WO2007074316A2 - Structure lumineuse a guide plan et a source quasi ponctuelle et ses applications - Google Patents

Structure lumineuse a guide plan et a source quasi ponctuelle et ses applications Download PDF

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WO2007074316A2
WO2007074316A2 PCT/FR2006/051428 FR2006051428W WO2007074316A2 WO 2007074316 A2 WO2007074316 A2 WO 2007074316A2 FR 2006051428 W FR2006051428 W FR 2006051428W WO 2007074316 A2 WO2007074316 A2 WO 2007074316A2
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WO
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source
guide
light
light structure
radiation
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/051428
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English (en)
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WO2007074316A3 (fr
Inventor
Jean-Philippe Mulet
Paul-Henri Guering
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Glass France filed Critical Saint-Gobain Glass France
Publication of WO2007074316A2 publication Critical patent/WO2007074316A2/fr
Publication of WO2007074316A3 publication Critical patent/WO2007074316A3/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form

Definitions

  • the present invention relates to a light structure and more particularly to a planar light structure and to at least one quasi-point source.
  • the known light injection structures in the edge of an optical guide are widely used for illuminated displays, especially for signs or for signage, or for display terminals for computers and similar electronic devices.
  • the guide is generally in the form of a thin plate, generally flat, consisting of a translucent or transparent material, glass or plastic.
  • edge-lit light structures comprise as quasi-point light sources a plurality of light-emitting diodes (commonly known as LEDs or LEDs) disposed opposite and / or along the edge of the light guide.
  • the object of the present invention is first of all to propose a plane-guide light structure with a quasi-point source (s) improved in terms of coupling and / or extraction.
  • the Applicant has furthermore found that the devices of the prior art are not sufficiently robust and / or bulky and / or the light-emitting diodes are arranged in a complex manner.
  • Another object of the invention is therefore to provide a light structure with a plane guide and source (s) quasi point (s) simple, reliable and preferably the most compact possible.
  • the present invention firstly proposes a light structure which comprises:
  • the quasi-point source thus arranged ensures both better injection and better extraction.
  • the incidence with respect to the main face encountered in second is also greater than the incidence of total reflection ⁇ r .
  • the first face may be smooth and / or be partially or completely coated.
  • the radiation can propagate inside the guide by successive total reflections. In another configuration, there is no zone (s) of total reflection.
  • the reflection of the principal direction may be total or partial, even with an incidence greater than the incidence of total reflection.
  • the total or partial reflection can intervene substantially on the whole of the first face or by zone (s).
  • the first face may comprise for example an extractor zone for example to form a lighting (decorative, architectural etc) uniformly substantially over the entire main surface, or extracting areas for example to form light bands.
  • the extraction can be obtained for example by texturing (according to a regular geometry or by a suitable random roughness) or by reporting a system such as a diffusing layer on the first face.
  • Any extracting zone can extract from the inside of the guide a part of the main ray and / or other light rays emitted by the source, then stopped in their propagation.
  • a peripheral band of the first face for example wide by a few mm or more, the reflection is total.
  • This band may for example be a masking area of the source for example by an enamel layer and / or an area with an assembly element of the source.
  • the guide can be parallelepipedic, with rectangular, square or even any other shape (round, oval, polygonal ).
  • the main direction of the radiation is perpendicular to the input surface of the guide (slice or main face %) in order to limit reflection losses.
  • the majority of the light rays emitted by the source, and preferably all of the light rays has, after refraction on the guide, an incidence with respect to the first face greater than said incidence of total reflection.
  • the source may be in particular up to 10 mm from the entry or refraction face of the guide.
  • said source having another principal direction of emission of the radiation, the source is arranged so that the other main direction of emission, has, after refraction on the guide, an incidence compared to at least to the face first encountered (said first face or the other main face) greater than said incidence of total reflection.
  • the wafer may have at least one beveled portion, preferably polished to prevent diffusion losses, this part leaving a hollowed area.
  • the bevelled portion may form an angle ⁇ with the first face encountered and chosen so that the majority of the light rays emitted by the source, and preferably all of the light rays has, after reflection or refraction on the part beveled, an incidence (compared to the main face first encountered) greater than said incidence of total reflection.
  • This first configuration is particularly interesting for a collimated source because all the rays are injected into the guide are trapped or exploited for extraction (with absorption losses near).
  • ⁇ max corresponds to the half-angle at the top of the emission ncone of the source, so that even the incidence of the extreme light ray of the cone is greater than the said incidence of total reflection.
  • the beveled portion may be reflective (for example a plane mirror), and the source may be housed in a hole formed on the periphery of the first face (in particular a groove) and positioned to allow reflection on the bevelled portion giving said incidence for minus the main direction and preferably giving the said incidence for the majority of the light rays.
  • the source may also be advantageously masked on one side by the reflective beveled portion, for example in the form of a metal layer (silver in particular). In some cases, it may be easier to make a hole in the mounting face (or already assembled) than to couple the source to the slice.
  • the source may also be disposed in a recessed area of the slice which is not a hole and which is preferably an area complementary to a bevel and / or a convex surface.
  • the recessed area can be obtained directly during the manufacture of the guide or by shaping a guide for example with a straight edge.
  • This recessed area preferably may comprise a reflector, even more preferably of the parabolic or (a) spherical mirror type, this reflector being able to orient parallel to the main direction the majority of the light rays emitted by the source and reflected by the wafer. This reflector ensures optimal recycling of light rays and can also serve as a support and / or protection element and / or masking element of the source.
  • the wafer may have a face for refraction which is non-planar and arranged in the tapered portion, and, the source having a given emission cone, the face for refraction may be preferably wider than the emission cone and be selected among a concave, convex, spherical, hyperbolic and aspheric face.
  • the source disposed in the recessed area and preferably collimated, can be glued on the wafer, slice bevel or convex.
  • a glue with an optical index of refraction intermediate between the index of the guide and that of the external medium or, if appropriate, the lens is chosen.
  • the source may be in a means for protecting and / or maintaining the source which is inside the recessed area, in particular a U-shaped section, and / or which occupies the majority of the recessed area.
  • This means can be fixed to the coupling wafer by gluing, latching, by bolts etc.
  • This means of protection and / or maintenance can be metallic (stainless steel for example) and can possibly participate in the heat removal (especially for high power) by direct or indirect contact with the chosen glass guide.
  • This holding and / or protection means may furthermore have one or the following characteristics:
  • the source can be housed in a hole of the guide disposed on the edge or on one of the two main faces (edge or not).
  • the preferred hole may form a groove along the guide, to accommodate a plurality of sources, non-emergent groove or open on at least one side in particular to facilitate mounting by the side.
  • the bottom of the hole can be plane or be concave, convex, spherical, hyperbolic or aspherical.
  • the source and another quasi-point source are accommodated in said hole with two faces for the V-shaped refraction.
  • the faces for the refraction form, for example, an angle of substantially 90 °.
  • Each refractive face may form an angle selected in the same manner as the angle ⁇ of a beveled portion.
  • One of the main faces and / or at least one edge of the wafer not coupled to the source for injecting said radiation may preferably further comprise at least one reflecting portion, and preferably a reflective layer substantially covers said face and / or said edge.
  • This reflective part can cover surface irregularities and have a mirror function for example for a flat lamp.
  • the hole may have a retention profile (otherwise a retention section) to facilitate attachment of the source.
  • the present invention also proposes a light structure which comprises: a planar guide for visible or ultraviolet radiation provided with a slice of two main faces, at least one of which is extracting at least a portion of said radiation,
  • At least one quasi-point source of said radiation such as a light-emitting diode, coupled to the guide for propagating said radiation inside the guide, said source being housed in a hole arranged in the guide and having a retention profile.
  • This hole can be placed on the edge or on one of the main faces.
  • the hole may be a lateral groove, along the edge, possibly opening on at least one side to facilitate assembly.
  • the retention profile can be frustoconical, curved, faceted, concave turned inwards in particular in the form of a cup, a T-shape, a keyhole.
  • the cup shape makes it possible to better distribute the forces in case of fastenings of the structure by connecting elements.
  • the retention profile may also be substantially diamond-shaped or square or schematically shaped " ⁇ >" that is to say with two V turned 90 ° of the main coupling face or the coupling wafer.
  • the source may be mounted in an insert having a side wall of substantially complementary shape to the hole (possibly forming a groove) and a source of the source. In this way, the insert being blocked in the hole, the source is held firmly with the correct orientation.
  • the inner face of the insert may comprise electrical contacts in the form of layers and be in electrical connection with the source.
  • an insert In a second configuration, an insert, with a side wall of substantially complementary shape to the hole and a hollow or perforated bottom, is housed in the hole, the insert being able to cooperate with a connecting element to ensure self-locking of the insert in the hole, one end of said connecting element being carrying said source and being able to carry current supply members.
  • the insert may be metal, molded in a plastic material and is preferably deformable material.
  • the insert may be protruding, in particular bicomposite, for example with a metallic gripping member, permanent or temporary. This facilitates (un) mounting, without using a connecting element.
  • the source is coupled by one of the side edges of the wafer, said coupling edge for the injection of radiation, and is disposed in a means for holding and / or protecting the source comprising three flat sections (in one piece or assembled):
  • the one or more sections may furthermore have one or the following characteristics: - extend all along the coupling edge (or the associated face), especially when the hole is a groove, and be thin
  • the lateral section may directly carry the source or sources or be carrying a base supporting the source or sources.
  • This means of protection and / or maintenance can be metallic (stainless steel for example) and can possibly participate in the heat removal (especially for high power) by direct or indirect contact with the chosen guide glass,
  • one of the main sections may be longer to reach the associated main face, the other preferably remaining as short as possible.
  • the structure according to the invention may comprise a plurality of sources, in particular in a regular distribution along an edge or a plurality of edges of the wafer (opposed or not) and / or in a regular distribution along at least one of the main faces, in a peripheral zone or not of this face.
  • a plurality of sources are coupled to control means for emitting light either permanently, or intermittently, with different intensities, a given color, or different colors.
  • the source can also emit exciter UV radiation from a transmitter in the visible, for example radiation in the UVC (between 200 and 280 nm).
  • the planar guide may be made of a material that transmits the UV radiation chosen preferably from quartz, silica, magnesium fluoride (MgF 2 ) or calcium fluoride (CaF 2 ), a borosilicate glass, a glass with less than 0.05 % Fe 2 O 3 .
  • a material that transmits the UV radiation chosen preferably from quartz, silica, magnesium fluoride (MgF 2 ) or calcium fluoride (CaF 2 ), a borosilicate glass, a glass with less than 0.05 % Fe 2 O 3 .
  • magnesium or calcium fluorides transmit more than 80% or even 90% over the entire range of UVs (VUV, UVC, UVB, UVA),
  • the source can also emit UV or near UV excitation radiation, ie between 360 and 400 nm.
  • Borosilicate glasses such as Schott borofloat transmit more than 70% over the full range of UVA (3 mm thick).
  • Soda-lime glasses with less than 0.05% Fe III or Fe 2 O 3 especially Saint-Gobain's Diamant glass, Pilkington's Optiwhite glass, and Schott's B270 glass, transmit more than 70% or even 80% over the entire range of UVA (for 3 mm thick).
  • the flat guide may be very thin or relatively thick, for example up to 20 mm, especially for glass.
  • the light structure according to the invention may comprise means for converting the selected UV radiation into visible radiation, preferably in the form of a layer, in particular phosphor (s), on the extracting face (s).
  • the diode type source can be encapsulated, that is to say include a semiconductor chip and an envelope, for example epoxy resin type or PMMA, encapsulating the chip.
  • the functions of this envelope can be multiple: protection of oxidation and humidity, scattering element or collimation, wavelength conversion ...
  • the diode can be for example a semiconductor chip without collimation lens for example of the size of about one hundred microns or mm; and possibly with a minimal encapsulation for example of protection.
  • the diode may be chosen in particular from at least one of the following light-emitting diodes:
  • a diode having two main directions of emission oblique with respect to the emitting surface of the diode giving a batwing shape, the two directions being for example centered on angles between 20 and 40; ° and between -20 and -40 ° with half angles at the top of the order of 10 ° to 20 °,
  • a diode having (only) one or two main directions of emission oblique with respect to the emitting surface of the diode, the two directions being centered on angles for example between 60 and 85 ° and between -60 and -85 ° with half angles at the top of the order of 10 ° to 30 °, - a low power diode for decorative function or a power diode.
  • the emission diagram of a source can be lambertian.
  • a collimated diode may have a half angle at the summit that can go down to 2 or 3 °.
  • the source can be "high power” that is to say greater than 0.2 W or brightness greater than 5 lumens.
  • the guide can be transparent or translucent.
  • the transmission factor (perpendicular to the principal faces) around the peak of the radiation is greater than or equal to 50%, even more preferably greater than or equal to 70%, and even greater than or equal to
  • the guide may be made of plastic (for example polycarbonate or polymethyl methacrylate PMMA).
  • the guide may be inorganic, and in particular a glass.
  • the glass may be slightly tinted in the mass.
  • a glass transmitting said UV radiation, a silico-soda-lime glass, a clear glass and an extraclear glass are preferably chosen.
  • the dielectric element may thus have a light transmission T L greater than or equal to 90% and preferably greater than or equal to 91.5% (glass called extraclear).
  • Reference WO04 / 025334 can be referred to for the composition of an extraclear glass.
  • silicosodocalcic glass with less than 0.05% Fe III or Fe 2 O 3 .
  • Saint-Gobain's Diamant glass, Saint-Gobain's Albarino glass (textured or smooth), Pilkington's Optiwhite glass, Schott's B270 glass can be chosen.
  • the glass has optionally undergone a chemical or thermal treatment of the type hardening, annealing or quenching.
  • the guide may be part of a multiple glazing, including a vacuum glazing or with air or other gas or laminated glazing.
  • PU polyurethane
  • EVA copolymer ethylene / vinyl acetate
  • PVB polyvinyl butyral
  • the structure can also be monolithic to gain compactness and / or lightness.
  • the structure can form an illuminating, decorative, architectural, signaling, display panel - for example of the drawing type, logo, alphanumeric signage arranged both outdoors and indoors - a backlight device of a crystal screen liquids.
  • the glazing may be intended for the building, thus forming an illuminating facade or an illuminating window, to a glazing for a transport vehicle, such as a rear window, a side window or an automobile roof, or to any other vehicle terrestrial, aquatic or aerial, street or urban lighting, glazing for street furniture such as bus shelters, balustrades, display stands, jewelery displays, showcases, shelf units , an aquarium, a greenhouse, a glazing intended for interior furnishing, in particular for the lighting of a bathroom wall or a kitchen worktop, a mirror, a piece of furniture, to an electrically controllable glazing.
  • the structure can also incorporate all functionalizations known in the field of glazing, preferably on a non-extracting face.
  • functionalizations mention may be made of: hydrophobic / oleophobic, hydrophilic / oleophilic layer, photocatalytic anti-fouling, thermal radiation (solar control) or infra-red (low-emissive) reflective stack, anti-reflective stack.
  • FIGS. 1 to 7 schematically represent sectional views of slice-guided and LED light structures in various embodiments of the invention
  • FIGS. 8 and 9 schematically represent inserts and connecting elements used for the embodiment described in FIG. 7,
  • FIGS. 10 to 17 schematically represent sectional views of slice-guided and LED light structures in various embodiments of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a partial view in longitudinal section of a light-guide structure 100 with LEDs in a first embodiment of the invention.
  • This light structure 100 comprises a planar guide, for example parallelepipedal, preferably a glass sheet 1, for example 4 or 6 mm thick, and preferably very low absorption for a monochromatic radiation in the visible or even of several radiations in the visible.
  • a glass with a linear absorption coefficient less than or equal to 1.8 ⁇ 10 -3 mm -1 in the visible is thus preferred.
  • an extraclear soda-lime glass such as the glass from the Albarino range of Saint Gobain, is preferably chosen.
  • the guide 1 has first and second parallel main faces 11, 12 and a slice 13a.
  • LEDs 2 are coupled to the guide by the wafer 13a for propagating the radiation emitted by the LEDs into the interior of the guide. These LEDs have only one main direction of the radiation (symbolized by the double arrow) and a half-angle emission cone at the top ⁇ - max .
  • the LEDs 2 can be collimated or be simple semiconductor chips with or without protective encapsulation and without lenses. Each diode 2 is arranged so that, after refraction on the wafer 13a, the main transmission direction has an incidence ⁇ 0 with respect to the first encountered face 12 greater than the total reflection incidence û r .
  • the main direction of emission is perpendicular to the slice 13a, which, to favor the injection, is bevelled and polished over the entire thickness and forms an angle ⁇ with the second face 12.
  • ⁇ is chosen so that all of the light rays have, after refraction on the wafer, an incidence with respect to the face first encountered 12 greater than the total reflection incidence û r . So, ⁇ is
  • ⁇ m a x is an intrinsic datum of LEDs It is assumed that the LEDs are in the air.
  • n0 is chosen to be less than the index of the guide n1 and if the LED is collimated with an index n3 of the lens, n3 ⁇ nO ⁇ n is preferably chosen to limit the reflections.
  • the bevelled edge 13a leaves a complementary recessed area where the LEDs 2 are arranged in a regular distribution along this edge.
  • the wafer can be beveled over a limited length (and not over the entire thickness of the guide), sufficient length to receive directly all the LED light rays.
  • the right lateral edge (not shown) and opposed to this bevelled slice 13a carries a mirror layer to recycle the rays.
  • this opposite edge is beveled and other LEDs, similar or not, are arranged for the incidence of total reflection.
  • the LEDs 2 are preferably protected and masked by a metal frame 3, preferably reflective for example of aluminum, formed of three planar sections (in one piece or assembled) of which: - two main sections 31, 33 respectively in contact with the two main faces, sections of distinct lengths and preferably the shortest possible, - and a lateral section 32 facing the edge 13a, and perpendicular to the main sections.
  • the two main sections 31, 33 are provided with tabs engaging in notches made on the main faces 11, 12.
  • the frame 3 can be formed by folds.
  • the LEDs 2 are fixed on a corner of the frame 3, on a piece 34 attached to the frame, or alternatively on a thickening of the frame.
  • the LEDs are coupled to control means (not shown) for emitting light either permanently or intermittently, and either a given color, or different colors.
  • the second face 12 carries for example a plane mirror 120, for example a layer of silver or aluminum that can hide defects.
  • a plane mirror 120 for example a layer of silver or aluminum that can hide defects.
  • the first face 11 is extractor and carries for example diffusing zones, for example prisms.
  • the second face 12 is also extractor and carries for example at least one or extracting areas.
  • the LEDs emit in the UV, for example the near UV.
  • the extraction zone (s) of the face (11) or even of the face (12) then comprise means for converting the UV radiation (s) into visible radiation (s), preferably in the form of a layer (s). of phosphor (s). It is also possible to choose oblique emission LEDs that are positioned on the section 32, for example in the middle.
  • Figure 2 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light guide structure 200 and LED in a second embodiment of the invention.
  • the light structure 200 differs from the structure 100 as follows:
  • each LED is carried (by gluing or any other means) by a parabolic reflector 4 which makes it possible to increase the quantity of light introduced into the guide 1 by orienting parallel to the main direction the majority of the light rays emitted by the LEDs and reflected by the bevelled slice 13a,
  • the parabolic reflector 4 is individual or common to several or all LEDs, is in one piece or alternatively in two assembled circular arcs. This reflector can be fixed to the wafer by any means. Preferably, the reflector 4 fits into the recessed area.
  • the second main face 12 does not include a mirror 120 and for example comprises one or more extracting zones.
  • the angle ⁇ as defined for FIG. 1, the incidence of all the light rays (those directly refracted, such as those recovered thanks to the reflector) is greater than the incidence of total reflection.
  • FIG. 3 schematically represents a partial view in longitudinal section of a light-plane structure 120 with a planar and LED guide in a third embodiment of the invention.
  • the light structure 120 differs from the structure 100 on several points. First, the frame 3 'with three flat segments 31', 32 ', 33' pinches the guide and carries the LEDs directly.
  • the bevelled edge 13a comprises a convex portion 13b of greater width than the LED emission pattern and radius of curvature Rc, of a few mm, to collimate even the extreme rays.
  • the distance of the LED, Rc and the point C is adjusted for an incidence greater than that of total reflection for most or all of the refracted light rays.
  • the second main face 11 does not include a mirror.
  • the LEDs 2 can in particular be simple semiconductor chips 20 with or without protective encapsulation and without lenses.
  • Figure 4 schematically shows a partial longitudinal sectional view of a light guide structure 200 and LED in a fourth embodiment of the invention.
  • the light structure 200 differs from the structure 100 in several points.
  • the slice 13 ' is not beveled but convex over its entire thickness 1, leaving a hollow area where the LEDs are arranged.
  • the LEDs 2 are housed in a 3 "U-shaped section along the wafer and fixed to this wafer 13 'by any known means, preferably integrated in the recessed zone and for example opaque and / or reflective by example aluminum.
  • the curvature is preferably adjusted to obtain an incidence greater than that of total reflection for most or all of the refracted light rays.
  • FIG. 5 schematically represents a partial view in longitudinal section of a light-guide structure 130 with a plane guide and LEDs in a fifth embodiment of the invention.
  • the light structure 130 differs from the structure 100 on several points.
  • the slice 13a beveled holes where the LEDs are arranged or alternatively at least one non-emerging groove or opening on one or the sides.
  • Each LED includes a collimating lens 21 which is typically convex and complementary in shape to that of the hole.
  • a collimating lens 21 which is typically convex and complementary in shape to that of the hole.
  • an angle ⁇ > r + ⁇ ' max is chosen for an incidence greater than that of total reflection for all the refracted light rays, with û max being the angle between the extreme radius and the main direction. of radiation, after refraction.
  • Each LED is for example glued on the guide 1 with a transparent glue.
  • the frame 3a has three opaque and / or metallic sections 31, 32a, 33, for example made of stainless steel.
  • the lateral section 32a runs along and is in contact with the bevel 13a.
  • the lateral section 32a, in contact with the glass also participates in the evacuation of heat.
  • the main sections 31, 33 are themselves optionally of the same size.
  • FIG. 6 schematically represents a partial view in longitudinal section of a light structure 300 with a plane guide and LED in a sixth embodiment of the invention.
  • the light structure 300 differs from the structure 100 in several points.
  • the edge 13c is not beveled and has holes where the LEDs 2 'are arranged - or alternatively at least one non-emerging groove or opening on one or both sides of the guide.
  • the holes each have a retention profile, the side wall 5b of each hole being enlarged to the bottom.
  • the profile thus comprises a lower part in " ⁇ >" or in V at 90 ° with respect to the slice 13c.
  • the holes can also be simply frustoconical profile.
  • Each LED 2 ' is arranged on the bottom of an insert 65 of substantially complementary shape to the hole (or the groove alternatively).
  • Each LED may also be arranged on a perforated portion of the insert, for example so as to be flush with it.
  • the insert 65 is fully or partially housed in the hole by force mounting and / or by mounting on the side of the guide 1.
  • the insert 65 may be (partly) metallic to participate in the heat dissipation by lateral contact with the glass 1.
  • the LEDs 2 ' are parallel to the flat bottom of the hole and have (only) two oblique main directions of radiation (only one being represented for greater clarity) with, after refraction, have an incidence ⁇ 0 greater than that of total reflection.
  • Each main direction forms an angle ⁇ s with the normal to the face of the chip (as in the configuration illustrated with the main face 12).
  • ⁇ s ⁇ Arcsm (n ⁇ cos ⁇ r )
  • ⁇ s ⁇ ArCSm H 1 cos ⁇ r
  • ⁇ ma ⁇ are intrinsic data of LEDs. It is assumed that the LEDs are in the air. If we choose to place the LEDs (for example, naked chips) in another medium (index resin, index liquid) of index nO, we can define in this middle a half angle at the effective vertex i! Weff and an effective angle ⁇ is ff. However, the relationships above to be satisfied are unchanged.
  • n0 is chosen to be less than the index of the guide n1 and if the LED is collimated with an index n3 of the lens, n3 ⁇ nO ⁇ n is preferably chosen to limit the reflections.
  • the frame 3b with main sections of the same size and a lateral section 32b of the frame along the edge, serves to protect and hide the LEDs, and supports the insert 65.
  • This frame is not necessarily metallic and / or reflective.
  • This framework can be omitted.
  • This structure 300 is particularly suitable in applications where it is necessary for the LEDs to be in a fastening system. This is for example a door illuminating.
  • Figure 7 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light structure 310 with a plane guide and LED in a seventh embodiment of the invention.
  • the light structure 310 differs from the structure 300 in several points:
  • the coupling portion 13c is tapered; the main direction of each LED is perpendicular to the emitting face and to the bottom of the hole;
  • Each LED 2 is arranged on the bottom of an insert 6 of complementary shape to the hole and coupled to a fastener.
  • the incidence ⁇ 0 of the principal direction is greater than the incidence of total reflection ⁇ r .
  • the hole is frustoconical.
  • the angle between the flat bottom and the main face can in particular be chosen to be greater than ⁇ + Arcsin (- 1 ⁇ *), so that all the refracted rays have an incidence greater than that of total reflection.
  • This structure 310 is particularly suitable in applications where it is necessary for the LEDs to be in a fastening system. This is for example a door illuminating.
  • the insert 6 and the fastener are shown in more detail in FIG.
  • the insert 6 has a peripheral wall 6b connected to a metal base 6a.
  • This insert is elastically deformable, or plastically so as to allow its introduction into the hole.
  • the outer face of the wall 6b is connected to the bottom 6a by a curved region whose shape allows it to come to marry that of the concave region 5 of the hole 5c.
  • the arched region is extended by a cylindrical wall of low height, which is intended to abut against the cylindrical region defining the hole, to end, after an inward recess, by another cylindrical region.
  • the inner face of the wall 6b comprises, in the vicinity of the bottom 6a, a peripheral notch, the remainder of the inner face of said wall 6a having a thread. Furthermore, the wall 6b comprises, from its flat upper edge - which is intended to come into the mounting position, in the plane of the beveled edge 13a, four regularly spaced radial cuts and relatively deep, extending until near the bottom 6a.
  • the side wall 6b is thus divided into four “petals", which, in combination with the indentation, give the insert 6 a flexibility, the "petals” can thus flex inwards to allow the introduction by elastic deformation, or plastic, of the insert into a hole; Once insert 6 introduced, the petals return to their original position, marrying the regions defining the hole. Once in place, the insert 6 receives a connecting element 60 of the guide
  • This connecting element 60 makes it possible to ensure the self-locking of the insert. Only the part of the connecting element can be seen in the drawing 60 which cooperates with the insert 6 and which is constituted by a rod whose end region comprises a thread for fixing the element 60 to the guide 1 by screwing. The opposite end of the rod (which is not shown) is arranged to allow the connection to the chosen support.
  • This rod is furthermore metal is pierced to accommodate current supply members 61 opening on electrical contacts 62 formed on the bottom of the rod and in electrical connection with the bottom 6a after screwing. The length of the rod may be limited to remain in the recessed area of the wafer.
  • each LED 2 is placed on the bottom of the rod 60 'and the bottom 6'a of the insert 6' is hollow to bring the LED 2 near the bottom of the hole.
  • Figure 10 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light-guide structure 320 with a plane guide and LED in an eighth embodiment of the invention.
  • the light structure 320 differs from the structure 300 in several points:
  • each LED has only one main direction, perpendicular to the emitting face of the chip and to the face of the hole;
  • the hole 5'c is a groove opening on one side (not shown), is frustoconical profile
  • the insert 6 is common to a group of LEDs or to all the LEDs
  • the insert 6 is for example metallic and opaque, and is deformable. It is flush or salient with respect to the slice 13a depending on the type of assembly chosen (by the side of the groove or by the beveled slice).
  • FIG. 11 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light structure 400 with a plane guide and LED in a ninth embodiment of the invention.
  • the light structure 400 differs from the structure 300 in several points:
  • each LED 2 ' is housed in a groove without retention profile, non-opening, with a V-shaped bottom 5d whose tip is oriented towards the inside of the guide, thus giving two faces for refraction,
  • the insert 65 is replaced by a base 65 'of simple shape, for example parallelepipedal,
  • Each of the two main directions is perpendicular to the associated refraction face.
  • Each principal direction forms an angle ⁇ s with the normal at the surface of the chip and, in the illustrated configuration, is parallel with the main face 12.
  • n0 is chosen to be less than the index of the guide n1 and if the LED is collimated with an index n3 of the lens, n3 ⁇ nO ⁇ n is preferably chosen to limit the reflections.
  • ⁇ (and / or ⁇ s ) is chosen such that:
  • FIG. 12 schematically represents a partial view in longitudinal section of a light structure 500 to planar and LED guide in a tenth embodiment of the invention.
  • This light structure differs from the structure 400 in that the groove 5e is entirely in V and in that the lateral section 32c has an extra thickness to carry the LEDs instead of an attached base.
  • Figure 13 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light structure 210 with a plane guide and LED in an eleventh embodiment of the invention.
  • This light structure 210 differs from the structure 100 in that:
  • the LEDs 2 are simple chips 20, and are glued to the bevelled slice,
  • the frame 35 solid or alternatively hollow, occupies the recessed area by surrounding the LEDs, and is fixed by any known means to the wafer,
  • Figure 14 schematically shows a partial view in longitudinal section of a light structure 600 with a plane guide and LED in a twelfth embodiment of the invention.
  • This light structure 600 comprises a plane guide for example similar to the guide of the first embodiment of the invention, described with reference to FIG.
  • the slice 13'a is bevelled, polished and forms an angle ⁇ with the second face 12.
  • this slice 13'a is covered with a reflective layer.
  • LEDs 2 chosen with collimation lenses, are housed in a groove 50 with a hemispherical profile and, for example, a groove made in the second main face 12.
  • Each LED 2 has only one main direction of the radiation (symbolized by the double arrow) perpendicular to its emitting face. max corresponds to the half-angle at the top of the emission cone of the LED.
  • This emitting face of the LED forms an angle ⁇ with the face 12
  • ⁇ 0 is greater than said incidence of total reflection û r .
  • ⁇ is greater than 25.6 °. If ⁇ is zero, the separate angle of 45 ° is chosen.
  • the half-angle at the peak ⁇ max of 20 ° and ⁇ equal to 10 °, ⁇ is greater than 35.6 °. If ⁇ is zero, the separate angle of 45 ° is chosen.
  • the hole has a retention profile, or any other profile. If one chooses to place the LEDs (for example, naked chips) in another medium (index resin, index liquid) of index nO, the above relations to be satisfied are unchanged because all the rays are perpendicular to the refraction face 50.
  • FIG. 15 schematically represents a partial view in longitudinal section of a planar light and LED light structure 700 in a twelfth embodiment of the invention.
  • This light structure 700 differs from the light structure 600 by the following characteristics:
  • the slice 13 is straight and (possibly) without plane mirror
  • the LED is housed in a hole 50a of the first face 11 (hemispherical profile), so that the main direction strikes, after refraction, directly the second main face 12 at an incidence greater than that of total reflection.
  • FIG. 16 is a schematic representation of a partial view in longitudinal section of a planar light and LED light structure 800 in a thirteenth embodiment of the invention.
  • This light structure 800 differs from the light structure 700 by the shape of the hole (which is not a groove) with a right side wall and an oblique side wall forming a refractive face 50b.
  • the angle formed by the refractive face 50b with the main face encountered 12 may be chosen greater than ⁇ + Arcsin (- 1 ⁇ *), so that all n ⁇ the refracted rays are in incidence greater than that of total reflection
  • FIG. 17 schematically represents a partial view in longitudinal section of a planar light and LED light structure 900 in a fourteenth embodiment of the invention.
  • This light structure 900 comprises a plane guide for example similar to the guide described in relation with FIG.
  • Two series of LEDs 2 are housed in a groove 50c made, for example in the middle, in the first main face 11.
  • the groove has a pointed V-section oriented towards the guide, giving two refractive faces, for example at an angle law.
  • the groove is open or not.
  • These series of LEDs each have a single main direction of radiation (symbolized by double arrows) perpendicular to the associated refractive face 50c and, after refraction, in incidence ⁇ 0 greater than the incidence of total reflection ûr.
  • each refractive face 50c with the main face encountered 12 may be chosen greater than ⁇ r + Arcsin (- 1 ⁇ *), so that all n ° the refracted rays are in incidence greater than that of total reflection A
  • These LEDs are by an opaque and / or metallic frame 35 'fixed on either side of the face 11. The LEDs are masked on the face side 12 by an opaque and / or decorative band 120'.

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Abstract

La présente invention concerne une structure lumineuse (100,) qui comporte : un guide plan (1) pour un rayonnement visible ou ultraviolet doté d'une tranche (13a) et de deux faces principales (11, 12) sensiblement parallèles dont l'une au moins est extractrice d'au moins une partie dudit rayonnement, au moins une source quasi ponctuelle (2) dudit rayonnement, telle qu'une diode électroluminescente, couplée au guide pour une propagation dudit rayonnement à l'intérieur du guide, ladite source (2) présentant au moins une direction principale d'émission du rayonnement et étant agencée de sorte que, après réfraction sur le guide, la direction principale d'émission a une incidence (Formule I) par rapport à au moins la première face principale rencontrée (12) supérieure à l'incidence de réflexion totale (Formule II) donnée par la relation (Formule III) avec n1 défini comme l'indice optique de réfraction du guide.

Description

STRUCTURE LUMINEUSE A GUIDE PLAN ET A SOURCE QUASI PONCTUELLE ET SES APPLICATIONS
La présente invention est relative à une structure lumineuse et plus particulièrement relative à une structure lumineuse à guide plan et à au moins une source quasi ponctuelle.
Les structures connues à injection de lumière dans la tranche d'un guide optique sont largement utilisées pour des affichages lumineux, notamment pour les enseignes ou pour de la signalétique, ou pour des terminaux d'affichage d'ordinateurs et d'appareils électroniques similaires.
De la lumière produite par une source est introduite dans le guide par une (ou plusieurs) de ses bords latéraux formant la tranche, la lumière sortant du guide par une (ou deux) de ses deux faces principales généralement parallèles entre elles. Le guide est généralement en forme de plaque mince, généralement plan, constitué d'un matériau translucide ou transparent, de verre ou de plastique.
On connaît en particulier des structures lumineuses à éclairage par la tranche qui comportent comme sources de lumière quasi ponctuelles une pluralité de diodes électroluminescentes (dites couramment DEL ou LED en anglais) disposées en regard et/ou le long de la tranche du guide de lumière.
La demanderesse a constaté que de telles structures à diodes électroluminescentes ne sont pas optimisées en termes de couplage (ou injection) et/ou d'extraction. En effet, une partie de la lumière ne rentre pas dans la tranche et/ou la majorité de la lumière se propage dans l'épaisseur du guide sans jamais rencontrer la ou les faces extractrices, cette lumière étant ainsi inexploitée.
La présente invention a pour premier objet de proposer une structure lumineuse à guide plan et à source(s) quasi ponctuelle(s) améliorée en termes de couplage et/ou d'extraction. La demanderesse a constaté en outre que les dispositifs de l'art antérieur ne sont pas suffisamment robustes et/ou sont encombrants et/ou les diodes électroluminescentes sont agencées de manière complexe. Un autre objectif de l'invention est donc de proposer une structure lumineuse à guide plan et à source(s) quasi ponctuelle(s) simple, fiable et de préférence la plus compacte possible.
A cet effet, la présente invention propose d'abord une structure lumineuse qui comporte :
- un guide plan pour un rayonnement visible ou ultraviolet doté d'une tranche et de deux faces principales sensiblement parallèles dont l'une au moins est extractrice d'au moins une partie dudit rayonnement, - au moins une source quasi ponctuelle dudit rayonnement, telle qu'une diode électroluminescente, couplée au guide pour une propagation dudit rayonnement à l'intérieur du guide, ladite source présentant au moins une direction principale d'émission du rayonnement et étant agencée de sorte que, après réfraction sur le guide, la direction principale d'émission a une incidence par rapport à au moins la première face principale rencontrée supérieure à l'incidence de réflexion totale θr donnée par la relation θr = Arcsin( — ) avec ni défini comme l'indice optique n\ de réfraction du guide pour ledit rayonnement.
La source quasi ponctuelle ainsi agencée assure à la fois une meilleure injection et une meilleure extraction. Naturellement avec deux faces principales parallèles, l'incidence par rapport à la face principale rencontrée en deuxième est également supérieure à l'incidence de réflexion totale θr.
Dans la présente invention, les symbolesθ , θ ou ϋ sont équivalents. La première face peut être lisse et/ou être revêtue partiellement ou totalement.
Le rayonnement peut se propager à l'intérieur du guide par réflexions totales successives. Dans une autre configuration, il n'y a pas de zone(s) de réflexion totale.
Plus précisément, sur la première face rencontrée, la réflexion de la direction principale, peut être totale ou partielle, même avec une incidence supérieure à l'incidence de réflexion totale. La réflexion totale ou partielle peut intervenir sensiblement sur toute la première face ou par zone(s). La première face peut comprendre par exemple une zone extractrice par exemple pour former un éclairage (décoratif, architectural etc) uniforme sensiblement sur toute la surface principale, ou des zones extractrices par exemple pour former des bandes lumineuses.
L'extraction peut s'obtenir par exemple par texturation (suivant une géométrie régulière ou par une rugosité aléatoire adéquate) ou en rapportant un système tel qu'une couche diffusante sur la première face. Toute zone extractrice peut extraire de l'intérieur du guide une partie du rayon principal et/ou d'autres rayons lumineux émis par la source, alors stoppés dans leur propagation.
Dans le cas d'une injection par la tranche, on peut prévoir par exemple que sur une bande périphérique de la première face, par exemple large de quelques mm ou plus, la réflexion soit totale. Cette bande peut par exemple être une zone de masquage de la source par exemple par une couche en émail et/ou une zone avec un élément d'assemblage de la source.
Le guide peut être parallélépipédique, avec des faces principales rectangulaires, carrées ou même de toute autre forme (ronde, ovale, polygonale...). De manière avantageuse, pour un meilleur couplage, la direction principale du rayonnement est perpendiculaire à la surface d'entrée du guide (tranche ou face principale...) afin de limiter des pertes par réflexion.
Dans un mode de réalisation avantageux, la majorité des rayons lumineux émis par la source, et de préférence l'ensemble des rayons lumineux a, après réfraction sur le guide, une incidence par rapport à la première face supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
Cela permet de mieux exploiter le rayonnement utile pour l'extraction en limitant le rayonnement inexploité. Cela permet aussi de contrôler l'extraction en évitant que de rayons ne sortent dans une zone lisse ou nue de la première face, zone non choisie comme extractrice.
De manière générale, la source peut être notamment jusqu'à 10 mm de la face d'entrée ou de réfraction du guide. Dans un mode de réalisation particulier, ladite source présentant une autre direction principale d'émission du rayonnement, la source est agencée de sorte que l'autre direction principale d'émission, a, après réfraction sur le guide, une incidence par rapport au moins à la face d'abord rencontrée (ladite première face ou l'autre face principale) supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
La tranche peut présenter au moins une partie biseautée, préférentiellement polie pour éviter les pertes par diffusion, cette partie laissant une zone évidée. Dans une première configuration, la partie biseautée peut former un angle α avec la première face rencontrée et choisi pour que la majorité des rayons lumineux émis par la source, et de préférence l'ensemble des rayons lumineux a, après réflexion ou réfraction sur la partie biseautée, une incidence (par rapport à la face principale d'abord rencontrée) supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
Cette première configuration est particulièrement intéressante pour une source collimatée car tous les rayons sont injectés dans le guide sont piégés ou exploités pour l'extraction (aux pertes d'absorption près).
Dans l'hypothèse où la source est couplée par la tranche et la direction principale est perpendiculaire à la partie biseautée, on peut choisir
α >θr + Arcsin( — 1^* ) , où ϋmax correspond au demi angle au sommet du n\ cône d'émission de la source, pour que même l'incidence du rayon lumineux extrême du cône soit supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
Plus largement, lorsque la face ou la zone de réfraction du guide (sur la tranche ou sur l'une des faces principales) est plane et inclinée d'un angle γ par rapport à la première face principale rencontrée et que la direction principale d'émission est perpendiculaire à cette zone de réfraction, on peut choisir cet angle en reprenant la formule donnée ci-dessus pour l'angle α.
Dans l'hypothèse où la source est couplée par l'une des faces principales, où la direction principale est perpendiculaire à la face émettrice de la source et cette face émettrice forme un angle β avec la face d'abord rencontrée du guide, on peut choisir α > - pour que l'incidence de la
direction principale soit supérieure à ladite incidence de réflexion totale. On β +Û +θ choisit encore plus préférentiellement α > — où ύ-max correspond au
2 demi angle au sommet du cône d'émission de la source pour que même l'incidence du rayon lumineux extrême du cône soit supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
En particulier, dans l'hypothèse où la source est couplée par l'une des faces principales, est parallèle à cette face (donc β est égal à 0) et la direction principale est perpendiculaire à ladite face principale, on choisit
α > ^ et distinct de 45°.
2
Inversement, pour un angle a donné, on peut aussi choisir une source quasi ponctuelle appropriée ainsi que l'agencement approprié.
La partie biseautée peut être réfléchissante (par exemple un miroir plan), et la source peut être logée dans un trou formé en périphérie de la première face (notamment une rainure) et positionnée pour permettre une réflexion sur la partie biseautée donnant ladite incidence pour au moins la direction principale et de préférence donnant ladite incidence pour la majorité des rayons lumineux.
La source peut en outre être avantageusement masquée d'un côté par la partie biseautée réfléchissante, par exemple sous forme d'une couche métallique (argent notamment). Dans certains cas, il peut être plus facile de faire un trou dans la face de montage (ou déjà assemblée) que de coupler la source à la tranche.
Toutefois, la source peut aussi être disposée dans une zone évidée de la tranche qui n'est pas un trou et qui est de préférence une zone complémentaire d'un biseau et/ou d'une surface convexe. La zone évidée peut être obtenue directement lors de la fabrication du guide ou par façonnage d'un guide par exemple à bord droit. Cette zone évidée de préférence peut comprendre un réflecteur, encore plus préférentiellement de type miroir parabolique ou (a)sphérique, ce réflecteur étant apte à orienter parallèlement à la direction principale la majorité des rayons lumineux émis par la source et réfléchis par la tranche. Ce réflecteur assure un recyclage optimal des rayons lumineux et peut aussi servir comme support et/ou élément de protection et/ou élément de masquage de la source.
La tranche peut présenter une face pour la réfraction qui est non plane et aménagée dans la partie biseautée, et, la source présentant un cône émission donné, la face pour la réfraction peut être de préférence plus large que le cône d'émission et être choisie parmi une face concave, convexe, sphérique, hyperbolique et asphérique.
Ainsi, cela peut permettre de rediriger de la direction principale d'émission et/ou une collimation. La source, disposée dans la zone évidée et de préférence collimatée, peut être collée sur la tranche, tranche en biseau ou convexe. Pour limiter les réflexions, on choisit en particulier une colle avec un indice optique de réfraction intermédiaire entre l'indice du guide et celui du milieu externe ou le cas échéant de la lentille. La source peut être dans un moyen de protection et/ou de maintien de la source qui est à l'intérieur de la zone évidée, notamment un profilé en U, et/ou qui occupe la majorité de la zone évidée.
Ce moyen peut être fixé à la tranche de couplage par collage, encliquetage, par des boulons etc.. Ce moyen de protection et/ou de maintien peut être métallique (en inox par exemple) et peut éventuellement participer à l'évacuation de chaleur (surtout pour des hautes puissances) par contact direct ou indirect avec le guide choisi en verre.
Ce moyen de maintien et/ou de protection peut présenter en outre l'une ou les caractéristiques suivantes :
- s'étendre tout le long du bord de la tranche, notamment lorsque le trou est une rainure, et être mince, - être opaque, pour dissimuler la source et/ou une lumière directe sortante,
- être réfléchissant (en aluminium par exemple) ou avoir au moins une face interne réfléchissante (argent, aluminium) pour recycler des rayons,
- être une pièce monolithique ou en plusieurs parties,
- porter directement la ou les sources ou être porteur d'une embase supportant la ou les sources.
De manière générale, la source peut être logée dans un trou du guide disposé sur la tranche ou sur l'une des deux faces principales (en bordure ou non).
Le trou de préférence peut former une rainure le long du guide, pour loger une pluralité de sources, rainure non débouchante ou débouchante sur au moins un côté notamment pour faciliter un montage par le côté. Le fond du trou peut être plan ou être concave, convexe, sphérique, hyperbolique ou asphérique.
Dans un mode de réalisation, la source et une autre source quasi ponctuelle sont logées dans ledit trou avec deux faces pour la réfraction en forme de V. Les faces pour la réfraction forment par exemple un angle sensiblement de 90°. Chaque face de réfraction peut former un angle choisi de la même manière que l'angle α d'une partie biseautée.
L'une des faces principales et/ou au moins un bord de la tranche non couplé à la source pour injecter ledit rayonnement peut présenter en outre de préférence au moins une partie réfléchissante, et de préférence une couche réfléchissante couvre sensiblement ladite face et/ou ledit bord.
Cette partie réfléchissante peut couvrir des irrégularités de surface et avoir une fonction de miroir par exemple pour une lampe plane.
Par ailleurs le trou peut présenter un profil de rétention (autrement une section de rétention) pour faciliter la fixation de la source. La présente invention propose aussi une structure lumineuse qui comporte: - un guide plan pour un rayonnement visible ou ultraviolet doté d'une tranche de deux faces principales dont l'une au moins est extractrice d'au moins une partie dudit rayonnement,
- au moins une source quasi ponctuelle dudit rayonnement, telle qu'une diode électroluminescente, couplée au guide pour une propagation dudit rayonnement à l'intérieur du guide, ladite source étant logée dans un trou aménagé dans le guide et présentant un profil de rétention.
Ce trou peut être disposé sur la tranche ou sur l'une des faces principales. Le trou peut être une rainure latérale, le long de la tranche, éventuellement débouchante sur au moins un côté pour faciliter le montage.
Le profil de rétention peut être tronconique, courbe, facetté, concave tourné vers l'intérieur notamment en coupelle, en forme de T, de trou de serrure. La forme en coupelle permet de mieux répartir les efforts en cas de fixations de la structure par des éléments de liaison.
Le profil de rétention peut être aussi sensiblement en forme de losange ou de carré ou schématiquement en forme «< >» c'est-à-dire avec deux V tourné à 90° de la face principale de couplage ou de la tranche de couplage.
Le fond du trou est éventuellement facetté. Dans une première configuration, la source peut être montée dans un insert comportant une paroi latérale de forme sensiblement complémentaire au trou (formant éventuellement une rainure) et un fond porteur de la source. De cette façon, l'insert étant bloqué dans le trou, la source est maintenue fermement avec la bonne orientation. La face interne de l'insert peut comprendre des contacts électriques sous forme de couches et être en liaison électrique avec la source.
Dans une deuxième configuration, un insert, avec une paroi latérale de forme sensiblement complémentaire au trou et un fond creux ou percé, est logé dans le trou, l'insert étant apte à coopérer avec un élément de liaison pour assurer un autoblocage de l'insert dans le trou, une extrémité dudit élément de liaison étant porteur de ladite source et pouvant être porteur d'organes d'amenée de courant. Dans ces deux configurations, l'insert peut être métallique, venu de moulage dans une matière plastique et est préférentiel lement en matériau déformable.
L'insert peut être saillant, notamment bicomposite, par exemple avec un organe de préhension métallique, permanent ou provisoire. Ceci permet de faciliter le (dé)montage, sans utiliser d'élément de liaison.
Dans un mode de réalisation, la source est couplée par l'un des bords latéraux de la tranche, dit bord de couplage pour l'injection du rayonnement, et est disposée dans un moyen de maintien et/ou de protection de la source comprenant trois tronçons plans (d'un seul tenant ou assemblés):
- deux tronçons principaux en regard des faces principales, voire de préférence en contact avec les faces principales,
- et un tronçon latéral, en regard du bord de couplage, voire de préférence en contact avec le bord de couplage, ledit moyen de maintien et/ou de protection étant apte à pincer le guide ou les deux tronçons principaux étant munis de pattes s'engageant dans des encoches pratiquées sur les faces principales du guide.
L'un ou les tronçons peuvent présenter en outre l'une ou les caractéristiques suivantes : - s'étendre tout le long du bord de couplage (ou de la face associée), notamment lorsque le trou est une rainure, et être mince
- être opaque, pour dissimuler la source et/ou une lumière directe sortante,
- être réfléchissant (en aluminium par exemple) ou avoir au moins une face interne réfléchissante (argent, aluminium) pour recycler des rayons.
Le tronçon latéral peut porter directement la ou les sources ou être porteur d'une embase supportant la ou les sources.
Ce moyen de protection et/ou de maintien peut être métallique (en inox par exemple) et peut éventuellement participer à l'évacuation de chaleur (surtout pour des hautes puissances) par contact direct ou indirect avec le guide choisi en verre, Lorsque la tranche est biseautée, l'un des tronçon principaux peut être plus long pour atteindre la face principale associée, l'autre restant de préférence le plus court possible.
De manière avantageuse, la structure selon l'invention peut comporter une pluralité de sources, notamment dans une répartition régulière le long d'un bord ou d'une pluralité de bords de la tranche (opposés ou non) et/ou dans une répartition régulière le long d'au moins l'une des faces principales, dans une zone périphérique ou non de cette face.
Dans un mode de réalisation préféré, une pluralité de sources sont couplées à des moyens de pilotage permettant d'émettre de la lumière soit en permanence, soit par intermittence, avec différentes intensités, soit d'une couleur donnée, soit de différentes couleurs.
Cela confère une modularité (en intensité et/ou en couleurs) et/ou donne lieu à des économies d'énergie ou le cas échéant à une meilleure lisibilité d'un élément signalétique.
La source peut aussi émettre un rayonnement UV excitateur d'un émetteur dans le visible, par exemple un rayonnement dans l'UVC (entre 200 et 280 nm).
Le guide plan peut être en un matériau transmettant le rayonnement UV choisi de préférence parmi le quartz, la silice, le fluorure de magnésium (MgF2) ou de calcium (CaF2), un verre borosilicate, un verre avec moins de 0,05% de Fe2O3.
A titre d'exemples, pour des épaisseurs de 3 mm :
- les fluorures de magnésium ou de calcium transmettent à plus de 80% voire 90% sur toute la gamme des UVs (VUV, UVC, UVB, UVA),
- le quartz et certaines silices haute pureté transmettent à plus de 80% voire 90% sur toute la gamme des UVs.
La source peut aussi émettre un rayonnement excitateur UV ou proche UV c'est-à-dire entre 360 et 400 nm. Les verres borosilicates comme le borofloat de Schott transmettent à plus de 70% sur toute la gamme des UVA (pour 3 mm d'épaisseur). Les verres silicosodocalciques avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fe2O3, notamment le verre Diamant de Saint-Gobain, le verre Optiwhite de Pilkington, le verre B270 de Schott, transmettent à plus de 70% voire 80% sur toute la gamme des UVA (pour 3 mm d'épaisseur).
Le guide plan peut être très mince ou relativement épais, par exemple jusqu'à 20 mm notamment pour du verre.
En outre, la structure lumineuse selon l'invention peut comporter des moyens pour convertir le rayonnement choisi UV en rayonnement visible, de préférence sous forme d'une couche, notamment de luminophore(s), sur la ou les faces extractrices. La source de type diode peut être encapsulée c'est-à-dire comprendre une puce semi-conductrice et une enveloppe, par exemple en résine type époxy ou PMMA, encapsulant la puce. Les fonctions de cette enveloppe peuvent être multiples : protection de l'oxydation et de l'humidité, élément diffusant ou de collimation, conversion de longueur d'onde ... La diode peut être par exemple une puce semi-conductrice sans lentille de collimation par exemple de taille de l'ordre de la centaine de μm ou du mm ; et éventuellement avec une encapsulation minime par exemple de protection.
Ainsi, la diode peut être choisie notamment parmi au moins l'une des diodes électroluminescentes suivantes :
- une diode dont la direction principale d'émission est perpendiculaire ou oblique par rapport la surface émettrice de la diode,
- une diode présentant deux directions principales d'émission obliques par rapport la surface émettrice de la diode donnant une forme d'aile de chauve souris (« batwing » en anglais), les deux directions étant par exemple centrées sur des angles entre 20 et 40° et entre - 20 et -40° avec des demi angles au sommet de l'ordre de 10° à 20°,
- une diode présentant (uniquement) une ou deux directions principales d'émission obliques par rapport la surface émettrice de la diode, les deux directions étant centrées sur des angles par exemple entre 60 et 85° et entre -60 et -85° avec des demi angles au sommet de l'ordre de 10° à 30°, - une diode de faible puissance pour fonction décorative ou une diode de puissance.
Le diagramme d'émission d'une source peut être lambertien. Typiquement, une diode collimatée peut présenter un demi angle au sommet pouvant descendre jusqu'à 2 ou 3°.
La source peut être de « haute puissance » c'est-à-dire supérieure à 0,2 W ou de luminosité supérieure à 5 lumens.
Le guide peut être transparent ou translucide. De préférence, le facteur de transmission (perpendiculairement aux faces principales) autour du pic du rayonnement est supérieur ou égal à 50%, encore plus préférentiel lement supérieur ou égal à 70%, et même supérieur ou égal à
80%.
Le guide peut être en plastique (par exemple polycarbonate ou polyméthacrylate de méthyle PMMA). De préférence le guide peut être minéral, et notamment un verre. Le verre peut être faiblement teinté dans la masse.
On choisit préférentiellement parmi un verre transmettant ledit rayonnement UV, un verre silico-sodo-calcique, un verre clair et un verre extraclair. L'élément diélectrique peut ainsi présenter une transmission lumineuse TL supérieure ou égale à 90 % et préférentiellement supérieure ou égale à 91,5% (verre appelé extraclair). On peut se référer à la demande WO04/025334 pour la composition d'un verre extraclair.
On peut choisir en particulier un verre silicosodocalcique avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fe2O3. On peut choisir le verre Diamant de Saint- Gobain, le verre Albarino de Saint-Gobain (texture ou lisse), le verre Optiwhite de Pilkington, le verre B270 de Schott.
Le verre a éventuellement subi un traitement chimique ou thermique du type durcissement, recuit ou trempe.
Le guide peut faire partie d'un vitrage multiple, notamment un vitrage sous vide ou avec lame d'air ou autre gaz ou un vitrage feuilleté. Comme intercalaire de feuilletage usuel, on peut citer le polyuréthane (PU) utilisé souple, un thermoplastique sans plastifiant tel que le copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA), le polyvinyl butyral (PVB). Ces plastiques ont par exemple avec une épaisseur entre 0,2 mm et 1,1 mm, notamment 0,38 et 0,76 mm.
La structure peut aussi être monolithique pour gagner en compacité et/ou en légèreté.
La structure peut former un panneau éclairant, décoratif, architectural, de signalisation, panneau d'affichage - par exemple du type dessin, logo, signalisation alphanumérique disposés aussi bien en extérieur qu'en intérieur - un dispositif de rétroéclairage d'un écran à cristaux liquides. Le vitrage peut être destiné au bâtiment, formant ainsi une façade éclairante ou une fenêtre éclairante, à un vitrage destiné à un véhicule de transport, tel qu'une lunette arrière, une vitre latérale ou un toit d'automobile, ou à tout autre véhicule terrestre, aquatique ou aérien, à l'éclairage routier ou urbain, à un vitrage destiné au mobilier urbain tel qu'un abribus, à une balustrade, à un présentoir, à un étalage de bijouterie, à une vitrine, un élément d'étagère, à un aquarium, à une serre, à un vitrage destiné à l'ameublement intérieur, notamment à l'éclairage d'une paroi de salle de bains ou d'un plan de travail de cuisine, à un miroir, à un meuble, à un vitrage électrocommandable. La structure peut par ailleurs intégrer toutes fonctionnalisations connues dans le domaine du vitrage, de préférence sur une face non extractrice. Parmi les fonctionnalisations on peut citer : couche hydrophobe/oléophobe, hydrophile/oléophile, photocatalytique antisalissure, empilement réfléchissant le rayonnement thermique (contrôle solaire) ou infra rouge (bas-émissif), antireflet.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture des exemples de structures lumineuses selon l'invention illustrées par les figures suivantes :
• Les figures 1 à 7 représentent schématiquement des vues de coupe de structures lumineuses à guidage par la tranche et à DEL dans différents modes de réalisation de l'invention ; • Les figures 8 et 9 représentent schématiquement des inserts et éléments de liaison utilisés pour le mode de réalisation décrit en figure 7,
• Les figures 10 à 17 représentent schématiquement des vues de coupe de structures lumineuses à guidage par la tranche et à DEL dans différents modes de réalisation de l'invention.
On précise que par un souci de clarté les différents éléments des objets (y compris les angles) représentés ne sont pas nécessairement reproduits à l'échelle. En outre, sur les figures, les rayons lumineux ne suivent pas nécessairement rigoureusement les lois de l'optique.
La figure 1 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 100 à guide plan et à diodes électroluminescentes dites DEL, dans un premier mode de réalisation de l'invention.
Cette structure lumineuse 100 comprend un guide plan, par exemple parallélépipédique, de préférence une feuille 1 en verre, par exemple épaisse de 4 ou 6 mm, et préférentiel lement d'absorption très faible pour un rayonnement monochromatique dans le visible ou même de plusieurs rayonnements dans le visible. On préfère ainsi un verre avec un coefficient d'absorption linéique inférieur ou égal à 1,8 10'3 mm'1 dans le visible. On ainsi choisit de préférence un verre sodocalcique extraclair, tel que le verre de la gamme Albarino de Saint Gobain. Le guide 1 est doté de première et deuxième faces principales parallèles 11, 12 et d'une tranche 13a.
Des DEL 2 sont couplées au guide par la tranche 13a pour une propagation du rayonnement émis par les DEL dans l'intérieur du guide. Ces DEL présentent une seule direction principale du rayonnement (symbolisé par la double flèche) et un cône d'émission de demi angle au sommet ύ-max. Les DEL 2 peuvent être collimatées ou être de simples puces semi-conductrices avec ou sans encapsulation de protection et sans lentille. Chaque diode 2 est agencée de sorte que, après réfraction sur la tranche 13a, la direction principale d'émission a une incidence û0 par rapport à la première face rencontrée 12 supérieure à l'incidence de réflexion totale ûr.
La direction principale d'émission est perpendiculaire à la tranche 13a, qui pour favoriser l'injection, est biseautée et polie sur toute l'épaisseur et forme un angle α avec la deuxième face 12.
On choisit α pour que l'ensemble des rayons lumineux aient, après réfraction sur la tranche, une incidence par rapport à la face d'abord rencontrée 12 supérieure à l'incidence de réflexion totale ûr. Ainsi, α est
donné par la relation suivante : α >-&r + Arcsin( — m ) . n\
Par exemple pour du verre dont l'indice est de l'ordre de 1,52 dans le visible et le demi angle au sommet ύ-max est de 20°, cela donne un angle α > 55°. On choisit par exemple α égal à 56°.
Ainsi, même l'incidence û" du rayon lumineux extrême (symbolisé par une simple flèche), après réfraction, est supérieure à l'incidence de réflexion totale.
Inversement, pour un angle a donné, on peut choisir une diode avec un demi angle au sommet ûmax rendant possible l'incidence de réflexion totale. ϋmax est une donnée intrinsèque de DEL On suppose que les DEL sont dans l'air.
Si on choisit de placer les DEL (par exemple des puces nues) dans un autre milieu (résine d'indice, liquide d'indice) d'indice nO, on peut définir un demi angle au sommet effectif ύ-maxeff, demi angle alors défini dans ce milieu. La relation devient :
α >ϋr + Λrcsin(n°Sm( ""^) c'est-à-dire α >ûr + Arc sin(Sm(-ϋ ^) ni n\
La relation à satisfaire est donc inchangée.
On choisit de préférence nO inférieur à l'indice du guide ni et si la DEL est collimatée avec un indice n3 de la lentille on choisit de préférence n3 < nO < ni pour limiter les réflexions. La tranche biseautée 13a laisse une zone évidée complémentaire où les DEL 2 sont disposées, dans une répartition régulière le long de cette tranche.
La tranche peut être biseautée sur une longueur limitée (et non pas sur toute l'épaisseur du guide), longueur suffisante pour recevoir directement tous les rayons lumineux des DEL.
Le bord latéral droit (non représenté) et opposé à cette tranche biseautée 13a porte une couche miroir pour recycler les rayons. Dans une variante, ce bord opposé est biseauté et d'autres DEL, similaires ou non, sont agencées pour l'incidence de réflexion totale.
Par ailleurs, les DEL 2 sont préférentiellement protégées et masquées par un cadre métallique 3, de préférence réfléchissant par exemple en aluminium, formé de trois tronçons plans (d'un seul tenant ou assemblés) dont : - deux tronçons principaux 31, 33 respectivement en contact avec les des deux faces principales, tronçons de longueurs distinctes et de préférence les plus courts possibles, - et un tronçon latéral 32 en regard de la tranche 13a, et perpendiculaire aux tronçons principaux. Les deux tronçons principaux 31, 33 sont munis de pattes s'engageant dans des encoches pratiquées sur les faces principales 11, 12. Le cadre 3 peut être formé par pliures.
Plus précisément, les DEL 2 sont fixées sur un coin du cadre 3, sur une pièce 34 rapportée sur le cadre, ou en variante sur une surépaisseur du cadre. Les DEL sont couplées à des moyens de pilotage (non représentés) permettant d'émettre de la lumière soit en permanence, soit par intermittence, et soit d'une couleur donnée, soit de différentes couleurs.
La deuxième face 12 porte par exemple un miroir plan 120, par exemple une couche d'argent ou d'aluminium qui peut masquer des défauts. Pour certaines applications (dalles éclairantes, lampes planes décoratives ou architecturales notamment panneau mural, plafonnier, cloison séparatrice, élément de salle de bains...), seule la première face 11 est extractrice et porte par exemple des zones diffusantes, par exemple des prismes.
Pour d'autres applications, (notamment fenêtres éclairantes, lampe planes pour aménagement intérieur) la deuxième face 12 est aussi extractrice et porte par exemple au moins une ou des zones extractrices.
En variante, les DEL émettent dans l'UV, par exemple le proche UV. La ou les zones d'extraction de la face 11 voire de la face 12 comprennent alors des moyens pour convertir le(s) rayonnement(s) UV en rayonnement(s) visible(s), de préférence sous forme de couche(s) de luminophore(s). On peut aussi bien choisir des DEL à émission oblique que l'on positionne sur le tronçon 32, par exemple au milieu.
La figure 2 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 200 à guide plan et à DEL dans un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 200 diffère de la structure 100 de la façon suivante :
- chaque DEL est portée (par collage ou tout autre moyen) par un réflecteur 4 parabolique ce qui permet d'augmenter la quantité de lumière introduite dans le guide 1 en orientant parallèlement à la direction principale la majorité des rayons lumineux émis par les DEL et réfléchis par la tranche biseautée 13a,
- le cadre est omis.
Le réflecteur parabolique 4 est individuel ou commun à plusieurs voire toutes les DEL, est d'un seul tenant ou en variante en deux arcs de cercle assemblés. Ce réflecteur peut être fixé à la tranche par tout moyen. De préférence, le réflecteur 4 s'intègre dans la zone évidée.
On peut aussi bien choisir des DEL à émission oblique ou à ailes de chauve souris ou même à diagramme à émission lambertienne. La deuxième face principale 12 ne comprend pas de miroir 120 et par exemple comprend une ou plusieurs zones extractrices. En gardant l'angle α tel que défini pour la figure 1, l'incidence de l'ensemble des rayons lumineux (ceux directement réfractés, comme ceux récupérés grâce au réflecteur) est supérieure à l'incidence de réflexion totale.
La figure 3 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 120 à guide plan et à DEL dans un troisième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 120 diffère de la structure 100 sur plusieurs points. En premier lieu, le cadre 3' à trois segments plans 31', 32', 33' vient pincer le guide et porte les DEL directement.
En second lieu, la tranche biseautée 13a comprend une partie convexe 13b de largeur plus grande que le diagramme d'émission des DEL et de rayon de courbure Rc, de quelques mm, permettant de collimater même les rayons extrêmes. On ajuste, la distance de la DEL, Rc et le point C pour une incidence supérieure à celle de réflexion totale pour la majorité voire l'ensemble des rayons lumineux réfractés.
Enfin, la deuxième face principale 11 ne comprend pas de miroir. Par ailleurs, les DEL 2 peuvent notamment être de simples puces semi- conductrices 20 avec ou sans encapsulation de protection et sans lentille.
La figure 4 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 200 à guide plan et à DEL dans un quatrième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 200 diffère de la structure 100 sur plusieurs points. La tranche 13' n'est pas biseautée mais convexe sur toute son épaisseur 1, laissant encore une zone évidée où les DEL sont agencées.
Au lieu du cadre 3, les DEL 2 sont logés dans un profilé 3" en U longeant la tranche et fixée à cette tranche 13' par tout moyen connu, cadre de préférence intégré dans la zone évidée et par exemple opaque et/ou réfléchissant par exemple en aluminium. Comme pour le troisième mode de réalisation, on ajuste de préférence la courbure pour l'obtention d'une incidence supérieure à celle de réflexion totale pour la majorité voire l'ensemble des rayons lumineux réfractés.
La figure 5 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 130 à guide plan et à DEL dans un cinquième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 130 diffère de la structure 100 sur plusieurs points. D'abord, la tranche 13a biseautée comporte des trous où les DEL sont agencées ou en variante au moins une rainure non débouchante ou débouchante sur l'un ou les côtés.
Chaque DEL comprend une lentille de collimation 21 typiquement convexe de forme complémentaire à celle du trou. On choisit un angle α >ϋr pour une incidence θ0 supérieure à celle de réflexion totale pour la direction principale.
On choisit plus préférentiel lement un angle oc >^r +θ'max pour une incidence supérieure à celle de réflexion totale pour l'ensemble des rayons lumineux réfractés, avec û'max correspond à l'angle entre le rayon extrême et la direction principale de rayonnement, après réfraction.
Chaque DEL est par exemple collée sur le guide 1 avec une colle transparente.
Le cadre 3a a trois tronçons opaques et/ou métalliques 31, 32a, 33, par exemple en inox. Le tronçon latéral 32a longe et est en contact avec le biseau 13a. Le tronçon latéral 32a, en contact avec le verre participe en outre à l'évacuation de chaleur. Les tronçons principaux 31, 33 sont quant à eux éventuellement de même taille.
La figure 6 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 300 à guide plan et à DEL dans un sixième mode de réalisation de l'invention. La structure lumineuse 300 diffère de la structure 100 sur plusieurs points.
D'abord, la tranche 13c n'est pas biseautée et comporte des trous où les DEL 2' sont agencées - ou en variante au moins une rainure non débouchante ou débouchante sur l'un ou les côtés du guide -.
Les trous ont chacun un profil de rétention, la paroi latérale 5b de chaque trou étant élargie jusqu'au fond. Le profil comprend donc une partie inférieure en « < > » ou en V à 90° par rapport à la tranche 13c. Les trous peuvent aussi être simplement à profil tronconique. Chaque DEL 2' est agencée sur le fond d'un insert 65 de forme sensiblement complémentaire au trou (ou à la rainure en variante). Chaque DEL peut aussi être agencée sur une partie trouée de l'insert par exemple de façon à y affleurer.
L'insert 65 est logé entièrement ou partiellement dans le trou par montage en force et/ou par montage par le côté du guide 1. L'insert 65 peut être (en partie) métallique pour participer à l'évacuation de chaleur par contact latéral avec le verre 1.
Les DEL 2' sont parallèles au fond plat du trou et ont (uniquement) deux directions principales de rayonnement obliques (une seule étant représentée pour plus de clarté) avec, après réfraction, ont une incidence θ0 supérieure à celle de réflexion totale. Chaque direction principale forme un angle θs avec la normale à la face de la puce (tout comme dans la configuration illustrée avec la face principale 12).
Pour θ0>θron choisit : θs < Arcsm(nλ cosθ r) Encore plus préférentiel lement, on choisit θs < ArCSm(H1 cosθ r) - θmaχ pour que tous les rayons aient une incidence supérieure à l'incidence de réflexion totale θr. θs et #maχ sont des données intrinsèques de DEL. On suppose que les DEL sont dans l'air. Si on choisit de placer les DEL (par exemple des puces nues) dans un autre milieu (résine d'indice, liquide d'indice) d'indice nO, on peut définir dans ce milieu un demi angle au sommet effectif i!Weff et un angle effectif θseff. Toutefois, les relations ci-dessus à satisfaire sont inchangées.
On choisit de préférence nO inférieur à l'indice du guide ni et si la DEL est collimatée avec un indice n3 de la lentille on choisit de préférence n3 < nO < ni pour limiter les réflexions.
Le cadre 3b avec des tronçons principaux de même taille et un tronçon latéral 32b du cadre longeant la tranche, sert pour protéger et masquer les DEL, et supporte l'insert 65. Ce cadre n'est pas nécessairement métallique et/ou réflecteur. On peut omettre ce cadre. Cette structure 300 convient particulièrement dans les applications où il est nécessaire que les DEL soient dans un système de fixation. Il s'agit par exemple d'une porte éclairante.
La figure 7 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 310 à guide plan et à DEL dans un septième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 310 diffère de la structure 300 sur plusieurs points :
- la tranche 13c de couplage est biseautée, - la direction principale de chaque DEL est perpendiculaire à la face émettrice et au fond du trou,
- la parois latérale 5c et le fond du trou forment une coupelle,
- le cadre est omis.
Chaque DEL 2 est agencée sur le fond d'un insert 6 de forme complémentaire au trou et couplé à un élément de fixation.
L'incidence θ0 de la direction principale est supérieure à l'incidence de réflexion totale θr.
Dans une variante, le trou est tronconique. L'angle entre le fond plat et la face principale peut être notamment choisi supérieur à ϋ + Arcsin( — 1^* ) , n\ pour que tous les rayons réfractés soient en incidence supérieure à celle de réflexion totale. Cette structure 310 convient particulièrement dans les applications où il est nécessaire que les DEL soient dans un système de fixation. Il s'agit par exemple d'une porte éclairante.
L'insert 6 et l'élément de fixation sont montrés plus en détail en figure
8 dans une vue partielle éclatée et en coupe transversale dans un plan diamétral.
L'insert 6 comporte une paroi périphérique 6b raccordée à un fond métallique 6a. Cet insert est déformable élastiquement, voire plastiquement de manière à permettre son introduction dans le trou.
La face externe de la paroi 6b est raccordée au fond 6a par une région cintrée dont la forme lui permet de venir épouser celle de la région concave 5 du trou 5c. La région cintrée se prolonge par une paroi cylindrique de faible hauteur, qui est destinée à venir en appui contre la région cylindrique délimitant le trou, pour se terminer, après un décrochement vers l'intérieur, par une autre région cylindrique.
La face interne de la paroi 6b comporte, au voisinage du fond 6a, une échancrure périphérique, le reste de la face interne de ladite paroi 6a comportant un taraudage. Par ailleurs, la paroi 6b comporte, à partir de sa bordure supérieure plate - laquelle est destinée à venir en position de montage, dans le plan de la tranche biseautée 13a, quatre entailles radiales régulièrement espacées et relativement profondes, s'étendant jusqu'au voisinage du fond 6a.
Par ces entailles, la paroi latérale 6b se trouve ainsi divisée en quatre « pétales », lesquels, en combinaison avec l'échancrure, donnent à l'insert 6 une flexibilité, les « pétales » pouvant ainsi fléchir vers l'intérieur pour permettre l'introduction par déformation élastique, voire plastique, de l'insert dans un trou; une fois l'insert 6 introduit, les pétales reviennent à leur position initiale, épousant les régions délimitant le trou. Une fois en place, l'insert 6 reçoit un élément de liaison 60 du guide
1 sur un support. Cet élément de liaison 60 permet d'assurer l'autoblocage de l'insert. On peut voir sur le dessin uniquement la partie de l'élément de liaison 60 qui coopère avec l'insert 6 et qui est constituée par une tige dont la région d'extrémité comporte un filetage permettant de fixer l'élément 60 au guide 1 par vissage. L'extrémité opposée de la tige (qui n'est donc pas représentée) est agencée pour permettre la liaison sur le support choisi. Cette tige est en outre métallique est percée pour accueillir des organes d'amenée de courant 61 débouchant sur des contacts électriques 62 formés sur le fond de la tige et en liaison électrique avec le fond 6a après vissage. La longueur de la tige peut être limitée pour rester dans la zone évidée de la tranche. Dans une variante présentée en figure 9 chaque DEL 2 est placée sur le fond de la tige 60' et le fond 6'a de l'insert 6' est creux pour amener la DEL 2 près du fond du trou.
La figure 10 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 320 à guide plan et à DEL dans un huitième mode de réalisation de l'invention.
La structure lumineuse 320 diffère de la structure 300 sur plusieurs points :
- la tranche 13c est biseautée, - chaque DEL a une seule direction principale, perpendiculaire à la face émettrice de la puce et à la face du trou,
- le trou 5'c est une rainure débouchante sur un côté (côté non représenté), est à profil tronconique
- l'insert 6" est commun à un groupe de DEL voire à toutes les DEL. L'insert 6" est par exemple métallique et opaque, et est déformable. Il est affleurant ou saillant par rapport à la tranche 13a en fonction du type de montage choisi (par le côté de la rainure ou par la tranche biseautée).
L'ensemble des rayons réfractés ont une incidence supérieure à l'incidence de réflexion totale. Cette structure 320 convient particulièrement dans les applications où il est nécessaire que les DEL soient dans un système de fixation. Il s'agit par exemple d'une porte éclairante. La figure 11 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 400 à guide plan et à DEL dans un neuvième mode de réalisation de l'invention. La structure lumineuse 400 diffère de la structure 300 sur plusieurs points :
- chaque DEL 2' est logée dans une rainure sans profil de rétention, non débouchante, avec un fond 5d en forme de V dont la pointe est orientée vers l'intérieur du guide, donnant ainsi deux faces pour la réfraction,
- l'insert 65 est remplacé par une embase 65' de forme simple par exemple parallélépipédique,
- chacune des deux directions principales est perpendiculaire à la face de réfraction associée. Chaque direction principale forme un angle θs avec la normale à la surface de la puce et, qui dans la configuration illustrée, est parallèle avec la face principale 12.
Pour que û0 (respectivement ύ-O ) soit supérieur à θron choisit θs<90-θr. Pour nl = l,52 on obtient θs<48,8°. L'angle γ, formé par chaque segment du fond en V avec une parallèle à la face principale 12, 11, est égal à θs.
Si on choisit de placer les DEL (par exemple des puces nues) dans un autre milieu (résine d'indice, liquide d'indice) d'indice nO, on peut définir dans ce milieu un demi angle au sommet effectif i!Weff et un angle effectif θseff. La relation ci-dessus devient θSeff<90-θravec nθsin(θseff)= θs.
On choisit de préférence nO inférieur à l'indice du guide ni et si la DEL est collimatée avec un indice n3 de la lentille on choisit de préférence n3 < nO < ni pour limiter les réflexions.
Plus largement, si chaque direction principale n'est pas perpendiculaire à la face de réfraction associée (seule différence par rapport à ce neuvième mode) on choisit γ (et/ou θs) tel que :
Figure imgf000027_0001
Par exemple, pour θs = 80° et nl = l,52 on obtient γ>79,2°. Si la DEL est dans le milieu d'indice nO la relation devient :
γ -θr
Figure imgf000027_0002
Encore plus préférentiellement pour que la direction extrême d'émission soit aussi en incidence supérieure à θr, on choisit γ (et/ou θs) tel que :
Figure imgf000027_0003
Par exemple, pour θs = 80°, θmax= 5° et nl = l,52 on obtient γ>80,8°. Si la DEL est dans le milieu d'indice nO la relation devient :
Figure imgf000027_0004
En outre, sinθs = nθsin(θseff) et sin(θs+θmax) = nOsin(θSeff+θmaχeff) La figure 12 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 500 à guide plan et à DEL dans un dixième mode de réalisation de l'invention.
Cette structure lumineuse diffère de la structure 400 en ce que la rainure 5e est entièrement en V et en ce que le tronçon latéral 32c a une surépaisseur pour porter les DEL au lieu d'une embase rapportée.
La figure 13 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 210 à guide plan et à DEL dans un onzième mode de réalisation de l'invention.
Cette structure lumineuse 210 diffère de la structure 100 en ce que :
- les DEL 2 sont de simples puces 20, et sont collées à la tranche biseautée,
- le cadre 35, plein - ou en variante creux -, occupe la zone évidée en entourant les DEL, et est fixé par tout moyen connu à la tranche,
- le miroir 120 est omis. La figure 14 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 600 à guide plan et à DEL dans un douzième mode de réalisation de l'invention. Cette structure lumineuse 600 comprend un guide plan par exemple similaire au guide du premier mode de réalisation de l'invention, décrit en relation avec la figure 1.
Comme pour le premier mode de réalisation, la tranche 13'a est biseautée, polie et forme un angle α avec la deuxième face 12. En outre cette tranche 13'a est recouverte d'une couche réfléchissante.
Des DEL 2, choisies avec des lentilles de collimation, sont logées dans une rainure 50 à profil hémisphérique et par exemple débouchante, rainure pratiquée dans la deuxième face principale 12.
Chaque DEL 2 présente une seule direction principale du rayonnement (symbolisé par la double flèche) perpendiculaire à sa face émettrice. ûmax correspond au demi angle au sommet du cône d'émission de la DEL.
Cette face émettrice de la DEL forme un angle β avec la face 12
d'abord rencontrée. On choisit α > - pour que l'incidence de la direction
principale û0 soit supérieure à ladite incidence de réflexion totale ûr. Par exemple pour le verre d'indice de l'ordre de 1,52 et β égal à 10° , α est supérieur à 25,6°. Si β est nul, on choisit en outre l'angle distinct de 45°.
On choisit encore plus préférentiellement α > — pour que
même l'incidence du rayon lumineux extrême du cône soit supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
Par exemple pour le verre d'indice de l'ordre de 1,52, le demi angle au sommet ûmax de 20° et β égal à 10° , α est supérieur à 35,6°. Si β est nul, on choisit en outre l'angle distinct de 45°.
En variante, le trou présente un profil de rétention, ou tout autre profil. Si on choisit de placer les DEL (par exemple des puces nues) dans un autre milieu (résine d'indice, liquide d'indice) d'indice nO, les relations ci- dessus à satisfaire sont inchangées car tous les rayons sont perpendiculaires à la face de réfraction 50.
La figure 15 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 700 à guide plan et à DEL dans un douzième mode de réalisation de l'invention.
Cette structure lumineuse 700 diffère de la structure lumineuse 600 par les caractéristiques suivantes :
- la tranche 13 est droite et (éventuellement) sans miroir plan,
- la DEL est logée dans un trou 50a de la première face 11 (à profil hémisphérique), de façon à ce que la direction principale frappe, après réfraction, directement la deuxième face principale 12 suivant une incidence supérieure à celle de réflexion totale.
La figure 16 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 800 à guide plan et à DEL dans un treizième mode de réalisation de l'invention. Cette structure lumineuse 800 diffère de la structure lumineuse 700 par la forme du trou (qui n'est pas une rainure) avec une paroi latérale droite et une paroi latérale oblique formant face de réfraction 50b.
L'angle formé par la face de réfraction 50b avec la face principale rencontrée 12 peut être choisi supérieur à ϋ + Arcsin( — 1^* ) , pour que tous n\ les rayons réfractés soient en incidence supérieure à celle de réflexion totale
La figure 17 représente schématiquement une vue partielle en coupe longitudinale d'une structure lumineuse 900 à guide plan et à DEL dans un quatorzième mode de réalisation de l'invention. Cette structure lumineuse 900 comprend un guide plan par exemple similaire au guide décrit en relation avec la figure 1.
Deux séries de DEL 2 sont logées dans une rainure 50c, pratiquée, par exemple au milieu, dans la première face principale 11. La rainure a une section en V de pointe orientée vers le guide, donnant deux faces de réfraction, par exemple à angle droit. La rainure est débouchante ou non.
Ces séries de DEL présentent chacune une seule direction principale du rayonnement (symbolisés par des doubles flèches) perpendiculaire à la face de réfraction associée 50c et, après réfraction, en incidence û0 supérieure à l'incidence de réflexion totale ûr.
L'angle formé par chaque face de réfraction 50c avec la face principale rencontrée 12 peut être choisi supérieur à ϋr +Arcsin( — 1^* ) , pour que tous n\ les rayons réfractés soient en incidence supérieure à celle de réflexion totale A. Ces DEL sont par un cadre 35' opaque et/ou métallique, fixé de part et d'autre de la face 11. Les DEL sont masquées côté face 12 par une bande 120' opaque et/ou décorative.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) caractérisée en ce qu'elle comporte: - un guide plan (1) pour un rayonnement visible ou ultraviolet doté d'une tranche (13, 13a, 13'a, 13b, 13c) et de deux faces principales (11, 12) sensiblement parallèles dont l'une au moins est extractrice d'au moins une partie dudit rayonnement,
- au moins une source quasi ponctuelle (2, 2') dudit rayonnement, telle qu'une diode électroluminescente, couplée au guide pour une propagation dudit rayonnement à l'intérieur du guide, ladite source (2, 2') présentant au moins une direction principale d'émission du rayonnement et étant agencée de sorte que, après réfraction sur le guide, la direction principale d'émission a une incidence Cθ-o , ύ-'o) Par rapport à au moins la première face principale rencontrée
(11, 12) supérieure à l'incidence de réflexion totale ûr donnée par la relation θr = Arcsin( — ) avec ni défini comme l'indice optique de ni réfraction du guide.
2. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la direction principale du rayonnement est perpendiculaire à la surface d'entrée (11, 12, 13) du guide (1).
3. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la majorité des rayons lumineux émis par la source (2), et de préférence l'ensemble des rayons lumineux a, après réfraction sur le guide, une incidence (ύ-o. ύ-O ) par rapport à la première face supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
4. Structure lumineuse (300, 400, 500) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite source (2') présentant une autre direction principale d'émission du rayonnement, la source est agencée de sorte que l'autre direction principale d'émission, a, après réfraction sur le guide, une incidence (ύ-o. ύ-'o) par rapport au moins à la face d'abord rencontrée supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
5. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 310, 320, 500, 600) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la tranche présente au moins une partie biseautée (13a, 13'a, 5e), de préférence polie, cette partie laissant une zone évidée.
6. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 310, 320, 600) selon la revendication 5 caractérisée en ce que la partie biseautée (13a, 13'a) forme un angle α avec la première face rencontrée choisi pour que la majorité des rayons lumineux émis par la source (2, 2'), et de préférence l'ensemble des rayons lumineux a, après réflexion ou réfraction sur la partie biseautée (13a, 13'a), une incidence (#) supérieure à ladite incidence de réflexion totale.
7. Structure lumineuse (600) selon l'une des revendications 5 ou 6 en ce que la partie biseautée (13'a) est réfléchissante et en ce que la source (2) est logée dans un trou formé en périphérie de la première face et positionnée pour permettre une réflexion sur la partie biseautée donnant ladite incidence pour la direction principale et de préférence donnant ladite incidence pour la majorité des rayons lumineux.
8. Structure lumineuse (100, 110, 120, 200, 210) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la source (2) est disposée dans une zone évidée de la tranche (13', 13a, 13b) distincte d'un trou.
9. Structure lumineuse (110) selon la revendication 8 caractérisée en ce que la zone évidée comprend un réflecteur (4), de préférence de type miroir parabolique ou sphérique, le réflecteur étant apte à orienter parallèlement à la direction principale la majorité des rayons lumineux émis par la source (2) et réfléchis par la tranche.
10. Structure lumineuse (120) selon l'une des revendications 8 ou 9 caractérisée en ce que la tranche présente une face (13b) pour la réfraction qui est non plane et aménagée dans la partie biseautée (13a), et en ce que, la source (2) présentant un cône émission donné, la face pour la réfraction est de préférence plus large que le cône d'émission et est choisie parmi une face concave, convexe, sphérique, hyperbolique et asphérique.
11. Structure lumineuse (210) selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisée en ce que la source (2, 20) est collée sur la tranche (13a).
12. Structure lumineuse (200, 210) selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisée en ce que la source (2) est disposée dans un moyen de protection et/ou de maintien de la source (3", 35) qui est agencé à l'intérieur la zone évidée, notamment en U et/ou qui occupe la majorité de la zone évidée.
13. Structure lumineuse (130, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que la source (2, 2') est logée dans un trou (5a à 5d, 5'c, 50, 50a à 50c) du guide (1) disposé sur la tranche ou sur l'une des deux faces principales, et de préférence le trou forme une rainure le long du guide.
14. Structure lumineuse (900) selon la revendication 13 caractérisée en ce que la source (2) et une autre source quasi ponctuelle sont logées dans ledit trou (50c) avec deux faces pour la réfraction en forme de V.
15. Structure lumineuse (100, 600) selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisée en ce que l'une des faces principales (11) et/ou au moins l'un des bords latéraux (13'a) de la tranche, non couplé à la source (2) pour injecter ledit rayonnement, présente au moins une partie réfléchissante, de préférence une couche réfléchissante (120) couvrant sensiblement ladite face (11) et/ou ledit bord (13'a).
16. Structure lumineuse (300, 310, 320) caractérisée en ce qu'elle comporte:
- un guide plan (1) pour un rayonnement visible ou ultraviolet doté d'une tranche (13, 13'a) de deux faces principales (11, 12) dont l'une au moins est extractrice d'au moins une partie dudit rayonnement,
- au moins une source quasi ponctuelle dudit rayonnement, telle qu'une diode électroluminescente (2, 2'), couplée au guide pour une propagation dudit rayonnement à l'intérieur du guide, ladite source étant logée dans un trou (5a à 5'c) aménagé dans le guide et présentant un profil de rétention.
17. Structure lumineuse (300, 310, 320) selon la revendication 16 caractérisée en ce que le profil de rétention est tronconique, facetté (5b), courbe, concave tourné vers l'intérieur (50) notamment de type coupelle, en forme de T, de trou de serrure.
18. Structure lumineuse (300, 310, 320) selon l'une des revendications 16 ou 17 caractérisée en ce que la source (2) est montée dans un insert (6) comportant une paroi latérale (6b) de forme sensiblement complémentaire au trou et un fond (6a) porteur de la source.
19. Structure lumineuse (300, 310, 320) selon l'une des revendications 16 ou 17 caractérisée en ce qu'un insert (60') avec une paroi latérale (6'b) de forme sensiblement complémentaire au trou et un fond creux est logé dans le trou, et en ce q'une extrémité d'un élément de liaison est porteur de ladite source (2), et l'insert est apte à coopérer avec l'élément de liaison (60') pour assurer un autoblocage de l'insert dans le trou.
20. Structure lumineuse (100, 120, 130, 300, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 11 et 13 à 19 caractérisée en ce que la source (2) est couplée par l'un des bords latéraux de la tranche, dit bord de couplage, et est disposée dans un moyen de protection et/ou de maintien de la source (3, 3', 3b, 3c) comprenant trois tronçons sensiblement plans :
- deux tronçons principaux (31, 33) en regard des faces principales,
- et un tronçon latéral (32, 32a, 32') en regard du bord de couplage, ledit moyen de protection et/ou de maintien de la source étant apte à pincer le guide ou les deux tronçons principaux étant munis de pattes s'engageant dans des encoches pratiquées sur les faces principales du guide.
21. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de sources (2, 2') couplées à des moyens de pilotage permettant d'émettre de la lumière soit en permanence, soit par intermittence, avec différentes intensités, soit d'une couleur donnée, soit de différentes couleurs.
22. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la source (2, 2') est une diode électroluminescente qui comprend une puce semiconductrice (20) et est choisie parmi au moins l'une des diodes électroluminescentes suivantes : une diode avec ou sans moyen de collimation, une diode dont la direction principale d'émission est perpendiculaire ou oblique par rapport la surface émettrice de la diode, une diode présentant une pluralité de directions principales d'émission, une diode décorative et une diode de puissance.
23. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le guide est choisi parmi l'un ou les verres suivants : un verre silico-sodo-calcique, un verre extraclair et un verre transmettant ledit rayonnement UV.
24. Structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle forme un panneau éclairant, un panneau décoratif, un panneau architectural, un panneau de signalisation ou d'affichage, ou un dispositif de rétroéclairage d'un écran à cristaux liquides.
25. Application de la structure lumineuse (100, 110, 120, 130, 200, 210, 300, 310, 320, 400, 500, 600, 700, 800, 900) selon l'une des revendications précédentes à un vitrage destiné au bâtiment, comme une façade, une fenêtre éclairante, à un vitrage destiné à un véhicule de transport, comme une lunette arrière, une vitre latérale ou un toit d'automobile, ou à tout autre véhicule terrestre, aquatique ou aérien, à l'éclairage routier ou urbain, à un vitrage destiné au mobilier urbain, comme un abribus, une balustrade, à un présentoir, une vitrine, à un étalage de bijouterie, à un élément d'étagère, à un aquarium, une serre, à un vitrage destiné à l'ameublement intérieur, notamment à l'éclairage d'une paroi de salle de bains ou d'un plan de travail de cuisine, à un miroir, à un meuble, à un vitrage électrocommandable.
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