FR3131500A1 - Source lumineuse à plusieurs types de diodes électroluminescentes - Google Patents
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Abstract
L’invention propose une source lumineuse comprenant plusieurs types de diodes électroluminescentes, qui se discernent notamment par leur tension directe, ou par l’intensité de courant électrique nécessaire pour qu’elles émettent une luminosité équivalente, qui présente une meilleures efficacité que des solutions connues dans l’état de l’art. Un module lumineux incorporant au moins une source lumineuse en accord avec l’invention est également proposé. (Fig. 1))
Description
Cette invention est liée au domaine de l’éclairage intérieur de véhicules automobiles, et en particulier elle concerne de tels systèmes utilisant des sources lumineuses à éléments semi-conducteurs électroluminescents.
Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière d’une longueur d’onde prédéterminée lorsqu’une tension électrique au moins égale à une valeur seuil est appliquée à ses terminaux. Au-delà de cette valeur seuil appelée tension directe, l’intensité du flux lumineux émis par une LED augmente en général de manière proportionnelle avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. La tension directe varie entre des LEDs de couleurs différentes, et les intensités de courant nécessaires pour émettre un flux lumineux d’une intensité sensiblement égale varient également entre des LEDs de couleurs différentes. Par exemple, pour émettre un faisceau lumineux de couleur blanche moyennant in module RGB qui regroupe une LED émettant de la lumière rouge, R, une LED émettent de la lumière verte, G (« Green »), et une LED émettant de la lumière bleue, B, les courant électriques qui traversent les trois LEDs devront présenter des intensités très différentes pour produire un faisceau blanc homogène. A titre indicatif, l’intensité de courant qui traversera la LED rouge sera d’environ 30mA (Vf = 2.2.V), alors que l’intensité du courant électrique qui traversera la LED verte sera de 5 mA (Vf = 2.9V) et l’intensité du courant électrique qui traversera la LED bleue sera de 10mA (Vf=2.8V).
Dans un tel scénario, il est indispensable de réguler le courant qui traverse les LEDs d’un type donné afin de maîtriser les différentes intensités de courant et les intensités lumineuses émises. Lorsqu’un circuit convertisseur commun est utilisé pour alimenter les diodes électroluminescentes ainsi que les sources de courant qui leur sont associées, des pertes de puissance sont inévitables en utilisant des moyens connus dans l’art. Dans l’exemple RGB précité, une efficacité en puissance d’environ 48% a été recensée.
Leur petite taille et leur faible consommation en électricité rendent les composants LED intéressants dans le domaine des modules lumineux pour véhicules automobiles. Des sources lumineuses de type LED peuvent par exemple être utilisées pour réaliser des signatures optiques distinctives en plaçant les composants le long de contours prédéterminés. L’espace restreint disponible pour l’utilisation de telles sources lumineuses, leur nombre potentiellement élevé pour réaliser des effets intéressants, ainsi que l’énergie électrique limitée disponible dans le cadre d’un système fermé tel qu’un véhicule automobile, accentue davantage les pertes de puissance, qui se traduisent par des réchauffements localisés indésirables.
L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur.
Selon un premier aspect de l’invention, une source lumineuse est proposée. La source lumineuse comprend un premier et au moins un deuxième type de diodes électroluminescentes. Une diode électroluminescente du premier type nécessite un courant électrique d’une intensité plus élevée qu’une diode électroluminescente de l’au moins un deuxième type afin d’émettre une luminosité équivalente. La source lumineuse est remarquable en ce qu’un montage en parallèle de la source lumineuse comprend une branche pour chaque type de diodes électroluminescentes, et en ce que la branche qui correspond au premier type de diodes électroluminescentes comprend un montage en série d’un nombre plus important de diodes électroluminescentes que les autres branches.
De préférence, le montage en parallèle peut comprendre trois branches, le premier type de diode électroluminescente peut être une diode électroluminescente rouge, R, et les deuxièmes types de diodes électroluminescentes peuvent être des diodes électroluminescentes verte, G, et bleue, B respectivement.
La branche qui comprend les diodes électroluminescentes du premier type peut préférentiellement comprendre deux diodes électroluminescentes rouges, R, montées en série, alors que les deux autres branches peuvent comprendre une diode électroluminescentes verte, G, et bleue, respectivement.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux est proposé. Le module lumineux comprend une source lumineuse selon un aspect de l’invention. Le module lumineux comprend en outre une source de courant pilotée par branche du montage en parallèle.
De manière préférée, le module lumineux peut en outre comprendre un élément optique de diffusion lumineuse auquel la source lumineuse est couplée.
L’élément optique de diffusion lumineuse peut de préférence comprendre un guide lumineux.
Selon encore un autre aspect de l’invention, un module lumineux comprenant une pluralité de sources lumineuses selon un aspect de l’invention est proposé. Le module lumineux comprend en outre une source de courant pilotée par branche du montage en parallèle de chaque source lumineuse.
De préférence, la pluralité de sources lumineuses peut être disposée sur un substrat commun. De préférence, le substrat peut être un substrat flexible.
Les sources de courant pilotées peuvent de préférence être regroupées dans un circuit intégré.
De préférence, le module lumineux peut comprendre un circuit convertisseur destiné à fournir une tension d’alimentation à la source lumineuse ou aux sources lumineuses.
Le circuit convertisseur peut préférentiellement être un convertisseur de type abaisseur de tension (« buck »).
Le module lumineux peut de préférence être destiné à l’éclairage intérieur d’un véhicule automobile. Un tel module est particulièrement avantageux pour l’éclairage intérieur d’un véhicule automobile dans la mesure où il permet de limiter une consommation d’énergie dédiée à assurer l’éclairage intérieur du véhicule ainsi qu’un échauffement du module, ce qui est particulièrement critique dans les espaces confinés usuels des dispositifs d’éclairage intérieur, dans le cadre des conditions de température typiques des véhicules automobile, par exemple jusqu’à 70°C.
De préférence, le circuit convertisseur peut comprendre un circuit abaisseur de tension, un circuit élévateur de tension, ou une combinaison de ces deux types de circuits.
En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer une source lumineuse comprenant plusieurs types de diodes électroluminescentes, qui se discernent notamment par leur tension directe, ou par l’intensité de courant électrique nécessaire pour qu’elles émettent une luminosité équivalente, qui présente une meilleure efficacité que des solutions connues dans l’état de l’art. Selon un mode de réalisation préféré, dans lequel des diodes électroluminescentes de type rouge, R, verte, G, et bleue, B, sont incorporées dans une source lumineuse, la provision de deux diodes électroluminescentes de type R montées en série permet d’augmenter le rendement de 10% en termes de puissance électrique. Le bilan énergétique favorable évite un échauffement des LEDs et est d’autant plus favorable que la pluralité de sources lumineuses installées dans un même module est importante. Ceci est notamment le cas dans l’éclairage intérieur d’un véhicule automobile. Comparé à une source RGB, la source RRGB proposée permet de diviser par deux l’intensité de courant qui circule dans la branche qui regroupe les diodes électroluminescentes de type R. Par rapport au cas d’une source R unique, chacune des deux sources R émet une luminosité moindre, mais comme les luminosités émises s’additionnent, ceci résulte dans une source lumineuse combinée à luminosité égale, mais à rendement augmenté.
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 :
- est une illustration schématisée d’une source lumineuse en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ;
- est une illustration schématisée d’un module lumineux en accord avec 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.
La description se concentre sur les éléments d’une source lumineuse ainsi que d’un module lumineux qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments, qui font de manière connue partie de tels dispositifs, ne seront pas mentionnés ni décrits en détails. Par exemple, la présence d’un support ou d’éléments de dissipation thermique sont implicites pour le fonctionnement d’un tel dispositif.
La montre une source lumineuse 100 selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse comprend des terminaux d’alimentation électrique non-illustrés qui permettent de la relier électriquement à une source d’électricité. La source lumineuse 100 comprend un premier type 110 de diodes électroluminescentes et deux deuxième types 120, 130 de diodes électroluminescentes. Une diode électroluminescente du premier type 110 se caractérise par un courant électrique d’une intensité plus élevée qu’une diode électroluminescente de l’au moins un deuxième type 120, 130 afin d’émettre une luminosité équivalente. On comprend que des luminosités équivalentes sont inévitablement sujettes à des erreurs de mesure, et qu’on pourra par exemple considérer deux degrés de luminosités comme équivalents si leurs luminosités respectivement mesurées diffèrent d’environ 10% ou moins. Alors que l’exemple de la montre trois types de diodes électroluminescentes d’un deuxième type, d’autres exemples de sources lumineuses selon des aspects de l’invention pourront comprendre un seul deuxième type de diodes électroluminescente d’un deuxième type, ou une pluralité de deuxièmes types. Tous les différents deuxièmes types de diodes électroluminescentes se discernent du premier type 110 de diode électroluminescente par un besoin de courant électrique d’une intensité moyenne moins importante comparée à la diode électroluminescente du premier type pour atteindre une luminosité équivalente. La source lumineuse 100 comprend un montage en parallèle 104 ayant une branche 101, 102, 103 pour chaque type de diodes électroluminescentes 110, 120, 130. Ainsi dans l’exemple de la , la branche 101 regroupe toutes les diodes électroluminescentes du premier type 110 montées en série, la branche 102 regroupe toutes les diodes électroluminescents du premier deuxième type 120 montées en série et la branche 103 regroupe toutes les diodes électroluminescents du second deuxième type 130 montées en série. La branche 101 qui correspond au premier type de diodes électroluminescentes comprend un montage en série d’un nombre plus important de diodes électroluminescentes que les autres branches 102, 103. Ainsi, pour atteindre une luminosité équivalente non pas par diode électroluminescente mais par type de diode électroluminescente, et de manière équivalente par branche du montage en parallèle 104, l’intensité du courant dans la première branche 110 peut être réduite, par exemple de la moitié.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la source lumineuse 100 comprend deux diodes électroluminescentes rouges de type R 110, et une diode électroluminescente de chaque type vert, G, 120 et bleu, B 130 respectivement.
La montre un module lumineux 1000 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Il s’agit par exemple d’une module lumineux destiné à être utilisé dans l’éclairage multicolore ou dans la signalisation dans l’habitacle d’un véhicule automobile. Le module 1000 comprend une source lumineuse 100 conforme à l’une des modes de réalisation décrits précédemment.
Afin de maîtriser les intensités des courants électriques d’alimentation de chacune des branches du montage 104, le module comprend une source de courant 111, 112, 113 pour chacune des branches 101, 102, 103 respectivement. Un circuit convertisseur 200, par exemple de type abaisseur de tension (« buck ») fournit une tension électrique d’alimentation au montage. Des circuits convertisseurs abaisseurs de tension sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. L’invention ne se limite pas à une architecture spécifique de convertisseur. Un circuit convertisseur 220 permet notamment de convertir une tension électrique fournie à son entrée (non-illustrée) en une tension de sortie Vout ayant une valeur différente de la tension d’entrée.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la source lumineuse 100 regroupe deux diodes électroluminescentes d’une premier type rouge R 110 montées en série sur une première branche 101 d’une montage en parallèle 104. Les autres branches 102, 103 du montage en parallèle comprennent un nombre moins important de diodes électroluminescentes d’autres types, par exemple verte G, 120 et bleue B, 130. A titre d’illustration non-limitative, l’intensité de courant qui traversera une LED rouge isolée serait d’environ 30mA (Vf = 2.2.V) pour émettre une luminosité d’un degré prédéterminé, alors que l’intensité du courant électrique qui traverserait une LED verte serait de 5 mA (Vf = 2.9V) et l’intensité du courant électrique qui traverserait une LED bleue sera de 10mA (Vf=2.8V) pour produire le même degré de luminosité. En utilisant l’architecture en accord avec le module 1000 selon l’invention, deux diodes électroluminescentes rouges R du premier type 110 vont contribuer à la réalisation du degré de luminosité prédéterminé. La production de l’intensité lumineuse requise sera partagée parmi la pluralité de diodes du premier type 110. Ainsi le courant injecté par la source de courant 111 dans la branche 101 pourra être diminué à environ 15mA. Pour une tension électrique d’environ 5.5 V fournie par le circuit convertisseur 220 et une puissance de 102 mW fournie aux diodes électroluminescentes, on observe une efficacité globale d’environ 56 % pour atteindre le même résultat optique en termes de luminosité et couleur de lumière émise. Par ailleurs, la tension directe dans la branche 101 comprenant deux LEDs du type rouge sera de 4.4 V dans l’exemple donné. Il reste donc possible d’utiliser un circuit convertisseur de type abaisseur de tension (« buck ») ayant une architecture simple et peu onéreuse, tout en augmentant l’efficacité de la source lumineuse.
Comme indiqué par les lignes pointillées de la , un autre mode de réalisation préféré regroupe une pluralité de sources lumineuses 100, 100’ dans un module lumineux 1000. L’architecture est similaire à celle décrite pour le mode de réalisation préféré et de préférence, toutes les sources lumineuses 100, 100’ sont identiques et supportées sur un même substrat. Le substrat peut notamment être flexible et allongé, de manière à former une bande de sources lumineuses, par exemple de type RRGB en accord avec un aspect de l’invention.
Dans tous les modes de réalisation du module lumineux conforme à l’invention, le module peut également comprendre des moyens de guidage et/ou de diffusion optique. Il peut par exemple s’agir d’un guide lumineux qui permet de guider de la lumière couplée sur une face d’entrée et provenant de la source lumineuse 100 le long d’une direction prédéterminée du guide. De tels moyens optiques sont en soi connus dans l’art et leurs propriétés ne seront pas décrites dans le cadre de la présente invention.
Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne limitent pas l’étendue de la protection de l’invention. En faisant recours à la description qui vient d’être donnée, d’autres modes de réalisation sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.
Claims (12)
- Source lumineuse comprenant un premier et au moins un deuxième type de diodes électroluminescentes, une diode électroluminescente du premier type nécessitant un courant électrique d’une intensité plus élevée qu’une diode électroluminescente de l’au moins un deuxième type afin d’émettre une luminosité équivalente,
caractérisé en ce qu’un montage en parallèle de la source lumineuse comprend une branche pour chaque type de diodes électroluminescentes, et en ce que la branche qui correspond au premier type de diodes électroluminescentes comprend un montage en série d’un nombre plus important de diodes électroluminescentes que les autres branches. - Source lumineuse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le montage en parallèle comprend trois branches, en ce que le premier type de diode électroluminescente est une diode électroluminescente rouge, R, et en ce que les deuxièmes types de diodes électroluminescentes sont des diodes électroluminescentes verte, G, et bleue, B respectivement.
- Source lumineuse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la branche qui comprend les diodes électroluminescentes du premier type comprend deux diodes électroluminescentes rouges, R, montées en série, alors que les deux autres branches comprennent une diode électroluminescentes verte, G, et bleue, B, respectivement.
- Module lumineux comprenant une source lumineuse selon une des revendications précédentes le module lumineux comprenant en outre une source de courant pilotée par branche du montage en parallèle.
- Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le module lumineux comprend en outre un élément optique de diffusion lumineuse auquel la source lumineuse est couplée.
- Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément optique de diffusion lumineuse comprend un guide lumineux.
- Module lumineux comprenant une pluralité de sources lumineuses selon une des revendications 1 à 3, le module lumineux comprenant en outre une source de courant pilotée par branche du montage en parallèle de chaque source lumineuse.
- Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le la pluralité de sources lumineuses est disposée sur un substrat commun.
- Module lumineux selon une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les sources de courant pilotées sont regroupées dans un circuit intégré.
- Module lumineux selon une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le module comprend un circuit convertisseur destiné à fournir une tension d’alimentation à la source lumineuse ou aux sources lumineuses.
- Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit convertisseur est un convertisseur de type abaisseur de tension (« buck »).
- Module lumineux selon une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un module destiné à l’éclairage intérieur d’un véhicule automobile.
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2021
- 2021-12-26 FR FR2114526A patent/FR3131500A1/fr active Pending
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