WO2017046031A1 - Module d'éclairage pour véhicule automobile - Google Patents

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WO2017046031A1
WO2017046031A1 PCT/EP2016/071428 EP2016071428W WO2017046031A1 WO 2017046031 A1 WO2017046031 A1 WO 2017046031A1 EP 2016071428 W EP2016071428 W EP 2016071428W WO 2017046031 A1 WO2017046031 A1 WO 2017046031A1
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shaping
light source
diopters
light
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Vanesa Sanchez
Pierre Albou
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Valeo Vision
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    • F21S41/25—Projection lenses

Definitions

  • the invention relates to a lighting module for a motor vehicle, comprising a light source provided with a plurality of semiconductor emitters and optical means for shaping the light emitted by the light source.
  • the semiconductor emitters are light-emitting diodes (LEDs) integrally connected to each other in the form of a matrix.
  • Such a lighting module benefits from the advantages of light-emitting diodes, in particular their low energy consumption and a service life of the order of that of the equipped vehicle.
  • the LEDs are assembled into lines and columns, which is not without faults and leaves such a space between the LEDs that an outgoing light beam, generated by the lighting module, comprises multiple dark areas.
  • each LED has a low luminance which limits the light intensity of the light beam emitted by the lighting module for an apparent surface and therefore a given size.
  • the luminance of the LEDs is limited by their implementation principle.
  • the luminous intensity of the light beam emitted by the lighting module must be high.
  • the light beam emitted by the lighting module turns out to be fuzzy and colored, and it is then necessary, in order to make it conform to the legislation in force, to complicate the formatting means by multiplying the number of correction elements, which inevitably impacts the final cost of the lighting module as well as its weight and bulk.
  • the object of the invention is to at least partially overcome these disadvantages.
  • the subject of the invention is a lighting module for a motor vehicle, comprising a semiconductor light source comprising electroluminescent rods of submillimetric dimensions, and at least one optics for shaping the light rays emitted by the light source, the light source comprising at least two selectively activatable zones, and the luminance of at least one activatable zone being at least greater than 80 Cd / mm 2 .
  • a small opening of the shaping means is sufficient to achieve a desired light intensity, even in high beam configuration, which makes it possible to guard against chromatic and geometric aberrations.
  • the luminance of at least one activatable zone is at least greater than 100 Cd / mm 2 , or even greater than 120 Cd / mm 2 .
  • the optics for shaping light comprises at least two diopters.
  • the shaping optics comprises at most four diopters.
  • the shaping optics consists of a primary optic and a lens or a glued doublet or a mirror and a lens.
  • the optical shaping of the light comprises at most three diopters.
  • the shaping optics consists of a glued triplet or a peeled doublet or a glued doublet and a mirror or a lens and two mirrors.
  • FIG. 1 illustrates a cross sectional view of a lighting module according to the present invention
  • FIG. 2 illustrates a perspective view of a submillimetric electroluminescent rod of a light source of the lighting module of FIG. 1;
  • FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of the light source of FIG. 2
  • FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a shaping optics of the lighting module of FIG. 1 according to one embodiment
  • FIG. 5 illustrates a more detailed perspective view of a shaping optics of the lighting module of FIG. 1
  • FIG. 6 illustrates a perspective view of a shaping optics of the lighting module of FIG. 1 according to another embodiment
  • FIG. 7 illustrates a perspective view of a shaping optics of the lighting module of Figure 1 according to another embodiment.
  • the subject of the invention is a lighting module for a motor vehicle, referenced 1.
  • the lighting module 1 comprises a semiconductor light source 2 capable of emitting light rays and at least one optics 3 for shaping the light rays emitted by the light source.
  • the light source 2 comprises at least one electroluminescent rod 4.
  • Figure 2 depicts in detail a light emitting rod 4.
  • the electroluminescent rod 4 has submillimeter dimensions.
  • the electroluminescent rod 4 is a diode of a general vertical column shape, for example of hexagonal section.
  • the electroluminescent rod 4 comprises an assembly 5 of at least three layers disposed substantially orthogonally to a substrate.
  • a first vertical layer 6 of the assembly 5 is constituted by a semiconductor material of a first type of doping, while a second vertical layer 7 of the assembly 5 is constituted by a semiconductor material. a second type of doping, opposite to the first type.
  • the first vertical layer 6 is of N type for negative (electron doping)
  • the second vertical layer 7 is of type P for positive (doping to create holes)
  • the first vertical layer 6 is of type P
  • the second vertical layer 7 is of N.
  • An active layer 8 of the assembly 5 constitutes a recombination zone of the electron-hole pairs of the semiconductor layers 6 and 7.
  • Two electrodes are respectively connected to the first active layer 6 and the second active layer 7, so that an electric current can be generated in the electroluminescent rod 4.
  • the layers 6, 7 and 8 of the assembly 5 extend substantially parallel to each other.
  • the recombination of the electron-hole pairs along the active layer 8 ensures that light rays are emitted in a preferred manner in a radial direction of the electroluminescent rod 4.
  • the layers 6 and 7 are for example composed of GaN.
  • the substrate comprises, for example, Si.
  • each layer 6, 7 and 8 extends over a length of the order of a few micrometers, for example of the order of 2 ⁇ , for a section of the order of 1, 6 ⁇ of diameter.
  • the light source 2 preferably comprises a plurality of electroluminescent rods 4, advantageously identical to each other.
  • the electroluminescent rods 4 extend substantially parallel to each other.
  • the electroluminescent rods 4 are spaced from each other by a distance for example of the order of 10 ⁇ .
  • the light source 2 comprises at least two selectively activatable zones, the luminance of at least one activatable zone being at least greater than 80 Cd / mm 2 .
  • the luminance of at least one activatable zone is at least greater than 100 Cd / mm 2 , or even greater than 120 Cd / mm 2 .
  • Optical shaping means an optical device comprising at least one diopter and configured to deflect at least a portion of the light rays emitted by the source.
  • the optical shaping 3 of the light rays emitted by the light source 2 ensures a controlled projection of the rays emitted by the light source 2.
  • the optical shaping of the light comprises at least two diopters.
  • diopter interface separation of two different refractive index media.
  • the shaping optics comprises at most four diopters, or even, advantageously, at most three diopters.
  • the shaping optics is simplified compared to the state of the art; in particular, a weak opening is sufficient to obtain a desired intensity of the image projected by the lighting module 1.
  • the shaping optics 3 comprises for example a lens or two mirrors arranged with respect to each other so as to form a telescope.
  • the telescope has the advantage of being achromatic.
  • each diopter, or at least one of the diopters has diffractive patterns.
  • the shaping optics is constituted by a glued doublet, also called achromatic doublet.
  • the bonded doublet comprises a plano-concave lens 9 and a biconvex lens.
  • the concave diopter of the lens 9 is in contact with one of the convex diopters of the biconvex lens 10, their concavities being identical in absolute value.
  • the diameter of each lens is of the order of 30 mm.
  • the focal length of the glued doublé is of the order of 50 mm.
  • the bonded doublet comprises two biconcave lenses 1 1 and 12.
  • One of the concave diopters of the lens 1 1 is in contact with one of the concave diopters of the lens 12, their concavities being identical.
  • one of the lenses is for example silicone.
  • the optics of shaping 3 with three diopters is constituted by a lens 13 and a mirror 14.
  • the mirror 14 is a non-planar folding mirror designed in collaboration with the lens in order to minimize the geometrical aberrations of the shaping optics 3.
  • the shaping optics 3 also comprises a heat sink 18.
  • the shaping optics is constituted by a prism with three faces, preferably, at least one of the faces is not flat.
  • a light ray of the light source 2 enters the prism by refraction on a first face of the prism, before being reflected by a second face of the prism.
  • the light ray emerges from the prism by refraction on a third face.
  • the shaping optics consists of three mirrors.
  • the shaping optics is constituted, in variants not illustrated, by a glued triplet, or a detached doublet, or a glued doublet and a mirror, or four mirrors, or a prism three. faces and a mirror, or a double prism bar.
  • the detached doublet is for example Galilée type glasses or a Gauss doublet.
  • the double prism bar allows an input of a light beam emitted by the source 2 by refraction on a first face of the bar, then a first and a second reflection on two other faces of the bar.
  • the shaping optics is constituted by a mirror 15, an input lens 16 and an exit lens 17.
  • a light beam emitted by the light source 2 is reflected by the mirror 15, then passes successively through the lenses 16 and 17.
  • a weak opening is sufficient to obtain a desired intensity of the image projected by the lighting module 1, which simplifies the optics of the light. formatting and reduce the number of dioptres.

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Abstract

L'invention concerne un module d'éclairage pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière à semi-conducteurs comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, et au moins une optique de mise en forme des rayons lumineux émis par la source de lumière, la source de lumière comportant au moins deux zones activables sélectivement, et dont la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 80 Cd/mm².

Description

MODULE D'ECLAIRAGE POUR VEHICULE AUTOMOBILE
L'invention concerne un module d'éclairage pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière munie d'une pluralité d'émetteurs à semi-conducteur et des moyens optiques de mise en forme de la lumière émise par la source de lumière.
Dans un tel module d'éclairage connu, les émetteurs à semi-conducteurs sont des diodes électroluminescentes (LED) montées solidairement les unes des autres sous forme d'une matrice.
Ainsi, un tel module d'éclairage bénéficie des avantages des diodes électroluminescentes, en particulier leur faible consommation énergétique et une durée de vie de l'ordre de celle du véhicule équipé.
Pour fabriquer la matrice de LED, on procède à un assemblage des LED en lignes et colonnes, qui n'est pas sans défaut et laisse un espace tel entre les LED qu'un faisceau lumineux sortant, généré par le module d'éclairage, comprend de multiples zones sombres.
Un autre inconvénient de la matrice de LED est dû au fait que chaque LED présente une luminance faible qui limite l'intensité lumineuse du faisceau lumineux émis par le module d'éclairage pour une surface apparente et donc un encombrement donnés. La luminance des LED est limitée par leur principe de réalisation.
Or, en particulier pour une utilisation du véhicule automobile en mode feu de route, l'intensité lumineuse du faisceau lumineux émis par le module d'éclairage doit être élevée.
Etant donné que l'intensité lumineuse est limitée par la luminance des LED d'une part, et que, d'autre part, une distance entre la source et les moyens optiques de mise en forme est fixée par le modèle du véhicule automobile, il peut s'avérer nécessaire de faire en sorte que les moyens de mise en forme, et en particulier un système de projection des moyens de mise en forme, présentent une courte distance focale.
Néanmoins, comme ils doivent présenter une grande ouverture numérique afin d'assurer une bonne performance de collection de lumière, une telle configuration génère des aberrations chromatiques et géométriques, notamment pour des points sources éloignés d'un axe optique des moyens de mise en forme.
De ce fait, le faisceau lumineux émis par le module d'éclairage se révèle être flou et coloré, et il est alors nécessaire, pour le rendre conforme à la législation en vigueur, de complexifier les moyens de mise en forme en multipliant le nombre d'éléments de correction, ce qui impacte immanquablement le coût final du module d'éclairage ainsi que son poids et son encombrement.
Le but de l'invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients.
A cet effet, l'invention a pour objet un module d'éclairage pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière à semi-conducteurs comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, et au moins une optique de mise en forme des rayons lumineux émis par la source de lumière, la source de lumière comportant au moins deux zones activables sélectivement, et la luminance d'au moins une zone activable étant au moins supérieure à 80 Cd/mm2.
Une petite ouverture des moyens de mise en forme est suffisante pour atteindre une intensité lumineuse souhaitée, même en configuration feu de route, ce qui permet de se prémunir des aberrations chromatiques et géométriques.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 100 Cd/mm2, voire au moins supérieure à 120 Cd/mm2. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique de mise en forme de la lumière comprend au moins deux dioptres.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique de mise en forme comprend au plus quatre dioptres.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique de mise en forme est constituée par une optique primaire et une lentille ou par un doublet collé ou par un miroir et une lentille.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique de mise en forme de la lumière comprend au plus trois dioptres.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique de mise en forme est constituée par un triplet collé ou par un doublet décollé ou par un doublet collé et un miroir ou une lentille et deux miroirs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une vue en coupe transversale d'un module d'éclairage selon la présente invention ;
- la figure 2 illustre une vue en perspective d'un bâtonnet électroluminescent de dimensions submillimétriques d'une source de lumière du module d'éclairage de la figure 1 ;
- la figure 3 illustre une vue en coupe transversale de la source de lumière de la figure 2 ;
- la figure 4 illustre une vue en coupe transversale d'une optique de mise en forme du module d'éclairage de la figure 1 selon un mode de réalisation ;
- la figure 5 illustre une vue en perspective plus détaillée d'une optique de mise en forme du module d'éclairage de la figure 1 ; - la figure 6 illustre une vue en perspective d'une optique de mise en forme du module d'éclairage de la figure 1 selon un autre mode de réalisation ; et
- la figure 7 illustre une vue en perspective d'une optique de mise en forme du module d'éclairage de la figure 1 selon un autre mode de réalisation.
Comme visible sur la figure 1 , l'invention a pour objet un module d'éclairage pour véhicule automobile, référencé 1 .
Le module d'éclairage 1 comprend une source de lumière à semiconducteurs 2 apte à émettre des rayons lumineux et au moins une optique de mise en forme 3 des rayons lumineux émis par la source de lumière.
Source de lumière
Comme visible sur la figure 1 , la source de lumière 2 comprend au moins un bâtonnet électroluminescent 4.
La figure 2 décrit en détail un bâtonnet électroluminescent 4.
Le bâtonnet électroluminescent 4 présente des dimensions submillimétriques.
Comme visible sur la figure 2, le bâtonnet électroluminescent 4 est une diode d'une forme générale de colonne verticale, par exemple de section hexagonale.
Le bâtonnet électroluminescent 4 comprend un ensemble 5 d'au moins trois couches disposées sensiblement orthogonalement à un substrat.
Une première couche verticale 6 de l'ensemble 5 est constituée par un matériau semi-conducteur d'un premier type de dopage, tandis qu'une deuxième couche verticale, 7, de l'ensemble 5, est constituée par un matériau semi-conducteur d'un deuxième type de dopage, opposé au premier type. En d'autres termes, si la première couche verticale 6 est de type N pour négatif (dopage en électrons), alors la deuxième couche verticale 7 est de type P pour positif (dopage pour créer des trous), et, si la si la première couche verticale 6 est de type P, alors la deuxième couche verticale 7 est de type N.
Une couche active 8 de l'ensemble 5 constitue une zone de recombinaison des paires électrons-trous des couches de semi-conducteur 6 et 7.
Deux électrodes, non représentées, sont reliées respectivement à la première couche active 6 et à la deuxième couche active 7, afin qu'un courant électrique puisse être généré dans le bâtonnet électroluminescent 4.
Comme visible sur la figure 2, les couches 6, 7 et 8 de l'ensemble 5 s'étendent sensiblement parallèlement les unes aux autres.
La recombinaison des paires électrons-trous le long de la couche active 8 assure que des rayons lumineux sont émis de façon privilégiée selon une direction radiale du bâtonnet électroluminescent 4.
Les couches 6 et 7 sont par exemple composées de GaN.
Le substrat comprend par exemple du Si.
De préférence, chaque couche 6, 7 et 8 s'étend sur une longueur de l'ordre de quelques micromètres, par exemple de l'ordre de 2 μιτι, pour une section de l'ordre de 1 ,6 μιτι de diamètre.
Comme visible sur la figure 3, la source de lumière 2 comprend de préférence une pluralité de bâtonnets électroluminescents 4, avantageusement identiques les uns aux autres.
Les bâtonnets électroluminescents 4 s'étendent sensiblement parallèlement les uns aux autres. Les bâtonnets électroluminescents 4 sont espacés les uns des autres d'une distance par exemple de l'ordre de 10 μιτι.
La source de lumière 2 comporte au moins deux zones activables sélectivement, la luminance d'au moins une zone activable étant au moins supérieure à 80 Cd/mm2.
Avantageusement, la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 100 Cd/mm2, voire au moins supérieure à 120 Cd/mm2.
Optique de mise en forme
Par optique de mise en forme, on entend dispositif optique comprenant au moins un dioptre et configuré pour dévier au moins une partie des rayons lumineux émis par la source.
L'optique de mise en forme 3 des rayons lumineux émis par la source de lumière 2 assure une projection contrôlée des rayons émis par la source de lumière 2.
Avantageusement, l'optique de mise en forme de la lumière comprend au moins deux dioptres.
Par dioptre, on entend interface de séparation de deux milieux d'indice de réfraction différents.
De préférence, l'optique de mise en forme comprend au plus quatre dioptres, voire, avantageusement, au plus trois dioptres.
En effet, du fait de la luminance élevée de la source de la lumière 2, l'optique de mise en forme est simplifiée par rapport à l'état de la technique ; en particulier, une ouverture faible est suffisante pour obtenir une intensité voulue de l'image projetée par le module d'éclairage 1 .
Ainsi, trois dioptres suffisent pour obtenir une image projetée nette, sans aberration inacceptable (notamment chromatique) et d'intensité conforme à la législation en vigueur. Pour la configuration à deux dioptres, l'optique de mise en forme 3 comprend par exemple une lentille ou encore deux miroirs agencés l'un par rapport à l'autre de sorte à former un télescope.
Le télescope présente l'avantage d'être achromatique.
Il est également possible que chaque dioptre, ou au moins l'un des dioptres, présente des motifs diffractifs.
Des motifs diffractifs permettent de corriger le chromatisme (doublet hybride).
Pour la configuration à trois dioptres, selon une première variante illustrée sur les figures 4 et 5, l'optique de mise en forme est constituée par un doublet collé, encore appelé doublet achromatique.
Sur la figure 4, le doublet collé comprend une lentille plan-concave 9 et une lentille 10 biconvexe.
Le dioptre concave de la lentille 9 est en contact avec l'un des dioptres convexes de la lentille biconvexe 10, leurs concavités étant identiques en valeur absolue.
Le diamètre de chaque lentille est de l'ordre de 30 mm.
La focale du doublé collé est de l'ordre de 50 mm.
Sur la figure 5, le doublet collé comprend deux lentilles biconcaves 1 1 et 12.
L'un des dioptres concaves de la lentille 1 1 est en contact avec l'un des dioptres concaves de la lentille 12, leurs concavités étant identiques. Pour obtenir cette forme, l'une des lentilles est par exemple en silicone.
Selon une autre variante, illustrée à la figure 6, l'optique de mise en forme 3 à trois dioptres est constituée par une lentille 13 et un miroir 14. Le miroir 14 est un miroir de repliement, non plan, conçu en collaboration avec la lentille afin de minimiser les aberrations géométriques de l'optique de mise en forme 3.
Comme visible sur la figure 6, l'optique de mise en forme 3 comprend également un dissipateur de chaleur 18.
Selon une autre variante non illustrée, l'optique de mise en forme est constituée par un prisme à trois faces, dont, de préférence, au moins l'une des faces n'est pas plane.
Selon cette variante, un rayon lumineux de la source de lumière 2 pénètre dans le prisme par réfraction sur une première face du prisme, avant d'être réfléchi par une deuxième face du prisme.
Ensuite, le rayon lumineux sort du prisme par réfraction sur une troisième face.
Selon une autre variante non illustrée, l'optique de mise en forme est constituée de trois miroirs.
Pour la configuration à quatre dioptres, l'optique de mise en forme est constituée, selon des variantes non illustrées, par un triplet collé, ou un doublet décollé, ou encore un doublet collé et un miroir, ou quatre miroirs, ou un prisme trois faces et un miroir, ou un barreau à double prisme.
Le doublet décollé est par exemple de type lunettes de Galilée ou un doublet de Gauss.
Le barreau à double prisme permet une entrée d'un rayon lumineux émis par la source 2 par réfraction sur une première face du barreau, puis une première et une deuxième réflexions sur deux autres faces du barreau.
Ensuite, le rayon lumineux sort du prisme par réfraction sur une quatrième face. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 7, l'optique de mise en forme est constituée par un miroir 15, une lentille d'entrée 16 et une lentille de sortie 17.
Un rayon lumineux émis par la source de lumière 2 est réfléchi par le miroir 15, puis traverse successivement les lentilles 16 et 17.
Comme déjà indiqué, du fait de la luminance élevée de la source de la lumière 2, une ouverture faible est suffisante pour obtenir une intensité voulue de l'image projetée par le module d'éclairage 1 , ce qui permet de simplifier l'optique de mise en forme et d'en réduire le nombre de dioptres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module d'éclairage pour véhicule automobile, comprenant une source de lumière à semi-conducteurs comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, et au moins une optique de mise en forme des rayons lumineux émis par la source de lumière, la source de lumière comportant au moins deux zones activables sélectivement, et dont la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 80 Cd/mm2.
2. Module d'éclairage selon la revendication 1 , dans lequel la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 100 Cd/mm2.
3. Module d'éclairage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la luminance d'au moins une zone activable est au moins supérieure à 120 Cd/mm2.
4. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'optique de mise en forme de la lumière comprend au moins deux dioptres.
5. Module d'éclairage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'optique de mise en forme comprend au plus quatre dioptres, de préférence au plus trois dioptres, de préférence encore au plus deux dioptres.
6. Module d'éclairage selon la revendication précédente, dans lequel l'optique de mise en forme est constituée par un miroir et une lentille ou par un doublet collé ou par un prisme à trois faces, ou par trois miroirs.
7. Module d'éclairage selon la revendication 5, dans lequel l'optique de mise en forme est constituée par un triplet collé ou un doublet décollé ou un doublet collé et un miroir ou quatre miroirs ou un prisme à trois faces et un miroir, ou un barreau à double prisme.
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