FR3041068A1 - Dispositif d'eclairage et/ou de signalisation pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Un dispositif lumineux pour véhicule automobile comporte une source de lumière à semi-conducteur (6) et un réflecteur sensiblement elliptique (2) apte à dévier les rayons lumineux émis par ladite source de lumière en direction d'une optique de projection (4). La source de lumière comporte une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques (8) agencés en deux zones émettrices (61, 62) activables sélectivement en vue de générer au moins deux fonctions d'éclairage et/ou de signalisation.

Description

DISPOSITIF D’ECLAIRAGE ET/OU DE SIGNALISATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE L’invention a trait au domaine de l’éclairage, intérieur et/ou extérieur, et/ou de la signalisation, notamment pour véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif apte à générer deux fonctions distinctes d’éclairage et/ou de signalisation par activation sélective de moyens émetteurs de lumière.

Un véhicule automobile est équipé de projecteurs, ou phares, destinés à illuminer la route devant le véhicule, la nuit ou en cas de luminosité réduite. Ces projecteurs peuvent généralement être utilisés selon deux modes d’éclairage: un premier mode «feux de route » et un deuxième mode « feux de croisement ». Le mode « feux de route » permet d’éclairer fortement la route loin devant le véhicule. Le mode «feux de croisement» procure un éclairage plus limité de la route, mais offrant néanmoins une bonne visibilité, sans éblouir les autres usagers de la route. Ces deux modes d’éclairage sont complémentaires, et l’on passe de l’un à l’autre en fonction des conditions de circulation. La commutation d’un mode à l’autre peut se faire manuellement, le conducteur décidant du moment de cette commutation, ou elle peut se faire automatiquement, en fonction de la détection par des moyens appropriés de conditions requises à un tel changement de mode d’éclairage. Chaque fonction d’éclairage peut être assurée par un module, et les différents modules sont disposés côte à côte dans le projecteur. Toutefois, notamment pour des questions de de coût de revient, et d’esthétique, les constructeurs souhaitent proposer des projecteurs dans lesquels un module est apte à réaliser alternativement l’une ou l’autre des fonctions, afin que le faisceau lumineux correspondant sorte par la même face de sortie optique.

Par ailleurs, dans les dispositifs lumineux de véhicules automobiles, les sources de lumière sont de plus en plus fréquemment constituées par des diodes électroluminescentes, notamment pour des avantages de consommation électrique et de durée de vie par rapport à des sources de lumière classiques. L'utilisation de diodes électroluminescentes dans les modules lumineux a permis en outre aux acteurs du marché (fabricant d’automobiles et concepteur de dispositifs lumineux) d'apporter une touche créative à la conception de ces dispositifs, notamment par l’utilisation d’un nombre toujours plus grand de ces diodes électroluminescentes pour réaliser des effets optiques. Un des inconvénients à l’utilisation de ces diodes est leur coût de revient.

Dans ce double contexte, on sait associer soit une diode électroluminescente (LED) comportant deux émetteurs (LED double chip) dans lequel chaque émetteur est adressable individuellement, soit deux diodes électroluminescentes distinctes disposées à proximité l’une de l’autre. Dans les deux cas, une séparation non négligeable est prévue entre les deux émetteurs, cette séparation pouvant par exemple représenter 8 à 12% de la taille de la puce, ce qui peut se traduire par une séparation entre les faisceaux code et route et un inconfort visuel pour l’utilisateur du véhicule généré par cette projection sombre de la séparation. L’invention vise à proposer dans ce contexte une alternative aux agencements connus de sources de lumière pour la réalisation dans un même module d’au moins deux fonctions d’éclairage, en s’inscrivant dans un contexte économique où les coûts de revient des sources de lumière sont cherchés le plus bas possible, tout en maintenant ou en augmentant les capacités d’éclairage de ces sources de lumière. L’invention a pour objet un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière à semi-conducteur et un réflecteur sensiblement elliptique apte à dévier les rayons lumineux émis par ladite source de lumière en direction d’une optique de projection. La source de lumière comporte une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques agencés en deux zones émettrices activables sélectivement en vue de générer au moins deux fonctions d’éclairage et/ou de signalisation.

Par dispositif lumineux, on entend aussi bien un dispositif d’éclairage intérieur, un dispositif d’éclairage extérieur, un dispositif de signalisation ou un dispositif pouvant combiner éclairage extérieur et signalisation. On saura toutefois trouver une application particulièrement avantageuse pour la réalisation d’une fonction Code et d’une fonction Route dans un même module de projection. On comprend également que par sélectivement, on entend que les zones émettrices de la source de lumière peuvent être activées simultanément ou non, et que l’allumage de l’une des zones peut être fait, selon des modes d’applications particuliers, indépendamment ou en fonction de l’allumage de l’autre zone émettrice.

Selon l’invention, on applique au domaine automobile une technologie consistant à réaliser la zone émettrice de lumière par une forêt de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques que l'on fait croître sur un substrat, pour réaliser une topologie en trois dimensions. On comprend que cette topologie en trois dimensions présente l'avantage de multiplier la surface d'émission lumineuse par rapport aux diodes électroluminescentes connues jusque-là dans le domaine de l’automobile, à savoir des diodes sensiblement planes. De la sorte, il est possible, à partir d’un unique réflecteur, et en configurant de façon adéquate la connexion électrique des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, de générer une double fonction d’éclairage, l’utilisation d’au moins un groupe de bâtonnets électroluminescents permettant de prévoir une zone spécifique à la création d’un faisceau Route dont des caractéristiques, et par exemple la luminance, sont différentes de celles d’une zone formée par un autre groupe de bâtonnets et spécifique à la création d’un faisceau Code.

Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que : - la source de lumière est disposée de sorte que les deux zones émettrices composant cette source de lumière sont agencées, par rapport à un axe optique d’une optique de projection, de part et d’autre d’une ligne passant par les premiers foyers du réflecteur sensiblement elliptique ; - les deux zones émettrices présentent une forme de quadrilatère ; ces zones émettrices sont jointives le long d’un de leurs côtés respectifs ; notamment les zones émettrices présentent un grand côté et un petit côté, et les zones émettrices sont jointives le long de leurs côtés respectifs sensiblement de même longueur : par là, on entend que les zones émettrices peuvent être jointives le long d’un de leurs petits côtés respectifs ou le long d’un de leurs grands côtés respectifs ; - le rapport entre un petit côté et un grand côté d’une des zones émettrices est sensiblement égal à quatre.

Le dispositif pourra notamment être configuré de telle sorte qu’une première fonction d’éclairage et/ou de signalisation nécessite uniquement l’activation d’un premier groupe de bâtonnets de la première zone de la source de lumière et qu’une deuxième fonction d’éclairage et/ou de signalisation nécessite au moins l’activation d’un deuxième groupe de bâtonnets de la deuxième zone de la source de lumière. Et l’on pourra prévoir que la deuxième fonction d’éclairage et/ou de signalisation nécessite l’activation simultanée de ces deux groupes de bâtonnets. Dans l’un ou l’autre de ces cas, on trouvera avantage à ce que deuxième fonction d’éclairage et/ou de signalisation consiste en la formation d’un faisceau de feu de type route, et que la première fonction d’éclairage et/ou de signalisation consiste en la formation d’un faisceau de feu de type code. En d’autres termes, la première fonction d’éclairage et/ou de signalisation pourra générer un faisceau lumineux d’intensité lumineuse moindre que celle du faisceau lumineux généré par la deuxième fonction d’éclairage et/ou de signalisation.

Les bâtonnets électroluminescents des deux zones émettrices de la source de lumière peuvent s’étendre à partir d’un même substrat, et ils peuvent notamment être formés directement sur ce substrat. On peut prévoir que le substrat soit à base de Silicium ou de carbure de silicium. On comprend que le substrat est à base de silicium dès lors qu’il comporte majoritairement du silicium, par exemple au moins 50% et dans la pratique environ 99%. Ainsi, il est possible de réduire les coûts d’obtention du dispositif selon l’invention, puisque les plaques de silicium utilisées peuvent prendre une taille allant jusqu’à 12 pouces, contre au maximum 4 pouces pour le corindon utilisé précédemment.

Selon des caractéristiques propres à la constitution des bâtonnets électroluminescents et à la disposition de ces bâtonnets électroluminescents sur le substrat, on pourra prévoir que, chaque caractéristique pouvant être prise seule ou en combinaison avec les autres : - chaque bâtonnet présente une forme générale cylindrique, notamment de section polygonale ; on pourra prévoir que chaque bâtonnet est la même forme générale, et notamment une forme hexagonale ; - les bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long d’un axe longitudinal du bâtonnet définissant sa hauteur, la lumière étant émise au moins à partir de la paroi circonférentielle ; cette lumière pourrait également être émise par la face terminale ; - chaque bâtonnet peut présenter une face terminale qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi circonférentielle, et dans différentes variantes, on peut prévoir que cette face terminale est sensiblement plane ou bombée, ou pointue, en son centre ; - les bâtonnets sont agencés en matrice, que cette matrice soit régulière, avec un espacement constant entre deux bâtonnets successifs d’un alignement donné, ou que les bâtonnets soient disposés en quinconce ; - la hauteur d’un bâtonnet est comprise entre 1 et 10 micromètres ; - la plus grande dimension de la face terminale est inférieure à 2 micromètres ; - la distance qui sépare deux bâtonnets immédiatement adjacents est au minimum égale à 2 micromètres et au maximum égale à 100 micromètres.

Selon d’autres caractéristiques, on pourra prévoir que la source de lumière à semi-conducteur comprenant une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques comporte en outre un convertisseur de lumière comprenant au moins un matériau luminescent. Ce matériau luminescent a pour effet d’absorber au moins une partie d’au moins une lumière d’excitation émise par une source lumineuse et de 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. Notamment, on pourra prévoir une couche d’un matériau polymère dans laquelle les bâtonnets sont au moins partiellement noyés, préférentiellement ils sont complètement noyés ; ce matériau polymère peut être à base de silicone, étant entendu que le matériau polymère est à base de silicone dès lors qu’il comporte majoritairement du silicone, par exemple au moins 50% et dans la pratique environ 99%. La couche de matériau polymère peut comprendre un luminophore ou une pluralité de luminophores excités par la lumière générée par au moins un de la pluralité de bâtonnets. Ce luminophore, ou cette pluralité de luminophores, peut être au moins partiellement noyé dans le polymère, ou bien disposé en surface de la couche de matériau polymère Le convertisseur de lumière pourra ainsi consister en une plaque disposée à distance de la face terminale des bâtonnets, ladite distance étant paramétrée pour générer sur la plaque une zone de recouvrement des rayons de deux bâtonnets voisins.

Il est intéressant selon l’invention que les bâtonnets de la source de lumière soient configurés pour qu’une première zone formée par un groupe de bâtonnets présente une luminance distincte de la luminance d’une deuxième zone formée par un autre groupe de bâtonnet. Par luminance d’une zone émettrice de la source de lumière, on entend la luminance moyenne d’une telle zone. La luminance moyenne dans une direction donnée est égale à l’intensité lumineuse générée par la zone émettrice dans cette direction divisée par la surface apparente de ladite zone dans ladite direction. La luminance pourra notamment varier d’une zone émettrice à l’autre par modification du pas prévu entre deux bâtonnets voisins et/ou par modification de la hauteur moyenne des bâtonnets d’une zone à l’autre. Ainsi, on associe à la fonction d’éclairage souhaitée une source de lumière adaptée. Dans le cas précisé précédemment, on cherchera à prévoir une zone de luminance plus forte pour le faisceau Route que la luminance du faisceau Code.

Selon un mode de réalisation de l’invention, on prévoit que, dans chacune de ces zones émettrices, tel que cela a pu être précisé, la distance qui sépare deux bâtonnets immédiatement adjacents est au minimum égale à 2 micromètres. Il est par ailleurs notable que cette distance de séparation entre deux bâtonnets immédiatement adjacents peut être la même entre deux bâtonnets d’une même zone émettrice de la source de lumière et entre deux bâtonnets respectivement associés à une des zones émettrices. On assura ainsi une réalisation jointive des deux zones émettrices de la source de lumière, permettant la réalisation d’un faisceau lumineux global Route homogène lorsque les deux zones émettrices sont allumées.

Les différentes zones de la source de lumière sont pilotées pour pouvoir être allumées de manière distincte et l’on prévoit un système de contrôle de l’allumage distinct de ces zones émettrices, étant entendu qu’on entend principalement par cela que les zones émettrices de la source de lumière peuvent être allumées ou éteintes distinctivement l’une de l’autre, simultanément ou non. Par ailleurs, on peut prévoir que deux bâtonnets électroluminescents ou deux groupes de bâtonnets d’une même zone émettrice de la source de lumière soient agencés pour être allumées de manière distincte, étant entendu qu’on entend par cela qu’un ou plusieurs bâtonnets d’une même zone émettrice de la source de lumière peuvent être pilotés pour jouer sur leur intensité lumineuse.

On pourra jouer sur la surface éclairante de chacune des deux zones émettrices de la source de lumière en modifiant le nombre de bâtonnets en saillie du substrat associés à l’une ou l’autre des zones émettrices, ou en modifiant le nombre de bâtonnets électriquement raccordés entre eux.

On peut prévoir que les première et deuxième zones émettrices de la source à semi-conducteur comprennent des bâtonnets électroluminescents agencés pour que l’activation des bâtonnets électroluminescents associés à la deuxième zone émettrice définisse une zone d’éclairage de dimensions inférieures aux dimensions d’une zone d’éclairage définie par l’activation de bâtonnets électroluminescents associés à la première zone émettrice.

On peut ainsi prévoir des zones d’éclairage aux dimensions différentes qui permettent de proposer un faisceau projeté à l’infini avec une zone plus large que l’autre.

Le dispositif prend ainsi particulièrement place dans un projecteur avant de véhicule automobile, apte à émettre une première fonction d’éclairage qui soit une fonction de feu Code et une deuxième fonction d’éclairage qui soit une fonction de feu Route.

Selon des caractéristiques de l’invention, l’optique de projection comprend une lentille dont la ligne des foyers objets est sensiblement confondue avec la ligne des seconds foyers du réflecteur sensiblement elliptique. Et il est notable que seule une moitié de lentille est traversée par les rayons déviés par ledit réflecteur sensiblement elliptique. Cette moitié de lentille est la moitié disposée dans un demi-plan à l’opposé, par rapport à l’axe optique, du demi-plan comprenant le réflecteur sensiblement elliptique. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d’un dispositif lumineux selon l’invention, dans lequel on a illustré des rayons lumineux émis par une source de lumière à semi-conducteur comportant des bâtonnets électroluminescents, lesdits rayons étant déviés par un réflecteur en direction d’un dispositif de projection en sortie du dispositif lumineux pour former un faisceau propre à une fonction de feu route et un faisceau propre à une fonction de feu code ; - la figure 2 est une représentation schématique partielle en perspective d’une source de lumière à semi-conducteur selon un mode de réalisation de l’invention, comportant des bâtonnets électroluminescents, dans laquelle on a rendu visible en coupe une rangée de bâtonnets électroluminescents ; - la figure 3 est une représentation vue de dessus d’une source de lumière à semi-conducteur comportant des bâtonnets électroluminescents, répartis en deux zones émettrices distinctes ; - la figure 4 est une vue de côté d’une partie d’une source de lumière à bâtonnets électroluminescents répartis en deux zones émettrices de façon similaire à la figure 3, cette vue de côté rendant visible la hauteur différente des bâtonnets d’une zone par rapport aux bâtonnets d’une autre zone, un convertisseur de lumière étant par ailleurs représenté à l’aplomb de la source de lumière à bâtonnets ; - la figure 5 est une illustration schématique des faisceaux projetés à l’infini par le dispositif de l’invention, selon que tels ou tels bâtonnets électroluminescents de la source de lumière sont allumés et génèrent un faisceau code ou route.

Un dispositif lumineux d’un véhicule automobile comporte un dispositif émetteur de lumière 1, un moyen de déviation optique, sous la forme d’un réflecteur elliptique 2 en coupe verticale contenant l’axe optique, des rayons lumineux émis par le dispositif émetteur de lumière 1 en direction d’une optique de projection 4 disposé en sortie du dispositif lumineux pour la projection d’un faisceau lumineux vers l’extérieur du véhicule.

Dans une coupe verticale contenant l’axe optique, le dispositif lumineux selon l’invention est agencé de sorte que le dispositif émetteur de lumière 1 est tourné vers le moyen de déviation optique 2, en étant disposé d’une part sensiblement sur l’axe optique 5 défini par l’optique de projection, ici une lentille, et d’autre part sur la ligne passant par les premiers foyers fl du réflecteur sensiblement elliptique 2. Par ailleurs, la ligne passant par les deuxièmes foyers f2 de ce réflecteur est sensiblement confondu avec la ligne passant par les foyers objets de la lentille 4, de sorte que les rayons RI (visibles sur la figure 1) émis depuis l’un des premiers foyers fl sont déviés de manière à passer par la ligne passant par les deuxièmes foyers 12 et donc à sortir de la lentille, vers l’extérieur du dispositif, parallèlement à l’axe optique 5.

Sur les figures 2 à 4, on a illustré plus en détail, au moins partiellement, un dispositif émetteur de lumière équipant un dispositif lumineux selon l’invention. Le dispositif émetteur de lumière consiste ici en une source à semi-conducteur 6 comportant des bâtonnets électroluminescents 8 de dimensions submillimétriques. La source de lumière est ainsi une source à semi-conducteurs en trois dimensions tel que cela sera exposé ci-après, c’est-à-dire distincte d’une source à semi-conducteur en deux dimensions, de type diode électroluminescente (DEL), assimilée à une source sensiblement plane du fait de son épaisseur de l’ordre de quelques nanomètres alors qu’une source à bâtonnets électroluminescents présente une hauteur au moins égale au micromètre.

La source de lumière est disposée sur un support 7, et notamment sur une face supérieure 7a tournée vers le réflecteur sensiblement elliptique 2. Dans le dispositif lumineux selon l’invention, une unique source de lumière est disposée sur une unique face d’un support, servant notamment de refroidisseur, pour être en regard d’un unique réflecteur.

La source de lumière 6 comprend une pluralité de bâtonnets électroluminescents 8 qui prennent naissance sur au moins un substrat 10. Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat 10, ici réalisé à base de silicium ou de carbure de silicium, d’autres matériaux pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents 8 pourraient être réalisés à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d’un alliage d’aluminium, d’indium, de gallium et/ou de phosphore.

Le substrat 10 présente une face inférieure 12, laquelle porte une première électrode 14, et une face supérieure 16, en saillie de laquelle s’étendent les bâtonnets électroluminescents 8 et laquelle porte une deuxième électrode 18. Différentes couches de matériaux sont superposées sur la face supérieure 16, notamment après la croissance des bâtonnets électroluminescents depuis le substrat ici obtenue par une approche ascendante. Parmi ces différentes couches, on peut trouver au moins une couche de matériau conducteur électriquement, afin de permettre l’alimentation électrique des bâtonnets. Cette couche est gravée de manière à relier tel ou tel bâtonnet entre eux, l’allumage de ces bâtonnets électroluminescents pouvant alors être commandé simultanément par un module de commande ici non représenté. Tel que cela sera décrit ci-après, deux groupes de bâtonnets électroluminescents sont agencés dans cette source de lumière 6 en deux zones émettrices 61, 62 spécifiques pour être allumées de manière distincte par l’intermédiaire d’un système de contrôle de l’allumage.

Les bâtonnets électroluminescents s’étirent depuis le substrat et, tel que cela est visible sur la figure 2, ils comportent chacun un noyau 19 en nitrure de gallium, autour duquel sont disposés des puits quantiques 20 formés par une superposition radiale de couches de matériaux différents, ici du nitrure de gallium et du nitrure de gallium-indium, et une coque 21 entourant les puits quantiques également réalisé en nitrure de gallium.

Chaque bâtonnet électroluminescent s’étend selon un axe longitudinal 22 définissant sa hauteur, la base de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan 24 de la face supérieure 16 du substrat 10. Les bâtonnets électroluminescents 8 présentent avantageusement la même forme. Ils sont chacun délimités par une face terminale 26 et par une paroi circonférentielle 28 qui s’étend le long de l’axe longitudinal.

La paroi circonférentielle 28 d’un bâtonnet électroluminescent 8, correspondant à la coquille de nitrure de gallium, est recouverte par une couche d’oxyde conducteur transparent (OCT) 29 qui forme l’anode de chaque bâtonnet complémentaire à la cathode formée par le substrat. Cette paroi circonférentielle 28 s’étend le long de l’axe longitudinal 22 depuis le substrat 10 jusqu’à la face terminale 26, la distance de la face terminale 26 à la face supérieure 16 du substrat, depuis laquelle prennent naissance les bâtonnets électroluminescents 8, définissant la hauteur de chaque bâtonnet. A titre d’exemple, on prévoit que la hauteur d’un bâtonnet électroluminescent 8 est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que l’on prévoit que la plus grande dimension transversale de la face terminale, perpendiculairement à l’axe longitudinal 22 du bâtonnet concerné, soit inférieure à 2 micromètres. On pourra également prévoir de définir la surface d’un bâtonnet, dans un plan de coupe perpendiculaire à cet axe longitudinal 22, dans une plage de valeurs déterminées, et notamment entre 1.96 et 4 micromètres carré.

Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation électrique, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteurs est émise essentiellement à partir de la paroi circonférentielle 28, étant entendu que des rayons lumineux peuvent sortir également de la face terminale 26. Il en résulte que chaque bâtonnet électroluminescent agit comme une unique diode électroluminescente, émettant selon trois dimensions, et que la hauteur des bâtonnets électroluminescents 8 a effet sur le rendement lumineux de la zone émettrice de lumière qu’ils participent à former.

On comprend que lors de la formation des bâtonnets électroluminescents 8, la hauteur des bâtonnets peut être modifiée d’une zone émettrice à l’autre au sein de la source de lumière 6, de manière à accroître la luminance d’une zone émettrice de la source de lumière lorsque la hauteur moyenne du groupe de bâtonnets la composant est augmentée. Ainsi, un groupe de bâtonnets électroluminescents 8 formant une première zone émettrice 61 peut avoir une hauteur moyenne différente de la hauteur moyenne d’un autre groupe de bâtonnets électroluminescents, formant une deuxième zone émettrice 62, ces deux groupes étant constitutifs de la même source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques.

La forme des bâtonnets électroluminescents 8 peut également varier d’un dispositif à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale 26. Il a été illustré sur la figure 2 des bâtonnets électroluminescents 8 présentant une forme de section polygonale, et plus particulièrement hexagonale, et sur la figure 3 des bâtonnets électroluminescents représentés de façon simplifiée avec une section circulaire. On comprend qu’il importe que de la lumière puisse être émise à travers la paroi circonférentielle.

Par ailleurs, la face terminale 26 peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu’elle s’étend sensiblement parallèlement à la face supérieure 16 du substrat 10, tel que cela est illustré sur la figure 3, 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.

Sur les figures 2 et 3, les bâtonnets électroluminescents 8 sont agencés en matrice à deux dimensions. Cet agencement pourrait être tel que les bâtonnets soient agencés en quinconce. L’invention couvre d’autres répartitions des bâtonnets électroluminescents, avec notamment des densités de bâtonnets qui peuvent être variables d’une zone émettrice à l’autre de la source de lumière. On a représenté sur la figure 3 la distance de séparation dl de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacents dans une première direction transversale et la distance de séparation d2 de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacents dans une deuxième direction transversale. Les distances de séparation dl et d2 sont mesurées entre deux axes longitudinaux 22 de bâtonnets adjacents. Le nombre de bâtonnets électroluminescents 8 s’étendant en saillie du substrat 10 peut varier d’une zone à l’autre, et la distance de séparation entre chaque bâtonnet peut varier, notamment pour augmenter localement l’intensité lumineuse, mais on convient que l’une ou l’autre des distances de séparation dl, d2 doit être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 28 de chaque bâtonnet 8 puisse sortir de la matrice de bâtonnets électroluminescents. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation ne soient pas supérieures à 100 micromètres.

La source de lumière 6 à semi-conducteur peut comporter en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les bâtonnets électroluminescents 8 peuvent être au moins partiellement noyés. La couche peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé de bâtonnets électroluminescents 8. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, crée une couche protectrice qui permet de protéger les bâtonnets électroluminescents 8 sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche de matériau polymère un convertisseur de lumière, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons lumineux émis par l’un des bâtonnets 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 le convertisseur de lumière est noyé dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’il est disposé en surface de la couche de ce matériau polymère. Un convertisseur de lumière sous forme d’une plaque 30 est illustré sur la figure 4 à titre d’exemple. On pourra, tel qu’illustré sur cette figure, positionner la plaque 30 à distance déterminée de la face terminale 26 des bâtonnets pour améliorer la fusion des rayons lumineux émis respectivement par les bâtonnets. La distance pourra notamment être choisie pour générer sur la plaque 30 une zone, de dimensions données, de recouvrement 31 des rayons de deux bâtonnets voisins.

La source de lumière peut comporter en outre un revêtement de matériau réfléchissant la lumière qui est disposé entre les bâtonnets électroluminescents 8 pour dévier les rayons, initialement orientés vers le substrat, vers la face terminale 26 des bâtonnets électroluminescents 8. En d’autres termes, la face supérieure 16 du substrat 10 peut comporter un moyen réfléchissant qui renvoie les rayons lumineux, initialement orientés vers la face supérieure 16, vers la face de sortie de la source de lumière. On récupère ainsi des rayons qui autrement seraient perdus.

La source de lumière 6 comporte ici une forme rectangulaire, mais on comprendra qu’il peut présenter sans sortir du contexte de l’invention d’autres formes générales, et notamment une forme de parallélogramme.

Sur les figures 1, 3 et 4, la source de lumière 6 présente une partie émettrice divisée en deux zones jointives, parmi lesquelles une première zone émettrice 61 et une deuxième zone émettrice 62, ces deux zones étant disposées en série le long de l’axe optique 5. Ces zones émettrices 61,62 correspondent respectivement à un groupe de bâtonnets électroluminescents 8 de dimensions submillimétriques, ces deux groupes de bâtonnets étant connectés électriquement pour être activables sélectivement, de part et d’autre d’une séparation 32 des deux zones émettrices. La source de lumière est agencée dans le dispositif par rapport au réflecteur sensiblement elliptique de manière à ce que la séparation 32 soit inclue sur la ligne des premiers foyers fl du réflecteur et soit disposée sensiblement transversalement à l’axe optique, chaque zone émettrice étant disposée dès lors de part et d’autre d’une ligne passant sensiblement par l’ensemble des premiers foyers fl selon la direction défini par cet axe optique. La première zone émettrice 61 est ainsi disposée en retrait de la deuxième zone émettrice 62 par rapport à l’axe optique 5 et la direction principale d’émission des rayons, c’est-à-dire qu’elle se situe sur l’axe optique, par rapport à la deuxième zone émettrice, plus éloignée de la lentille 4. La séparation 32 entre les deux zones émettrices suit ici la forme d’une portion de droite. Cette séparation 32 est en premier lieu réalisée par le câblage déterminé de tel ou tel bâtonnet 8 entre eux, et consiste ainsi en une séparation électrique, mais on comprend que l’on pourra prévoir la réalisation de cette séparation par la présence d’un muret s’étendant en saillie du substrat.

On a représenté sur la figure 3 la distance de séparation d3, dans la première direction transversale, entre un bâtonnet de la première zone émettrice 61 de la source de lumière et un bâtonnet directement adjacent et de la deuxième zone émettrice 62 de cette source de lumière. On convient que cette distance de séparation d3, mesurée entre deux axes longitudinaux de bâtonnets électroluminescents, doit être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 28 de chaque bâtonnet 8 puisse sortir de la matrice de bâtonnets électroluminescents, et on cherche à avoir une distance de séparation d3 entre deux bâtonnets de deux zones émettrices différentes qui est sensiblement égale, et notamment au plus égale, à la distance de séparation dl ou d2 de deux bâtonnets d’une même zone émettrice.

Il est intéressant de prévoir que les deux zones émettrices de la source de lumière à semi-conducteur présentent des luminances distinctes, notamment dans le cadre d’une application à un dispositif « bi-fonction », c’est-à-dire capable d’effectuer deux fonctions d’éclairage distinctes. Dans la description qui suit, on s’attarde plus particulièrement sur une application préférée dans laquelle le dispositif peut effectuer une première fonction d’éclairage de type code et une deuxième fonction d’éclairage de type route. Plusieurs distinctions peuvent être faites entre les deux zones de la surface émettrice, respectivement associées à l’une ou l’autre des fonctions d’éclairage, étant entendu que dans cette application, on souhaite que l’activation du groupe de bâtonnets formant la première zone 61 permette l’émission d’un faisceau Code 34, qui nécessite donc une luminance modérée mais un fort flux, tandis que l’activation du groupe de bâtonnets formant la deuxième zone émettrice 62 permet l’émission d’un faisceau Route 36, qui nécessite donc une forte luminance, mais avec un flux modéré.

Le moyen de déviation optique 2 est agencé de manière à transformer un front d'onde hypothétique issu de la séparation entre les deux zones émettrices, supposée être un segment de droite, en une courbe plane située entre le moyen de déviation optique 2 et la lentille 4. Cette onde consiste en une portion de cylindre d'axe correspondant à la séparation entre les zones et de même longueur que ce segment et en des portions de sphères issues des extrémités dudit segment. La courbe plane citée est au moins sur une partie de sa longueur confondue avec une ligne de foyers objet de la lentille 4. La lentille est telle que sa coupe soit identique dans chaque plan perpendiculaire à la ligne des foyers et elle est telle qu’elle image à l’infini l’intersection de chacun de ces plans avec la courbe des foyers objets de la lentille.

On a illustré sur la figure 1 en coupe verticale contenant l’axe vertical, outre les rayons RI émis sensiblement au centre de la source de lumière décrits précédemment, des rayons R2 émis par les bâtonnets disposés à l’extrémité libre de la première zone émettrice, c’est-à-dire l’extrémité de la première zone émettrice à l’opposé de la deuxième zone émettrice, et des rayons R3 émis par les bâtonnets disposés à l’extrémité libre de la deuxième zone émettrice. Les rayons R2, émis en retrait de la ligne passant par les premiers foyers fl, sont réfléchis par le réflecteur sensiblement elliptique de manière à couper l’axe optique en un point situé au-delà de la ligne passant par les deuxièmes foyers f2 par rapport à la source. Il en résulte un angle d’attaque sur la lentille qui implique à l’infini, en sortie de l’optique de projection, des rayons pointant vers le bas propre à la formation d’un faisceau Code, c’est-à-dire un faisceau de feux de croisement apte à ne pas éblouir les occupants d’un autre véhicule. Les rayons R3, émis eux en avant de la ligne passant par les premiers foyers fl, sont réfléchis par le réflecteur sensiblement elliptique de manière à couper l’axe optique en un point situé avant la ligne passant par les deuxièmes foyers f2 par rapport à la source, et il en résulte un angle d’attaque sur la lentille qui implique à l’infini, en sortie de l’optique de projection, des rayons pointant vers le haut propre à la formation d’un faisceau Route.

On comprend que l’ensemble des rayons lumineux émis par les bâtonnets de la première source, c’est-à-dire des rayons qui sont émis au moins en retrait de la ligne passant par les premiers foyers, participent à la formation, via leurs traitements successifs par le réflecteur et la lentille, d’un faisceau Code là où l’ensemble des rayons lumineux émis par les bâtonnets de la deuxième source participent à la formation d’un faisceau Route.

On pourra prévoir, sans sortir du contexte de l’invention, que le faisceau Route est réalisé uniquement par l’activation des bâtonnets de la deuxième zone, tandis que les bâtonnets de la première zone sont éteints, ou bien que ce faisceau Route est réalisé par l’activation simultanée des bâtonnets de chacune des zones émettrices 61, 62 de la source à semi-conducteur, l’activation des bâtonnets de la deuxième zone émettrice 62 générant un faisceau complémentaire 38 au faisceau Code 34, formé par les bâtonnets de la première zone émettrice 61, pour réaliser par combinaison le faisceau de type route 36.

On entend par faisceau complémentaire un faisceau qui forme avec le faisceau réalisé par la première zone émettrice un faisceau cohérent lorsque les bâtonnets sont pilotés pour réaliser simultanément l’émission des faisceaux lumineux qui leur sont propres. Ces deux faisceaux complémentaires se superposent, ou se juxtaposent, pour former un faisceau lumineux global Route réglementaire pour véhicule automobile.

Tel que cela est illustré sur la figure 5, lorsque les deux zones de la partie émettrice sont alimentées simultanément, la déviation des rayons lumineux émis par la première zone émettrice par le réflecteur et la lentille projette à l’infini un faisceau large et homogène semblable au faisceau Code 34 illustré, et la deuxième zone émettrice participe avec le réflecteur et la lentille à la formation d’un faisceau concentré et homogène semblable au faisceau complémentaire 38, qui se juxtapose au faisceau Code 34 pour former le faisceau Route 36.

La disposition de bâtonnets en groupe activables sélectivement de part et d’autre d’une ligne passant par les premiers foyers du réflecteur permet de créer une coupure par imagerie à distance finie sans qu’il soit nécessaire de prévoir un dispositif mécanique en travers du trajet des rayons lumineux. L’utilisation d’une source à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques selon l’invention permet de disposer des bâtonnets au-delà du bord imagé de la coupure et donc de prévoir de projeter sur un même réflecteur soit uniquement des rayons lumineux correspondant à la réalisation d’un faisceau Code, c’est-à-dire en allumant uniquement les bâtonnets disposés d’une côté de ce bord imagé, soit des rayons correspondants à un faisceau Route dans lequel on ne souhaite pas voir de coupure, c’est-à-dire en allumant des bâtonnets disposés de part et d’autre de ce bord imagé. En d’autres termes, l’agencement des bâtonnets et leur connexion électrique en deux groupes de bâtonnets distincts permet de créer un tel bord imagé par segmentation si nécessaire : en allumant uniquement le secteur arrière de la source on crée la fonction à coupure, tandis qu’en allumant les deux zones on crée le faisceau Route complet, sans zone sombre en raison de la très grande proximité possible entre les zones émettrices d’une source à bâtonnets.

Sur la figure 3, les deux zones de la partie émettrice présentent la même taille et le même nombre de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques. On pourra prévoir que les zones présentent des dimensions différentes, et par exemple que la première zone émettrice 61 soit plus grande que la deuxième zone émettrice 62, au moins dans la direction de l’axe optique 5 défini précédemment, dans un rapport allant sensiblement du simple au double.

Tel qu’illustré sur cette figure 3, les deux zones émettrices présentent une forme sensiblement rectangulaire, avec un grand côté et un petit côté, et les zones émettrices sont jointes au niveau d’un de leur petit côté, qui s’étend sensiblement perpendiculairement à Taxe optique, dans une disposition des sources dite axiale, le long de Taxe optique. On pourra prévoir que le rapport entre un petit côté et un grand côté de chacune de ces zones émettrices soit sensiblement égal à quatre. A titre d’exemple, on pourra prévoir que la première zone présente un grand côté ayant une première dimension sensiblement égale à 4 millimètres et un petit côté ayant une deuxième dimension sensiblement égale à 1 millimètre. On pourra également prévoir que les zones émettrices sont agencées dans une disposition transversale, avec leurs grands côtés jointifs.

La densité des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques 8 dans chacune des zones de la source à semi-conducteur peut être différente. On pourra pour ce faire prévoir une répartition des bâtonnets différente, ou sensiblement différente, dans chacune des zones, ou bien une répartition des bâtonnets identique, ou sensiblement identique, dans chacune des zones, les bâtonnets pouvant dans ce cas être raccordés électriquement dans leur ensemble ou non selon une source de lumière ou l’autre. On pourra prévoir avantageusement une densité de bâtonnets électroluminescents plus importante pour la deuxième zone émettrice 62 allumée uniquement lorsqu’une fonction d’éclairage de type route est nécessaire.

Afin de faire varier la luminance d’une zone émettrice à l’autre, on peut avantageusement prévoir que la hauteur moyenne des bâtonnets 8 d’une zone émettrice à l’autre soit différente. On modifie ainsi la surface d’émission de lumière en augmentant la hauteur de la paroi circonférentielle 28 et on augmente la luminance d’une zone émettrice de la source de lumière 6 par rapport à l’autre zone émettrice, et notamment en augmentant la hauteur d’au moins un des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques dans la zone dont on augmente la luminance. Sur la figure 4, on a notamment rendu visible que l’ensemble des bâtonnets du groupe formant la deuxième zone émettrice présente une hauteur moyenne h2 plus grande que la hauteur moyenne hl de l’ensemble des bâtonnets du groupe formant la première zone émettrice.

On comprend que l’on pourra choisir parmi l’une ou l’autre de ces options pour prévoir une deuxième zone émettrice 62 à la luminance plus forte que la luminance de la première zone émettrice 61, ou bien que l’on pourra toutes les utiliser, étant entendu que d’autres moyens pour jouer sur la luminance pourraient être utilisés comme des courants électrique d’alimentation différents.

Le substrat est commun aux deux zones émettrices de la source de lumière à semi-conducteur à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques. On optimise ainsi le nombre de fils de raccordement électriques, et on facilite le rapprochement l’une de l’autre des deux zones émettrices de la source de lumière, le caractère jointif de cet agencement étant particulièrement intéressant pour l’obtention d’un flux homogène lorsque les bâtonnets sont activées simultanément.

On comprend que la séparation entre la première zone émettrice 61 et la deuxième zone émettrice 62 du dispositif émetteur de lumière est non émettrice, la séparation 32 pouvant être formée par un muret opaque s’étendant en saillie du substrat entre les bâtonnets électroluminescents disposés à la bordure de chaque zone. Cette séparation crée dans le faisceau Route, obtenu par l’émission combinée des deux zones émettrices, une zone assombrie par rapport au reste. Afin d’avoir un faisceau Route le plus homogène possible, il est important que cette zone assombrie soit réduite au maximum, c’est-à-dire que les zones émettrices soient le plus jointives possibles. On saura se reporter pour ce faire aux considérations précédentes sur la distance de séparation évoquée précédemment entre deux bâtonnets voisins. A cet effet, le muret pourra présenter une hauteur inférieure à 0,1 millimètre, et de préférence inférieure à 0,05 millimètre, le muret étant au plus affleurant avec la couche contenant le matériau luminescent pour la conversion de lumière.

Tel que cela a pu être décrit précédemment dans le détail des trajets des rayons lumineux depuis la source de lumière jusqu’à la lentille formant l’optique de projection, un tel dispositif lumineux, comportant une source à bâtonnets disposée centrée sur une ligne passant par les premiers foyers d’un réflecteur sensiblement elliptique et sans moyen d’obturation et de réflexion sur le trajet des rayons vers la lentille, n’utilise que la moitié de la lentille, c’est-à-dire que seule une demi lentille, à savoir la moitié disposée dans le demi-plan à l’opposé, par rapport à Taxe optique, du demi-plan comprenant le réflecteur, est traversée par les rayons déviés par le réflecteur.

Ceci est rendu possible, sans dégradation de l’intensité maximale lumineuse souhaitée, par l’utilisation de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, dont la haute luminance permet de compenser la perte de surface apparente. Il en résulte une surface optique non traversée par les rayons associés au présent dispositif dans la demi-lentille supérieure 40, qui pourrait être mis en œuvre par ailleurs par un autre dispositif lumineux, notamment pour un gain de place.

La présente invention s’applique tout particulièrement à un projecteur avant de véhicule automobile.

La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixés et notamment de proposer un dispositif lumineux qui permette de réaliser à moindre coût, et sans perte de qualité photométrique, un éclairage bi-fonction, c’est-à-dire un éclairage différent avec une unique source de lumière, un unique réflecteur et une unique lentille de projection. On comprend qu’il a été plus particulièrement décrit une application à un dispositif bi-fonction permettant de réaliser un éclairage de type code et un éclairage de type route, mais que le dispositif pourrait aisément être appliqué pour réaliser des fonctions différentes pouvant inclure notamment une fonction d’éclairage diurne. L’obtention d’un éclairage bi-fonction est ainsi réalisée avec une source de lumière unique tournée vers un réflecteur de forme simple non complexe, c’est-à-dire de forme régulière de sorte que chaque partie de ce réflecteur présente un même premier foyer sur lequel est centrée la source de lumière et un même second foyer sur lequel est centré le foyer objet de la lentille. La source de lumière unique peut être aisément disposée sur une unique face d’un radiateur, ce qui facilite le refroidissement.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à la structure du dispositif lumineux qui vient d’être décrite à titre d’exemple non limitatif, dès lors qu’elle utilise au moins une source de lumière à semi-conducteur à bâtonnets électroluminescents, notamment pour jouer facilement sur des variations d’une source à l’autre de la luminance. En tout état de cause, l’invention ne saurait se limiter au mode de réalisation spécifiquement décrit dans ce document, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière à semi-conducteur (6) et un réflecteur sensiblement elliptique (2) apte à dévier les rayons lumineux émis par ladite source de lumière en direction d’une optique de projection (4), la source de lumière comportant une pluralité de bâtonnets électroluminescents (8) de dimensions submillimétriques agencés en deux zones émettrices (61, 62) activables sélectivement en vue de générer au moins deux fonctions d’éclairage et/ou de signalisation.
2. 2. Dispositif lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière (6) est disposée de sorte que les deux zones émettrices (61, 62) composant cette source de lumière sont agencées, par rapport à un axe optique (5) d’une optique de projection (4), de part et d’autre de la ligne des premiers foyers (fl) du réflecteur sensiblement elliptique.
3. 3. Dispositif lumineux selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux zones émettrices (61, 62) présentent une forme de quadrilatère.
4. 4. Dispositif lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites zones émettrices sont jointives le long d’un de leurs côtés respectifs.
5. 5. Dispositif lumineux selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les zones émettrices présentent un grand côté et un petit côté, caractérisé en ce que les zones émettrices sont jointives le long de leurs côtés respectifs de même longueur.
6. 6. Dispositif lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rapport entre un petit côté et un grand côté d’une des zones émettrices (61,62) est sensiblement égal à quatre.
7. 7. Dispositif lumineux selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif est configuré de telle sorte qu’une première fonction nécessite uniquement l’activation d’un premier groupe de bâtonnets (8) de la première zone (61) de la source de lumière et qu’une deuxième fonction nécessite au moins l’activation d’un deuxième groupe de bâtonnets (8) de la deuxième zone (62) de la source de lumière.
8. 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première fonction d’éclairage et/ou de signalisation génère la formation d’un faisceau de feu de type code (34).
9. 9. Dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la deuxième fonction d’éclairage et/ou de signalisation génère la formation d’un faisceau de feu de type route (36).
10. 10. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bâtonnets électroluminescents (8) des deux zones émettrices (61, 62) de la source de lumière s’étendent depuis un même substrat (10).
11. 11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux zones émettrices (61, 62) de la source de lumière (4) à semi-conducteur présentent des luminances distinctes.
12. 12. Dispositif selon la revendication précédente, en combinaison avec au moins la revendication 10, caractérisé en ce que la luminance distincte des deux zones émettrices (61, 62) est obtenue par des hauteurs moyennes différentes des groupes de bâtonnets (8) constituant l’une et l’autre des deux zones.
13. 13. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de lumière (6) comporte un convertisseur de lumière comportant au moins un matériau luminescent.
14. 14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le convertisseur de lumière consiste en une plaque (30) disposée à distance d’une face terminale (26) des bâtonnets (8), ladite distance étant paramétrée pour générer sur la plaque une zone de recouvrement (31) des rayons de deux bâtonnets voisins.
15. 15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une distance (d3) qui sépare deux bâtonnets électroluminescents (8) voisins et appartenant respectivement à chacune des deux zones émettrices (61,62) de la source de lumière est au plus égale à une distance (dl, d2) qui sépare deux bâtonnets électroluminescents (8) immédiatement adjacents et appartenant à une même zone.
16. 16. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe de bâtonnets électroluminescents (8) associé à la deuxième zone émettrice (62) est agencé pour que l’activation de ces bâtonnets définisse une zone d’éclairage de dimensions inférieures aux dimensions d’une zone d’éclairage définie par l’activation de bâtonnets électroluminescents associés à la première zone émettrice (61).
17. 17. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’optique de projection comporte une lentille (4) dont la ligne des premiers foyers (fl) est sensiblement confondue avec la ligne des deuxièmes foyers (£2) du réflecteur sensiblement elliptique (2).
18. 18. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que seule une moitié de lentille (40) est traversée par les rayons déviés par ledit réflecteur sensiblement elliptique (2).