FR3128351A1 - Source lumineuse matricielle pour un vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne 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 est configuré de manière à retarder d’une durée prédéterminée l’allumage des sources élémentaires suite à la réception d’une commande d’allumage. (Fig. 1)
Description
L’invention se rapporte aux sources lumineuses matricielles à éléments semi-conducteurs électroluminescents, notamment pour véhicules automobiles. En particulier, l’invention se rapporte à une source lumineuse matricielle dont la consommation électrique n’est pas susceptible de présenter des pics de courant électrique.
Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs sont utilisées afin d’assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation etc… L’intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l’intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d’intensité de courant électrique. Ce courant direct (« forward current ») maximal est en général décroissant à température croissante. De même, lorsqu’une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe ou nominale (« forward voltage »).
L’utilité de matrices de LEDs comprenant un nombre important de sources lumineuses électroluminescentes élémentaires est intéressante dans de nombreux domaines d’application, et notamment aussi dans le domaine d’éclairage et de la signalisation des véhicules automobiles. Une matrice de LEDs peut par exemple être utilisée pour créer des formes de faisceaux lumineux intéressantes pour des fonctions lumineuses telles que les feux de route ou les feux diurnes. En plus, plusieurs fonctions lumineuses différentes peuvent être réalisées à l’aide d’une matrice unique, réduisant ainsi l’encombrement physique dans l’espace restreint d’un feu de véhicule automobile.
De manière connue, des sources lumineuses matricielles ou, de manière équivalente, pixelisées, sont commandées par une unité de commande physiquement déportée et électriquement connectée à la source lumineuse. Les sources lumineuses élémentaires, ou, de manière équivalente, pixels qui constituent une source lumineuse matricielle s’étendent sur des dimensions très restreintes, de l’ordre de 50 à 200 μm chacune, et chacune d’entre elles ne consomme qu’un courant de faible intensité, de l’ordre de 10 mA lorsqu’elle est allumée. Pourtant, lorsque toutes les sources lumineuses élémentaires d’une source matricielle doivent s’allumer au même moment, un pic de courant global de forte intensité est consommé au niveau de la source lumineuse matricielle : le courant électrique consommé par une source lumineuse élémentaire est multiplié par le nombre de pixels. Pour des sources matricielles à 256 pixels, un pic de consommation de l’ordre de 2.5 A peut être observé. Évidemment cette valeur est d’autant plus élevée que le nombre de pixels et leur courant électrique consommé individuellement augmentent. De tels pics de courant électrique donnent lieu à un rayonnement électromagnétique qui est susceptible de générer des interférences électromagnétiques au niveau d’autres composants électroniques, dont le fonctionnement peut s’en voir dégradé. Ce phénomène est d’autant plus critique dans le domaine de la signalisation lumineuse des véhicules automobiles, dans lequel une pluralité de composants électroniques se retrouvent dans le volume restreint qui est disponible pour loger les composants d’un feu de véhicule automobile.
L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une source lumineuse matricielle ou pixelisée dont la consommation de courant électrique au moment de l’allumage de ses pixels est réduite.
Selon un premier aspect de l’invention, une source lumineuse matricielle est proposée. La source lumineuse matricielle comprend un circuit intégré et une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent. Le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend des moyens d’ordonnancement de l’allumage des sources lumineuses élémentaires, y compris, pour chacune des sources lumineuses élémentaires, une unité de retard configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source élémentaire.
La source lumineuse matricielle est remarquable en ce que les sources lumineuses élémentaires sont regroupées en un nombre G de groupes de lignes disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement.
Les moyens d’ordonnancement sont configurés pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné suite à la réception d’une commande d’allumage, et pour allumer séquentiellement les groupes de lignes
De préférence, les moyens d’ordonnancement peuvent être configurés pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires d’une ligne donnée, colonne par colonne.
Les moyens d’ordonnancement peuvent de préférence comprendre des connexions qui relient l’unité de retard d’une source élémentaire fonctionnellement à l’unité de retard d’une autre source lumineuse élémentaire du même groupe de lignes, l’agencement étant tel que le retard pour la deuxième source lumineuse élémentaire ne commence à s’écouler qu’une fois que le retard de la première source lumineuse élémentaire s’est écoulé.
De manière préférée, l’unité de retard de chaque source lumineuse élémentaire peut comprendre un circuit de déclenchement pour envoyer un signal de déclenchement à la source lumineuse qui y est reliée, suite à l’écoulement de son propre retard.
De préférence, l’unité de retard d’une dernière source lumineuse élémentaire d’un groupe de lignes peut être fonctionnellement reliée à l’unité de retard d’une première source lumineuse élémentaire d’un autre groupe de lignes, qui suit le premier groupe de lignes dans la séquence d’allumage.
La première source lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre la source lumineuse élémentaire située à la première colonne de la première ligne d’un groupe donné, selon l’ordre d’allumage des lignes du groupe.
La dernière source lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre la source lumineuse élémentaire située à la dernière colonne de la dernière ligne d’un groupe donné, selon l’ordre d’allumage des lignes du groupe.
Les moyens d’ordonnancement peuvent préférentiellement comprendre une unité d’ordonnancement qui est fonctionnellement reliée à au moins chaque première source lumineuse élémentaire de chacun des groupes de lignes. L’unité d’ordonnancement peut de préférence être configurée pour déclencher sélectivement les unités de retard respectives des premières sources lumineuses élémentaires.
De préférence, la matrice peut comprendre quatre groupes de lignes entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de quatre lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des quatre groupes de lignes.
Le retard pour chaque source lumineuse élémentaire peut de préférence être identique et être compris entre 5ns et 1µs.
L’unité de retard peut préférentiellement comprendre un élément de mémoire pour l’enregistrement d’une valeur de retard.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le module lumineux comprend au moins une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que la au moins une source lumineuse matricielle est conforme à un aspect de l’invention. De préférence, le module lumineux comprend au moins deux sources lumineuses matricielles conformes à un aspect de l’invention.
La matrice de sources lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre un substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le substrat commun de la matrice peut de préférence comprendre du SiC.
Le circuit intégré peut de préférence comprendre un substrat en Si. De préférence, le circuit intégré est soudé ou collé à la matrice de sources lumineuses élémentaires, par exemple à un substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré est de préférence soudé ou collé à la face inférieure du substrat commun, opposée à la face qui comprend les sources lumineuses élémentaires. De préférence, le circuit intégré est en contact mécanique, par exemple par le biais de moyens de fixation, et électrique avec le substrat commun, qui présente des zones de connexion électriques sur sa face inférieure.
Les unités de retard des sources lumineuses élémentaires peuvent préférentiellement être reliées fonctionnellement de manière séquentielle pour former une chaîne. Les unités de retard des sources lumineuses élémentaires de chaque groupe de lignes peuvent préférentiellement être reliées fonctionnellement de manière séquentielle pour former une chaîne par groupe de lignes.
L’unité de retard peut de manière préférée comprendre une ligne de retard.
De préférence, les lignes de retard associées à toutes les sources lumineuses élémentaires peuvent être cadencées moyennant le même signal d’horloge.
De préférence, le nombre G de lignes est un paramètre peut être enregistré et modifiable dans un élément de mémoire lisible par les moyens d’ordonnancement. G est un nombre entier.
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. La fabrication de matrices monolithiques a été décrite dans l’état de l’art et ne fait pas l’objet de la présente invention.
Selon un autre aspect de l’invention, un procédé d’allumage des sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur d’une source lumineuse matricielle est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes suite à la réception d’un signal d’allumage de la source lumineuse matricielle :
- moyennant des moyens d’ordonnancement et des unités de retard associées aux sources lumineuses élémentaires, allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné ;
- allumer séquentiellement les groupes de lignes ;
les sources lumineuses élémentaires de la matrice étant regroupées en un nombre G de groupes de lignes disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement.
En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer une source lumineuse matricielle ou pixélisée dont la consommation de courant électrique au moment de l’allumage de ses pixels est réduite. En retardant l’allumage potentiellement de manière individuelle pour chaque pixel, l’invention est capable de lisser dans le temps le pic d’intensité de courant qui apparaît dans des solutions connues au moment de l’allumage de source lumineuse matricielle. En affichant de manière séquentielle des sous-ensembles entrelacés de lignes de la matrice, cet effet est plus prononcé et l’intensité maximale du courant électrique d’appel est réduite. Ce lissage de la consommation de courant électrique a pour conséquence une réduction de la radiation électromagnétique, ce qui engendre un risque amoindri d’interférences électromagnétiques au niveau d’autres composants électroniques qui se trouvent à proximité physique de la source lumineuse matricielle. Comme les retards pour chaque pixel sont néanmoins courts, l’effet du retard n’est en général pas ou peu visible. Lorsque plusieurs sources lumineuses matricielles non-synchronisées sont adjacentes, le risque de l’apparition de scintillements (anglais « flickering ») est réduit par l’utilisation des sources lumineuses proposées en accord avec l’intention, l’évolution temporelle des courants électriques dans les deux sources ayant une composante continue plus prononcée que dans des solutions connues.
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 :
- montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- montre de manière schématique des détails d’une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- montre de manière schématique des détails d’une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- montre l’évolution temporelle de l’intensité du courant électrique dans une source lumineuse matricielle dans trois scénarios d’allumage.
Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100, 200 et 300 désignent trois modes de réalisation d’une source lumineuse matricielle selon l’invention.
L’invention repose sur l’observation que pour une image donnée qui est projetée par une source lumineuse matricielle, l’intensité du courant électrique d’appel total de la source lumineuse matricielle est réduite et lissée non seulement en retardant l’instant d’allumage respectif de chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle, mais également en allumant les lignes d’une telle matrice de manière entrelacée. La source lumineuse matricielle proposée permet la mise en œuvre d’un tel procédé d’allumage entrelacé et séquentiel. Dans le cas d’une source lumineuse matricielle utilisée pour la réalisation d’un projecteur de véhicule automobile, les images projetées sont très spécifiques, et comprennent généralement des coupures d’intensité nettes, généralement au niveau horizontal. En affichant dans un premier temps les lignes impaires, puis les lignes paires des pics d’intensité lumineuse et de courant électrique peuvent être lissées dans le temps. Des sauts de lignes de trois ou quatre lignes par groupe peuvent également être envisagés. A titre d’exemple, une intensité lumineuse importante, et donc l’amplitude d’un courant électrique plus important qui concernerait les lignes 1 à 5 d’une source lumineuse matricielle, mais qui n’affecterait pas les lignes 6 à 9, est lissée dans le temps en suivant une séquence d’allumage par trois groupes entrelacés 1(fort)-4(fort)-7(faible)-2(fort)-5(fort)-8(faible)-3(fort)-6(faible)-9(faible), par rapport à un allumage évoluant linéairement des lignes 1 à 10.
L’illustration de la 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, en contact mécanique et électrique avec, et fonctionnellement relié à un circuit intégré 120. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
La source lumineuse matricielle 100 comprend de préférence un composant matriciel monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 110 sont, par exemple, disposées sur le substrat commun. La matrice de sources lumineuses élémentaires 110 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 110.
La matrice de sources lumineuses élémentaires comprend à titre d’exemple et non-limitatif, selon l’épaisseur du substrat et commençant par l’extrémité opposée à l’emplacement des sources élémentaires 110, une première couche électriquement conductrice déposée sur un substrat électriquement isolant. Il suit une couche semi-conductrice dopée n, dont l’épaisseur se situe entre 0.1 et 2 μm. 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 μm. 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 A1 ou WO 01/46498 A1. Les détails de leur mise en œuvre ne seront par conséquent pas détaillés dans le cadre de 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 gravure 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 au même titre à des types de sources lumineuses élémentaires à éléments semi-conducteurs impliquant d’autres configurations de couches semi-conductrices. Notamment les substrats, les matériaux semi-conducteurs des couches, l’agencement des couches, leurs épaisseurs et d’éventuels vias entre les couches peuvent être différents de l’exemple qui vient d’être décrit.
Le circuit intégré 120 est de préférence soudé sur la face inférieure du substrat commun qui abrite les sources lumineuses élémentaires, de manière à établir un contact mécanique et électrique avec le substrat et les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 110, une unité de retard 130 configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 100. L’unité de retard 130 associée à chacune des sources lumineuses élémentaires 110 est illustrée de manière purement schématisée sur la . L’unité de retard 130 est par exemple réalisée par un circuit électronique qui réalise une ligne de retard. De tels circuits électroniques sont bien connus dans l’état de l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détail dans le cadre de la présente invention. De préférence, le retard réalisé pour chacune des sources élémentaires 110 est différent, de manière à ce qu’un signal de commande 12 destiné au même moment à toutes les sources élémentaires 110 de la source matricielle 100, soit retardé différemment pour chacune, ou du moins pour des ensembles disjoints de sources lumineuses élémentaires. Comme l’allumage des sources lumineuses élémentaires est retardé potentiellement de manière individuelle pour chaque source lumineuse élémentaire, ceci permet d’éviter un pic unique maximal de la consommation électrique de la source lumineuse matricielle 100 au moment où le signal de commande 12 intervient.
L’utilisation d’un circuit intégré 120 en contact mécanique et électrique avec le substrat sur lequel résident les sources lumineuses élémentaires, permet de s’affranchir de connexions filaires, dont le nombre serait au moins égal au nombre de pixels de la source lumineuse matricielle.
Les sources lumineuses élémentaires 110 sont regroupées en un nombre G de groupes de lignes disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement. G est un nombre entier. Dans l’exemple non-limitatif de la , G=2, les deux groupes de lignes 112 et 114 étant respectivement indiquée par des sources lumineuses non-hachurées et hachurées. Le circuit intégré 120 comprend en outre des moyens d’ordonnancement configurés pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné suite à la réception d’une commande d’allumage, et pour allumer séquentiellement les groupes de lignes. Les moyens d’ordonnancement 140 sont donc aptes à implémenter la séquence d’allumage indiquée par les flèches entre les sources lumineuses élémentaires de la , en utilisant les unités de retard 130. Suite à la réception d’une commande d’allumage 12, dans un premier temps les moyens d’ordonnancement 140 allument la première source lumineuse élémentaire 112P du premier groupe de lignes 112. Ensuite, suivant des délais idéalement identiques, chacune des sources lumineuses élémentaires de la première ligne de la matrice est allumée, tour à tour. Après la première ligne de la matrice, les moyens d’ordonnancement font suivre la troisième ligne du premier groupe de lignes 112 (G=2). Une fois la dernière source lumineuse élémentaire 112D du premier groupe 112 s’est allumée, les moyens d’ordonnancement font suivre la première source lumineuse 114P de la deuxième ligne de la matrice, correspondant à la première ligne du deuxième groupe de lignes 114. L’allumage des lignes du deuxième groupe suit le même ordonnancement que celui décrit pour le premier groupe de lignes 112. Il va de soi que ce principe s’étend à des configurations ayant 3, 4 ou plus de groupes de lignes entrelacés.
L’illustration de la montre un exemple de réalisation qui permet un ordonnancement entre sources lumineuses élémentaires, tel qu’il vient d’être décrit. Dépendant de la source lumineuse matricielle, elle peut être pilotée en tension ou en courant électrique par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique. De tels circuits sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Ils impliquent au moins un circuit convertisseur apte à convertir une tension/un courant d’entrée, fourni par exemple par une source de tension/courant interne à un véhicule automobile, telle qu’une batterie, en une tension/un courant de sortie, d’intensité adaptée à alimenter la source lumineuse matricielle. Lorsque la source lumineuse matricielle est alimentée par une source d’électricité 10 et pilotée en tension électrique, le pilotage de chaque source élémentaire, ou de manière équivalente, de chaque pixel, se réduit à la commande d’un dispositif interrupteur 132 tel qu’il est schématisé sur la . En commandant l’état du dispositif 132, la source lumineuse élémentaire 110 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le dispositif interrupteur est par exemple réalisé par un transistor à effet de champ de type MOSFET caractérisé de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source, et commandé par le signal de commande 12 retardé par l’unité de retard 130. Les moyens d’ordonnancement 140 comprennent les unités de retard 130 qui peuvent être préconfigurées pour réaliser l’ordonnancement séquentiel par groupes de lignes entrelacés, tel qu’il a été décrit dans le cadre la .
De préférence, non seulement les éléments interrupteurs 132, mais également un circuit d’alimentation peut être intégré dans le substrat 120 lors de la fabrication du composant monolithique 100.
L’illustration de la montre un exemple de réalisation alternatif qui permet un ordonnancement entre sources lumineuses élémentaires, tel qu’il a été décrit en rapport avec la . L’illustration de la 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 regroupées en un nombre entier de groupes de lignes disjoints entrelacés et un substrat commun non-illustré, en contact avec et fonctionnellement relié à un circuit intégré 220 Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
La source lumineuse matricielle 200 est de préférence un composant monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 210 sont disposées sur le substrat commun. La source lumineuse matricielle 200 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 210.
Le circuit intégré 220 comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 210, une unité de retard 230 faisant partie des moyens d’ordonnancement 240 de l’allumage des sources lumineuses élémentaires, configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, de préférence binaire, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 200. L’unité de retard 230 est par exemple réalisée par un circuit électronique qui réalise une ligne de retard.
Dépendant de la source lumineuse matricielle, elle peut être pilotée en tension ou en courant électrique par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique. La commande d’un dispositif interrupteur 232 permet d’alimenter de manière sélective la source lumineuse élémentaire 210 en électricité. Dans le mode de réalisation illustré par la , cette commande est réalisée par l’unité de retard 230, qui reproduit une version retardée du signal de commande 12. Les unités de retard 230 associées à différentes sources lumineuses élémentaires 210 d’un groupe de lignes sont reliées, de préférence selon une chaîne comme indiqué par les flèches sur la , entre elles par une connexion électrique 231. Lorsque le retard pour une source lumineuse élémentaire (gauche) s’est écoulé, l’unité de retard 230 (gauche) commande le dispositif interrupteur 232 de manière à alimenter la source lumineuse élémentaire 210 (gauche) en électricité. En même temps, l’unité de retard 230 (gauche) transmet un signal de déclenchement « enable », par exemple un signal binaire, à l’unité de retard homologue 230 (droite) associée à la source lumineuse élémentaire 210 (droite). C’est seulement à la réception de ce signal « enable » issu de l’unité de retard (gauche) que l’unité de retard 230 (droite) se met à décompter son retard prédéterminé. Lorsque le retard pour la source lumineuse élémentaire (droite) s’est écoulé, l’unité de retard 230 (droite) commande le dispositif interrupteur 232 de manière à alimenter la source lumineuse élémentaire 210 (droite) en électricité. Même si les deux unités de retard sont configurées à implémenter un décomptage d’une durée similaire, il s’ensuit que les retards effectifs sont différents pours les deux sources lumineuses élémentaires, puisque les retards entre unités de retard reliées s’accumulent. Pour l’unité de retard 230 (droite) de l’exemple donné, le retard effectif est le double du retard effectif de l’unité de retard 230 (gauche). De préférence, les unités de retard sont cadencées par un signal d’horloge régulier non-illustré. Comme l’allumage des sources lumineuses élémentaires faisant partie de la chaîne qui relie leurs unités de retard respectives est retardé de manière individuelle pour chaque source lumineuse élémentaire, et comme les groupes disjoints de lignes entrelacées se suivent séquentiellement dans la chaîne, ceci permet d’éviter un pic unique maximal de la consommation électrique de la source lumineuse matricielle 200 au moment où le signal de commande 12 intervient. Les unités de retard des sources lumineuses élémentaires sont reliées entre elles et cadencées par un signal d’horloge binaire régulier commun.
D’autres montages peuvent être utilisés pour réaliser les unités de retard sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, une unité de retard alternative et non-illustrée peut comprendre une unité logique réalisée par un circuit de comparaison. L’unité logique compare le signal de commande d’allumage en entrée de la source lumineuse à un signal d’état généré par une unité de décomptage. Le signal d’état est par exemple nul lorsque le retard ne s’est pas encore écoulé, et le signal bascule vers une valeur non-nulle lorsque le retard s’est écoulé. Si les deux signaux ont une valeur non-nulle, le signal de déclenchement résultant est non-nul. Il relaye alors le signal de commande original à l’unité de retard, pour y déclencher le retard respectif. L’unité de décomptage comprend par exemple un circuit de décomptage, configuré pour lire la valeur du retard à décompter depuis un élément de mémoire ou registre du circuit intégré. Lorsque le décomptage s’est achevé, l’unité de retard commande le dispositif de manière à alimenter la source lumineuse associée en électricité. L’utilisation d’un élément de mémoire pour enregistrer le retard respectif de chaque source lumineuse élémentaire permet une flexibilité accrue. Des retards différents peuvent être enregistrés pour différentes sources lumineuses élémentaires, et les valeurs enregistrées peuvent être modifiées par des instructions d’écriture dans les éléments de mémoire respectifs au fil du temps. Évidemment, les retards effectifs pour chaque source lumineuse dépendent également de la fréquence du signal d’horloge. Il va de soi que le circuit intégré peut comprendre des circuits électroniques supplémentaires. Il peut notamment s’agir de circuit réalisant des fonctions diagnostiques du fonctionnement de la source lumineuse élémentaire.
La montre un autre mode de réalisation d’une source lumineuse matricielle 300 en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention. Le circuit intégré 320 est de préférence soudé sur la face inférieure du substrat commun qui abrite les sources lumineuses élémentaires, de manière à établir un contact mécanique et électrique avec le substrat et les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 310, une unité de retard 330 configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source lumineuse élémentaire suite à la réception d’une commande d’allumage 12, typiquement générée par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle 300. L’unité de retard 330 associée à chacune des sources lumineuses élémentaires 310 est illustrée de manière purement schématisée sur la . Elle peut notamment être réalisée selon un des modes décrits en rapport avec les figures 2 et 3. De préférence, le retard réalisé pour chacune des sources élémentaires 310 est différent, de manière à ce qu’un signal de commande 12 destiné au même moment à toutes les sources élémentaires 310 de la source matricielle 300, soit retardé différemment pour chacune, ou du moins pour des ensembles disjoints de sources lumineuses élémentaires. Comme l’allumage des sources lumineuses élémentaires est retardé potentiellement de manière individuelle pour chaque source lumineuse élémentaire, ceci permet d’éviter un pic unique maximal de la consommation électrique de la source lumineuse matricielle 300 au moment où le signal de commande 12 intervient.
L’utilisation d’un circuit intégré 320 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.
Les sources lumineuses élémentaires 310 sont regroupées en un nombre G de groupes de lignes disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement. G est un nombre entier. Dans l’exemple non-limitatif de la , G=2, les deux groupes de lignes 312 et 314 étant respectivement indiquée par des sources lumineuses non-hachurées et hachurées. Le circuit intégré 320 comprend en outre des moyens d’ordonnancement 340, et notamment unité d’ordonnancement 342 de préférence programmable par un code logiciel approprié, et configurée pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné suite à la réception d’une commande d’allumage, et pour ensuite allumer séquentiellement les groupes de lignes. Suite à la réception d’une commande d’allumage 12, dans un premier temps, à l’instant t1, l’unité d’ordonnancement 342 est programmée pour allumer la première source lumineuse élémentaire 312P du premier groupe de lignes 312. Ensuite, suivant des délais idéalement identiques, chacune des sources lumineuses élémentaires de la première ligne de la matrice est allumée, tour à tour. En utilisant de manière non-limitative et purement exemplaire le chaînage entre les sources lumineuses élémentaires du premier groupe de lignes 312 tel qu’indiqué dans le mode de réalisation de la , l’unité d’ordonnancement n’a pas besoin d’intervenir et attend jusqu’à ce que la dernière source élémentaire 312D s’est allumée, après écoulement d’une durée prédéterminé, qui détermine l’instant t2. Ensuite, dans un deuxième temps, à l’instant t2, l’unité d’ordonnancement 342 est programmée pour allumer la première source lumineuse élémentaire 314P du deuxième groupe de lignes 314. Suivant des délais idéalement identiques, chacune des sources lumineuses élémentaires de la deuxième ligne de la matrice est allumée, tour à tour. En utilisant de manière non-limitative et purement exemplaire le chaînage entre les sources lumineuses élémentaires du deuxième groupe de lignes 314 tel qu’indiqué dans le mode de réalisation de la , l’unité d’ordonnancement n’a pas besoin d’intervenir et attend jusqu’à ce que la dernière source élémentaire 314D s’est allumée, après écoulement d’une durée prédéterminé. Il va de soi que ce principe s’étend à des configurations ayant 3, 4 ou plus de groupes de lignes entrelacés. L’unité d’ordonnancement programmable 342 permet une flexibilité accrue lors de la composition de groupes de lignes : suivant le programme et l’architecture de chaînage utilisée, l’unité peut changer de nombre de groupes de lignes G entrelacées, ou bien commander chacune des sources lumineuses élémentaires de la matrice de manière individuelle, sans chaînage des unités de retard respectives.
La compare des mesures d’intensité de courant d’appel d’une source lumineuse matricielle qui projette une même image, ou photométrie, dans trois scénarios différents. Il s’agit notamment d’une photométrie réglementée de type feux de route (« high beam ») d’un véhicule automobile. Des résultats quantitativement équivalents ont été observés pour d’autres photométries, comme par exemple les feux de croisement (« low beam ») ou une coupure horizontale (« kink »). Dans le premier scénario, A, aucun délai d’allumage n’est utilisé : le courant d’appel représente un pic d’intensité important au moment de la commande d’allumage de la source lumineuse matricielle. Dans le deuxième scénario, B, un délai uniforme est séquentiellement appliqué par colonnes, puis par lignes qui se suivent dans la matrice : ceci permet d’éviter le pic de courant du scénario A. Dans le troisième scénario, C, le dispositif et le procédé suivant l’invention est utilisé. Un délai uniforme est séquentiellement appliqué par colonnes, les lignes de la matrice sont regroupées en quatre groupes entrelacés. D’abord les lignes du premier groupe sont allumées, suivies des lignes du deuxième, puis du troisième et finalement du quatrième groupe. On s’aperçoit que les mesures de l’invention permettent de lisser davantage l’évolution de l’intensité du courant électrique dans le temps, et de réduire davantage l’intensité du courant maximal engendré par la source lumineuse, par rapport aux scénarios A et B.
L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.
Claims (12)
- Source lumineuse matricielle (100, 200, 300) comprenant un circuit intégré (120, 220, 320) et une matrice de sources lumineuses élémentaires (110, 210, 310) à élément semi-conducteur électroluminescent dans laquelle le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend des moyens d’ordonnancement (140, 240, 340) de l’allumage des sources lumineuses élémentaires, y compris, pour chacune des sources lumineuses élémentaires, une unité de retard (130, 230, 330) configurée pour retarder d’une durée prédéterminée l’allumage de la source élémentaire (110, 210, 310),
caractérisée en ce que les sources lumineuses élémentaires (110, 210, 310) sont regroupées en un nombre G de groupes de lignes (112,114 ; 312,314) disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement,
et en ce que les moyens d’ordonnancement (140, 240, 340) sont configurés pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné suite à la réception d’une commande d’allumage (12), et pour allumer séquentiellement les groupes de lignes (112,114 ; 312,314). - Source lumineuse matricielle selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens d’ordonnancement (140, 240, 340) sont configurés pour allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires d’une ligne donnée, colonne par colonne.
- Source lumineuse matricielle selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d’ordonnancement (140, 240, 240) comprennent des connexions qui relient l’unité de retard d’une source élémentaire fonctionnellement à l’unité de retard d’une autre source lumineuse élémentaire du même groupe de lignes, l’agencement étant tel que le retard pour la deuxième source lumineuse élémentaire ne commence à s’écouler qu’une fois que le retard de la première source lumineuse élémentaire s’est écoulé.
- Source lumineuse matricielle selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’unité de retard (230, 330) de chaque source lumineuse élémentaire comprend un circuit de déclenchement pour envoyer un signal de déclenchement à la source lumineuse qui y est reliée, suite à l’écoulement de son propre retard.
- Source lumineuse matricielle selon une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l’unité de retard (130) d’une dernière source lumineuse élémentaire (112D) d’un groupe de lignes (112) est fonctionnellement reliée à l’unité de retard d’une première source lumineuse élémentaire (114P) d’un autre groupe de lignes (114), qui suit le premier groupe de lignes dans la séquence d’allumage.
- Source lumineuse matricielle selon une des revendication 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens d’ordonnancement comprennent une unité d’ordonnancement (342) qui est fonctionnellement reliée à au moins chaque première source lumineuse élémentaire (312P, 314P) de chacun des groupes de lignes (312, 314), configurée pour déclencher sélectivement les unités de retard respectives des premières sources lumineuses élémentaires (312P, 314P).
- Source lumineuse matricielle selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice comprend quatre groupes de lignes entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de quatre lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des quatre groupes de lignes.
- Source lumineuse matricielle selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le retard pour chaque source lumineuse élémentaire est identique et compris entre 5ns et 1µs.
- Source lumineuse selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l’unité de retard comprend un élément de mémoire pour l’enregistrement d’une valeur de retard.
- Source lumineuse selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le nombre G de lignes est un paramètre enregistré et modifiable dans un élément de mémoire lisible par les moyens d’ordonnancement.
- Module lumineux pour un véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que l’au moins une source lumineuse matricielle est conforme à une des revendications 1 à 10.
- Procédé d’allumage des sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur d’une source lumineuse matricielle selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes suite à la réception d’un signal d’allumage de la source lumineuse matricielle :
- - moyennant des moyens d’ordonnancement et des unités de retard associées aux sources lumineuses élémentaires, allumer séquentiellement les sources lumineuses élémentaires qui constituent un groupe de lignes donné ;
- - allumer séquentiellement les groupes de lignes ;
les sources lumineuses élémentaires de la matrice étant regroupées en un nombre G de groupes de lignes disjoints entrelacés de manière à ce que chaque ensemble de G lignes qui se suivent dans la matrice comprend une ligne appartenant à chacun des G groupes de lignes respectivement.
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