FR3086723A1 - Source lumineuse matricielle a gradation de l’intensite lumineuse - Google Patents

Source lumineuse matricielle a gradation de l’intensite lumineuse Download PDF

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Abstract

L'invention propose une source lumineuse matricielle ayant une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent et un substrat commun en contact avec un circuit intégré. Le circuit intégré permet de stocker une consigne de luminosité pour chaque source élémentaire de la source matricielle, et il comprend un circuit de gestion de l'alimentation pour chaque source, permettant de réaliser ladite consigne de luminosité sans avoir besoin d'autres commandes externes.

Description

SOURCE LUMINEUSE MATRICIELLE A GRADATION DE L’INTENSITE LUMINEUSE
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 à gradation de l’intensité lumineuse émise.
Une diode électroluminescente, UED, 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 UED 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 »). En pilotant une l’alimentation électrique d’une diode électroluminescente de manière à varier l’intensité moyenne du courant électrique qui la traverse, il est possible de réaliser une gradation de l’intensité lumineuse (« dimming ») de la LED.
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 UEDs 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. Le principe de gradation de l’intensité lumineuse d’une LED ne s’étend pas de manière évidente à une source lumineuse matricielle comprenant un nombre important de pixels. L’unité de commande devrait piloter le courant électrique pour chaque pixel, engendrant au moins une connexion électrique filaire par pixel. Cette solution n’est que peu réaliste, surtout dans le domaine de la signalisation automobile, pour lequel le volume disponible pour réaliser un module lumineux est restreint.
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 qui permet une gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque source lumineuse élémentaire qui compose sa matrice.
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 au moins deux des sources lumineuses élémentaires, un premier élément de mémoire pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
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 lumineuses élémentaires de la source lumineuse matricielle. Le circuit intégré est remarquable en ce qu’il comprend pour au moins deux des sources lumineuses élémentaires, un premier élément de mémoire pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
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.
Chaque source lumineuse peut de préférence être associée à son élément de mémoire et son circuit de gestion de l’alimentation électrique, les élément de mémoire et les circuits de gestion de associés à des sources lumineuses élémentaires différentes étant indépendants les uns des autres.
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 au 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, le circuit intégré peut comprendre un élément de mémoire et un circuit de gestion de l’alimentation électrique dédiés pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
Le circuit de gestion de l’alimentation électrique peut de préférence comprendre un élément interrupteur pour alimenter de manière sélective ladite source lumineuse élémentaire en électricité, et un circuit de génération d’un signal de commande binaire à modulation de largeur d’impulsions, le signal servant de commande pour l’élément interrupteur.
Le rapport cyclique et/ou l’amplitude du signal de commande peut préférentiellement dépendre de la consigne de luminosité.
De préférence, le circuit de gestion peut être configuré pour calculer le rapport cyclique du signal de commande de manière à correspondre à une valeur quantifiée entre 0 et 1, reflétant la valeur de la consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale
De préférence, le substrat peut comprendre en outre, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d’un court-circuit et/ou un circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire et/ou une unité de retardement de l’allumage de la source lumineuse élémentaire.
De manière préférée, le circuit intégré peut comprendre en outre au moins un deuxième élément de mémoire pour enregistrer une information de détection d’un court-circuit et/ou d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire et/ou de durée de retard d’allumage.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux est proposé. Le module comprend une unité de commande, une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source. Le module lumineux est remarquable en ce que l’unité de commande est configurée pour transmettre une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à un aspect de l’invention, et en ce que lesdites consignes de luminosité sont enregistrées respectivement dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires.
De préférence, il peut s’agir d’un module lumineux pour un véhicule automobile. Alternativement, il peut s’agir d’un module de projection ou de visualisation d’images en teintes, comme par exemple un écran. Chaque teinte correspond à une consigne de luminosité prédéterminée d’un pixel/d’une source lumineuse élémentaire de la matrice de sources.
Selon encore un autre aspect de l’invention, un procédé de projection d’une image en teintes moyennant une source lumineuse matricielle selon un des aspects de l’invention est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ; générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ;
au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité correspondante reçue.
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 Tune 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 phosphores 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 Taxe 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 pm, préférentiellement 8 pm. La plus grande dimension de la face terminale d’un bâtonnet est inférieure à 2 pm, préférentiellement inférieure ou égale à 1 pm.
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 pm et 10 pm, 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 pm ; 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 μιη. et elle est préférentiellement inférieure à 200 μιη.
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 qui permet une gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque source lumineuse élémentaire qui compose sa matrice. La source lumineuse matricielle selon des aspects de l’invention comprend un circuit intégré qui abrite, potentiellement pour chaque source lumineuse élémentaire, un élément de mémoire pour y enregistrer une valeur qui correspond à une consigne d’intensité de luminosité, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire. Le circuit de gestion de l’alimentation électrique adapte l’intensité moyenne du courant électrique, par exemple moyennant un signal de commande de type modulation de largeur d’impulsion, PWM (« pulse width modulation ») pour la source lumineuse élémentaire en question. Ainsi la gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque pixel est réalisée par la source matricielle elle-même. La consigne de luminosité est la seule commande externe dont le circuit de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire a besoin pour commander la source élémentaire. Il devient donc possible de transmettre un ensemble de consignes de luminosité - de manière équivalente : une image digitale en teintes - à la source matricielle. La valeur de consigne pour chaque pixel est enregistré dans le circuit intégré qui prend en charge sa réalisation. Une nouvelle consigne n’est nécessaire que si l’intensité lumineuse à émettre par un des pixels change. Les pixels dont l’intensité lumineuse à émettre est constante n’ont pas besoin de recevoir des consignes en continu. L’invention trouve son application dans le domaine de la signalisation automobile, pour lequel la formation de faisceaux lumineux ayant des formes et gradations d’intensités lumineuses particulière est facilitée. Néanmoins, l’invention s’applique également à des écrans réalisés avec des matrices de diodes électroluminescentes, ou à des projecteurs d’images réalisés avec des matrices de diodes électroluminescentes. Lorsque l’invention s’applique à un écran ou à un projecteur en particulier, il est intéressant à noter que le volume de données transmis d’une unité de commande à la source lumineuse matricielle est limité : pour une image, au plus un jeu complet de valeurs de consignes est à transmettre une fois à la source lumineuse matricielle. Lorsque seulement une partie de l’image change par rapport à une image précédente, seuls les consignes pour les pixels modifiés par la nouvelle image nécessitent d’être transmises à la source lumineuse matricielle.
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.
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 et 200 désignent deux 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 100 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 μιη. 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 μιη. 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 2μ de couche n, et ce temps peut être réduit de 50% si l’épaisseur de la couche n est réduite à 0.2μ.
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 (« metal oxide chemical vapor deposition »), 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 Al. 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 semiconducteurs 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 soudé sur la face inférieure du substrat commun, qui abrite les sources lumineuses élémentaires sur sa face supérieure, 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 deux mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 110, un élément de mémoire ou registre 136 dédié, réalisé par exemple par des circuits électroniques de type flip-flop, pour y stocker une consigne de luminosité à réaliser par la source lumineuse élémentaire 110. La consigne 12 correspond à un degré de luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire. Le circuit intégré 120 comprend également un circuit électronique 130 de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire en question. Le circuit 130 est configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 110 de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
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 filaires, dont le nombre serait au moins égal au nombre de pixels de la source lumineuse matricielle.
De préférence, un circuit d’alimentation peut être intégré dans le substrat 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.
Le circuit intégré 220 est de préférence soudé sur la face inférieure du substrat commun, qui abrite les sources lumineuses élémentaires sur sa face supérieure, 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 deux mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 210, un élément de mémoire ou registre 236, réalisé par exemple par des circuits électroniques de type flipflop, pour y stocker une consigne de luminosité à réaliser par source lumineuse élémentaire 210. La consigne 12 correspond à un degré de luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire. Le circuit intégré 220 comprend également un circuit électronique 230 de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire. Le circuit 230 est configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 210 de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
La source lumineuse matricielle 200 illustrée pour ce mode de réalisation est destinée à être pilotée en tension par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique 10. 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 d’entrée, fourni par exemple par une source de tension interne à un véhicule automobile, telle qu’une batterie, en une tension 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 232 tel qu’il est schématisé sur la figure 2. En commandant l’état du dispositif 232, la source lumineuse élémentaire 210 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 un signal de commande 231 en provenance du circuit de gestion de l’alimentation 230. Le signal de commande 231 est de préférence un signal à modulation de largeur d’impulsion, PWM (« pulse width modulation »). Il s’agit d’un signal binaire cyclique. Le choix du rapport cyclique, i.e., la durée respective de la phase non-nulle et de la phase nulle du cycle, influence de manière directe la valeur moyenne du signal, qui est comprise entre les valeurs extrêmes du signal. Le signal cyclique 231 forme une succession de commandes binaires pour ouvrir/fermer le dispositif interrupteur 232. L’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 210, et donc l’intensité lumineuse moyenne émise par cette source lumineuse élémentaire, reflète la valeur moyenne du signal de commande PWM 231.
Le circuit de gestion de l’alimentation 230 comprend un circuit de génération d’un signal de type PWM, configuré de manière à ce que le signal généré présente une valeur moyenne qui reflète la consigne de luminosité 12 enregistrée dans l’élément de mémoire 236. Par exemple, pour un niveau de luminosité maximal, le rapport cyclique est mis à la valeur 1 : l’interrupteur 232 reste dans son état fermé et la source lumineuse 210 est alimentée de manière continue. Pour des niveaux de luminosités intermédiaires entre la valeur nulle et la luminosité maximale, le rapport cyclique du signal PWM, i.e. le rapport entre la durée totale de la phase « on » lors d’un cycle, et la durée totale du cycle, est choisi de manière à correspondre substantiellement à une quantification entre 0 et 1 de la consigne de luminosité 12. A titre d’exemple, pour une consigne pouvant prendre 256 valeurs différentes, la consigne 128 sera quantifié par une unité de quantification à la valeur 0.5. Ceci correspondra donc à un signal de commande 231 ayant un rapport cyclique équivalent à 0.5. Des circuits électroniques pouvant générer des signaux PWM paramétrés sont en soit connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Selon le niveau de tension nécessité pour commander l’état du transistor 232, le circuit de gestion 230 comprend en outre un circuit d’élévation du niveau du signal 231 (« level shifter »), qui permet d’adapter l’amplitude maximale du signal binaire PWM 231 au niveau de tension requis.
Dans tous les modes de réalisation, le circuit intégré comprend de préférence une unité de réception du signal 12, qui permet d’en extraire la consigne de luminosité, et de l’enregistrer dans l’élément de mémoire 136, 236,
Il va de soi que le circuit intégré peut comprendre d’autres circuits électroniques et/ou éléments de mémoire utilisés pour d’autres fonctions en rapport avec la source lumineuse matricielle et/ou avec les sources lumineuses élémentaires. Ceci comprend mais ne se limite pas à des circuits de détection d’un court-circuit, ou d’un défaut en circuit-ouvert d’une source lumineuse élémentaire.
Tous les modes de réalisation trouvent leur application par exemple dans la projection d’une image en teintes. Un procédé de projection comprend les étapes suivantes :
mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ;
générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ;
- au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité 10 correspondante reçue.
L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims (8)

  1. Revendications
    1. Source lumineuse matricielle (100, 200) comprenant un circuit intégré (120, 220) et une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent (110, 210), caractérisé en ce que le circuit intégré (120, 220) est en contact avec la matrice et comprend, pour au moins deux des sources lumineuses élémentaires (110, 210), un élément de mémoire (136, 236) pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique (130, 230) de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
  2. 2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit intégré comprend un élément de mémoire et un circuit de gestion de l’alimentation électrique dédiés pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
  3. 3. Source lumineuse selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit de gestion de l’alimentation électrique comprend un élément interrupteur pour alimenter de manière sélective ladite source lumineuse élémentaire en électricité, et un circuit de génération d’un signal de commande binaire à modulation de largeur d’impulsions, le signal servant de commande pour l’élément interrupteur.
  4. 4. Source lumineuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport cyclique et/ou l’amplitude du signal de commande dépend de la consigne de luminosité.
  5. 5. Source lumineuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit de gestion est configuré pour calculer le rapport cyclique du signal de commande de manière à correspondre à une valeur quantifiée entre 0 et 1, reflétant la valeur de la consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale
  6. 6. Module lumineux comprenant un unité de commande, une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que l’unité de commande est configurée pour transmettre une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à une des revendications 1 à 5, et en ce que lesdites consignes de luminosité sont enregistrées respectivement dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires.
  7. 7. Module lumineux selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un module lumineux pour un véhicule automobile.
  8. 8. Procédé de projection d’une image en teintes moyennant une source lumineuse matricielle selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
    mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ;
    générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ;
    au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
    moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité correspondante reçue.
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