EP3132304A1 - Dispositif de rétroéclairage notamment pour afficheur tête haute et afficheur tête haute pour véhicule automobile - Google Patents

Dispositif de rétroéclairage notamment pour afficheur tête haute et afficheur tête haute pour véhicule automobile

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Publication number
EP3132304A1
EP3132304A1 EP15725749.4A EP15725749A EP3132304A1 EP 3132304 A1 EP3132304 A1 EP 3132304A1 EP 15725749 A EP15725749 A EP 15725749A EP 3132304 A1 EP3132304 A1 EP 3132304A1
Authority
EP
European Patent Office
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light
display
heat sink
head
emitting diode
Prior art date
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Ceased
Application number
EP15725749.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Lenaic PIERRE
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Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Original Assignee
Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Comfort and Driving Assistance SAS filed Critical Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Publication of EP3132304A1 publication Critical patent/EP3132304A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133628—Illuminating devices with cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a backlight device especially for head-up displays for a motor vehicle.
  • the invention will find applications, for example, in motor vehicles to inform users of the vehicle, especially its driver.
  • HUD head-up display
  • Such a display is placed in the field of vision of the driver and displays information relating to the state of the vehicle, traffic or other.
  • This type of head-up display for a motor vehicle requires obtaining an image with sufficient brightness so that the user, and in particular the driver of the vehicle, can sufficiently see the image, and this in any situation, day and night and weather conditions (sunny or cloudy).
  • TFT-LCD liquid crystal screen technology
  • LCD for Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display
  • LED electroluminescent
  • imager image generation device
  • these TFT-LCD screens have the disadvantage of significantly reducing the light power from the backlight: with the use of a conventional TFT-LCD screen, it is estimated that the transmission rate of the screen is about 5% of the light power of the backlight. This low value is due in particular to the first polarizer present in the screen which allows only the light corresponding to a certain polarization, whereas the LEDs produce light with several polarizations: all the polarizations do not correspond to that which passes through the polarizer are then lost.
  • the light-emitting diodes are mounted to date via a refusion welding process by first depositing a solder cream.
  • solder cream is quite liquid when applied at room temperature so that the light emitting diode, once installed, floats on it. This results in inaccuracy in the positioning of the light emitting diode at +/- 0.3mm, and thus inaccurate positioning with respect to the shaping optics. This results in a loss of transmitted light in the direction of the diffuser.
  • the invention aims to overcome at least some of the above disadvantages.
  • the invention aims to provide a backlight device with improved optical efficiency.
  • the invention also aims to provide a backlight device having a smaller footprint.
  • the invention also aims to provide a backlight device with improved thermal efficiency.
  • the subject of the invention is a backlighting device, in particular for a head-up display comprising
  • At least one electroluminescent diode emitting light beams At least one electroluminescent diode emitting light beams
  • a light diffuser receiving the shaped light beams characterized in that it further comprises firstly a heat sink on which said at least one diode is fixed by means of an adhesive and secondly a supply circuit of said at least one light-emitting diode, also disposed on the heat sink. Thanks to the fixing of the light-emitting diode by an adhesive, the light-emitting diodes can be positioned more precisely with respect to the shaping optics, in particular the optical axis, thus optimizing the optical efficiency, that is to say tell the amount of light sent to the diffuser. While in the state of the art with a reflow process, the positioning accuracy was about +/- 0.3mm, using glue, one achieves an accuracy of +/- 0.05mm in the positioning of the diodes .
  • the light-emitting diodes are glued to a heat sink, the heat produced by the diodes is more efficiently removed so that the shaping optics can be placed closer to the diodes, especially at about 0.5mm.
  • the optical efficiency of the device can be increased by placing the shaping optics closer, as side losses of the cone of light are reduced.
  • the backlighting device may further comprise one or more of the following features taken alone or in combination:
  • the glue can be a thermosetting glue.
  • thermosetting glue glues based on silicone or epoxy.
  • the glue is a heat-conducting glue.
  • the heat can be easily transferred to the heat sink.
  • the glue comprises, for example metal particles, in particular non-oxidizable and preferably a noble metal such as silver.
  • each light emitting diode comprises a ceramic substrate whose lower face is bonded to the heat sink.
  • the ceramic substrate has, for example, metallic reception areas for the electrical connection of the light-emitting diodes.
  • Each light-emitting diode is for example connected to the supply circuit by jumper wires.
  • the heat sink comprises for example a base plate and cooling fins disposed on the face opposite to that carrying the light-emitting diodes and oriented perpendicularly with respect to the base plate. This allows to evacuate the heat from below.
  • the heat sink is made in one piece, in particular cast aluminum.
  • the heat sink is made in two parts, a base plate and a multi-ply sheet forming cooling fins and fixed to the base plate.
  • the base plate of the heat sink has on its face opposite to that carrying the light-emitting diodes grooves housing the fins.
  • the grooves have, for example, a curved cross section and the cooling fins are in the form of a folded strip, the fold returns being fixed by being fixed in grooves of curved cross-section.
  • the thermal conductivity of unmolded aluminum is almost double.
  • the heat dissipation of equivalent size is significantly improved.
  • this makes it possible to reduce the size of the heat sink and therefore of the backlighting device as a whole.
  • This better heat dissipation makes it possible to have a lower temperature at the level of the light-emitting diodes and also increases the lifetime of these.
  • the curved groove portion increases the contact area with the folds of the strip and therefore also better heat dissipation.
  • the face of the heat sink bearing the light-emitting diodes is polished.
  • the heat sink By being polished, the heat sink also plays the role of a reflector to reflect the light rays reflected by the elements placed above the light emitting diodes back to the screen.
  • the heatsink will have a triple function to dissipate the heat generated by the diodes, to support them and as a reflector.
  • the shaping optics comprises a lens array, each lens being placed in front of a light-emitting diode and forming a collimator.
  • the invention also relates to an image generation device, in particular for a head-up display, comprising a liquid crystal screen and a backlight device of this liquid crystal screen as defined above.
  • the invention also relates to a head-up display comprising an image generating device as defined above.
  • the head-up display comprises for example at least one reflecting mirror.
  • the image generation device is held in a head-up display housing and the heat sink protrudes outside the head-up display housing.
  • FIG. 1 is a diagrammatic perspective view in cross-section of an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a detail of the device according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view from above of a heat sink equipped with light-emitting diodes and a supply circuit
  • FIG. 4 is a schematic side view of an embodiment of the heat sink
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of the underside of a base plate of a heat sink
  • Figure 6 is a schematic view of an image generating device and a head-up display according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a section of an image generation device 10 according to one embodiment of the invention.
  • the image generation device 10 comprises a liquid crystal screen, here a liquid crystal screen 12 (LCD screen) for example with thin film transistors, and a backlighting device 14.
  • the LCD screen 12 can be active or passive matrix.
  • Thin-film transistor LCD 12 is commonly referred to as a TFT-LCD (for Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display), and allows the image to be formed by the image generation device 10.
  • the screen 12 is for example connected by a sheet of conductors or a flexible circuit 13 to a control electronics.
  • the function of the backlighting device 14 is to provide the screen 12 with the light necessary for forming the image. To do this, the backlighting device 14 comprises
  • a plurality of light-emitting diodes 16 also called LEDs or LEDs for "Light Emitting Diodes” in English, and used in the rest of the description emitting light beams,
  • the device 14 further comprises a heat sink 18 on which said diodes are fixed by means of an adhesive 19 (see FIG. 2) and on the other hand a supply circuit 21 of the light-emitting diodes 16, also disposed on the heat sink 18 here next to the diodes electroluminescent 16.
  • side means in particular that the supply circuit 21 is disposed in the vicinity, that is to say between and / or around the light-emitting diodes 16.
  • FIG. 3 which is a view from above of the heat sink 18, this latter carries, for example, two rows of light-emitting diodes 16 and the supply circuit 21 is arranged between these two rows, each diode 16 being connected to the supply circuit 21 by jumper son 23.
  • this arrangement of LEDs 16 is conceivable such as a circle, star or a single row of LEDs.
  • the supply circuit 21 may be a flexible electrical circuit, or a printed circuit also called PCB (Printed Circuit Board in English).
  • the printed circuit used may for example be of the FR4 type (for Flame Resistant 4 in English) or IMS (for Insulated Metal Substrate in English).
  • the LEDs 16 are, for example, power LEDs, in particular with a power greater than or equal to 3W and placed so as to emit light towards the screen 12.
  • the screen 12 is inclined by a predefined angle, preferably between 0 ° and 40 ° so as to obtain a vertical virtual image in the context of using the image generating device in a head-up display.
  • the shaping optics 20 comprises, for example, a lens array 25, allowing the collimation of the light coming from the LEDs 16 to limit the losses of light power if a portion of light is not directed towards the screen 12.
  • the lens array comprises an LED lens 16, each lens being disposed above each LED 16.
  • the diffuser 22 allows the homogenization of the light, so as to illuminate the screen 12 in a homogeneous manner to allow the formation of an image good quality, that is to say substantially uniform brightness.
  • the diffuser 22 can hide the inside of the backlight device.
  • optical elements can still be arranged between the diffuser 22 and the screen 12 as crossed prismatic filters or polarization films.
  • each pin 25 has a collimator function, i.e., it makes the light beam diverging (see the arrows in FIG. 2) parallel.
  • the light-emitting diodes 16 are fixed by means of an adhesive 19 to the heat sink 18.
  • the diode 16 optionally comprises a ceramic substrate 27 whose lower face is bonded to the heat sink 18.
  • Such a ceramic substrate 27 is optional and comprises, for example, metallic reception areas for connecting the diode 16 to the supply circuit 21.
  • the light-emitting diodes 16 can be positioned more precisely with respect to the optics 20 of shaping, thus optimizing the optical efficiency, that is to say the quantity of light sent towards the Diffuser 22. While in the state of the art with refusion, the positioning accuracy was about +/- 0.3mm, using glue 19 according to the invention, an accuracy of +/- 0.05mm in the positioning of the diodes 16.
  • the distance d between the lens and the LED 16 can be reduced to a value of between 0.3 and 07 mm, typically about 0.5 mm (see FIG. 2).
  • the optical efficiency of the device can be increased by placing the optical shaping optics closer, since the lateral losses of the light beam cone emitted by the LEDs 16 are reduced.
  • the glue 19 is for example a thermosetting glue so that during the laying, for example automatically, the glue is viscous and allows precise positioning of the diode 16 on the heat sink 18. Then, the assembly goes under a heat treatment (Eg an oven at 150 °) which will result in hardening of the glue and freezing the diode 16 to its position.
  • thermosetting glue mention may be made of glues based on silicone or epoxy.
  • the glue 19 is furthermore for example a thermoconductive adhesive allowing a more efficient transfer of the heat towards the heat sink 18.
  • the heat-conducting glue comprises, for example, metal particles, in particular non-oxidizable particles and preferably a noble metal such as silver.
  • the metal particles, especially silver are very good thermal conductors, and thus we can strengthen the heat transfer to the sink.
  • the space contained therein, between the printed circuit 18 and the screen 12 is surrounded by a housing 28, generally called light box especially in the automotive field.
  • a housing 28 is made of a polycarbonate-based reflective material (abbreviated PC).
  • PC polycarbonate-based reflective material
  • the housing 28 must have a very flat polished surface.
  • the heat sink 18 plays at the same time the role of a reflector for reflecting the rays of light reflected by the elements placed above the light emitting diodes back to the screen 12.
  • the heat sink 18 will therefore have a Triple function to dissipate the heat generated by the diodes, to support them and as a reflector.
  • this reflective film may be a film made of polycarbonate (PC) having a reflection coefficient greater than 90%, preferably greater than or equal to 98%.
  • PC polycarbonate
  • Other materials can be envisaged for the reflective film, provided that they are adapted to the other constraints of the device 10.
  • the heat sink 18 comprises a base plate 50 having a radiator function and cooling fins 52 disposed on the opposite face 54 to that carrying the light-emitting diodes 16 and oriented perpendicularly. relative to the base plate 50.
  • the heat sink is made in one piece, in particular metal such as cast aluminum.
  • the base plate 50 of the heat sink 18 comprises for example on its face 54 grooves 56 of curved cross-section, in the form of a channel and the cooling fins 52 are made in the form of a folded strip, the returns Folding 58 being housed in the grooves 56.
  • the thermal conductivity of unmolded aluminum is almost double.
  • the heat dissipation of equivalent size is significantly improved.
  • this makes it possible to reduce the size of the heat sink and therefore of the backlighting device as a whole.
  • This better heat dissipation makes it possible to have a lower temperature at the level of light-emitting diodes and also increases the lifetime of these.
  • the curved groove portion increases the contact area with the folds of the strip and therefore also better heat dissipation.
  • the base plate is flat on its lower face 54 and the strip is folded into "crenel", flat portions being fixed directly against the base plate 50, for example by gluing or welding.
  • the invention also relates to a head-up display 200 comprising an image generation device 10 according to the invention.
  • the image generation device 10 described with reference to FIG. 1 forms an image using the liquid crystal screen 12.
  • said display 200 Downstream of the screen 12 in the direction of movement of the light beam, said display 200 comprises at least one semi-reflecting plate 126 and a reflection device 125 interposed on the path of the image between the screen 12 and the blade semi-reflecting 126, the reflection device 125 comprising one or more planar or concave mirrors, as shown in FIG. Figure, the path of the image is symbolized by three dotted arrows 30 which are reflected on the reflection device 125 before appearing through the semi-reflecting blade 126.
  • the latter allows a magnification and / or, by transparency a display of the image beyond the semi-reflecting plate, in particular beyond the windshield of the equipped vehicle, at a virtual screen 130, obtained using the semi-reflecting blade 126 .
  • This blade 126 has a reflectivity at least equal to 20%, which allows the user to see through the blade the road taken by the vehicle, while enjoying a high contrast to see the image displayed.
  • the display of the image can take place at the windshield of the vehicle equipped with said display 200.
  • the image generation device 10 is held in a head-up display unit 210 and the heat sink 18 of the backlight device 10 projects outside the head-up display unit 210. which further improves the heat dissipation produced by the light-emitting diodes 16.
  • a transparent hatch 132 of concave shape is formed in the housing 210 to allow the light beam reflected by the reflection device 125 to exit the housing 210.
  • Attaching the light-emitting diodes 16 to a heat sink 18 allows better heat dissipation so that the lenses 25 can be placed closer to the LEDs 16.
  • the overall size of the image generator is then reduced.
  • a gain of a few millimeters on the distance d1 separating the screen 12 and the heat sink 18 may result in a gain of place a few centimeters on the distance d2 between the image generator 10 at the bottom of the housing 210 of the head-up display 200 (HUD) through the amplification or magnification effects of the various mirrors placed in the housing 210 of the head-up display 200.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de rétroéclairage (14), notamment pour un afficheur tête haute comprenant - au moins une diode électroluminescente (16) émettant des faisceaux lumineux, - une optique (20) de mise en forme des faisceaux lumineux, - un diffuseur (22) de lumière recevant les faisceaux lumineux mis en forme. Le dispositif comporte en outre d'une part un dissipateur thermique (18) sur laquelle ladite au moins une diode électroluminescente (16) est fixée par l'intermédiaire d'une colle (19) et d'autre part un circuit d'alimentation (21) de ladite au moins une diode électroluminescente (16), disposé également sur le dissipateur thermique (18).

Description

DISPOSITIF DE RETROECLAIRAGE NOTAMMENT POUR AFFICHEUR TETE HAUTE ET AFFICHEUR TETE HAUTE POUR VÉHICULE
AUTOMOBILE Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif de rétroéclairage notamment pour afficheurs tête haute pour véhicule automobile.
Arrière-plan technologique
L'invention trouvera ses applications, par exemple, dans les véhicules automobiles pour informer les utilisateurs du véhicule, en particulier son conducteur.
Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un visionneur tête haute, également connu sous le nom afficheur tête haute ou HUD (pour « head- up display » en anglais). Un tel afficheur est placé dans le champ de vision du conducteur automobile et affiche une information relative à l'état du véhicule, du trafic ou autre. Ce type d'afficheur tête haute pour véhicule automobile nécessite l'obtention d'une image avec une luminosité suffisante pour que l'utilisateur, et notamment le conducteur du véhicule, puisse suffisamment voir l'image, et ce en toute situation, jour et nuit et selon les conditions météorologiques (ensoleillé ou nuageux).
Parmi les technologies possibles pour former une telle image grâce à l'afficheur tête haute, la plus utilisée dans l'art antérieur est la technologie d'écran à cristaux liquides, notamment d'écran cristaux liquides à transistors en couches minces, dits TFT-LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais). Ces écrans TFT-LCD nécessitent, pour l'affichage d'une image, un rétro-éclairage généralement effectué par une pluralité de diodes électroluminescentes (DEL ou LED pour Light-Emitting Diode en anglais). En pratique, cet écran TFT-LCD et le rétro-éclairage sont compris dans un ensemble appelé dispositif de génération d'image aussi appelé « imager » .
Néanmoins, du fait de leur fonctionnement basé sur la lumière polarisée, ces écrans TFT-LCD ont pour inconvénient de réduire de façon importante la puissance lumineuse provenant du rétro-éclairage : avec l'utilisation d'un écran TFT-LCD classique, on estime que le taux de transmission de l'écran est d'environ 5% de la puissance lumineuse du rétro-éclairage. Cette faible valeur est notamment due au premier polariseur présent dans l'écran qui ne laisse passer que la lumière correspondant à une certaine polarisation, alors que les LEDs produisent de la lumière avec plusieurs polarisations : toutes les polarisations ne correspondant pas à celle que laisse passer le polariseur sont alors perdues.
Dès lors, pour l'affichage d'une image par l'afficheur avec une puissance lumineuse suffisante, il faut utiliser un rétro-éclairage d'une puissance lumineuse importante puisque l'image affichée aura une puissance lumineuse de l'ordre de 5% de cette puissance de rétro-éclairage. Cela engendre des consommations importantes d'énergie, ainsi que des pertes importantes sous forme de chaleur, qui de plus peuvent dégrader les composants et nécessitent donc l'utilisation de dissipateurs de chaleur volumineux.
De plus, les diodes électroluminescentes sont montées à ce jour via un processus de soudure par réfusion en déposant d'abord une crème à braser. Toutefois, la crème à braser est assez liquide lors de son application à température ambiante de sorte que la diode électroluminescente, une fois posée, flotte dessus. Ceci entraîne une imprécision dans le positionnement de la diode électroluminescente à +/ - 0.3mm, et donc un positionnement imprécis par rapport à l'optique de mise en forme. Il en résulte une perte de la lumière transmise en direction du diffuseur.
Objectifs de l'invention
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients ci-dessus.
En particulier, l'invention vise à fournir un dispositif de rétroéclairage avec un rendement optique amélioré.
De façon indépendante, l'invention vise aussi à fournir un dispositif de rétroéclairage ayant un encombrement plus réduit.
De façon indépendante, l'invention vise aussi à fournir un dispositif de rétroéclairage avec un rendement thermique amélioré.
Exposé de l'invention
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de rétroéclairage, notamment pour un afficheur tête haute comprenant
au moins une diode électroluminescente émettant des faisceaux lumineux,
une optique de mise en forme des faisceaux lumineux,
un diffuseur de lumière recevant les faisceaux lumineux mis en forme caractérisé en ce qu'il comporte en outre d'une part un dissipateur thermique sur laquelle ladite au moins une diode est fixée par l'intermédiaire d'une colle et d'autre part un circuit d'alimentation de ladite au moins une diode électroluminescente, disposé également sur le dissipateur thermique. Grâce à la fixation de la diode électroluminescente par une colle, on peut positionner les diodes électroluminescentes plus précisément par rapport à l'optique de mise en forme, en particulier l'axe optique, optimisant ainsi le rendement optique, c'est-à-dire la quantité de lumière envoyée vers le diffuseur. Alors que dans l'état de la technique avec un processus de réfusion, la précision de positionnement était d'environ +/ - 0.3mm, en utilisant de la colle, on atteint une précision de +/ - 0.05mm dans le positionnement des diodes.
Du fait que les diodes électroluminescentes soient collées sur un dissipateur thermique, la chaleur produite par les diodes est plus efficacement évacuée de sorte que l'on peut placer l'optique de mise en forme plus près des diodes, notamment à environ 0 ,5mm. Ainsi, on peut réduire la hauteur et la taille du dispositif de rétro-éclairage, ce qui se traduit en un plus faible encombrement d'un afficheur tête haute (HUD) dans son ensemble. Ce dernier point est très important au niveau de la planche de bord où le afficheur sera intégré et où chaque millimètre de gagné en encombrement est très important. En outre, le rendement optique du dispositif peut être augmenté par le fait de placer l'optique de mise en forme plus près, car on réduit les pertes latérales du cône de lumière.
Le dispositif de rétroéclairage peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
La colle peut être une colle thermodurcissable.
Ainsi, lors de la pose, par exemple en automatique, la colle est visqueuse et permet de positionner précisément la diode sur le dissipateur thermique. Puis, l'ensemble passe sous un traitement thermique ce qui aura pour effet un durcissement de la colle et ce qui fige la diode à sa position. Comme colle thermodurcissable, on peut citer des colles à base de silicone ou époxy.
De plus, on prévoit que la colle est une colle thermoconductrice.
En utilisant une colle thermoconductrice, la chaleur peut être facilement transférée vers le dissipateur thermique.
Pour ce faire, la colle comporte par exemple des particules métalliques, en particulier non oxydables et de préférence en un métal noble tel que l'argent.
Les particules métalliques, notamment l'argent, sont de très bons conducteurs thermiques, et ainsi on peut bien renforcer le transfert thermique vers le dissipateur. En volume, on peut par exemple avoir 50 % de colle et 50 % de particules métalliques et en masse, on obtiendra par exemple 20 % de colle et 80 % de particules métalliques. Selon un mode de réalisation, chaque diode électroluminescente comporte un substrat céramique dont la face inférieure est collée au dissipateur thermique.
Le substrat céramique présente par exemple des plages d'accueil métalliques pour le raccordement électrique des diodes électroluminescentes. Chaque diode électroluminescente est par exemple reliée au circuit d'alimentation par des fils de pontage.
On peut ainsi réaliser de façon simple et automatique les liaisons d'alimentation pour les diodes.
Le dissipateur thermique comporte par exemple une plaque de base et des ailettes de refroidissement disposées sur la face opposée à celle portant les diodes électroluminescentes et orientées perpendiculairement par rapport à la plaque de base. Ceci permet d'évacuer la chaleur par-dessous.
Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique est réalisé d'une seule pièce, notamment en aluminium moulé.
Selon un autre mode de réalisation, le dissipateur thermique est réalisé en deux pièces, une plaque de base et un feuillard à plis multiples formant ailettes de refroidissement et fixé à la plaque de base.
Selon un autre mode de réalisation, la plaque de base du dissipateur thermique comporte sur sa face opposée à celle portant les diodes électroluminescentes des rainures logeant les ailettes. Les rainures présentent par exemple une section transversale courbe et les ailettes de refroidissement sont réalisées sous forme d'un feuillard plié, les retours de pli se logeant en étant fixés dans des rainures de section transversale courbes.
Par rapport à l'aluminium moulé, la conductivité thermique de l'aluminium non moulé est pratiquement le double. Avec ce mode de réalisation, on améliore de façon significative la dissipation thermique à taille équivalente. En variante, cela permet de réduire la taille du dissipateur thermique et donc du dispositif de rétroéclairage dans son ensemble. Cette meilleure dissipation thermique permet d'avoir une température moindre au niveau des diodes électroluminescentes et augmente aussi la durée de vie de celles-ci. La partie courbe de rainure permet d'augmenter la surface de contact avec les plis du feuillard et donc aussi une meilleure dissipation thermique.
Selon une variante, la face du dissipateur thermique portant les diodes électroluminescentes est polie.
En étant polie, le dissipateur thermique joue en même temps le rôle d'un réflecteur pour réfléchir les rayons de lumière renvoyés par les éléments placés au-dessus des diodes électroluminescentes à nouveau vers l'écran . Le dissipateur aura donc une fonction triple pour dissiper la chaleur produite par les diodes, pour les supporter et en tant que réflecteur.
Selon un aspect, l'optique de mise en forme comporte un réseau de lentilles, chaque lentille étant placée en face d'une diode électroluminescente et formant collimateur.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'image, notamment pour afficheur tête haute, comportant un écran à cristaux liquide et un dispositif de rétroéclairage de cet écran à cristaux liquide tel que défini ci-dessus.
L'invention concerne aussi un afficheur tête haute comprenant un dispositif de génération d'image tel que défini ci-dessus.
L'afficheur tête haute comporte par exemple au moins un miroir de renvoi.
Selon un aspect, le dispositif de génération d'image est maintenu dans un boîtier d'afficheur tête haute et le dissipateur thermique fait saillie à l'extérieur du boîtier d'afficheur tête haute.
Ceci améliore davantage l'évacuation de la chaleur produite par les diodes électroluminescentes.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en perspective et en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un détail du dispositif selon l'invention,
la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un dissipateur thermique équipé de diodes électroluminescentes et d'un circuit d'alimentation, la figure 4 est une vue schématique de côté d'un exemple de réalisation du dissipateur thermique,
la figure 5 est une vue schématique en perspective de la face inférieure d'une plaque de base d'un dissipateur thermique,
la figure 6 est une vue schématique d'un dispositif de génération d'image et d'un afficheur tête haute selon l'invention.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. On va maintenant décrire un exemple d'un mode de réalisation en référence aux figures.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
La figure 1 représente une vue schématique d'une coupe d'un dispositif 10 de génération d'image selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 10 de génération d'image comprend un écran à cristaux liquides, ici un écran 12 à cristaux liquides (écran LCD) par exemple à transistors en couches minces, et un dispositif 14 de rétro-éclairage. L'écran 12 à cristaux liquides peut être à matrice active ou passive. L'écran 12 à cristaux liquides à transistors en couches minces est communément appelé écran TFT- LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais), et permet la formation de l'image par le dispositif 10 de génération d'image. L'écran 12 est par exemple relié par une nappe de conducteurs ou un circuit flexible 13 à une électronique de commande.
Le dispositif 14 de rétro-éclairage a pour fonction d'apporter à l'écran 12 la lumière nécessaire à la formation de l'image. Pour ce faire, le dispositif 14 de rétro-éclairage comprend
une pluralité de diodes électroluminescentes 16 (aussi appelées DELs ou LEDs pour « Light Emitting Diodes » en anglais, et utilisé dans la suite de la description) émettant des faisceaux lumineux,
une optique 20 de mise en forme des faisceaux lumineux,
un diffuseur 22 de lumière recevant les faisceaux lumineux mis en forme. Le dispositif 14 comporte en outre un dissipateur thermique 18 sur laquelle lesdites diodes sont fixées par l'intermédiaire d'une colle 19 (voir figure 2) et d'autre part un circuit d'alimentation 21 des diodes électroluminescentes 16, disposé également sur le dissipateur thermique 18 ici à côté des diodes électroluminescentes 16.
Par « à côté » , on entend en particulier que le circuit d'alimentation 21 est disposé à proximité, c'est-à-dire entre et/ ou autour des diodes électroluminescentes 16.
Comme on peut le voir sur la figure 3 qui est une vue de dessus du dissipateur thermique 18 , celui-ci porte à titre d'exemple deux rangées de diodes électroluminescentes 16 et le circuit d'alimentation 21 est disposé entre ces deux rangées, chaque diode 16 étant raccordée au circuit d'alimentation 21 par des fils de pontage 23. Bien entendu, une autre disposition des LED 16 est envisageable comme par exemple une disposition en cercle, en étoile ou en une seule rangé de LED.
On peut ainsi réaliser de façon simple et automatique les liaisons d'alimentation pour les LED 16.
Le circuit d'alimentation 21 peut être un circuit électrique flexible, ou un circuit imprimé aussi appelé PCB (pour Printed Circuit Board en anglais). Le circuit imprimé utilisé peut être par exemple de type FR4 (pour Flame Résistant 4 en anglais) ou bien IMS (pour Insulated Métal Substrate en anglais).
Les LEDs 16 sont par exemple des LED de puissance, notamment avec une puissance supérieure ou égale à 3W et placées de façon à émettre de la lumière en direction de l'écran 12. L'écran 12 est incliné d'un angle prédéfini, de préférence compris entre 0 ° et 40 ° de façon à obtenir une image virtuelle verticale dans le cadre de l'utilisation du dispositif de génération d'image dans un affichage tête haute.
L'optique de mise en forme 20 comprend par exemple un réseau de lentilles 25, permettant la collimation de la lumière provenant des LEDs 16 pour limiter les pertes de puissance lumineuse si une partie de lumière n 'est pas dirigée vers l'écran 12. Généralement, le réseau de lentilles comprend une lentille 25 par LED 16, chaque lentille 25 étant disposée au-dessus de chaque LED 16.
Le diffuseur 22 permet l'homogénéisation de la lumière, de façon à éclairer l'écran 12 de façon homogène pour permettre la formation d'une image de bonne qualité, c'est-à-dire de luminosité sensiblement uniforme. De plus, le diffuseur 22 permet de masquer l'intérieur du dispositif de rétro-éclairage.
D'autres éléments optiques peuvent encore être disposés entre le diffuseur 22 et l'écran 12 comme des filtres prismatiques croisés ou des films de polarisation.
Comme cela a été expliqué ci-dessus, chaque l'ientille 25 a une fonction de collimateur, c'est-à-dire qu'elle rend le faisceau de lumière divergeant (voir les flèches de la figure 2) parallèle.
Pour ce faire, il est donc nécessaire de positionner très précisément chaque LED 16 sur l'axe optique O de la lentille 25 associée, au niveau du point focal de la lentille 25.
En effet, un défaut de positionnement se traduit par une perte du rendement optique du rétroéclairage.
Pour ce faire, les diodes électroluminescentes 16 sont fixées par l'intermédiaire d'une colle 19 sur le dissipateur thermique 18.
Ceci est représenté schématiquement sur la figure 2 où la diode 16 comprend de façon optionnelle un substrat céramique 27 dont la face inférieure est collée au dissipateur thermique 18.
Un tel substrat céramique 27 est optionnel et comporte par exemple des plages d'accueil métalliques servant à la connexion de la diode 16 au circuit d'alimentation 21.
Grâce à la fixation par une colle 19, on peut positionner les diodes électroluminescentes 16 plus précisément par rapport à l'optique 20 de mise en forme, optimisant ainsi le rendement optique, c'est-à-dire la quantité de lumière envoyée vers le diffuseur 22. Alors que dans l'état de la technique avec de la réfusion, la précision de positionnement était d'environ +/ - 0.3mm, en utilisant de la colle 19 selon l'invention, on atteint une précision de +/ - 0.05mm dans le positionnement des diodes 16.
Du fait que les diodes électroluminescentes 16 soient collées sur un dissipateur thermique 18 , la chaleur produite par les diodes 16 est plus efficacement évacuée de sorte que l'on peut placer l'optique 20 de mise en forme plus près des LED 16. En pratique, la distance d entre la lentille et la LED 16 peut être réduite à une valeur comprise entre 0 ,3 et 07mm, typiquement à environ 0 ,5mm (voir figure 2).
Ceci a aussi pour conséquence que l'on peut réduire la hauteur et la taille du dispositif de rétro-éclairage, ce qui se traduit en un plus faible encombrement d'un afficheur tête haute (HUD) dans son ensemble, notamment à puissance lumineuse égale pour le dispositif de rétroéclairage 10.
Ce dernier point est très important au niveau de l'espace sous la planche de bord où l'afficheur tête haute sera intégré et où chaque millimètre de gagné est très important. En outre, le rendement optique du dispositif peut être augmenté par le fait de placer l'optique 20 de mise en forme plus près, car on réduit les pertes latérales du cône de faisceau de lumière émis par les LED 16.
La colle 19 est par exemple une colle thermodurcissable de sorte que lors de la pose, par exemple en automatique, la colle est visqueuse et permet de positionner précisément la diode 16 sur le dissipateur thermique 18. Puis, l'ensemble passe sous un traitement thermique (par exemple un four à 150 °) ce qui aura pour effet un durcissement de la colle et ce qui fige la diode 16 à sa position . Comme colle thermodurcissable, on peut citer des colles à base de silicone ou époxy.
La colle 19 est en outre par exemple une colle thermoconductrice permettant un transfert plus efficace de la chaleur vers le dissipateur thermique 18.
La colle thermoconductrice comporte par exemple des particules métalliques, en particulier non oxydables et de préférence en un métal noble tel que l'argent.
En effet, les particules métalliques, notamment l'argent, sont de très bons conducteurs thermiques, et ainsi on peut bien renforcer le transfert thermique vers le dissipateur. En volume, on peut par exemple avoir 50 % de colle et 50 % de particules métalliques et en masse, on obtiendra par exemple 20 % de colle et 80 % de particules métalliques. Afin que la lumière se propageant du dissipateur thermique 18 à l'écran 12 ou de l'écran 12 au dissipateur 18 reste dans le dispositif 14 de rétro-éclairage, l'espace contenu dans celui-ci, entre le circuit imprimé 18 et l'écran 12, est entouré par un boîtier 28 , généralement appelé boite à lumière notamment dans le domaine automobile. Pour éviter les pertes de puissances lumineuses dans le boîtier 28 par absorption de lumière, celui-ci est réalisé dans un matériau réfléchissant à base de polycarbonate (abrégé PC). Pour une réflexion optimale de la lumière, le boîtier 28 doit présenter une surface polie très plane.
Afin de renforcer cet effet, on prévoit que la face 26 du dissipateur thermique 18 portant les diodes électroluminescentes 16 est polie.
En étant polie, le dissipateur thermique 18 joue en même temps le rôle d'un réflecteur pour réfléchir les rayons de lumière renvoyés par les éléments placés au-dessus des diodes électroluminescentes à nouveau vers l'écran 12. Le dissipateur thermique 18 aura donc une fonction triple pour dissiper la chaleur produite par les diodes, pour les supporter et en tant que réflecteur.
Selon une variante non représentée, on peut couvrir de plus le circuit d'alimentation 21 d'un film réfléchissant. Ce film réfléchissant peut être un film réalisé en polycarbonate (PC) possédant un coefficient de réflexion supérieur à 90 %, de préférence supérieur ou égal à 98 %. D'autres matériaux peuvent être envisagés pour le film réfléchissant, à condition que ceux-ci soient adaptés aux autres contraintes du dispositif 10.
En se tournant à nouveau vers la figure 1, on voit que le dissipateur thermique 18 comporte une plaque de base 50 ayant une fonction de radiateur et des ailettes de refroidissement 52 disposées sur la face opposée 54 à celle portant les diodes électroluminescentes 16 et orientées perpendiculairement par rapport à la plaque de base 50.
Selon le mode de réalisation de la figure 1, le dissipateur thermique est réalisé d'une seule pièce, notamment en métal comme par exemple de l'aluminium moulé.
Pour renforcer la conductivité thermique du dissipateur 18 , il s'est avéré plus judicieux de réaliser celui-ci en deux pièces comme illustré sur les figures 4 et 5, une plaque de base 50 et un feuillard à plis multiples formant ailettes de refroidissement 56 et fixé à la plaque de base.
Pour ce faire, la plaque de base 50 du dissipateur thermique 18 comporte par exemple sur sa face 54 des rainures 56 de section transversale courbes, en forme de rigole et les ailettes de refroidissement 52 sont réalisées sous forme d'un feuillard plié, les retours de pli 58 se logeant en étant fixés dans les rainures 56.
Par rapport à l'aluminium moulé, la conductivité thermique de l'aluminium non moulé est pratiquement le double. Avec ce mode de réalisation, on améliore de façon significative la dissipation thermique à taille équivalente. En variante, cela permet de réduire la taille du dissipateur thermique et donc du dispositif de rétroéclairage dans son ensemble. Cette meilleure dissipation thermique permet d'avoir une température moindre au niveau de diodes électroluminescentes et augmente aussi la durée de vie de celles-ci. La partie courbe de rainure permet d'augmenter la surface de contact avec les plis du feuillard et donc aussi une meilleure dissipation thermique.
Selon une variante non représentée, la plaque de base est plane sur sa face inférieure 54 et le feuillard est plié en « créneau », des parties plates étant fixées directement contre la plaque de base 50 , par exemple par collage ou soudure.
Comme illustré à la figure 6 l'invention concerne aussi un afficheur tête haute 200 comprenant un dispositif 10 de génération d'image selon l'invention.
Le dispositif 10 de génération d'image décrit en référence à la figure 1 forme une image à l'aide de l'écran à cristaux liquides 12.
En aval de l'écran 12 selon le sens de déplacement du faisceau lumineux, ledit afficheur 200 comprend au moins une lame semi-réfléchissante 126 et un dispositif de réflexion 125 interposé sur le trajet de l'image entre l'écran 12 et la lame semi-réfléchissante 126, le dispositif de réflexion 125 comprenant un ou plusieurs miroirs plans ou concaves, comme représenté sur la figure 6. Sur cette figure, le trajet de l'image est symbolisé par trois flèches 30 en pointillé qui se réfléchissent sur le dispositif de réflexion 125 avant de s'afficher à travers la lame semi-réfléchissante 126. Cette dernière permet un grossissement et/ ou, par transparence, un affichage de l'image au-delà de la lame semi- réfléchissante, notamment au-delà du pare-brise du véhicule équipé, au niveau d'un écran virtuel 130 , obtenu à l'aide de la lame semi-réfléchissante 126.
Cette lame 126 présente un pouvoir de réflexion au moins égal à 20 %, ce qui permet à l'utilisateur de voir au travers de la lame la route empruntée par le véhicule, tout en bénéficiant d'un contraste élevé permettant de voir l'image affichée. De manière alternative, l'affichage de l'image peut avoir lieu au niveau du pare-brise du véhicule équipé dudit afficheur 200.
Comme visible sur la figure 6, le dispositif de génération d'image 10 est maintenu dans un boîtier 210 d'afficheur tête haute et le dissipateur thermique 18 du dispositif 10 de rétroéclairage fait saillie à l'extérieur du boîtier 210 d'afficheur tête haute, ce qui améliore davantage l'évacuation de la chaleur produite par les diodes électroluminescentes 16.
Une trappe transparente 132 de forme concave est ménagée dans le boîtier 210 pour permettre au rayon lumineux réfléchis par le dispositif de réflexion 125 de sortir du boîtier 210.
Le fait de fixer les diodes électroluminescentes 16 sur un dissipateur thermique 18 permet de mieux évacuer la chaleur de sorte que l'on peut placer les lentilles 25 plus près des LED 16. L'encombrement du générateur d'images se trouve alors réduite. Ainsi un gain de quelques millimètres sur la distance dl séparant l'écran 12 et le dissipateur thermique 18 peut se traduire par un gain de place de quelques centimètres sur la distance d2 séparant le générateur d'image 10 au fond du boîtier 210 de l'afficheur tête haute 200 (HUD) grâce aux effets d'amplification ou de grossissement des différents miroirs placés dans le boîtier 210 de l'afficheur tête haute 200.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de rétroéclairage ( 14), notamment pour un afficheur tête haute comprenant
- au moins une diode électroluminescente ( 16) émettant des faisceaux lumineux,
une optique (20) de mise en forme des faisceaux lumineux,
un diffuseur (22) de lumière recevant les faisceaux lumineux mis en forme
caractérisé en ce qu'il comporte en outre d'une part un dissipateur thermique ( 18) sur laquelle ladite au moins une diode électroluminescente ( 16) est fixée par l'intermédiaire d'une colle ( 19) et d'autre part un circuit d'alimentation (21) de ladite au moins une diode électroluminescente ( 16), disposé également sur le dissipateur thermique ( 18 ).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle ( 19) est une colle thermodurcissable. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la colle ( 19) est une colle thermoconductrice.
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la colle ( comporte des particules métalliques, en particulier non oxydables et préférence en un métal noble tel que l'argent.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque diode électroluminescente ( 16) comporte un substrat céramique (27) dont la face inférieure est collée au dissipateur thermique
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat céramique (27) présente des plages d'accueil métalliques pour le raccordement électrique des diodes électroluminescentes ( 16). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque diode électroluminescente ( 16) est relié au circuit d'alimentation (21) par des fils de pontage (23) .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dissipateur thermique ( 18 ) comporte une plaque de base (50) et des ailettes de refroidissement (52) disposées sur la face opposée à celle portant les diodes électroluminescentes ( 16) et orientées perpendiculairement par rapport à la plaque de base (50).
9. Dispositif selon la revendication 8 , caractérisé en ce que le dissipateur thermique ( 18 ) est réalisé d'une seule pièce, notamment en aluminium moulé. 10. Dispositif selon la revendication 8 , caractérisé en ce que le dissipateur thermique ( 18 ) est réalisé en deux pièces, une plaque de base (50) et un feuillard à plis multiples formant ailettes de refroidissement (56) et fixé à la plaque de base. 11. Dispositif selon la revendication 8 , caractérisé en ce que la plaque de base
(50) du dissipateur thermique ( 18) comporte sur sa face opposé à celle portant les diodes électroluminescentes ( 16) des rainures (56) logeant les ailettes (52).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les rainures présentent une section transversale courbe et en ce que les ailettes (52) de refroidissement sont réalisées sous forme d'un feuillard plié, les retours de pli se logeant en étant fixés dans des rainures (56) de section transversale courbes.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la face (26) du dissipateur thermique ( 18 ) portant les diodes électroluminescentes ( 16) est polie.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'optique (20) de mise en forme comporte un réseau de lentilles
(25), chaque lentille (25) étant placée en face d'une diode électroluminescente ( 16) et formant collimateur.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (21) est disposé à côté de ladite au moins une diode électroluminescente ( 16).
16. Dispositif de génération d'image ( 10 ), notamment pour afficheur tête haute, comportant un écran à cristaux liquide ( 12) et un dispositif de rétroéclairage ( 14) de cet écran à cristaux liquide ( 12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
17. Afficheur tête haute (200) comprenant un dispositif de génération d'image ( 10 ) selon la revendication 16.
18. Afficheur tête haute (200 ) selon la revendication 17, caractérisé en ce que qu'il comporte au moins un miroir de renvoi ( 125).
19. Afficheur tête haute (200) selon la revendication 17 ou 18 , caractérisé en ce que le dispositif de génération d'image ( 10) est maintenu dans un boîtier (210 ) d'afficheur tête haute et en ce que le dissipateur thermique (18 ) fait saillie à l'extérieur du boîtier (210) d'afficheur tête haute.
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