Domaine de l'invention La présente invention concerne une source lumineuse à diode LED comportant un support recevant la diode. Une telle source peut se composer d'une ou plusieurs diodes LED émettant une lumière identi- que ou différente pour l'éclairage et/ou des effets de décoration. Etat de la technique Les diodes LED sont utilisées comme source de lumière de faible puissance servant, par exemple, pour des voyants mais également comme des diodes dites de puissance, c'est-à-dire d'une puissance de 1 ou 5 voire 50 watts, générant un flux lumineux très important. Les diodes LED sont intéressantes par leur rendement lumineux et leur durée de vie. Toutefois, la chaleur dégagée très localement par les diodes LED de puissance conditionne leur durée de vie. Pour évacuer autant que faire se peut la chaleur, les plaquettes des diodes sont, en général, équipées d'un dissipateur métallique formant une surface d'échange de chaleur plus efficace que la seule plaquette de la diode. Ces échangeurs de chaleur travaillent par convection et rayonnement. Ces dissipateurs habituels sont généralement coûteux et peu faciles à intégrer dans un montage à cause de leur encombrement et leur assemblage à la diode n'assure pas une isolation électrique suffisante vis-à-vis des normes de sécurité électriques, par exemple lorsque les diodes LED sont alimentées directement par le réseau électrique ou par un convertisseur insuffisamment protégé vis-à-vis du réseau. Il existe donc un danger potentiel de choc électrique. 25 But de l'invention La présente invention a pour but de développer une source lumineuse à diode LED permettant une protection thermique efficace de la diode ou de l'ensemble des diodes et assurant une isolation électrique compatible avec les normes de sécurité électrique. 30 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne une source lumineuse à diode LED caractérisée par une enveloppe délimitant une enceinte contenant un fluide isolant électrique, caloporteur en contact de conduction thermique au moins avec la face arrière de la plaquette de la 35 diode LED. La source lumineuse est ainsi isolée par le fluide isolant et le refroidissement de la diode est assuré de façon très efficace par le fluide caloporteur échangeant la chaleur avec l'enveloppe qui la dissipe à l'extérieur. Cela permet de maintenir la température de la diode à un ni-veau très bas, même pour un fonctionnement prolongé. Cette température basse de l'enceinte évite tout problème de surchauffe locale et les risques liés à une telle surchauffe. Field of the Invention The present invention relates to an LED light source having a support receiving the diode. Such a source may consist of one or more LEDs emitting an identical or different light light and / or decorative effects. State of the art LEDs are used as a low-power light source serving, for example, for LEDs but also as so-called power LEDs, that is to say a power of 1 or 5 or even 50 watts, generating a very important luminous flux. LEDs are interesting because of their light output and their lifetime. However, the heat released very locally by the power LEDs determines their service life. To evacuate heat as much as possible, the diode wafers are, in general, equipped with a metal dissipator forming a heat exchange surface more effective than the single wafer of the diode. These heat exchangers work by convection and radiation. These usual heatsinks are generally expensive and not easy to integrate into an assembly because of their size and their assembly to the diode does not provide sufficient electrical insulation vis-à-vis the electrical safety standards, for example when the LEDs are supplied directly by the grid or by a converter which is insufficiently protected from the network. There is therefore a potential danger of electric shock. OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to develop an LED diode light source enabling effective thermal protection of the diode or of all the diodes and ensuring electrical insulation compatible with electrical safety standards. DISCLOSURE AND ADVANTAGES OF THE INVENTION To this end, the present invention relates to an LED diode light source characterized by an envelope delimiting an enclosure containing an electrical insulating fluid, coolant in thermal conduction contact at least with the rear face of the wafer of the LED diode. The light source is thus isolated by the insulating fluid and the cooling of the diode is provided very efficiently by the coolant exchanging heat with the envelope which dissipates it outside. This keeps the temperature of the diode at a very low level, even for prolonged operation. This low temperature of the enclosure avoids any problem of local overheating and the risks associated with such overheating.
Suivant une caractéristique avantageuse, l'enveloppe est elle-même isolante électrique. La diode est ainsi entourée d'une double isolation, le fluide isolant caloporteur et l'enveloppe. Suivant une autre caractéristique, l'enveloppe transparente entoure la diode LED pour former une surface de sortie de la lumière, la diode étant au moins partiellement immergée dans le fluide caloporteur de l'enceinte. Suivant une autre caractéristique, la diode LED est équipée d'une optique occupant l'intervalle entre la diode et la surface transparente de sortie de lumière de l'enveloppe. Ainsi, la source lumineuse est directionnelle ou avec un grand angle d'ouverture en fonction de l'optique combinée à la diode. De façon particulièrement avantageuse, la source lumineuse comporte un culot logeant le circuit d'alimentation de la diode LED pour se fixer dans une douille électrique alimentée à partir du réseau de distribution électrique. Cela permet d'utiliser cette source lumineuse à diode comme une ampoule classique, avec un culot de type baïonnette ou à vis. L'ampoule pourra ainsi s'installer en remplacement d'une ampoule traditionnelle dans un culot alimenté à partir du réseau électrique, c'est-à-dire sous la tension du réseau 110-220-230 volts. According to an advantageous characteristic, the envelope is itself an electrical insulator. The diode is thus surrounded by a double insulation, the heat-exchange insulating fluid and the envelope. According to another feature, the transparent envelope surrounds the LED to form an exit surface of the light, the diode being at least partially immersed in the heat transfer fluid of the enclosure. According to another feature, the LED is equipped with an optics occupying the gap between the diode and the transparent light output surface of the envelope. Thus, the light source is directional or with a large aperture angle depending on the optics combined with the diode. Particularly advantageously, the light source comprises a base housing the power supply circuit of the LED diode to be fixed in an electrical socket fed from the electrical distribution network. This makes it possible to use this diode light source as a conventional bulb, with a bayonet or screw type cap. The bulb can thus be installed in place of a traditional bulb in a base powered from the mains, that is to say under the network voltage 110-220-230 volts.
Une diode LED de forte puissance peut être équipée d'un radiateur immergé dans le fluide caloporteur augmentant la surface d'échange entre la diode et le fluide caloporteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans le cas d'une diode de forte puissance, pour réduire l'encombrement au niveau de la source lumineuse, l'enceinte est réduite à un volume minimum et communique par un circuit de fluide caloporteur avec une enceinte de dimensions plus grandes, déportée, le fluide caloporteur étant mis en circulation pour arriver dans l'enceinte déportée qui échange la chaleur avec l'extérieur. Une telle application concerne par exemple les projecteurs et notamment, les systèmes d'éclairage de véhicules automobiles. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une source lumineuse selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'une source lumineuse munie d'un culot à visser, - la figure 3 est une vue en coupe d'une autre variante d'une source lumineuse selon l'invention destinée à remplacer directement une ampoule à douille, - la figure 4 est une autre variante d'une source lumineuse en forme d'ampoule à douille, - la figure 5 montre une quatrième variante d'une source lumineuse à douille, - la figure 6 montre une source lumineuse à plusieurs diodes LED, - la figure 6A est une vue de détails en coupe de la liaison entre l'enceinte et le culot de la source lumineuse de la figure 6, - la figure 7 montre une source lumineuse à encastrer dans un panneau montrant deux formes de réalisation l'une, dans sa moitié gauche et l'autre, dans sa moitié droite, - la figure 8 montre schématiquement une source lumineuse selon l'invention comportant un circuit de refroidissement. A high power LED can be equipped with a radiator immersed in the heat transfer fluid increasing the exchange surface between the diode and the coolant. According to another advantageous characteristic, in the case of a high power diode, to reduce the bulk at the light source, the enclosure is reduced to a minimum volume and communicated by a coolant circuit with an enclosure of larger dimensions, remote, the heat transfer fluid being circulated to arrive in the remote enclosure that exchanges the heat with the outside. Such an application relates, for example, to projectors and in particular to lighting systems for motor vehicles. Drawings The present invention will be described below in more detail with the aid of the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a sectional view of a first embodiment of a light source according to the invention, - FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of a light source provided with a screw cap, FIG. 3 is a sectional view of another variant of a light source according to FIG. invention intended to directly replace a socket bulb, - Figure 4 is another variant of a light source in the form of socket bulb, - Figure 5 shows a fourth variant of a socket light source, - Figure FIG. 6A is a detail view in section of the connection between the enclosure and the base of the light source of FIG. 6; FIG. 7 shows a light source to be built in. FIG. in a panel showing two embodiments one, in its left half and the other in its right half, - Figure 8 schematically shows a light source according to the invention having a cooling circuit.
Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement et de façon générale, une source lumineuse à diode LED 100 selon l'invention. Cette source est présentée avec une seule diode LED. Par convention, il sera en général question de diode au singulier dans la description sachant que ce singulier peut désigner une diode unique ou plusieurs diodes utilisées dans les mêmes conditions. La diode LED 10 est portée par un support 11 intégrant la diode proprement dite. Cette diode sur son support 11, est placée dans une enve- loppe 20 formant une enceinte contenant un fluide isolant électrique et caloporteur 30. Ce fluide 30 est un liquide non électrolytique, tel qu'un alcool ou une huile, en contact de conduction thermique avec la diode, c'est-à-dire la face arrière de la plaquette 11 portant la diode 10. Dans l'exemple représenté, la diode 10 est immergée dans le fluide isolant, caloporteur 30. Le support 11 de la diode est relié par une branche de support 12 à un bouchon 21 fermant l'enceinte dont l'enveloppe 20 est au moins partiellement transparente ; le liquide caloporteur 30 est lui-même transparent ou translucide. Le bouchon 21 fermant l'enceinte est traversé par les deux conducteurs d'alimentation 13, 14 de la diode 10. Les moyens de fixation de cette source lumineuse dans une lampe, un lustre ou, plus générale-ment, une installation d'éclairage ou de décoration, ne sont pas détaillés. Selon une variante non représentée, le circuit l'alimentation de la diode est directement associée à l'enveloppe 20, par exemple à son bouchon 21. io La chaleur dégagée par la diode 10 est échangée avec le fluide caloporteur 30, lui-même en contact avec l'enveloppe 20 formant une surface d'échange de chaleur importante. La masse du fluide caloporteur constitue en soi un puits de chaleur. 15 Pour une diode 10 d'une puissance de un ou de quelques watts, la chaleur dégagée, au niveau de la face arrière de la plaquette 11, est ponctuellement importante mais, dissipée dans la masse de fluide caloporteur 30, elle n'en provoque pas une élévation de température significative et l'enceinte avec le fluide caloporteur reste pratiquement à la 20 température ambiante. Il en est de même de son enveloppe 20. La figure 2 montre une variante de réalisation 100A concernant la partie de fixation et de branchement de la source lumineuse. Les éléments de cette variante, identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1, portent les mêmes références et leur description ne sera pas re- 25 prise. Le bouchon 21 et l'enveloppe 20 sont munis d'un culot 40 pour le branchement électrique ; il est destiné à se visser dans une douille, elle-même reliée à l'alimentation électrique pour une diode. L'avant de la diode 10 est équipé d'une optique 15, encore appelée réflecteur ou collimateur, pour définir l'angle d'émission du faisceau lumineux. Cette opti- 30 que 15 est directement en contact avec la face avant 22 de l'enveloppe 20. La figure 3 montre une autre variante 100B de forme globale identique à celle des variantes précédentes et pour laquelle on utilisera les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments ou éléments analogues. Cela est également vrai pour les différents autres 35 modes de réalisation décrits ci-après. La variante 100B diffère par l'intégration du circuit d'alimentation 51 dans le bouchon 21, à l'intérieur du culot 40 ce qui permet de brancher une telle source lumineuse dans une douille alimentée à la tension du réseau électrique, par exemple 220 ou 230 volts. La figure 4 montre une autre variante de source lumineuse 100C dans la quelle la surface transparente de sortie de lumière de la diode 10 devant l'optique 15 est constituée par une pastille 23 intégrée dans l'enveloppe 20 qui peut être dans ce cas, opaque. La figure 5 montre une autre variante de source lumineuse 100D en forme d'ampoule, qui diffère des modes de réalisation précédents par le dissipateur 16 ou puits de chaleur fixé à la plaquette 11 de io la diode 10 pour augmenter la surface d'échange de chaleur entre la diode 10 et le fluide caloporteur isolant 30 dans lequel baignent la partie arrière de la plaquette 11 de la diode et son dissipateur 16. Le dissipateur 16 est en forme de manchon perforé pour permettre la circulation du fluide caloporteur 30 par convection dans l'enceinte délimitée par 15 l'enveloppe 20. A l'avant, l'enveloppe 20 porte la plaquette 11 de la diode 10 de façon que la face arrière de la plaquette 11 et son dissipateur 16 soient dans l'enceinte. La face avant de la plaquette de la diode n'est pas immergée dans le liquide caloporteur 30. Une optique 15 en amont de la 20 diode 10 est représentée en pointillés et l'avant de l'ampoule est occupé par un bulbe 24 en forme de dôme. Une telle source lumineuse 100D en forme d'ampoule également équipée du circuit d'alimentation 50 de la diode 10 peut se visser dans une douille alimentée normalement à partir du réseau électrique. 25 La figure 6 montre une source lumineuse 100E à plusieurs diodes installées dans une enceinte dont l'enveloppe 20E de forme sphérique est terminée par un culot 40. Les supports 11 des diodes 10 disposés en grappes portés par des branches de maintien 12E à l'intérieur du bain de liquide isolant, caloporteur 30 et leurs fils d'alimentation 13, 14 sont 30 reliés au culot 40 soit par l'intermédiaire du circuit d'alimentation intégré soit pour être branchés sur un circuit d'alimentation externe. L'enveloppe 20E est transparente ou translucide et le liquide 30 est limpide. Le liquide et/ou l'enveloppe peuvent être colorés en fonction de l'effet d'éclairage ou de décoration à réaliser. 35 L'intérieur 26 de la partie supérieure de l'enveloppe peut être réfléchissant pour constituer un réflecteur renvoyant la lumière dans la moitié inférieure de l'enceinte. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 schematically and generally shows an LED light source 100 according to the invention. This source is presented with a single LED. By convention, it will generally be a question of singular diode in the description knowing that this singular can designate a single diode or more diodes used under the same conditions. The LED 10 is carried by a support 11 integrating the diode itself. This diode on its support 11 is placed in an envelope 20 forming an enclosure containing an electrical and heat-exchange insulating fluid 30. This fluid 30 is a non-electrolytic liquid, such as an alcohol or an oil, in thermal conduction contact. with the diode, that is to say the rear face of the wafer 11 carrying the diode 10. In the example shown, the diode 10 is immersed in the insulating fluid, coolant 30. The support 11 of the diode is connected by a support branch 12 to a plug 21 closing the enclosure, the envelope 20 is at least partially transparent; the coolant 30 is itself transparent or translucent. The plug 21 closing the enclosure is traversed by the two supply conductors 13, 14 of the diode 10. The means for fixing this light source in a lamp, a chandelier or, more generally, a lighting installation or decoration, are not detailed. According to a variant not shown, the supply circuit of the diode is directly associated with the casing 20, for example its plug 21. The heat released by the diode 10 is exchanged with the coolant 30, itself in contact with the envelope 20 forming a large heat exchange surface. The mass of the coolant is itself a heat sink. For a diode 10 with a power of one or a few watts, the heat released at the rear face of the wafer 11 is punctually high but, dissipated in the coolant mass 30, it does not cause not a significant rise in temperature and the enclosure with the coolant remains substantially at room temperature. It is the same with its envelope 20. FIG. 2 shows an alternative embodiment 100A relating to the fixing and connecting part of the light source. The elements of this variant, identical to those of the embodiment of FIG. 1, bear the same references and their description will not be taken. The plug 21 and the casing 20 are provided with a base 40 for the electrical connection; it is intended to be screwed into a socket, itself connected to the power supply for a diode. The front of the diode 10 is equipped with an optical 15, also called reflector or collimator, to define the emission angle of the light beam. This optic 15 is in direct contact with the front face 22 of the envelope 20. FIG. 3 shows another variant 100B of overall shape identical to that of the preceding variants and for which the same references will be used as in FIG. Figure 1 to designate the same elements or similar elements. This is also true for the various other embodiments described hereinafter. The variant 100B differs by the integration of the supply circuit 51 in the plug 21, inside the base 40, which makes it possible to connect such a light source in a socket supplied with the voltage of the electrical network, for example 220 or 230 volts. FIG. 4 shows another variant of a light source 100C in which the transparent light-output surface of the diode 10 in front of the optic 15 is constituted by a chip 23 integrated in the envelope 20, which can in this case be opaque . FIG. 5 shows another variant of an ampoule-shaped light source 100D, which differs from the previous embodiments by the heat sink 16 or heat sink fixed to the wafer 11 of the diode 10 to increase the exchange surface of the heat between the diode 10 and the insulating heat transfer fluid 30 in which the rear portion of the wafer 11 of the diode and its dissipator 16 are immersed. The dissipator 16 is in the form of a perforated sleeve to allow the circulation of the coolant 30 by convection in the enclosure 20 delimited by the envelope 20. At the front, the envelope 20 carries the wafer 11 of the diode 10 so that the rear face of the wafer 11 and its dissipator 16 are in the enclosure. The front face of the wafer of the diode is not immersed in the coolant 30. An optic 15 upstream of the diode 10 is shown in dashed lines and the front of the vial is occupied by a shaped bulb 24 of dome. Such a bulb-shaped light source 100D also equipped with the power supply circuit 50 of the diode 10 can be screwed into a socket fed normally from the electrical network. FIG. 6 shows a light source 100E with several diodes installed in an enclosure whose spherical envelope 20E is terminated by a base 40. The supports 11 of the diodes 10 arranged in clusters carried by holding branches 12E to the The interior of the insulating liquid coolant bath 30 and their supply leads 13, 14 are connected to the base 40 either via the integrated supply circuit or to be connected to an external supply circuit. The envelope 20E is transparent or translucent and the liquid 30 is clear. The liquid and / or the envelope can be colored according to the lighting or decorative effect to be achieved. The interior 26 of the upper part of the envelope may be reflective to form a reflector reflecting the light in the lower half of the enclosure.
Si le liquide est limpide, les points lumineux apparaissent comme autant de sources lumineuses pratiquement ponctuelles, émettant chacune une forte intensité lumineuse et si le liquide est trouble, il peut créer un effet de diffusion répartissant la lumière dans les différentes di- rections de façon plus régulière que des points lumineux,. La figure 6A montre l'assemblage entre l'enveloppe 20E, le bouchon 21 portant les diodes et le culot 40. L'enveloppe 20E est en une matière isolante électrique de même que le bouchon 21. Le culot 40 est relié à la jonction de l'enveloppe par une virole 41 elle-même isolante. If the liquid is clear, the luminous points appear as almost point-like light sources, each emitting a strong luminous intensity and if the liquid is cloudy, it can create a scattering effect distributing the light in different directions more regular than bright spots ,. FIG. 6A shows the assembly between the envelope 20E, the plug 21 carrying the diodes and the base 40. The envelope 20E is made of an electrically insulating material, as is the plug 21. The base 40 is connected to the junction the envelope by a ferrule 41 itself insulating.
L'assemblage est scellé ou fermé de manière étanche comme les assemblages des autres modes de réalisation.. La figure 7 montre une forme de réalisation d'une source lumineuse à diode 100F destinée à être encastrée dans une découpe D réalisée dans une plaque P, par exemple une plaque de plafond ou de mur. La structure de cette source lumineuse 100F est analogue aux structures précédentes. Elle se compose d'une (ou plusieurs) diode LED 10 portée par un support 11 relié à une branche 12 fixée à un bouchon 21, l'ensemble étant placé dans une enveloppe 20 au moins par-tiellement transparente sur sa face avant et terminée à l'arrière par un filetage extérieur 27 sur lequel se visse un couvercle extérieur 28 traversé par les conducteurs d'alimentation 13, 14 de la diode 10. Ce couvercle extérieur 28 qui bloque la fermeture de l'enceinte, porte d'un côté, sur la variante de gauche, une languette élastique 29 pour la fixation de la source lumineuse dans l'orifice D du panneau P. Dans la variante représentée à droite, l'enveloppe 20F est déformée et constitue des points d'appui périphériques, continus ou discontinus pour l'encastrement de cette partie arrière de l'enveloppe 20F dans l'orifice D du panneau P. Comme la température de l'enceinte et de l'enveloppe 21F reste très basse, il n'y a aucun point chaud au niveau de la paroi d'encastrement, ni d'élévation locale de température à l'arrière de la source lumineuse. La figure 8 montre un mode de réalisation d'une source lu- mineuse 100H selon l'invention pour des diodes 10 de forte puissance. Un groupe de telles diodes 10 est placé dans une enveloppe 20H au moins par la face arrière de la plaquette 11 qui porte les diodes 10. Cette enve- loppe 20H contient un fluide électroisolant et caloporteur 30 tel que de l'alcool ou de l'huile. Cette partie de l'enceinte 20H est reliée à un circuit de refroidissement 50 relié à un volume déporté 51 constituant l'échangeur de chaleur avec l'extérieur. Le fluide caloporteur 30 est mis en circulation par un moyen de circulation 52 tel qu'une pompe schématisée par une hélice.5 The assembly is sealed or sealed as the assemblies of the other embodiments. FIG. 7 shows an embodiment of a diode light source 100F intended to be embedded in a cut D made in a plate P, for example a ceiling plate or wall. The structure of this light source 100F is similar to the previous structures. It consists of one (or more) LEDs 10 carried by a support 11 connected to a branch 12 fixed to a plug 21, the assembly being placed in an envelope 20 at least partially transparent on its front face and completed at the rear by an external thread 27 on which is screwed an outer cover 28 crossed by the supply conductors 13, 14 of the diode 10. This outer cover 28 which blocks the closure of the enclosure, door on one side on the left-hand variant, an elastic tongue 29 for fixing the light source in the opening D of the panel P. In the variant shown on the right, the envelope 20F is deformed and constitutes peripheral, continuous bearing points or discontinuous for embedding this rear portion of the envelope 20F in the hole D of the panel P. As the temperature of the enclosure and the envelope 21F remains very low, there is no hot spot at level of the flush wall, nor of levation local temperature at the back of the light source. Figure 8 shows an embodiment of a 100H light source according to the invention for high power diodes. A group of such diodes 10 is placed in an envelope 20H at least through the rear face of the wafer 11 which carries the diodes 10. This envelope 20H contains an electrosolvent and heat-transfer fluid 30 such as alcohol or alcohol. oil. This part of the chamber 20H is connected to a cooling circuit 50 connected to a remote volume 51 constituting the heat exchanger with the outside. The coolant 30 is circulated by a circulation means 52 such as a pump schematically by a helix.