging via a metallic wire
  • the metal foil may be aluminum, aluminum alloy, or any other metal or metal alloy having good thermal conductivity.
  • the metal sheet may include one or more reinforcing grooves.
  • the optical module may include a fan capable of sending air to the radiator.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight comprising an optical module described above.
  • the invention finally for a method of manufacturing an optical module described above.
  • an optical module according to the invention is provided with a radiator 1.
  • the radiator 1 comprises a single metal sheet 2, typically made of aluminum, which constitutes a heat exchange surface between air coming from a fan and light sources 3 to be cooled, typically light-emitting diodes.
  • the heat exchange surface is formed by successive folds of the aluminum foil 2. This forms an alternation of folds, which define a crenellated structure formed of horizontal portions 2a, 2b, alternately high and low, connected by portions verticals 2c.
  • the folded metal sheet 2 thus comprises upper horizontal surfaces 2a, lower horizontal surfaces 2b, and vertical surfaces 2c connecting the upper horizontal surfaces 2a to the lower horizontal surfaces 2b.
  • the upper horizontal surfaces 2a are advantageously aligned in the same upper plane, while the lower horizontal surfaces 2b are advantageously aligned in the same lower plane.
  • the upper horizontal surfaces 2a define receiving surfaces of the diodes 3.
  • the diodes 3 are fixed directly on the upper horizontal surfaces 2a, for example by gluing or plating.
  • the diodes 3 are electrically powered via wires 4 ( figure 4 ) by a power supply system 5 which is typically a printed circuit (also called PCB for "Printed Circuit Board” in English).
  • the printed circuit 5 is fixed on the sheet 2, at the level of the upper surfaces 2a, and next to the diodes 3. It is preferred to fix the diodes 3 directly on the metal sheet 2 rather than on the printed circuit 5, for a better heat exchange with the radiator 1.
  • the single metal foil 2 provided with folds, a single radiator of fins is formed, thus saving injected or extruded metal. There is no injection, molding or extrusion to form the radiator 1, everything is done by folding. Folds allow them to increase the heat exchange surface in a given volume.
  • the reception surfaces 2a of the diodes 3 are advantageously extended laterally to receive at their end an orifice 2d allowing the radiator 1 formed by the metal sheet 2 to be fixed to an optical element of the module or to a global support of the optical module, which can example to support the radiator 1 and the optical element.
  • the width of the reception surfaces 2a on which the diodes 3 are located is advantageously greater than the width of the surfaces 2a which do not accommodate diodes 3. There are thus receiving surfaces 2a large enough to support the entire diode 3 while gaining the exchange surface by reducing the width of the other upper surfaces 2a.
  • the 2nd part of the upper surface 2a which accommodates the diode 3 may be inclined relative to the plane of the upper surface 2a, so as to allow different light orientation.
  • a thermal bridge 6 for example in the form of a metal bar, can be used to thermally connect the diodes 3.
  • the thermal bridge 6 can thus be integrated or disposed at a longitudinal end of the sheet 2 ( figure 3A ), then folded and fixed on the upper horizontal surfaces 2a of the radiator 1, in the direction of the length of the radiator 1 ( figure 3B ).
  • the diodes 3 are then placed on the thermal bridge 6, then the printed circuit 5 is fixed on the upper horizontal surfaces 2a of the radiator 1, next to the thermal bridge 6 ( figure 3C ).
  • the upper horizontal surfaces 2a of the radiator 1 are no longer aligned in the same plane, but are arranged at different heights, following a slope, in a staircase structure.
  • a flexible printed circuit 5 is then used which matches the upper horizontal surfaces 2a and the portions of the vertical surfaces 2c on which the printed circuit 5 rests between two consecutive upper horizontal surfaces 2a.

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Description

  • La présente invention a pour objet un module optique pour projecteur de véhicule automobile, ainsi qu'un projecteur équipé dudit module optique. Elle a également pour objet un procédé de fabrication du module optique.
  • Généralement, un tel module optique fonctionne avec une source lumineuse, typiquement une ou plusieurs diodes électroluminescentes, présentant l'inconvénient d'émettre de la chaleur. En effet, une élévation trop importante de la température nuit à l'intensité du faisceau émis et fait peser un risque sur l'alimentation en courant de la source lumineuse, car cette alimentation est réalisée grâce à une jonction qui deviendrait défectueuse si la température dépassait un certain seuil.
  • Le module optique est ainsi équipé d'un dispositif de dissipation thermique tel qu'un radiateur muni d'ailettes permettant d'absorber cette chaleur, de manière à maintenir la température dudit module à un niveau relativement bas. De cette manière, le fonctionnement du module optique n'est pas affecté par une température trop élevée.
  • Un module optique comprend ainsi typiquement un radiateur à ailettes, un ventilateur apte à envoyer de l'air entre lesdites ailettes, et une source lumineuse supportée par ledit radiateur.
  • Le document US 2014/0020882 A1 décrit un module optique selon le préambule de la revendication 1.
  • Le document JP 2011-028963 décrit un module optique comprenant un radiateur muni de deux ensembles comprenant chacun une base et des ailettes. Chaque ensemble est injecté en une seule pièce et les deux ensembles sont connectés à l'aide d'un pont thermique.
  • Un tel dispositif a pour inconvénient d'être de fabrication longue et complexe, du fait des étapes d'injection et de la réunion des deux ensembles.
  • L'invention vise à remédier à ces inconvénients.
  • Elle a ainsi pour objet un module optique pour projecteur de véhicule automobile comprenant :
    • un radiateur comprenant une feuille métallique munie d'une pluralité de pliures, chaque pliure formant une ailette de dissipation thermique,
    • une ou plusieurs source(s) lumineuse(s), fixée(s) sur la feuille métallique, et
    • un système d'alimentation électrique de chaque source lumineuse, le système d'alimentation électrique étant en contact thermique avec la feuille métallique.
  • Grâce à l'unique feuille métallique munie de pliures, on forme un seul radiateur d'ailettes, ce qui simplifie le procédé. Il n'est plus nécessaire de mettre en oeuvre une étape d'injection, de moulage ou d'extrusion pour former le radiateur, qui est formé simplement par pliage.
  • Avantageusement, le radiateur est formé par une unique feuille métallique.
  • Par exemple, la ou les sources lumineuses peuvent être fixées sur une ou plusieurs ailettes.
  • Avantageusement, la ou les sources lumineuses peuvent être fixées directement sur la feuille métallique, par exemple sur une ou plusieurs ailettes. Le terme « directement » s'entend pour une fixation sans support ou matière intermédiaire entre la ou les sources lumineuses et la feuille métallique. Chaque source lumineuse peut être collée, par exemple par une colle thermique, à l'ailette qui la supporte.
  • Chaque source lumineuse est une puce semiconductrice émettrice de lumière, comme par exemple une diode électroluminescente.
  • Les ailettes définissent une structure en créneau, formée de portions horizontales, alternativement hautes et basses, raccordées par des portions verticales. Le cas échéant, la ou les sources lumineuses sont disposées seulement sur des portions horizontales.
  • Dans un premier mode de réalisation, la ou les sources lumineuses sont disposées sur des portions horizontales situées d'un même côté de la feuille et appartenant à un même plan. Avantageusement, la ou les sources lumineuses sont disposées sur seulement certaines desdites portions horizontales. Le cas échéant, la largeur des portions horizontales supportant des sources lumineuses peut être différente de celle des portions horizontales qui en sont dépourvues.
  • Avantageusement, chaque source lumineuse peut être disposée, notamment directement, sur un pont thermique reliant les portions horizontales. Par exemple, le pont thermique peut être formé par une partie de la feuille métallique faisant saillie d'un bord d'une pliure, par exemple d'une pliure latérale extrême, et repliée et éventuellement fixée sur une ou plusieurs portions horizontales, voire sur la totalité des portions horizontales. En variante, le pont thermique peut être une pièce supplémentaire rapportée sur les portions horizontales.
  • Le système d'alimentation électrique peut être disposé sur la feuille métallique, dans le plan de la ou des sources lumineuses.
  • Dans un deuxième mode de réalisation, chaque source lumineuse est disposée sur une portion horizontale située d'un même côté de la feuille, lesdites portions horizontales étant disposées dans des plans différents, dans une structure en escalier.
  • Dans ce cas, le système d'alimentation électrique peut être un élément flexible disposé sur la feuille métallique, et qui épouse la surface des portions horizontales supportant les sources lumineuses.
  • De manière générale, chaque portion horizontale supportant une source lumineuse est prolongée radialement et comprend à son extrémité une zone de fixation, comme par exemple un orifice.
  • Dans une variante de chaque mode de réalisation, chaque source lumineuse est disposée sur une portion inclinée de la portion horizontale la supportant. Le cas échéant, la portion inclinée est par exemple une découpe de la portion horizontale.
  • Le système d'alimentation électrique comprend un circuit imprimé. Le cas échéant, chaque source lumineuse peut être connectée électriquement au circuit imprimé par un pontage via un fil électrique métallique
  • La feuille métallique peut être en aluminium, en alliage d'aluminium, ou en tout autre métal ou alliage métallique présentant une bonne conductivité thermique.
  • La feuille métallique peut comprendre une ou plusieurs rainures de renforcement.
  • Le module optique peut comprendre un ventilateur apte à envoyer de l'air vers le radiateur.
  • L'invention a également pour objet un projecteur de véhicule automobile comprenant un module optique décrit ci-dessus.
  • L'invention a enfin pour un procédé de fabrication d'un module optique décrit ci-dessus.
  • Le procédé selon l'invention comprend :
    • une étape de pliures successives d'une unique feuille métallique, chaque pliure formant une ailette de dissipation thermique,
    • une étape de fixation d'une ou plusieurs source(s) lumineuse(s) sur une ou plusieurs des ailettes ainsi formées, et
    • une étape de mise en contact thermique d'un système d'alimentation électrique de chaque source lumineuse avec la feuille métallique, typiquement par fixation du système d'alimentation électrique sur la feuille métallique.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un module optique pour projecteur de véhicule selon l'invention, conformément à un premier mode de réalisation,
    • la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un module optique, conformément à une première variante du premier mode de réalisation,
    • les figures 3A à 3C sont des vues partielle en perspective d'un module optique, conformément à une deuxième variante du premier mode de réalisation, et
    • la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un module optique, conformément à un deuxième mode de réalisation.
  • Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, un module optique selon l'invention est muni d'un radiateur 1. Le radiateur 1 comprend une unique feuille métallique 2, typiquement en aluminium, qui constitue une surface d'échange thermique entre de l'air issu d'un ventilateur et des sources lumineuses 3 à refroidir, typiquement des diodes électroluminescentes.
  • La surface d'échange thermique est formée par pliages successifs de la feuille d'aluminium 2. On forme ainsi une alternance de plis, qui définissent une structure en créneau formée de portions horizontales 2a,2b, alternativement hautes et basses, raccordées par des portions verticales 2c. La feuille métallique 2 pliée comprend ainsi des surfaces horizontales supérieures 2a, des surfaces horizontales inférieures 2b, et des surfaces verticales 2c reliant les surfaces horizontales supérieures 2a aux surfaces horizontales inférieures 2b. Les surfaces horizontales supérieures 2a sont avantageusement alignées dans un même plan supérieur, tandis que les surfaces horizontales inférieures 2b sont avantageusement alignées dans un même plan inférieur.
  • Les surfaces horizontales supérieures 2a définissent des surfaces de réception des diodes 3. Les diodes 3 sont fixées directement sur les surfaces horizontales supérieures 2a, par exemple par collage ou plaquage. Les diodes 3 sont alimentées électriquement via des fils 4 (figure 4) par un système d'alimentation électrique 5 qui est typiquement un circuit imprimé (appelé également PCB pour « Printed Circuit Board » en langue anglaise). Le circuit imprimé 5 est fixé sur la feuille 2, au niveau des surfaces supérieures 2a, et à côté des diodes 3. On préfère fixer les diodes 3 directement sur la feuille métallique 2 plutôt que sur le circuit imprimé 5, pour un meilleur échange thermique avec le radiateur 1.
  • Grâce à l'unique feuille métallique 2 munie de pliures, on forme un seul radiateur d'ailettes, et on économise ainsi du métal injecté ou extrudé. Il n'y a plus d'injection, de moulage ou d'extrusion pour former le radiateur 1, tout se fait par pliage. Les pliures permettent quant à elles d'augmenter la surface d'échange thermique dans un volume donné.
  • Les surfaces de réception 2a des diodes 3 sont avantageusement prolongées latéralement pour accueillir à leur extrémité un orifice 2d permettant la fixation du radiateur 1 formé par la feuille métallique 2 à un élément optique du module ou à un support global du module optique, qui peut par exemple supporter le radiateur 1 et l'élément optique.
  • La largeur des surfaces de réception 2a sur lesquelles se trouvent les diodes 3 est avantageusement supérieure à la largeur des surfaces supérieures 2a qui n'accueillent pas de diodes 3. On a ainsi des surfaces de réception 2a suffisamment larges pour supporter toute la diode 3 tandis qu'on gagne en surface d'échange en réduisant la largeur des autres surfaces supérieures 2a.
  • Dans une variante, illustrée à la figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références, la partie 2e de la surface supérieure 2a qui accueille la diode 3 peut être inclinée par rapport au plan de la surface supérieure 2a, de manière à permettre une orientation lumineuse différente.
  • Dans une deuxième variante, un pont thermique 6, par exemple sous la forme d'une barre métallique, peut être utilisé pour relier thermiquement les diodes 3. Le pont thermique 6 peut ainsi être intégré ou disposé à une extrémité longitudinale de la feuille 2 (figure 3A), puis replié et fixé sur les surfaces horizontales supérieures 2a du radiateur 1, dans le sens de la longueur du radiateur 1 (figure 3B). On dispose ensuite les diodes 3 sur le pont thermique 6, puis le circuit imprimé 5 est fixé sur les surfaces horizontales supérieures 2a du radiateur 1, à côté du pont thermique 6 (figure 3C).
  • Dans un deuxième mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 4, les surfaces horizontales supérieures 2a du radiateur 1 ne sont plus alignées dans un même plan, mais sont disposées à des hauteurs différentes, en suivant une pente, dans une structure en escalier. On utilise alors un circuit imprimé 5 flexible qui épouse les surfaces horizontales supérieures 2a et les portions des surfaces verticales 2c sur lesquelles s'appuie le circuit imprimé 5 entre deux surfaces horizontales supérieures 2a consécutives.
  • Les variantes décrites pour le premier mode de réalisation peuvent bien entendu s'appliquer à ce mode de réalisation.

Claims (13)

  1. Module optique pour projecteur de véhicule automobile, comprenant :
    - un radiateur (1) comprenant une feuille métallique (2) munie d'une pluralité de pliures, chaque pliure formant une ailette de dissipation thermique,
    - une ou plusieurs source(s) lumineuse(s) (3), fixée(s) sur la feuille métallique, notamment sur une ou plusieurs des ailettes, et
    - un système d'alimentation électrique (5) de chaque source lumineuse (3), le système d'alimentation électrique (5) étant en contact thermique avec la feuille métallique (2)
    dans lequel les ailettes définissent une structure en créneau, formée de portions horizontales (2a,2b), alternativement hautes (2a) et basses (2b), raccordées par des portions verticales (2c)
    caractérisé en ce chaque portion horizontale (2a) supportant une source lumineuse (3) est prolongée radialement ou latéralement et comprend à son extrémité une zone de fixation (2d).
  2. Module optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque source lumineuse (3) est une puce semiconductrice émettrice de lumière, par exemple une diode électroluminescente.
  3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les sources lumineuses (3) sont disposées directement sur des portions horizontales (2a) situées d'un même côté de la feuille (2) et appartenant à un même plan.
  4. Module optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque source lumineuse (3) est disposée sur un pont thermique (6) reliant les portions horizontales (2a).
  5. Module optique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le système d'alimentation électrique (5) est disposé directement sur la feuille métallique, dans le plan de la ou des sources lumineuses (3).
  6. Module optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque source lumineuse (3) est disposée directement sur une portion horizontale (2a) située d'un même côté de la feuille (2), lesdites portions horizontales (2a) étant disposées dans des plans différents, par exemple dans une structure en escalier.
  7. Module optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'alimentation électrique (5) est un élément flexible disposé sur la feuille métallique (2), et qui épouse la surface des portions horizontales (2a) supportant les sources lumineuses (3).
  8. Module optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce chaque source lumineuse (3) est disposée sur une portion inclinée (2e) de la portion horizontale (2a) la supportant.
  9. Module optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système d'alimentation électrique (5) comprend un circuit imprimé.
  10. Module optique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la feuille métallique (2) comprend une ou plusieurs rainures de renforcement.
  11. Module optique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un ventilateur apte à envoyer de l'air vers le radiateur (1).
  12. Projecteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un module optique selon l'une des revendications 1 à 11.
  13. Procédé de fabrication d'un module optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une étape de pliures successives d'une unique feuille métallique (2), chaque pliure formant une ailette de dissipation thermique,
    - une étape de fixation d'une ou plusieurs source(s) lumineuse(s) sur une ou plusieurs des ailettes ainsi formées, et
    - une étape de mise en contact thermique d'un système d'alimentation électrique (5) de chaque source lumineuse (3) avec la feuille métallique (2).
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