EP3857618A1 - Source lumineuse matricielle pour un vehicule automobile - Google Patents

Source lumineuse matricielle pour un vehicule automobile

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Publication number
EP3857618A1
EP3857618A1 EP19772771.2A EP19772771A EP3857618A1 EP 3857618 A1 EP3857618 A1 EP 3857618A1 EP 19772771 A EP19772771 A EP 19772771A EP 3857618 A1 EP3857618 A1 EP 3857618A1
Authority
EP
European Patent Office
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light source
elementary
delay
matrix
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19772771.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Samuel DAROUSSIN
Zdravko Zojceski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Vision SAS
Original Assignee
Valeo Vision SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Vision SAS filed Critical Valeo Vision SAS
Publication of EP3857618A1 publication Critical patent/EP3857618A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
    • F21S41/153—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines arranged in a matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/16—Controlling the light source by timing means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the invention relates to matrix light sources with electroluminescent semiconductor elements, in particular for motor vehicles.
  • the invention relates to a matrix light source whose electrical consumption is not likely to present peaks of electric current.
  • a light emitting diode is a semiconductor electronic component capable of emitting light when it is traversed by an electric current.
  • LED technology is increasingly used for various light signaling solutions. LEDs are used to perform light functions such as daytime running lights, signaling lights, etc.
  • the light intensity emitted by an LED is generally dependent on the intensity of the electric current flowing through it.
  • an LED is characterized by an electric current intensity threshold value. This maximum forward current is generally decreasing at increasing temperature.
  • forward voltage direct or nominal voltage
  • elementary light emitting is interesting in many fields of application, and in particular also in the field of lighting and signaling of motor vehicles.
  • an array of LEDs can be used to create interesting light beam shapes for light functions such as high beam or daytime running light.
  • several different light functions can be performed using a single matrix, thereby reducing the physical size in the confined space of a motor vehicle light.
  • matrix light sources or, equivalently, pixelated are controlled by a physically remote control unit and electrically connected to the light source.
  • the elementary light sources, or, equivalently, pixels which constitute a matrix light source extend over very limited dimensions, of the order of 50 to 200 ⁇ m each, and each of them consumes only a weak current. intensity, of the order of 10 mA when it is on.
  • intensity of the order of 10 mA when it is on.
  • a peak of high intensity global current is consumed at the level of the matrix light source: the electric current consumed by an elementary light source is multiplied by the number of pixels. For matrix sources at 256 pixels, a consumption peak of the order of 2.5 A can be observed.
  • the invention aims to overcome at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to provide a matrix or pixelated light source whose consumption of electric current at the time of switching on of its pixels is reduced.
  • a matrix light source comprising an integrated circuit and a matrix of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element.
  • the matrix light source is remarkable in that the integrated circuit is in contact with the matrix and comprises, for each of at least one set of elementary light sources, a delay unit configured to delay the ignition of the elementary source following the reception of an ignition command for said set of elementary light sources.
  • an integrated circuit for a matrix light source is proposed.
  • the integrated circuit is intended to be in mechanical and electrical contact with a matrix of elementary light sources of the matrix light source.
  • the integrated circuit is remarkable in that it comprises, for each of at least one set of elementary light sources, a delay unit configured to delay the ignition of the elementary source by a predetermined duration following the reception of an ignition control for said set of elementary light sources.
  • the matrix of elementary light sources may preferably comprise a common substrate supporting the elementary light sources.
  • the common matrix substrate may preferably include SiC.
  • the integrated circuit may preferably comprise an Si substrate.
  • the integrated circuit is welded or glued to the matrix of elementary light sources, for example to a common substrate supporting the elementary light sources.
  • the integrated circuit is preferably soldered or glued to the underside of the common substrate, opposite the face which comprises the elementary light sources.
  • the integrated circuit is in mechanical contact, for example by means of fixing, and electrical contact with the common substrate, which has electrical connection zones on its underside.
  • the delay unit of each elementary light source of the assembly can be functionally connected to the delay unit of another elementary light source of the assembly, the arrangement being such as the delay for the second elementary light source only begins to flow after the delay of the first elementary light source has elapsed.
  • the delay unit of each elementary light source may preferably include a trigger circuit for sending a trip signal to the light source which is connected thereto, after the expiration of its own delay.
  • the delay for each elementary light source in the set can be identical.
  • the delay unit may preferably include a memory element for recording a delay value.
  • the delay units of the elementary light sources of the assembly can preferably be linked functionally sequentially to form a chain.
  • said set of light sources can comprise all the elementary light sources of the matrix light source.
  • the delay unit may preferably include a delay line.
  • the delay lines associated with all the elementary light sources can be clocked by means of the same clock signal.
  • a light module for a motor vehicle comprises a matrix light source and a circuit for controlling the electrical supply of said source.
  • the light module is remarkable in that the matrix light source conforms to one aspect of the invention.
  • the pixelated light source may preferably comprise at least one matrix of electroluminescent elements - elementary light sources - (called in English monolithic array) arranged in at least two columns by at least two lines.
  • the electroluminescent source comprises at least one matrix of monolithic electroluminescent elements, also called monolithic matrix.
  • the electroluminescent elements are grown from a common substrate and are electrically connected so as to be selectively activatable, individually or by subset of electroluminescent elements.
  • each electroluminescent element or group of electroluminescent elements can form one of the elementary emitters of said pixelated light source which can emit light when its or their material is supplied with electricity
  • electroluminescent elements can meet this definition of monolithic matrix, since the electroluminescent elements have one of their main elongation dimensions substantially perpendicular to a common substrate and that the spacing between the elementary emitters, formed by one or more electroluminescent elements grouped together electrically, is low in comparison with the spacings imposed in known arrangements of flat square chips soldered on a printed circuit board.
  • the substrate can be predominantly made of semiconductor material.
  • the substrate may include one or more other materials, for example non-semiconductors.
  • These electroluminescent elements are for example arranged projecting from the substrate so as to form rods of hexagonal section.
  • the light-emitting sticks are born on a first face of a substrate.
  • Each electroluminescent rod here formed by the use of gallium nitride (GaN), extends perpendicularly, or substantially perpendicularly, projecting from the substrate, here made from silicon, other materials such as silicon carbide which can be used without get out of the context of the invention.
  • GaN gallium nitride
  • the light-emitting sticks could be made from an alloy of aluminum nitride and gallium nitride (AlGaN), or from an alloy of aluminum phosphides, indium and gallium (AlInGaP).
  • AlGaN aluminum nitride and gallium nitride
  • AlInGaP aluminum phosphides, indium and gallium
  • Each electroluminescent rod extends along an elongation axis defining its height, the base of each rod being arranged in a plane of the upper face of the substrate.
  • the light-emitting sticks of the same monolithic matrix advantageously have the same shape and the same dimensions. They are each delimited by a terminal face and by a circumferential wall which extends along the axis of elongation of the rod.
  • the light-emitting rods are doped and are the subject of a polarization, the resulting light at the output of the semiconductor source is emitted essentially from the circumferential wall, it being understood that light rays can also emerge from the face terminal.
  • each light-emitting stick acts as a single light-emitting diode and the luminance of this source is improved on the one hand by the density of the light-emitting sticks present and on the other hand by the size of the illuminating surface defined by the circumferential wall. and which therefore extends over the entire periphery, and the entire height, of the stick.
  • the height of a stick can be included between 2 and 10 mhi, preferably 8 m m.
  • the largest dimension of the end face of a stick is less than 2 mm, preferably less than or equal to 1 m m.
  • the height can be modified from one zone of the pixelated light source to another, so as to increase the luminance of the corresponding zone when the average height of the rods constituting it is increased.
  • a group of light-emitting sticks can have a height, or heights, different from another group of light-emitting sticks, these two groups being constitutive of the same semiconductor light source comprising light-emitting sticks of submillimetric dimensions.
  • the shape of the light-emitting rods can also vary from one monolithic matrix to another, in particular on the section of the rods and on the shape of the end face.
  • the rods have a generally cylindrical shape, and they can in particular have a shape of polygonal section, and more particularly hexagonal. We understand that it is important that light can be emitted through the circumferential wall, whether it has a polygonal or circular shape.
  • the end face may have a substantially planar shape and perpendicular to the circumferential wall, so that it extends substantially parallel to the upper face of the substrate, or it may have a domed or pointed shape at its center. , so as to multiply the directions of emission of the light leaving this end face.
  • the light-emitting sticks can preferably be arranged in a two-dimensional matrix. This arrangement could be such that the sticks are staggered.
  • the rods are arranged at regular intervals on the substrate and the separation distance of two immediately adjacent light-emitting rods, in each of the dimensions of the matrix, must be at least equal to 2 ⁇ m, preferably between 3 mm and 10 mm, so that the light emitted by the circumferential wall of each rod can exit the matrix of light-emitting rods.
  • these separation distances measured between two axes of extension of adjacent rods, will not be greater than 100 ⁇ m.
  • the monolithic matrix may comprise electroluminescent elements formed by layers of epitaxial electroluminescent elements, in particular a first layer of GaN doped n and a second layer of GaN doped p, on a single substrate, for example made of silicon carbide, and which is cut (by grinding and / or ablation) to form a plurality of elementary emitters respectively from the same substrate.
  • electroluminescent elements formed by layers of epitaxial electroluminescent elements, in particular a first layer of GaN doped n and a second layer of GaN doped p, on a single substrate, for example made of silicon carbide, and which is cut (by grinding and / or ablation) to form a plurality of elementary emitters respectively from the same substrate.
  • the result of such a design is a plurality of electroluminescent blocks all from the same substrate and electrically connected to be selectively activatable from each other.
  • the substrate of the monolithic matrix may have a thickness of between 5 ⁇ m and 800 ⁇ m, in particular equal to 200 mhi; each block may have a length and a width, each being between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m,
  • each block is less than 500 ⁇ m, preferably less than 300 ⁇ m.
  • each block can be made via the substrate on the side opposite the epitaxy.
  • the separation distance between two elementary transmitters can be less than 1 mm, in particular less than 500 ⁇ m, and it is preferably less than 200 ⁇ m.
  • the monolithic matrix may comprise further a layer of a polymeric material in which the electroluminescent elements are at least partially embedded.
  • the layer can thus extend over the entire extent of the substrate or only around a determined group of electroluminescent elements.
  • the polymer material which can in particular be based on silicone, creates a protective layer which makes it possible to protect the electroluminescent elements without hampering the diffusion of the light rays.
  • wavelength conversion means capable of absorbing at least part of the rays emitted by one of the elements and of converting at least part of said excitation light absorbed into emission light having a wavelength different from that of the excitation light. It is equally possible to provide that the phosphors are embedded in the mass of the polymer material, or that they are arranged on the surface of the layer of this polymer material.
  • the pixelated light source may further include a coating of reflective material to deflect the light rays towards the exit surfaces of the light source.
  • the electroluminescent elements of submillimetric dimensions define in a plane, substantially parallel to the substrate, a determined outlet surface.
  • a determined outlet surface is defined according to the number and arrangement of the elements
  • the invention By using the measures proposed by the present invention, it becomes possible to propose a matrix or pixelated light source whose consumption of electric current at the time of switching on of its pixels is reduced.
  • the invention By delaying the ignition potentially individually for each pixel, the invention is capable of smoothing over time the peak of current intensity which appears in known solutions at the time of ignition of the matrix light source. This smoothing of the consumption of electric current results in a reduction in electromagnetic radiation, which generates a reduced risk of electromagnetic interference at the level of other electronic components which are in the physical proximity of the matrix light source. As the delays for each pixel are nevertheless short, the effect of the delay is generally not or hardly visible.
  • Figure 1 schematically shows a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 shows schematically a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows timing diagrams indicating the ignition time per pixel following an ignition instruction received by a matrix light source according to, according to the prior art and according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 4 schematically shows details of a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows timing diagrams indicating the ignition time per pixel following an ignition instruction received by a matrix light source according to preferred embodiments of the invention.
  • references 100, 200 and 300 denote three embodiments of a matrix light source according to the invention.
  • the illustration of Figure 1 shows a pixelated or matrix light source 100 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 100 comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 110 and a common substrate, not illustrated, in mechanical and electrical contact with, and functionally connected to a circuit. integrated 120.
  • the elementary light sources are typically light-emitting diodes, LEDs.
  • the matrix light source 100 preferably comprises a monolithic matrix component, in which the semiconductor layers of the elementary light sources 110 are, for example, arranged on the common substrate.
  • the matrix of elementary light sources 110 preferably comprises a parallel mounting of a plurality of branches, each branch comprising light emitting semiconductor light sources 110.
  • the matrix of elementary light sources comprises by way of example and without limitation, depending on the thickness of the substrate and starting at the end opposite to the location of the elementary sources 110, a first electrically conductive layer deposited on an electrically insulating substrate . It follows an n-doped semiconductor layer, the thickness of which is between 0.1 and 2 ⁇ m. This thickness is clearly less than that of known light-emitting diodes, for which the corresponding layer has a thickness of the order of 1 to 2 ⁇ m.
  • the next layer is the active quantum well layer with a thickness of about 30 nm, followed by an electron blocking layer, and finally a p-doped semiconductor layer, the latter having a thickness of about 300nm.
  • the first layer is a layer of (Al) GaN: Si
  • the second layer a layer of n-GaN: Si
  • the active layer comprises quantum wells in InGaN alternating with barriers in GaN.
  • the blocking layer is preferably made of AlGaN: Mg and the p-doped layer is preferably made of p-GaN: Mg.
  • the n-doped Galium nitride has a resistivity of 0.0005 Ohm / cm while the p-doped Galium nitride has a resistivity of 1 Ohm / cm.
  • the thicknesses of the proposed layers make it possible in particular to increase the internal series resistance of the elementary source, while significantly reducing its manufacturing time, as the doped layer n is thinner compared to known LEDs and requires less deposition time important. For example, typically 5 hours of MOCVD deposition time is required for a standard configuration LED with 2p of layer n, and this time can be reduced by 50% if the thickness of layer n is reduced to 0.2 p.
  • the monolithic component 100 is preferably manufactured by depositing the layers in a homogeneous and uniform manner on at least part of the surface of the substrate, so to cover it.
  • the deposition of the layers is for example carried out by a process of epitaxy in the vapor phase with organometallics (“metal oxide Chemical vapor deposition”), MOCVD.
  • organometallics metal oxide Chemical vapor deposition
  • Such methods and reactors for their implementation are known for depositing semiconductor layers on a substrate, for example from patent documents WO 2010/072380 A1 or WO 01/46498 A1. The details of their implementation will therefore not be detailed in the context of the present invention.
  • the layers thus formed are pixelated.
  • the layers are removed by known lithographic methods and by etching at the locations which subsequently correspond to the spaces separating the elementary light sources 110 from one another on the substrate.
  • a plurality of several tens or hundreds or thousands of pixels 110 of surface less than one square millimeter for each individual pixel, and of total surface greater than 2 square millimeter having semiconductor layers with homogeneous thicknesses, and therefore having homogeneous and high internal series resistances can be produced on the substrate of a matrix light source 100.
  • the substrate comprising the epitaxial layers covering at least part of the surface of the substrate is sawn or cut into elementary light sources, each of the elementary light sources having similar characteristics in terms of their internal series resistance.
  • the invention likewise relates to types of elementary light sources with semiconductor elements implying other configurations of semiconductor layers.
  • the substrates, the semiconductor materials of the layers, the arrangement of the layers, their thicknesses and any vias between the layers may be different from the example which has just been described.
  • the integrated circuit 120 is preferably soldered on the underside of the common substrate which houses the elementary light sources, so as to establish mechanical and electrical contact with the substrate and the elementary light sources.
  • the integrated circuit further comprises for at least one, but preferably for all the elementary light sources 110, a delay unit 130 configured to delay the ignition of the elementary light source by a predetermined duration following the reception of a command. ignition 12, typically generated by a control unit external to the matrix light source 100.
  • the delay unit 130 is for example produced by an electronic circuit which produces a delay line. Such electronic circuits are well known in the state of the art and their operation will not be described in detail in the context of the present invention.
  • the delay produced for each of the elementary sources 110 is different, so that a control signal 12 intended at the same time for all the elementary sources 110 of the matrix source 100, is delayed differently for each, or the less for disjoint sets of elementary light sources.
  • a control signal 12 intended at the same time for all the elementary sources 110 of the matrix source 100 is delayed differently for each, or the less for disjoint sets of elementary light sources.
  • the ignition of the elementary light sources is potentially delayed individually for each elementary light source, this makes it possible to avoid a maximum single peak of the electrical consumption of the matrix light source 100 at the moment when the control signal 12 intervenes.
  • the use of an integrated circuit 120 in mechanical and electrical contact with the substrate on which the elementary light sources reside makes it possible to dispense with wire connections, the number of which would be at least equal to the number of pixels of the matrix light source .
  • the matrix light source can be controlled in voltage or electric current by a control circuit of the power supply.
  • Such circuits are known per se in the art and their operation will not be described in detail in the context of the present invention. They involve at least one converter circuit capable of converting an input voltage / current, supplied for example by a voltage / current source internal to a motor vehicle, such as a battery, into an output voltage / current, of intensity adapted to supply the matrix light source.
  • the control of each elementary source, or in an equivalent manner, of each pixel is reduced to the control of a switch device 132 as shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the elementary light source 110 can be selectively connected to the voltage source 10.
  • the switching device is for example produced by a field effect transistor of MOSFET type preferably characterized by a drop of low voltage between its drain and source terminals, and controlled by the control signal 12 delayed by the delay unit 130.
  • a supply circuit can be integrated into the substrate 120 during the manufacture of the monolithic component 100.
  • the illustration of Figure 2 shows a pixelated or matrix light source 200 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 200 comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 210 and a common substrate not shown, in contact with and functionally connected to an integrated circuit 220
  • the elementary light sources are typically light emitting diodes, LEDs.
  • the matrix light source 200 is preferably a monolithic component, in which the semiconductor layers of the elementary light sources 210 are arranged on the common substrate.
  • the matrix light source 200 preferably comprises a parallel mounting of a plurality of branches, each branch comprising light emitting semiconductor light sources 210.
  • the integrated circuit 220 further comprises for at least one but preferably for all the elementary light sources 210, a delay unit 230 configured to delay the ignition of the elementary light source by a predetermined duration following the reception of a ignition control 12, preferably binary, typically generated by a control unit external to the matrix light source 200.
  • the delay unit 230 is for example produced by an electronic circuit which produces a delay line.
  • the matrix light source can be controlled in voltage or electric current by a control circuit of the power supply.
  • the control of a switch device 232 makes it possible to selectively supply the elementary light source 210 with electricity. In the embodiment illustrated in FIG. 2, this control is carried out by the delay unit 230, which reproduces a delayed version of the control signal 12.
  • the delay units 230 associated with different elementary light sources 210 are connected, from preferably along a chain, between them by an electrical connection 231. When the delay for an elementary light source (left) has elapsed, the delay unit 230 (left) controls the switch device 232 so as to supply the light source elementary 210 (left) in electricity.
  • the delay unit 230 (left) transmits an "enable" trigger signal, for example a binary signal, to the homologous delay unit 230 (right) associated with the elementary light source 210 (right). It is only on receipt of this "enable" signal from the delay unit (left) that the delay unit 230 (right) begins to count down its predetermined delay.
  • the delay unit 230 (right) controls the switch device 232 so as to supply the elementary light source 210 (right) with electricity. Even if the two delay units are configured to implement a countdown of a similar duration, it follows that the effective delays are different for the two elementary light sources, since the delays between connected delay units accumulate.
  • the effective delay is twice the effective delay of the delay unit 230 (left).
  • the delay units are clocked by a regular clock signal not shown. As the ignition of the elementary light sources forming part of the chain which connects their respective delay units is delayed individually for each elementary light source, this makes it possible to avoid a single maximum peak of the electrical consumption of the matrix light source 200 when the control signal 12 intervenes.
  • FIG. 3 shows the evolution over time of a regular binary clock signal which is used to clock the delay units 230 of FIG. 2.
  • the ignition time for three pixels is shown using a matrix source known from the state of the art: the pixels indicated by nl, n and n + 1 are supplied with electricity at the same instant, corresponding to the reception of the ignition instruction 12.
  • the ignition time for three pixels using a matrix source according to the embodiment of the figure is illustrated.
  • the delay units of each of the pixels nl, n and n + 1 are functionally linked together so that the delay of the pixel n only begins to elapse once the delay of the delay of the pixel nl s 'is completed, and so on.
  • each delay unit implements an identical delay of one clock cycle.
  • the delay units are synchronized with respect to the rising edge of the clock signal, without this being a limitation of the invention.
  • the delay units can also be synchronized with respect to the rising edge of the clock signal, or even with respect to a predetermined point in the cycle of the clock signal.
  • the illustration of Figure 4 shows details of an integrated circuit of a pixelated or matrix light source 300 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 300 comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 310 and a common substrate, not shown, in contact with and functionally connected to the integrated circuit.
  • the elementary light sources are typically diodes
  • the integrated circuit further comprises for at least one, but preferably for all the elementary light sources, a delay unit 330 configured to delay the ignition of the elementary light source by a predetermined duration following the reception of a command d ignition 12, preferably binary, typically generated by a control unit external to the matrix light source 300.
  • the delay units 30 of the elementary light sources are interconnected as for the embodiment described in connection with FIG. 2, and clocked by a common regular binary clock signal 14.
  • a delay unit 330 comprises a logic unit 333 produced for example by a comparison circuit.
  • the logic unit 333 compares the control signal 12 with a status signal generated by a downcount unit 334.
  • the status signal is for example zero when the delay has not yet elapsed, and the signal switches to a non-zero value when the delay has passed. If the two signals have a non-zero value, the resulting trigger signal 331 is non-zero. 11 then relays the control signal to the delay unit 330 (right), to trigger the respective delay there.
  • the down-counting unit 334 comprises for example a down-counting circuit, configured to read the value of the delay to be counted down from a memory element or register 336 of the integrated circuit.
  • the delay unit 330 controls the device 332 so as to supply the light source 310 associated therewith with electricity.
  • the use of a memory element 336 to record the respective delay of each elementary light source allows increased flexibility. Different delays can be recorded for different elementary light sources, and the recorded values can be changed by writing instructions to the respective memory elements 336 over time. Obviously, the effective delays for each light source also depend on the frequency of the clock signal 14.
  • the integrated circuit may include additional electronic circuits indicated by the hatched area of FIG. 4. It may in particular be a circuit performing diagnostic functions of the operation of the elementary light source.
  • FIG. 5 shows the evolution over time of a regular binary clock signal which is used to clock the delay units 430 of FIG. 3.
  • the ignition time for a pixel nl is shown using a matrix source known from the state of the art: the indicated pixel is supplied with electricity upon reception of the ignition instruction 12.
  • the ignition time for two pixels using a source matrix according to the embodiment of Figure 4 is illustrated.
  • the delay units of each of the pixels n and n + 1 are functionally linked together so that the delay of the pixel n + 1 only begins to elapse once the delay of the pixel n s has elapsed 'is completed.
  • the pixel n delay unit performs a delay of four clock cycles, while the pixel n + 1 delay unit performs a delay of two clock cycles, which begins only at elapse once the pixel delay n has elapsed.
  • the effective delays can also be modified by modifying the frequency of the clock signal. In the example shown, the frequency of the signal is doubled compared to the example shown in the middle of the figure.

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Abstract

Source lumineuse matricielle ayant une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semiconducteur électroluminescent et un substrat commun en contact avec un circuit intégré. Le circuit intégré est configuré de manière à retarder d'une durée prédéterminée l'allumage des sources élémentaires suite à la réception d'une commande d'allumage.

Description

SOURCE LUMINEUSE MATRICIELLE POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE
L’invention se rapporte aux sources lumineuses matricielles à éléments semi-conducteurs électroluminescents, notamment pour véhicules automobiles. En particulier, l’invention se rapporte à une source lumineuse matricielle dont la consommation électrique n’est pas susceptible de présenter des pics de courant électrique.
Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs sont utilisées afin d’assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation etc... L’intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l’intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d’intensité de courant électrique. Ce courant direct (« forward current ») maximal est en général décroissant à température croissante. De même, lorsqu’une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe ou nominale (« forward voltage »).
L’utilité de matrices de LEDs comprenant un nombre important de sources lumineuses
électroluminescentes élémentaires est intéressante dans de nombreux domaines d’application, et notamment aussi dans le domaine d’éclairage et de la signalisation des véhicules automobiles. Une matrice de LEDs peut par exemple être utilisée pour créer des formes de faisceaux lumineux intéressantes pour des fonctions lumineuses telles que les feux de route ou les feux diurnes. En plus, plusieurs fonctions lumineuses différentes peuvent être réalisées à l’aide d’une matrice unique, réduisant ainsi l’encombrement physique dans l’espace restreint d’un feu de véhicule automobile.
De manière connue, des sources lumineuses matricielles ou, de manière équivalente, pixelisées, sont commandées par une unité de commande physiquement déportée et électriquement connectée à la source lumineuse. Les sources lumineuses élémentaires, ou, de manière équivalente, pixels qui constituent une source lumineuse matricielle s’étendent sur des dimensions très restreintes, de Tordre de 50 à 200 pm chacune, et chacune d’entre elles ne consomme qu’un courant de faible intensité, de Tordre de 10 mA lorsqu’elle est allumée. Pourtant, lorsque toutes les sources lumineuses élémentaires d’une source matricielle doivent s’allumer au même moment, un pic de courant global de forte intensité est consommé au niveau de la source lumineuse matricielle : le courant électrique consommé par une source lumineuse élémentaire est multiplié par le nombre de pixels. Pour des sources matricielles à 256 pixels, un pic de consommation de Tordre de 2.5 A peut être observé. Evidemment cette valeur est d’autant plus élevée que le nombre de pixels et leur courant électrique consommé individuellement augmentent. De tels pics de courant électrique donnent lieu à un rayonnement électromagnétique qui est susceptible de générer des interférences électromagnétiques au niveau d’autres composants électroniques, dont le fonctionnement peut s’en voir dégradé. Ce phénomène est d’autant plus critique dans le domaine de la signalisation lumineuse des véhicules automobiles, dans lequel une pluralité de composants électroniques se retrouvent dans le volume restreint qui est disponible pour loger les composants d’un feu de véhicule automobile.
L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une source lumineuse matricielle ou pixelisée dont la consommation de courant électrique au moment de l’allumage de ses pixels est réduite.
Selon un premier aspect de l’invention, une source lumineuse matricielle comprenant un circuit intégré et une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent est proposée. La source lumineuse matricielle est remarquable en ce que le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend, pour chacune d’au moins un ensemble de sources lumineuses élémentaires, une unité de retard configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage pour ledit ensemble de sources lumineuses élémentaires.
Selon un autre aspect de l’invention, un circuit intégré pour une source lumineuse matricielle est proposé. Le circuit intégré est destiné à être en contact mécanique et électrique avec une matrice de sources lumineuse élémentaires de la source lumineuse matricielle. Le circuit intégré est remarquable en ce qu’il comprend, pour chacune d’au moins un ensemble de sources lumineuses élémentaires, une unité de retard configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage pour ledit ensemble de sources lumineuses élémentaires.
La matrice de sources lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre un substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le substrat commun de la matrice peut de préférence comprendre du SiC.
Le circuit intégré peut de préférence comprendre un substrat en Si. De préférence, le circuit intégré est soudé ou collé à la matrice de sources lumineuses élémentaires, par exemple à un substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré est de préférence soudé ou collé à la face inférieure du substrat commun, opposée à la face qui comprend les sources lumineuses élémentaires. De préférence, le circuit intégré est en contact mécanique, par exemple par le biais de moyens de fixation, et électrique avec le substrat commun, qui présente des zones de connexion électriques sur sa face inférieure. De préférence, l’unité de retard de chaque source lumineuse élémentaire de l’ensemble peut être reliée fonctionnellement à l’unité de retard d’une autre source lumineuse élémentaire de l’ensemble, l’agencement étant tel que le retard pour la deuxième source lumineuse élémentaire ne commence qu’à s’écouler une fois que le retard de la première source lumineuse élémentaire s’est écoulé.
L’unité de retard de chaque source lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre un circuit de déclenchement pour envoyer un signal de déclanchement à la source lumineuse qui y est reliée, suite à l’écoulement de son propre retard.
De manière préférentielle, le retard pour chaque source lumineuse élémentaire de l’ensemble peut être identique.
L’unité de retard peut de préférence comprendre un élément de mémoire pour l’enregistrement d’une valeur de retard.
Les unités de retard des sources lumineuses élémentaires de l’ensemble peuvent préférentiellement être reliées fonctionnellement de manière séquentielle pour former une chaîne.
De préférence, ledit ensemble de sources lumineuses peut comprendre toutes les sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse matricielle.
L’unité de retard peut de manière préférée comprendre une ligne de retard.
De préférence, les lignes de retard associées à toutes les sources lumineuses élémentaires peuvent être cadencées moyennant le même signal d’horloge.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Il comprend une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source. Le module lumineux est remarquable en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à un aspect de l’invention.
La source lumineuse pixélisée, ou de manière équivalente, la source lumineuse matricielle, peut de préférence comprendre au moins une matrice d’éléments électroluminescents - les sources lumineuse élémentaires - (appelée en anglais monolithic array) agencés selon au moins deux colonnes par au moins deux lignes. De préférence, la source électroluminescente comprend au moins une matrice d’éléments électroluminescents monolithique, aussi appelée matrice monolithique. Dans une matrice monolithique, les éléments électroluminescents sont crûs depuis un substrat commun et sont connectés électriquement de manière à être activables sélectivement, individuellement ou par sous-ensemble d’éléments électroluminescents. Ainsi chaque élément électroluminescent ou groupe d’éléments électroluminescents peut former l’un des émetteurs élémentaires de ladite source lumineuse pixélisée qui peut émettre de la lumière lorsque son ou leur matériau est alimenté en électricité
Différents agencements d’éléments électroluminescents peuvent répondre à cette définition de matrice monolithique, dès lors que les éléments électroluminescents présentent l’une de leurs dimensions principales d’allongement sensiblement perpendiculaire à un substrat commun et que l’écartement entre les émetteurs élémentaires, formés par un ou plusieurs éléments électroluminescents regroupés ensemble électriquement, est faible en comparaison des écartements imposés dans des agencements connus de chips carrés plates soudés sur une carte de circuits imprimés.
Le substrat peut être majoritairement en matériau semi-conducteur. Le substrat peut comporter un ou plusieurs autres matériaux, par exemple non semi-conducteurs. Ces éléments électroluminescents, de dimensions submillimétriques, sont par exemple agencés en saillie du substrat de manière à former des bâtonnets de section hexagonale. Les bâtonnets électroluminescents prennent naissance sur une première face d’un substrat. Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat, ici réalisé à base de silicium, d’autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d’un alliage de phosphures d’aluminium, d’indium et de gallium (AlInGaP). Chaque bâtonnet électroluminescent s’étend selon un axe d’allongement définissant sa hauteur, la base de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure du substrat.
Les bâtonnets électroluminescents d’une même matrice monolithique présentent avantageusement la même forme et les mêmes dimensions. Ils sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long de l’axe d’allongement du bâtonnet. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteurs est émise essentiellement à partir de la paroi circonférentielle, étant entendu que des rayons lumineux peuvent sortir également de la face terminale. Il en résulte que chaque bâtonnet électroluminescent agit comme une unique diode électroluminescente et que la luminance de cette source est améliorée d’une part par la densité des bâtonnets électroluminescents présents et d’autre part par la taille de la surface éclairante définie par la paroi circonférentielle et qui s’étend donc sur tout le pourtour, et toute la hauteur, du bâtonnet. La hauteur d’un bâtonnet peut être comprise entre 2 et 10 mhi, préférentiellement 8 m m. La plus grande dimension de la face terminale d’un bâtonnet est inférieure à 2 m m, préférentiellement inférieure ou égale à 1 m m.
On comprend que, lors de la formation des bâtonnets électroluminescents, la hauteur peut être modifiée d’une zone de la source lumineuse pixélisée à l’autre, de manière à accroître la luminance de la zone correspondante lorsque la hauteur moyenne des bâtonnets la constituant est augmentée. Ainsi, un groupe de bâtonnets électroluminescents peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d’un autre groupe de bâtonnets électroluminescents, ces deux groupes étant constitutifs de la même source lumineuse à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques. La forme des bâtonnets électroluminescents peut également varier d’une matrice monolithique à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale. Les bâtonnets présentent une forme générale cylindrique, et ils peuvent notamment présenter une forme de section polygonale, et plus particulièrement hexagonale. On comprend qu’il importe que de la lumière puisse être émise à travers la paroi circonférentielle, que celle-ci présente une forme polygonale ou circulaire.
Par ailleurs, la face terminale peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu’elle s’étend sensiblement parallèlement à la face supérieure du substrat, ou bien elle peut présenter une forme bombée ou en pointe en son centre, de manière à multiplier les directions d’émission de la lumière sortant de cette face terminale.
Les bâtonnets électroluminescents peuvent de préférence être agencés en matrice à deux dimensions. Cet agencement pourrait être tel que les bâtonnets soient agencés en quinconce. De manière générale, les bâtonnets sont disposés à intervalles réguliers sur le substrat et la distance de séparation de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacents, dans chacune des dimensions de la matrice, doit être au minimum égale à 2 pm, préférentiellement comprise entre 3 m m et 10 m m, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle de chaque bâtonnet puisse sortir de la matrice de bâtonnets électroluminescents. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation, mesurées entre deux axes d’allongement de bâtonnets adjacents, ne soient pas supérieures à 100 pm.
Alternativement, la matrice monolithique peut comporter des éléments électroluminescents formés par des couches d’éléments électroluminescents épitaxiées, notamment une première couche en GaN dopée n et une seconde couche en GaN dopée p, sur un substrat unique, par exemple en carbure de silicium, et que l’on découpe (par meulage et/ou ablation) pour former une pluralité d’émetteurs élémentaires respectivement issus d’un même substrat. Il résulte d’une telle conception une pluralité de blocs électroluminescents tous issus d’un même substrat et connectés électriquement pour être activables sélectivement les uns des autres. Dans un exemple de réalisation selon cet autre mode, le substrat de la matrice monolithique peut présenter une épaisseur comprise entre 5 pm et 800 pm, notamment égale à 200 mhi ; chaque bloc peut présenter une longueur et une largeur, chacune étant comprise entre 50 pm et 500 pm,
préférentiellement comprise entre 100 pm et 200 pm. Dans une variante, la longueur et la largeur sont égales. La hauteur de chaque bloc est inférieure à 500 pm, préférentiellement inférieur à 300 pm.
Enfin la surface de sortie de chaque bloc peut être faite via le substrat du côté opposée à l’épitaxie. La distance de séparation entre deux émetteurs élémentaires. La distance entre chaque émetteur élémentaire contigu peut être inférieure à 1 mm, notamment inférieure à 500 pm, et elle est préférentiellement inférieure à 200 pm.
Alternativement, aussi bien avec des bâtonnets électroluminescents s’étendant respectivement en saillie d’un même substrat, tels que décrit ci-dessus, qu’avec des blocs électroluminescents obtenus par découpage de couches électroluminescentes superposées sur un même substrat, la matrice monolithique peut comporter en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les éléments électroluminescents sont au moins partiellement noyés. La couche peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé d’éléments électroluminescents. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, crée une couche protectrice qui permet de protéger les éléments électroluminescents sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d’onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l’un des éléments et à convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. On pourra prévoir indifféremment que les luminophores sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils soient disposés en surface de la couche de ce matériau polymère.
La source lumineuse pixélisée peut comporter en outre un revêtement de matériau réfléchissant pour dévier les rayons lumineux vers les surfaces de sorties de la source lumineuse.
Les éléments électroluminescents de dimensions submillimétriques définissent dans un plan, sensiblement parallèle au substrat, une surface de sortie déterminée. On comprend que la forme de cette surface de sortie est définie en fonction du nombre et de l’agencement des éléments
électroluminescents qui la composent. On peut ainsi définir une forme sensiblement rectangulaire de la surface d’émission, étant entendu que celle-ci peut varier et prendre n’importe quelle forme sans sortir du contexte de l’invention. En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer une source lumineuse matricielle ou pixelisée dont la consommation de courant électrique au moment de l’allumage de ses pixels est réduite. En retardant l’allumage potentiellement de manière individuelle pour chaque pixel, l’invention est capable de lisser dans le temps le pic d’intensité de courant qui apparaît dans des solutions connues au moment de l’allumage de source lumineuse matricielle. Ce lissage de la consommation de courant électrique a pour conséquence une réduction de la radiation électromagnétique, ce qui engendre un risque amoindri d’interférences électromagnétique au niveau d’autres composants électroniques qui se trouvent à proximité physique de la source lumineuse matricielle. Comme les retards pour chaque pixel sont néanmoins courts, l’effet du retard n’est en général pas ou peu visible.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels :
la figure 1 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 2 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 3 montre des chronogrammes indiquant le temps d’allumage par pixel suite à une consigne d’allumage reçue par une source lumineuse matricielle selon, selon l’art antérieur et selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 4 montre de manière schématique des détails d’une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 5 montre des chronogrammes indiquant le temps d’allumage par pixel suite à une consigne d’allumage reçue par une source lumineuse matricielle selon des modes de réalisation préférés de l’invention.
Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100, 200 et 300 désignent trois modes de réalisation d’une source lumineuse matricielle selon l’invention.
L’illustration de la figure 1 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 100 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 100 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 110 et un substrat commun non-illustré, en contact mécanique et électrique avec, et fonctionnellement relié à un circuit intégré 120. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
La source lumineuse matricielle 100 comprend de préférence un composant matriciel monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 110 sont, par exemple, disposées sur le substrat commun. La matrice de sources lumineuses élémentaires 110 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 110.
La matrice de sources lumineuses élémentaires comprend à titre d’exemple et non- limitatif, selon l’épaisseur du substrat et commençant par l’extrémité opposée à l’emplacement des sources élémentaires 110, une première couche électriquement conductrice déposée sur un substrat électriquement isolant. Il suit une couche semi-conductrice dopée n, dont l’épaisseur se situe entre 0.1 et 2 pm. Cette épaisseur est nettement inférieure à celles de diodes électroluminescentes connues, pour lesquelles la couche correspondante présente une épaisseur de l’ordre de 1 à 2 pm. La couche suivante est la couche active de puits quantiques d’une épaisseur d’environ 30 nm, suivie d’une couche bloquant des électrons, et finalement une couche semi-conductrice dopée p, cette dernière ayant une épaisseur d’environ 300nm. De préférence, la première couche est une couche de (Al)GaN:Si, la deuxième couche une couche de n-GaN:Si, la couche active comprend des puits quantiques en InGaN alternant avec des barrières en GaN. La couche bloquante est de préférence en AlGaN:Mg et la couche dopée p est de préférence en p-GaN:Mg. Le nitrure de Galium dopé n présente une résistivité de 0.0005 Ohm/cm tandis que le nitrure de Galium dopé p présente une résistivité de 1 Ohm/cm. Les épaisseurs des couches proposées permettent notamment d’augmenter la résistance série interne de la source élémentaire, tout en réduisant de manière significative son temps de fabrication, comme la couche dopée n est moins épaisse comparée à des LEDs connues et nécessite un temps de dépôt moins important. A titre d’exemple, typiquement 5 heures de temps de dépôts en MOCVD est nécessaire pour une LED de configuration standard avec 2p de couche n, et ce temps peut être réduit de 50% si l’épaisseur de la couche n est réduite à 0.2p.
Afin d’obtenir des sources lumineuses élémentaires 110 présentant des couches semi-conductrices ayant des épaisseurs homogènes, le composant monolithique 100 est de préférence fabriqué en déposant les couches de manière homogène et uniforme sur au moins une partie de la surface du substrat, de manière à la recouvrir. Le dépôt des couches est par exemple réalisé par un procédé d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (« métal oxide Chemical vapor déposition »), MOCVD. De tels procédés ainsi que des réacteurs pour leur mise en œuvre sont connus pour déposer des couches semi-conductrices sur un substrat, par exemple depuis les documents de brevet WO 2010/072380 Al ou WO 01/46498 A1. Les détails de leur mise en œuvre ne seront par conséquent pas détaillés dans le cadre la présente invention. Ensuite, les couches ainsi formées sont pixélisées. A titre d’exemple et non- limitatif, les couches sont enlevées par des procédés lithographiques connus et par etching aux endroits qui correspondent par la suite aux espaces séparant les sources lumineuses élémentaires 110 les unes des autres sur le substrat. Ainsi, une pluralité de plusieurs dizaines ou centaines ou milliers de pixels 110 de surface inférieure à un millimètre-carré pour chaque pixel individuel, et de surface totale supérieure à 2 millimètre-carré ayant des couches semi-conductrices à épaisseurs homogènes, et présentant donc des résistances série internes homogènes et élevées peuvent être produites sur le substrat d’une source lumineuse matricielle 100. De manière générale, plus la taille de chaque pixel de LED diminue, plus sa résistance série augmente, et plus ce pixel est adapté à être piloté par une source de tension. Alternativement, le substrat comprenant les couches épitaxiées recouvrant au moins une partie de la surface du substrat est scié ou coupé en sources lumineuses élémentaires, chacune des sources lumineuses élémentaires ayant des caractéristiques similaires au niveau de leur résistance série interne.
L’invention se rapporte à même titre à des types de sources lumineuses élémentaires à éléments semi- conducteurs impliquant d’autres configurations de couches semi-conductrices. Notamment les substrats, les matériaux semi-conducteurs des couches, l’agencement des couches, leurs épaisseurs et d’éventuels vias entre les couches peuvent être différents de l’exemple qui vient d’être décrit.
Le circuit intégré 120 est de préférence soudée sur la face inférieure du substrat commun qui abrite les sources lumineuses élémentaires, de manière à établir un contact mécanique et électrique avec le substrat et les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 110, une unité de retard 130 configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 100. L’unité de retard 130 est par exemple réalisée par un circuit électronique qui réalise une ligne de retard. De tels circuits électroniques sont bien connus dans l’état de l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. De préférence, le retard réalisé pour chacune des sources élémentaires 110 est différent, de manière à ce qu’un signal de commande 12 destiné au même moment à toutes les sources élémentaires 110 de la source matricielle 100, soit retardé différemment pour chacune, ou du moins pour des ensembles disjoints de sources lumineuses élémentaires. Comme l’allumage des sources lumineuses élémentaires est retardé potentiellement de manière individuelle pour chaque source lumineuse élémentaire, ceci permet d’éviter un pic unique maximal de la consommation électrique de la source lumineuse matricielle 100 au moment où le signal de commande 12 intervient. L’utilisation d’un circuit intégré 120 en contact mécanique et électrique avec le substrat sur lequel résident les sources lumineuses élémentaires, permet de s’affranchir de connexions fïlaires, dont le nombre serait au moins égal au nombre de pixels de la source lumineuse matricielle.
Dépendant de la source lumineuse matricielle, elle peut être pilotée en tension ou en courant électrique par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique. De tels circuits sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Ils impliquent au moins un circuit convertisseur apte à convertir une tension/un courant d’entrée, fourni par exemple par une source de tension/courant interne à un véhicule automobile, telle qu’une batterie, en une tension/un courant de sortie, d’intensité adaptée à alimenter la source lumineuse matricielle. Lorsque la source lumineuse matricielle est pilotée en tension électrique, le pilotage de chaque source élémentaire, ou de manière équivalente, de chaque pixel, se réduit à la commande d’un dispositif interrupteur 132 tel qu’il est schématisé sur la figure 1. En commandant l’état du dispositif 132, la source lumineuse élémentaire 110 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le dispositif interrupteur est par exemple réalisé par un transistor à effet de champ de type MOSFET caractérisé de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source, et commandée par le signal de commande 12 retardé par l’unité de retard 130.
De préférence, non seulement les éléments interrupteurs 132, mais également un circuit d’alimentation peut être intégré dans le substrat 120 lors de la fabrication du composant monolithique 100.
L’illustration de la figure 2 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 200 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 200 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 210 et un substrat commun non-illustré, en contact avec et fonctionnellement relié à un circuit intégré 220 Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
La source lumineuse matricielle 200 est de préférence un composant monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 210 sont disposées sur le substrat commun. La source lumineuse matricielle 200 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 210.
Le circuit intégré 220 comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 210, une unité de retard 230 configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, de préférence binaire, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 200. L’unité de retard 230 est par exemple réalisée par un circuit électronique qui réalise une ligne de retard.
Dépendant de la source lumineuse matricielle, elle peut être pilotée en tension ou en courant électrique par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique. La commande d’un dispositif interrupteur 232 permet d’alimenter de manière sélective la source lumineuse élémentaire 210 en électricité. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, cette commande est réalisée par l’unité de retard 230, qui reproduit une version retardée du signal de commande 12. Les unités de retard 230 associées à différentes sources lumineuses élémentaires 210 sont reliées, de préférence selon une chaîne, entre elles par une connexion électrique 231. Lorsque le retard pour une source lumineuse élémentaire (gauche) s’est écoulé, l’unité de retard 230 (gauche) commande le dispositif interrupteur 232 de manière à alimenter la source lumineuse élémentaire 210 (gauche) en électricité. En même temps, l’unité de retard 230 (gauche) transmet un signal de déclenchement « enable », par exemple un signal binaire, à l’unité de retard homologue 230 (droite) associée à la source lumineuse élémentaire 210 (droite). C’est seulement à la réception de ce signal « enable » issu de l’unité de retard (gauche) que l’unité de retard 230 (droite) se met à décompter son retard prédéterminé. Lorsque le retard pour la source lumineuse élémentaire (droite) s’est écoulé, l’unité de retard 230 (droite) commande le dispositif interrupteur 232 de manière à alimenter la source lumineuse élémentaire 210 (droite) en électricité. Même si les deux unités de retard sont configurées à implémenter un décomptage d’une durée similaire, il s’ensuit que les retards effectifs sont différents pours les deux sources lumineuses élémentaires, puisque les retards entre unités de retard reliées s’accumulent. Pour l’unité de retard 230 (droite) de l’exemple donné, le retard effectif est le double du retard effectif de l’unité de retard 230 (gauche). De préférence, les unités de retard sont cadencées par un signal d’horloge régulier non- illustré. Comme l’allumage des sources lumineuses élémentaires faisant partie de la chaîne qui relie leurs unités de retard respectives est retardé de manière individuelle pour chaque source lumineuse élémentaire, ceci permet d’éviter un pic unique maximal de la consommation électrique de la source lumineuse matricielle 200 au moment où le signal de commande 12 intervient.
La figure 3 montre l’évolution dans le temps d’un signal d’horloge binaire régulier qui sert à cadencer les unités de retard 230 de la figure 2. En dessous du signal d’horloge, le temps d’allumage pour trois pixels est montré en utilisant une source matricielle connue depuis l’état de l’art : les pixels indiqués par n-l, n et n+1 sont alimentés en électricité au même instant, correspondant à la réception de la consigne d’allumage 12. En bas de la figure 3, le temps d’allumage pour trois pixels en utilisant une source matricielle conforme au mode de réalisation de la figure est illustré. Les unités de retard de chacun des pixels n-l, n et n+1 sont reliées fonctionnellement entre elles de manière à ce que le retard du pixel n ne commence qu’à s’écouler une fois que l’écoulement du retard du pixel n-l s’est achevé, et ainsi de suite. Ici, chaque unité de retard implémente un retard identique d’un cycle d’horloge. Dans l’exemple illustré, les unités de retard sont synchronisées par rapport au flanc montant du signal d’horloge, sans que ceci ne soit une limitation de l’invention. En effet, les unités de retard peuvent également être synchronisées par rapport au flanc montant du signal d’horloge, ou encore par rapport à un point prédéterminé du cycle du signal d’horloge.
L’illustration de la figure 4 montre des détails d’un circuit intégré d’une source lumineuse pixelisée ou matricielle 300 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 300 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 310 et un substrat commun non-illustré, en contact avec et fonctionnellement relié au circuit intégré. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes
électroluminescentes, LED.
Le circuit intégré comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires, une unité de retard 330 configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, de préférence binaire, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 300. Les unités de retard 30 des sources lumineuses élémentaires sont reliées entre elles comme pour le mode de réalisation décrit en rapport avec la figure 2, et cadencées par un signal d’horloge binaire régulier commun 14.
Une unité de retard 330 comprend une unité logique 333 réalisée par exemple par un circuit de comparaison. L’unité logique 333 compare le signal de commande 12 à un signal d’état généré par une unité de décomptage 334. Le signal d’état est par exemple nul lorsque le retard ne s’est pas encore écoulé, et le signal bascule vers une valeur non-nulle lorsque le retard s’est écoulé. Si les deux signaux ont une valeur non-nulle, le signal de déclenchement résultant 331 est non-nul. 11 relaye alors le signal de commande à l’unité de retard 330 (droite), pour y déclencher le retard respectif. L’unité de décomptage 334 comprend par exemple un circuit de décomptage, configuré pour lire la valeur du retard à décompter depuis un élément de mémoire ou registre 336 du circuit intégré. Lorsque le décomptage s’est achevé, l’unité de retard 330 commande le dispositif 332 de manière à alimenter la source lumineuse 310 y associée en électricité. L’utilisation d’un élément de mémoire 336 pour enregistrer le retard respectif de chaque source lumineuse élémentaire permet une flexibilité accrue. Des retards différents peuvent être enregistrés pour différentes sources lumineuses élémentaires, et les valeurs enregistrées peuvent être modifiées par des instructions d’écriture dans les éléments de mémoire 336 respectifs au fil du temps. Evidement, les retards effectifs pour chaque source lumineuse dépendent également de la fréquence du signal d’horloge 14. Il va de soi que le circuit intégré peut comprendre des circuits électroniques supplémentaires indiqués par la zone hachurée de la figure 4. Il peut notamment s’agir de circuit réalisant des fonctions diagnostiques du fonctionnement de la source lumineuse élémentaire.
La figure 5 montre l’évolution dans le temps d’un signal d’horloge binaire régulier qui sert à cadencer les unités de retard 430 de la figure 3. En dessous du signal d’horloge, le temps d’allumage pour un pixel n-l est montré en utilisant une source matricielle connue depuis l’état de l’art : le pixel indiqué est alimenté en électricité sur réception de la consigne d’allumage 12. En-dessous, le temps d’allumage pour deux pixels en utilisant une source matricielle conforme au mode de réalisation de la figure 4 est illustré. Les unités de retard de chacun des pixels n et n+1 sont reliées fonctionnellement entre elles de manière à ce que le retard du pixel n+1 ne commence qu’à s’écouler une fois que l’écoulement du retard du pixel n s’est achevé. Ici, l’unité de retard du pixel n réalise un retard de quatre cycles d’horloge, alors que l’unité de retard du pixel n+1 réalise un retard de deux cycles d’horloge, qui ne commence qu’à s’écouler une fois que le retard du pixel n s’est écoulé. En bas de la figure, on s’aperçoit que les retards effectifs peuvent également être modifiées en modifiant la fréquence du signal d’horloge. Dans l’exemple montré, la fréquence du signal est doublée par rapport à l’exemple montré au milieu de la figure.
L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims

Revendications
1. Source lumineuse matricielle (100, 200, 300) comprenant un circuit intégré (120, 220) et une matrice de sources lumineuses élémentaires (110, 210, 310) à élément semi-conducteur électroluminescent,
caractérisé en ce que le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend, pour chacune d’au moins un ensemble de sources lumineuses élémentaires, une unité de retard (130, 230, 330) configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source élémentaire (110, 210, 310) suite à la réception d’une commande d’allumage (12).
2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’unité de retard (230, 330) de chaque source lumineuse élémentaire de l’ensemble est reliée fonctionnellement à l’unité de retard d’une autre source lumineuse élémentaire de l’ensemble, l’agencement étant tel que le retard pour la deuxième source lumineuse élémentaire ne commence à s’écouler qu’une fois que le retard de la première source lumineuse élémentaire s’est écoulé.
3. Source lumineuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’unité de retard (230, 330) de chaque source lumineuse élémentaire comprend un circuit de déclenchement pour envoyer un signal de déclenchement à la source lumineuse qui y est reliée, suite à l’écoulement de son propre retard.
4. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le retard pour chaque source lumineuse élémentaire de l’ensemble est identique.
5. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’unité de retard (330) comprend un élément de mémoire (336) pour l’enregistrement d’une valeur de retard.
6. Source lumineuse selon une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les unités de retard des sources lumineuses élémentaires de l’ensemble sont reliées fonctionnellement de manière séquentielle pour former une chaîne.
7. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit ensemble de sources lumineuses comprend toutes les sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse matricielle.
8. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l’unité de retard comprend une ligne de retard.
9. Source lumineuse selon la revendication 8, caractérisée en ce que les lignes de retard associées à toutes les sources lumineuses élémentaires sont cadencées moyennant le même signal d’horloge.
10. Module lumineux pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à une des revendications 1 à 9.
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