WO2018002251A1 - Dispositif d'eclairage et/ou de signalisation pour vehicule automobile - Google Patents

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WO2018002251A1
WO2018002251A1 PCT/EP2017/066181 EP2017066181W WO2018002251A1 WO 2018002251 A1 WO2018002251 A1 WO 2018002251A1 EP 2017066181 W EP2017066181 W EP 2017066181W WO 2018002251 A1 WO2018002251 A1 WO 2018002251A1
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WO
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wall
light source
rods
reflective properties
substrate
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PCT/EP2017/066181
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Pierre Albou
Zdravko Zojceski
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Valeo Vision
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/155—Surface emitters, e.g. organic light emitting diodes [OLED]
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Definitions

  • the invention relates to the field of lighting and / or signaling, and more particularly relates to a semiconductor light source with a high light-ray emission capacity.
  • Semiconductor light sources are known in the form of two-dimensional light-emitting diodes, in which there is a first semiconductor zone for the electron injection, a second semiconductor zone for the injection of holes and an "active" semiconductor zone in which the electrons and the injected holes recombine radiatively. These semiconductor zones are arranged, in this two-dimensional planar technology, on flat layer substrates.
  • the present invention aims to propose an alternative to the use of two-dimensional light emitting diodes as just presented, in a dual context, both economic where the cost of light sources are looked for as low as possible, and technical where we look for an optimal emission intensity.
  • the invention relates to a semiconductor light source comprising a substrate and a plurality of electroluminescent rods of submillimeter dimensions, said rods extending longitudinally from said substrate, and wherein at least one wall projecting from the substrate, between two of said rods, the wall having reflective properties of rays emitted by at least one of said two rods.
  • the realization of semiconductor light source in three dimensions makes it possible to increase the emitting surface and therefore the current density. It is understood that the realization of rods extending parallel to each other from the substrate allows to play on their mutual spacing to change the density of the emitting zones and therefore the luminance of the source. If a high luminance light source is desired, the rods are tightened relative to one another. This density of rods poses the problem for some of the rays emitted by a stick, namely the rays departing substantially perpendicularly to the stick, to be absorbed by the adjacent rod. The closer the rods are to each other, the greater the number of these rays absorbed by the neighboring rod.
  • the presence of reflective walls arranged between the neighboring rods allows according to the invention, in addition to a function of ensuring if necessary a contrast between the rays emitted by a rod, or a group of rods, and the rays emitted by a rod, or a group of rods, neighbor, to optimize the amount of rays coming out of each of these sticks, avoiding a loss of rays, emitted by a stick, by absorption by a neighboring stick, and secondly.
  • the wall is arranged around a stick, so that it is separated from neighboring rods by said wall;
  • the wall is arranged continuously all around the stick.
  • the wall has a form of revolution around the stick.
  • the light source may advantageously comprise a plurality of walls with reflective properties extending projecting from the substrate being arranged respectively in the vicinity of at least one rod.
  • the walls can be arranged on the substrate so that each rod is surrounded by at least two walls with reflective properties. According to a characteristic of the invention, the rods and walls extend from the same substrate.
  • the wall in a radial plane to an elongation direction of the rod whose wall reflects the emitted rays, has a substantially parabolic profile
  • direction or axis of elongation of the rod means the main direction of the stick, which gives the light source the third dimension allowing the increase of the emission surface, this direction being substantially perpendicular to the substrate from which sticks extend.
  • the focus of the dish is centered on the base of the stick, at the junction with the substrate
  • the focus of the dish, for a given radial plane, is centered on a circumferential wall of the stick.
  • the wall has a profile with several parabolic sections, a focus of a first dish section being centered on the base of the stick whose wall reflects the transmitted rays, while the focus of another dish section is centered substantially at half the height of the stick.
  • the reflecting properties of the walls of the light source can in particular be obtained by producing these organic polymer walls loaded with metal particles. More particularly, it can be provided that the wall is made of silicone loaded with titanium oxide.
  • the wall is formed of a non-reflective material, and for example in a material similar to the substrate material or rod material, and a reflective coating is disposed on this wall.
  • the wall with reflective properties is formed by an array of mirrors with at least two inclined planes, the mirrors of the grating extending concentrically around a rod, projecting from the substrate; each mirror is formed by a first plane, which may be slightly inclined relative to the plane of the upper surface of the substrate, and by a second plane inclined with respect to the first plane;
  • each lens of the network has an annular shape around the stick with a succession of plane mirrors inclined between them.
  • the network may have a sawtooth profile and the height of the teeth may increase as the distance of the corresponding rod.
  • the semiconductor light source comprising a plurality of submillimeter electroluminescent rods further comprises a layer of a polymeric material in which the rods are at least partially embedded; this polymeric material may be based on silicone, it being understood that the polymer material is based on silicone since it comprises mainly silicone, for example 25% and in practice from 50% to about 99%.
  • the layer of polymeric material may comprise a phosphor or a plurality of phosphors excited by the light generated by at least one of the plurality of rods.
  • the term phosphor, or light converter the presence of at least one luminescent material designed to absorb at least a portion of at least one excitation light emitted by a light source and to convert at least a portion of said light of excitation absorbed into an emission light having a wavelength different from that of the excitation light.
  • This phosphor, or this plurality of phosphors may be at least partially embedded in the polymer or disposed on the surface of the layer of polymeric material.
  • the layer of polymeric material may also comprise a colorant (pigment in English), preferably white, allowing in high concentration a good light reflection and in low concentration a scattering of light, sometimes desired so that the source of light is uniform.
  • This colorant is typically titanium dioxide (T1O2).
  • the set of electroluminescent rods can extend from the same substrate, and these rods can in particular be formed directly on this substrate. It can be provided that the substrate is based on silicon or silicon carbide. We understand that the substrate is based on silicon since it comprises mainly silicon, for example at least 25% and in practice from 50% to about 99%.
  • each rod has a generally cylindrical shape, in particular of polygonal section; it can be expected that each rod is the same general shape, and in particular a hexagonal shape;
  • the rods are each delimited by an end face and by a circumferential wall which extends along a longitudinal axis of the rod defining its height, the light being emitted at least from the circumferential wall; this light could also be emitted by the terminal face;
  • Each rod may have an end face which is substantially perpendicular to the circumferential wall, and in different variants, it can be provided that this end face is substantially flat or curved or pointed at its center;
  • the rods are arranged in two-dimensional matrix, that this matrix is regular, with a constant spacing between two successive rods of a given alignment, or that the rods are arranged in staggered rows; it will be understood that in this case of a two-dimensional matrix, the waves of rods can be considered as rows of rods;
  • the height of a stick is between 1 and 20 micrometers
  • the largest dimension of the end face is less than 2 micrometers
  • the distance separating two immediately adjacent rods is at least equal to 2 micrometers, and at most equal to 100 micrometers.
  • the invention also relates to a lighting and / or signaling device comprising a light source as described above, as well as an optical shaping of the rays emitted by the light source for the emission outside the device of a light beam.
  • optical shaping means means for changing the direction of at least a portion of the light rays.
  • the shaping optics creates a real, and possibly anamorphic, image of a part of the source of light at a distance, finite or infinite, very large in front of the dimensions (of a ratio of the order of at least 30, and preferably ⁇ ) of the source.
  • This optical shaping can consist of one or more reflectors, or a lens, or a combination of these two possibilities.
  • the shaping optics and the light source may be arranged so that the light source is off-center with respect to the object focus of the shaping optics. This makes it possible to project an image that appears continuous, in direct imaging, without the need to provide a projection system to modify the source image before being projected. This is particularly advantageous for simplifying the proposed device, especially when one or more partition walls are arranged projecting from the substrate to participate in the optical pixelation of the projected regulatory beam.
  • the field of automotive technology is applied to achieve the light emitting area by a plurality of electroluminescent rods that is grown on a substrate, to achieve a three-dimensional topology.
  • this three-dimensional topology has the advantage of multiplying the light emission surface with respect to the electroluminescent diodes known hitherto in the automobile field, namely substantially planar diodes. In this way, it is possible to provide at low cost a very bright white light.
  • the device thus takes place in a projector before as well as in a rear light of a motor vehicle.
  • the present invention further relates to a method for producing a submillimeter-sized electroluminescent rod light source, in which at least the following steps are carried out:
  • FIG. 1 is a schematic perspective representation of a semiconductor light source according to a first embodiment embodiment of the invention, in which a row of electroluminescent rods and reflecting walls surrounding these rods and grouped in a one-piece assembly have been made visible in section;
  • Fig. 2 is a schematic representation similar to that of Fig. 1, illustrating a semiconductor light source according to a second embodiment different from the first mode illustrated in Fig. 1 in the form of reflective walls;
  • Figure 3 is a sectional view of a detail of a light source according to the invention, in which an electroluminescent rod has been made visible projecting from a substrate and a reflecting wall arranged close to this rod;
  • FIG. 1 is a schematic perspective representation of a semiconductor light source according to a first embodiment embodiment of the invention, in which a row of electroluminescent rods and reflecting walls surrounding these rods and grouped in a one-piece assembly have been made visible in section;
  • Fig. 2 is a schematic representation similar to that of Fig. 1, illustrating a semiconductor
  • FIGS. 7a and 7b are illustrations, respectively in front section and plan view, of another variant embodiment, in which the walls with reflective properties are formed by a network of mirrors, here parabolic, arranged concentrically around of a stick.
  • FIG. 1 A semiconductor light source 2 according to the invention is illustrated in FIG.
  • This source comprises electroluminescent rods of submillimetric dimensions, that is to say three-dimensional semiconductor sources as will be explained hereinafter, unlike conventional two-dimensional sources, assimilated to sources substantially planes because of their thickness of the order of a few nanometers while a source with electroluminescent rods has a height at least equal to one micrometer.
  • the light source 2 comprises a plurality of submillimeter-sized electroluminescent rods 4, which will be referred to hereinafter as electroluminescent rods, and a plurality of reflective walls 5 arranged around the rods. Both the walls with reflective properties 5 and the electroluminescent rods 4 originate on the same substrate 6.
  • Each electroluminescent rod here formed using gallium nitride (GaN), extends perpendicularly, or substantially perpendicularly, projecting from the substrate, here made of silicon, other materials such as silicon carbide can be used without depart from the context of the invention.
  • the electroluminescent rods could be made from an alloy of aluminum nitride and gallium nitride (AlGaN), or from an alloy of aluminum, indium and gallium (AllnGaN).
  • the substrate 6 has a lower face 8, on which is reported a first electrode 10, and an upper face 12, projecting from which extend the electroluminescent rods 4 and on which is reported a second electrode 14 ⁇
  • Different layers of materials are superimposed on the upper face 12, in particular after the growth of electroluminescent rods from the substrate obtained here by an ascending approach.
  • This layer is etched so as to connect a particular rod between them, the ignition of these rods can then be controlled simultaneously by a control module not shown here. It can be provided that at least two electroluminescent rods or at least two groups of electroluminescent rods of the semiconductor light source 2 are arranged to be lit separately by means of an ignition control system. .
  • the submillimetric electroluminescent rods extend from the substrate and each comprise a gallium nitride core, around which are disposed quantum wells formed by a radial superposition of layers of different materials, here gallium nitride and gallium nitride -indium, and a shell surrounding the quantum wells also made of gallium nitride.
  • Each rod extends along a longitudinal axis, or axis of elongation 16, defining its height, the base 17 of each rod being disposed in a plane of the upper face 12 of the substrate 6.
  • the electroluminescent rods 4 of the semiconductor light source advantageously have the same shape. These rods are each delimited by an end face 18 and a circumferential wall 20 which extends along the longitudinal axis 16. When the electroluminescent rods are doped and polarized, the resulting light output of the semiconductor source is emitted mainly from the circumferential wall 20, it being understood that it can be provided that radii At least a small amount of light also emerges from the end face 18. As a result, each rod acts as a single light-emitting diode and the density of the electroluminescent rods 4 improves the light output of this semiconductor source.
  • the circumferential wall 20 of a rod 4, corresponding to the gallium nitride shell, is covered by a transparent conductive oxide layer (OCT) which forms the anode of each rod complementary to the cathode formed by the substrate.
  • OCT transparent conductive oxide layer
  • This circumferential wall 20 extends along the axis of elongation 16 from the substrate 6 to the end face 18, the distance from the end face 18 to the upper face 12 of the substrate, from which the rods originate electroluminescent 4, defining the height of each rod.
  • the height of a light emitting rod 4 is between 1 and 10 micrometers, while it is expected that the largest transverse dimension of the end face, perpendicular to the longitudinal axis 16 of the electroluminescent rod concerned, ie less than 2 micrometers. It will also be possible to define the surface of a rod, in a cutting plane perpendicular to this longitudinal axis 16, in a range of determined values, and in particular between 1.96 and 4 microns square.
  • the height can be changed from one light source to another, so as to increase the luminance of the semiconductor light source when the height is increased.
  • the height of the rods may also be modified within a single light source, so that one group of rods may have a height, or heights, different from another group of rods, both groups being the semiconductor light source comprising electroluminescent rods of submillimeter dimensions.
  • the shape of the electroluminescent rods 4 may also vary from one device to another, in particular on the section of the rods and on the shape of the end face 18. It has been illustrated in the figures of electroluminescent rods having a generally cylindrical shape, and in particular of polygonal section, here more particularly hexagonal. It is understood that it is important that light can be emitted through the circumferential wall, that it has a polygonal or circular shape for example.
  • the end face 18 may have a substantially flat shape and perpendicular to the circumferential wall, so that it extends substantially parallel to the upper face 12 of the substrate 6, as shown in the figures, or it may have a domed or pointed shape at its center, so as to multiply the directions of emission of the light exiting this end face.
  • the electroluminescent rods 4 are arranged in two-dimensional matrix. It will be understood that the invention covers other distributions of the rods, in particular with rod densities which can be variable from one light source to another, and which can be variable according to different zones of the same light source. .
  • the number of electroluminescent rods 4 projecting from the substrate 6 may vary from one light source to another, in particular to increase the light density of the light source, but it is agreed that the separation distances between two rods must be at least equal to 2 micrometers, so that the light emitted by the circumferential wall 20 of each electroluminescent rod 4 can exit the matrix of rods. Furthermore, it is expected that these separation distances are not greater than 100 micrometers.
  • At least one wall with reflective properties 5 is arranged projecting from the substrate, advantageously the same as that from which the rods extend, to be arranged in the vicinity of at least two of the electroluminescent rods of the light source.
  • This wall makes it possible, on the one hand, to split the beams that can be emitted by this light source in three dimensions.
  • the presence of a wall rising between two adjacent rods, or two groups of neighboring rods makes it possible to segment the beam by preventing the rays emitted by a first group of rods from being superimposed with rays emitted by a second group of sticks next door.
  • the wall or walls 5 arranged between the rods 4 have reflective properties so that these walls allow, in addition to their function of cutting the beam emitted by the light source 2, the reflection of the rays emitted by a rod, it being understood that these walls with reflective properties 5 are configured to reflect these rays towards the output of the device equipped with such a light source, that is to say opposite the substrate 6.
  • the wall with reflective properties 5 has side faces 22 and an upper face 24, with at least one lateral face 22 extending from the substrate 6, substantially at the base 17. of one of the rods 4, that is to say at the junction of the rod and the substrate, and the upper face 24 which extends parallel to the substrate, between the upper ends of the side faces, that is to say the end opposite the substrate.
  • the walls with reflective properties 5 may differ from one embodiment to another and in particular by the shape of a lateral face 22, the width of the upper face 24, or the height of the wall.
  • the width of the upper face 24, that is to say the dimension of the upper face between the two lateral faces, can vary and it can, under extreme conditions, be substantially zero, the opposite side faces 22 of a same wall being then joined at their upper end.
  • the height of the walls with reflective properties 5 is defined by the distance between the upper face 24 of these walls and the substrate 6 from which the wall or walls extend, and it is understood that walls may have different heights of source of light to another, or within the same light source.
  • One wall higher than another makes it possible to sharpen the cut in the beam, that is to say a sharp segmentation of the projected rays by a stick or a group of rods arranged on one side of the wall and a stick or a group of sticks arranged on the other side of the wall. It is understood that its height makes it possible to have a reflective action on all the rays emitted at least by the lower part of the corresponding rod.
  • the light source 2 may comprise one or more walls with reflective properties 5 which protrude from the substrate 6 in the plurality of electroluminescent rods, that is to say between at least two rods or groups of sticks.
  • the wall with reflective properties it is appropriate for the wall with reflective properties to be arranged between two electroluminescent rods 4. It is possible to provide arrangements of reflecting walls which allow such a characteristic, and in particular walls arranged around a stick, so that it is separated from neighboring sticks by the wall or walls. A single wall can be used to surround this stick, being arranged continuously around the stick, and advantageously having a form of revolution around the stick (as shown in Figures 1, 3, 6a and 6b).
  • the sticks 4, or groups of rods, separated by a wall with reflective properties 5 are advantageously selectively activatable.
  • the wall with reflective properties has a lateral face 22 in the profile, in a radial plane at an elongation direction of the rod 4 whose wall reflects the emitted rays. , substantially parabolic, in particular with reference to FIGS. 1 to 4 ⁇
  • wall a portion of wall which is disposed in the vicinity of a specific rod, and by the expression “direction (or axis) of "elongation” of the rod, the main direction of the rod, which gives the light source the third dimension allowing the increase of the emission surface, this direction being substantially perpendicular to the substrate layer from which extend the sticks.
  • the wall may be formed of a surface of revolution generated by the rotation of a parabolic arc, of axis parallel to the axis of elongation of the rods.
  • the parabolic shape of the lateral face of the reflecting wall makes it possible to return, substantially parallel to the axis of elongation of the corresponding rod, all of the rays passing through its focus F.
  • it is advantageous to parabolic reflector is centered on the base 17 of the rod 4, at the junction with the substrate 6, or even that it is centered on the circumferential wall of the stick.
  • An electroluminescent device has a better light output when the temperature is low, and it is understood that in this context the interest of concentrating the focus on the lower part of the stick, less hot and therefore generating more rays.
  • FIG. 4 illustrates in particular an interesting embodiment in that the lateral face 22 has two portions of parabolas 22a and 22b, the junction plane is represented by mixed lines, with a focus Fl of a first parabola section 22a centered on the base 17 of the rod 4 whose wall reflects the rays emitted, and a focus F2 of a second parabola section 22b centered substantially halfway up the rod 4
  • the emitted rays passing at other points than the foci, or the second rays 32 emitted while passing through one of the foci but directed towards another parabolic portion than that associated with said focus, are deflected in particular opposite the substrate.
  • a wall according to the invention has reflective properties of rays emitted by at least one of the two rods between which it is disposed.
  • the wall 5 could have a first lateral face 22 opposite a first rod which has reflective properties, in particular via a coating disposed on this first lateral face, and a second lateral face. next to a neighboring stick that does not have reflective properties.
  • the walls 5 of the light source 2 projecting from the substrate 6 have reflective properties so that at least one of their faces 22, 24 is able to reflect rays emitted by one of the rods. It can be provided that the reflective properties are made in the mass of the walls or that they are reported on one or more faces of these walls.
  • these organic polymer walls such as silicone (SiO), which has been previously loaded with metal particles, such as titanium oxide ( ⁇ O 2).
  • Another embodiment may be to form the wall in a non-reflecting material, and for example in a material similar to the substrate material or rod material, and to apply on at least one of the faces of this wall a reflective coating . In this case, in a method for producing the light source, after the growth of rods and reflecting walls from the substrate, the coating of at least one wall by a layer of a reflective material by masking the sticks to prevent them from being covered with this reflective material.
  • the light source 1 may furthermore comprise, as illustrated in FIG. 3, a layer 26 of a polymer material in which electroluminescent rods 4 and walls with reflective properties 5 are at least partially embedded.
  • the layer 26 may thus extend over the entire extent of the substrate or only around a given group of electroluminescent rods 4 and walls.
  • the polymer material which may in particular be based on silicone, makes it possible to protect the rods electroluminescent 4 without hindering the diffusion of light rays.
  • wavelength conversion means and for example phosphors, able to absorb at least a portion of the rays emitted by one of the rods and to converting at least a portion of said absorbed excitation light into an emission light having a wavelength different from that of the excitation light.
  • the wavelength conversion means are embedded in the mass of the polymeric material, or that they are arranged on the surface of the layer of this polymeric material.
  • a reflecting wall 105 has a trapezoidal shape, with the small base substantially mid-height rods which it is close.
  • the plans inclined 34 forming lateral faces reflect the rays emanating from the lower part 36 of the rod 4, that is to say the part at the base of the stick in the vicinity of the substrate.
  • the upper face 38 of the trapezium, corresponding to the small base, is also reflective, and it ensures the reflection of rays emanating from the upper part 40 of the stick, that is to say the part of the stick opposite the substrate 6, and which went towards this substrate 6.
  • FIGS. 6a and 6b Other variants are illustrated in FIGS. 6a and 6b, in which again the reflecting walls differ from what has been previously described in the shape of the lateral faces 22 facing the rods 4, which may be in the form of a regular ramp ( Figure 6a) or cup-shaped multi-faceted (Figure 6b).
  • the same rod could be surrounded by walls whose profiles are different from one wall to another, the rays emitted by this rod in a given radial direction with respect to its axis of elongation may then not be deviated in the same way as rays emitted by the same rod in another radial direction and therefore meeting a wall of different shape.
  • FIGS. 7a and 7b Another variant is illustrated in FIGS. 7a and 7b, in which the wall with reflective properties is formed by a mirror array 42 which extends concentrically around a rod, projecting from the upper face of the substrate.
  • Each lens of the grating thus has an annular shape around the stick with a succession of plane mirrors, it being understood that it will be possible for each mirror of the annular lens to be of substantially parabolic shape.
  • Figure 7b there is illustrated by way of example the arrangement of two concentric mirrors 42 formed respectively around four neighboring rods.
  • the present invention applies to both a front projector and a rear light of a motor vehicle.
  • the foregoing description clearly explains how the invention makes it possible to achieve the objectives that it has set itself and in particular to propose a lighting and / or signaling device that makes it possible to improve the performance of the two-dimensional light-emitting diodes. known from the prior art, this better light output being obtained on the one hand by the presence of rods projecting from a substrate and the combined presence of reflecting walls, these walls to increase the amount of rays emitted in the direction of the output of a lighting device equipped with such a light source.

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Abstract

Une source de lumière à semi-conducteur (2) comprend un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents (4) de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s étendant longitudinalement depuis ledit substrat. Selon l'invention, au moins une paroi (5) s'étend également en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets électroluminescents (4).

Description

DISPOSITIF D'ECLAIRAGE ET/OU DE SIGNALISATION POUR
VEHICULE AUTOMOBILE
L'invention a trait au domaine de l'éclairage et/ou de la signalisation, et elle concerne plus particulièrement une source de lumière à semi-conducteur, à haute capacité d'émission de rayons lumineux.
Des sources de lumière à semi-conducteur sont connues sous forme de diodes électroluminescentes en deux dimensions, dans lesquelles on dispose une première zone semi- conductrice pour l'injection d'électrons, une deuxième zone semi-conductrice pour l'injection de trous et une zone semi-conductrice dite « active » dans laquelle les électrons et les trous injectés se recombinent de manière radiative. Ces zones semi-conductrices sont agencées, dans cette technologie planaire en deux dimensions, sur des substrats en couches planes.
L'utilisation de ces diodes électroluminescentes, notamment pour des avantages d'encombrement et d'autonomie par rapport à des sources de lumière classiques, est de plus en plus fréquente. L'utilisation de diodes électroluminescentes dans les modules d'éclairage et/ou de signalisation a permis en outre aux acteurs du marché (constructeurs automobiles et concepteurs de dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation) d'apporter une touche créative à la conception de ces dispositifs, notamment par l'utilisation d'un nombre toujours plus grand de ces diodes électroluminescentes pour réaliser des effets optiques. Un des inconvénients à l'utilisation de ces diodes est leur coût de revient.
Dans ce contexte économique, il est recherché un rendement lumineux optimal et une faible déperdition des rayons émis par la zone semi-conductrice, alors que celle-ci a tendance à générer des rayons lumineux de façon aléatoire qui ne partent pas automatiquement dans la direction souhaitée pour sortir du dispositif associé à la source de lumière.
Notamment afin d'éviter de perdre les rayons qui seraient émis vers le substrat, à l'opposé de la direction souhaitée des rayons lumineux, on peut insérer une surface réfléchissante entre le substrat et la première zone semi-conductrice disposée au voisinage de celle-ci, et ce afin de renvoyer les photons vers la sortie du dispositif.
La présente invention vise à proposer une alternative à l'utilisation de diodes électroluminescentes en deux dimensions telle qu'elle vient d'être présentée, en s'inscrivant dans un double contexte, à la fois économique où les coûts de revient des sources de lumière sont cherchés le plus bas possible, et technique où l'on recherche une intensité d'émission optimale. L'invention a pour objet une source de lumière à semi-conducteur comprenant un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat, et dans laquelle au moins une paroi s'étendant en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets.
La réalisation de source de lumière à semi-conducteur en trois dimensions permet d'augmenter la surface émettrice et donc la densité de courant. On comprend que la réalisation de bâtonnets s'étendant parallèlement entre eux depuis le substrat permet de jouer sur leur écartement réciproque pour modifier la densité des zones émettrices et donc la luminance de la source. Si l'on souhaite une source de lumière à forte luminance, on resserre les bâtonnets les uns par rapport aux autres. Cette densité de bâtonnets pose le problème pour certains des rayons émis par un bâtonnet, à savoir les rayons partant sensiblement perpendiculairement au bâtonnet, d'être absorbés par le bâtonnet voisin. Plus les bâtonnets sont proches les uns des autres, plus le nombre de ces rayons absorbés par le bâtonnet voisin est grand.
La présence de parois réfléchissantes agencées entre les bâtonnets voisins permet selon l'invention, outre une fonction d'assurer si nécessaire un contraste entre les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, et les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, voisin, d'optimiser la quantité de rayons sortant de chacun de ces bâtonnets, en évitant une déperdition des rayons, émis par un bâtonnet, par absorption par un bâtonnet voisin, et d'autre part.
Selon différentes caractéristiques de l'invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- la paroi est agencée autour d'un bâtonnet, de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par ladite paroi ;
- la paroi est agencée de façon continue tout autour du bâtonnet. ;
- la paroi présente une forme de révolution autour du bâtonnet.
La source de lumière peut avantageusement comporter une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes s'étendant en saillie du substrat en étant agencées respectivement au voisinage d'au moins un bâtonnet. Les parois peuvent être agencées sur le substrat de sorte que chaque bâtonnet est entouré d'au moins deux parois aux propriétés réfléchissantes. Selon une caractéristique de l'invention, les bâtonnets et parois s'étendent depuis le même substrat.
Selon différentes caractéristiques prises seules ou en combinaison, propres au profil des parois, on pourra prévoir que :
- la paroi, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, présente un profil sensiblement parabolique ;
Par « direction ou axe d'allongement » du bâtonnet, on entend la direction principale du bâtonnet, qui confère à la source de lumière la troisième dimension permettant l'augmentation de la surface d'émission, cette direction étant sensiblement perpendiculaire à la couche de substrat à partir de laquelle s'étendent les bâtonnets.
- le foyer de la parabole est centré sur la base du bâtonnet, à la jonction avec le substrat
- le foyer de la parabole, pour un plan radial donné, est centré sur une paroi circonférentielle du bâtonnet.
- la paroi présente un profil avec plusieurs sections de parabole, un foyer d'une première section de parabole étant centré sur la base du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, tandis que le foyer d'une autre section de parabole est centré sensiblement à mi- hauteur du bâtonnet.
Les propriétés réfléchissantes des parois de la source de lumière peuvent notamment être obtenues par la réalisation de ces parois en polymère organique chargé en particules métalliques. Plus particulièrement, on pourra prévoir que la paroi est en silicone chargé en oxyde de titane.
On pourra également prévoir en variante de réalisation que la paroi est formée dans un matériau non réfléchissant, et par exemple dans un matériau semblable au matériau du substrat ou au matériau des bâtonnets, et qu'un revêtement réfléchissant est disposé sur cette paroi.
Selon différentes caractéristiques de l'invention, on pourra par ailleurs prévoir que :
- la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs à aux moins deux plans inclinés, les miroirs du réseau s'étendant de façon concentrique autour d'un bâtonnet, en saillie du substrat ; - chaque miroir est formé par un premier plan, qui peut être légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan incliné par rapport au premier plan ;
- chaque lentille du réseau présente une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans inclinés entre eux. En variante, on pourra prévoir que chaque lentille du réseau est formée par un miroir de forme sensiblement parabolique ;
- le réseau peut présenter un profil en dents de scie et la hauteur des dents peut augmenter au fur et à mesure de l'éloignement du bâtonnet correspondant.
On peut également prévoir entre deux bâtonnets voisins la présence d'une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune aux deux bâtonnets et la présence d'au moins un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie spécifique à l'un des bâtonnets.
Par ailleurs, on pourra prévoir que la source de lumière à semi-conducteur comprenant une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques comporte en outre une couche d'un matériau polymère dans laquelle les bâtonnets sont au moins partiellement noyés ; ce matériau polymère peut être à base de silicone, étant entendu que le matériau polymère est à base de silicone dès lors qu'il comporte majoritairement du silicone, par exemple 25% et dans la pratique de 50% à environ 99%.
La couche de matériau polymère peut comprendre un luminophore ou une pluralité de luminophores excités par la lumière générée par au moins un de la pluralité de bâtonnets. On entend par luminophore, ou convertisseur de lumière, la présence d'au moins un matériau luminescent conçu pour absorber au moins une partie d'au moins une lumière d'excitation émise par une source lumineuse et pour convertir au moins une partie de ladite lumière d'excitation absorbée en une lumière d'émission ayant une longueur d'onde différente de celle de la lumière d'excitation. Ce luminophore, ou cette pluralité de luminophores, peut être au moins partiellement noyé dans le polymère ou bien disposé en surface de la couche de matériau polymère.
La couche de matériau polymère peut comprendre également un coloriant (pigment en anglais), de préférence blanc, permettant en forte concentration une bonne réflexion de la lumière et en faible concentration une diffusion de la lumière, souhaité parfois afin que la source de la lumière soit uniforme. Ce coloriant est typiquement le dioxyde de Titane (T1O2).
L'ensemble des bâtonnets électroluminescents peut s'étendre à partir d'un même substrat, et ces bâtonnets peuvent notamment être formés directement sur ce substrat. On peut prévoir que le substrat soit à base de Silicium ou de carbure de silicium. On comprend que le substrat est à base de silicium dès lors qu'il comporte majoritairement du silicium, par exemple au moins 25% et dans la pratique de 50% à environ 99%.
Selon des caractéristiques propres à la constitution des bâtonnets électroluminescents et à la disposition de ces bâtonnets électroluminescents sur le substrat, on pourra prévoir que, chaque caractéristique pouvant être prise seule ou en combinaison avec les autres :
- chaque bâtonnet présente une forme générale cylindrique, notamment de section polygonale ; on pourra prévoir que chaque bâtonnet est la même forme générale, et notamment une forme hexagonale ;
- les bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s'étend le long d'un axe longitudinal du bâtonnet définissant sa hauteur, la lumière étant émise au moins à partir de la paroi circonférentielle ; cette lumière pourrait également être émise par la face terminale ;
- chaque bâtonnet peut présenter une face terminale qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi circonférentielle, et dans différentes variantes, on peut prévoir que cette face terminale est sensiblement plane ou bombée, ou pointue, en son centre ;
- les bâtonnets sont agencés en matrice à deux dimensions, que cette matrice soit régulière, avec un espacement constant entre deux bâtonnets successifs d'un alignement donné, ou que les bâtonnets soient disposés en quinconce ; on comprend que dans ce cas de figure de matrice à deux dimensions, les vagues de bâtonnets peuvent être considérées comme des rangées de bâtonnets ;
- la hauteur d'un bâtonnet est comprise entre 1 et 20 micromètres ;
- la plus grande dimension de la face terminale est inférieure à 2 micromètres ;
- la distance qui sépare deux bâtonnets immédiatement adjacents est au minimum égale à 2 micromètres, et au maximum égale à 100 micromètres.
Tel que cela a été évoqué précédemment, l'invention concerne en outre un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation comprenant une source de lumière tel que décrit ci-dessus, ainsi qu'une optique de mise en forme des rayons émis par la source de lumière pour l'émission en dehors du dispositif d'un faisceau lumineux. Par optique de mise en forme, on entend des moyens permettant de changer la direction d'au moins une partie des rayons lumineux. Selon l'invention, l'optique de mise en forme crée une image réelle, et éventuellement anamorphosée, d'une partie de la source de lumière à une distance, finie ou infinie, très grande devant les dimensions (d'un rapport de l'ordre d'au moins 30, et de préférence Ιθθ) de la source. Cette optique de mise en forme peut consister en un ou plusieurs réflecteurs, ou bien en une lentille, ou encore en une combinaison de ces deux possibilités. L'optique de mise en forme et la source de lumière pourront être agencées de sorte que la source de lumière est décentrée par rapport au foyer objet de l'optique de mise en forme. Ceci permet notamment de projeter une image qui parait continue, en imagerie directe, sans nécessiter de prévoir un système de projection devant modifier l'image source avant d'être projetée. Ceci est particulièrement intéressant pour simplifier le dispositif proposé, notamment lorsqu'une ou plusieurs parois de séparation sont disposées en saillie du substrat pour participer à la pixellisation optique du faisceau réglementaire projeté.
Ainsi, on applique au domaine automobile une technologie consistant à réaliser la zone émettrice de lumière par une pluralité de bâtonnets électroluminescents que l'on fait croître sur un substrat, pour réaliser une topologie en trois dimensions. On comprend que cette topologie en trois dimensions présente l'avantage de multiplier la surface d'émission lumineuse par rapport aux diodes électroluminescentes connues jusque-là dans le domaine de l'automobile, à savoir des diodes sensiblement planes. De la sorte, il est possible de fournir à moindre coût de revient une lumière blanche très lumineuse.
Le dispositif prend ainsi place aussi bien dans un projecteur avant que dans un feu arrière de véhicule automobile.
La présente concerne en outre un procédé de réalisation d'une source de lumière à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, au cours duquel on réalise au moins les étapes suivantes :
- la croissance de bâtonnets et de parois réfléchissantes depuis le substrat, de façon simultanée ou successive ;
- le revêtement d'au moins une paroi en matériau réfléchissant en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une source de lumière à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans laquelle on a rendu visible en coupe une rangée de bâtonnets électroluminescents et des parois réfléchissantes entourant ces bâtonnets et regroupés en un ensemble monobloc ; la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, illustrant une source de lumière à semi-conducteur selon un deuxième mode de réalisation différent du premier mode illustré sur la figure 1 en la forme des parois réfléchissantes ; la figure 3 vue en coupe d'un détail d'une source de lumière selon l'invention, dans laquelle on a rendu visible un bâtonnet électroluminescent s'étendent en saillie d'un substrat et une paroi réfléchissante agencée à proximité de ce bâtonnet ; la figure 4 est une vue de détail d'une source de lumière selon un mode de réalisation de l'invention, dans laquelle on a rendu visible deux bâtonnets et une paroi aux propriétés réfléchissantes disposée entre ces deux bâtonnets, la paroi présentant ici un profil au moins partiellement parabolique ; la figure 5 est une variante de la réalisation de la figure 4, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante présente une forme de trapèze ; les figures 6a et 6b sont des illustrations de variantes de réalisation quant à la forme des parois aux propriétés réfléchissantes ; et - les figures 7a et 7b sont des illustrations, respectivement en coupe de face et vue de dessus, d'une autre variante de réalisation, dans laquelle les parois aux propriétés réfléchissantes sont formées par un réseau de miroirs, ici paraboliques, agencés concentriquement autour d'un bâtonnet.
Une source de lumière 2 à semi-conducteur selon l'invention est illustrée sur la figure
1. Cette source comprend des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, c'est-à-dire des sources à semi-conducteur en trois dimensions tel que cela sera exposé ci- après, contrairement aux sources classiques en deux dimensions, assimilées à des sources sensiblement planes du fait de leur épaisseur de l'ordre de quelques nanomètres alors qu'une source à bâtonnets électroluminescents présente une hauteur au moins égale au micromètre.
La source de lumière 2 comprend une pluralité de bâtonnets électroluminescents 4 de dimensions submillimétriques, que l'on appellera par la suite bâtonnets électroluminescents, et une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes 5 agencées autour des bâtonnets. Aussi bien les parois aux propriétés réfléchissantes 5 que les bâtonnets électroluminescents 4 prennent naissance sur un même substrat 6. Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s'étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat, ici réalisé à base de silicium, d'autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l'invention. A titre d'exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés à partir d'un alliage de nitrure d'aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d'un alliage d'aluminium, d'indium et de gallium (AllnGaN).
Le substrat 6 présente une face inférieure 8, sur laquelle est rapportée une première électrode 10, et une face supérieure 12, en saillie de laquelle s'étendent les bâtonnets électroluminescents 4 et sur laquelle est rapportée une deuxième électrode 14· Différentes couches de matériaux sont superposées sur la face supérieure 12, notamment après la croissance des bâtonnets électroluminescents depuis le substrat ici obtenue par une approche ascendante. Parmi ces différentes couches, on peut trouver au moins une couche de matériau conducteur électriquement, afin de permettre l'alimentation électrique des bâtonnets. Cette couche est gravée de manière à relier tel ou tel bâtonnet entre eux, l'allumage de ces bâtonnets pouvant alors être commandé simultanément par un module de commande ici non représenté. On pourra prévoir qu'au moins deux bâtonnets électroluminescents ou au moins deux groupes de bâtonnets électroluminescents de la source de lumière à semi-conducteur 2 sont agencés pour être allumés de manière distincte par l'intermédiaire d'un système de contrôle de l'allumage.
Les bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques s'étirent depuis le substrat et comportent chacun un noyau en nitrure de gallium, autour duquel sont disposés des puits quantiques formés par une superposition radiale de couches de matériaux différents, ici du nitrure de gallium et du nitrure de gallium-indium, et une coque entourant les puits quantiques également réalisé en nitrure de gallium.
Chaque bâtonnet s'étend selon un axe longitudinal, ou axe d'allongement 16, définissant sa hauteur, la base 17 de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure 12 du substrat 6.
Les bâtonnets électroluminescents 4 de la source de lumière à semi-conducteur présentent avantageusement la même forme. Ces bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale 18 et par une paroi circonférentielle 20 qui s'étend le long de l'axe longitudinal 16. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l'objet d'une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteur est émise principalement à partir de la paroi circonférentielle 20, étant entendu que l'on peut prévoir que de des rayons lumineux sortent également, au moins en petite quantité, à partir de la face terminale 18. Il en résulte que chaque bâtonnet agit comme une unique diode électroluminescente et que la densité des bâtonnets électroluminescents 4 améliore le rendement lumineux de cette source à semi-conducteur. La paroi circonférentielle 20 d'un bâtonnet 4, correspondant à la coquille de nitrure de gallium, est recouverte par une couche d'oxyde conducteur transparent (OCT) qui forme l'anode de chaque bâtonnet complémentaire à la cathode formée par le substrat. Cette paroi circonférentielle 20 s'étend le long de l'axe d'allongement 16 depuis le substrat 6 jusqu'à la face terminale 18, la distance de la face terminale 18 à la face supérieure 12 du substrat, depuis laquelle prennent naissance les bâtonnets électroluminescents 4, définissant la hauteur de chaque bâtonnet. A titre d'exemple, on prévoit que la hauteur d'un bâtonnet électroluminescent 4 est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que l'on prévoit que la plus grande dimension transversale de la face terminale, perpendiculairement à l'axe longitudinal 16 du bâtonnet électroluminescent concerné, soit inférieure à 2 micromètres. On pourra également prévoir de définir la surface d'un bâtonnet, dans un plan de coupe perpendiculaire à cet axe longitudinal 16, dans une plage de valeurs déterminées, et notamment entre 1.96 et 4 micromètres carré.
Ces dimensions, données à titre d'exemple non limitatif, permettent notamment de démarquer une source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescent d'une source de lumière des sources à diodes sensiblement planes telle qu'utilisée précédemment.
On comprend que lors de la formation des bâtonnets 4, la hauteur peut être modifiée d'une source de lumière à l'autre, de manière à accroître la luminance de la source de lumière à semi-conducteur lorsque la hauteur est augmentée. La hauteur des bâtonnets peut également être modifiée au sein d'une unique source de lumière, de sorte qu'un groupe de bâtonnets peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d'un autre groupe de bâtonnets, ces deux groupes étant constitutifs de la source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques.
La forme des bâtonnets électroluminescents 4 peut également varier d'un dispositif à l'autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale 18. Il a été illustré sur les figures des bâtonnets électroluminescents présentant une forme générale cylindrique, et notamment de section polygonale, ici plus particulièrement hexagonale. On comprend qu'il importe que de la lumière puisse être émise à travers la paroi circonférentielle, que celle-ci présente une forme polygonale ou circulaire par exemple. Par ailleurs, la face terminale 18 peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu'elle s'étend sensiblement parallèlement à la face supérieure 12 du substrat 6, tel que cela est illustré sur les figures, ou bien elle peut présenter une forme bombée ou en pointe en son centre, de manière à multiplier les directions d'émission de la lumière sortant de cette face terminale.
Sur la figure 1, les bâtonnets électroluminescents 4 sont agencés en matrice à deux dimensions. On comprend que l'invention couvre d'autres répartitions des bâtonnets, avec notamment des densités de bâtonnets qui peuvent être variables d'une source de lumière à l'autre, et qui peuvent être variables selon différentes zones d'une même source de lumière. Le nombre de bâtonnets électroluminescents 4 s'étendant en saillie du substrat 6 peut varier d'une source de lumière à l'autre, notamment pour augmenter la densité lumineuse de la source de lumière, mais on convient que les distances de séparation entre deux bâtonnets doivent être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 20 de chaque bâtonnet électroluminescent 4 puisse sortir de la matrice de bâtonnets. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation ne soient pas supérieures à 100 micromètres.
Au moins une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est agencée en saillie du substrat, avantageusement le même que celui à partir duquel s'étendent les bâtonnets, pour être disposée au voisinage d'au moins deux des bâtonnets électroluminescents de la source de lumière. Cette paroi permet d'une part de scinder les faisceaux pouvant être émis par cette source de lumière en trois dimensions. Ainsi, la présence d'une paroi s'élevant entre deux bâtonnets voisins, ou deux groupes de bâtonnets voisins, permet de segmenter le faisceau en empêchant les rayons émis par un premier groupe de bâtonnets de venir se superposer avec des rayons émis par un deuxième groupe de bâtonnets voisin. Selon l'invention, la ou les parois 5 disposées entre les bâtonnets 4 présentent des propriétés réfléchissantes de sorte que ces parois permettent, outre leur fonction de coupure du faisceau émis par la source de lumière 2, la réflexion des rayons émis par un bâtonnet, étant entendu que ces parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont configurées pour réfléchir ces rayons vers la sortie du dispositif équipé d'une telle source de lumière, c'est-à-dire à l'opposé du substrat 6.
Dans les différents modes de réalisation illustrés de l'invention, la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 comporte des faces latérales 22 et une face supérieure 24, avec au moins une face latérale 22 qui s'étend depuis le substrat 6, sensiblement à la base 17 d'un des bâtonnets 4, c'est-à-dire à la jonction du bâtonnet et du substrat, et la face supérieure 24 qui s'étend parallèlement au substrat, entre les extrémités supérieures des faces latérales, c'est à dire l'extrémité à l'opposé du substrat.
Tel que cela va être décrit ci-après, les parois aux propriétés réfléchissantes 5 peuvent différer d'un mode de réalisation à l'autre et notamment par la forme d'une face latérale 22, la largeur de la face supérieure 24, ou encore la hauteur de la paroi.
Notamment, on pourra prévoir différents profils d'au moins une des faces latérales 22, dès lors qu'elle est configurée pour réfléchir les rayons émis par le bâtonnet. La largeur de la face supérieure 24, c'est-à-dire la dimension de la face supérieure entre les deux faces latérales, peut varier et elle peut, dans des conditions extrêmes, être sensiblement nulle, les faces latérales 22 opposées d'une même paroi étant alors jointives en leur extrémité supérieure.
La hauteur des parois aux propriétés réfléchissantes 5 est définie par la distance entre la face supérieure 24 de ces parois et le substrat 6 à partir duquel s'étendent la ou les parois, et on comprend que des parois peuvent présenter des hauteurs différentes d'une source de lumière à l'autre, ou au sein d'une même source de lumière. Une paroi plus haute qu'une autre permet de rendre plus nette la coupure dans le faisceau, c'est-à-dire une segmentation nette des rayons projetés par un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés d'un côté de la paroi et un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés de l'autre côté de la paroi. On comprend que sa hauteur permet d'avoir une action réfléchissante sur l'ensemble des rayons émis au moins par la partie basse du bâtonnet correspondant.
Quelle que soit la variante de réalisation, on pourra prévoir au sein de la source de lumière 2 une unique paroi aux propriétés réfléchissantes 5 entre deux bâtonnets, ou deux groupes de bâtonnets, tel qu'illustré sur la figure 2, ou un ensemble de parois, distribuées indépendamment les unes des autres ou regroupées en un ensemble monobloc, tel qu'illustré sur la figure 1.
En d'autres termes, la source de lumière 2 peut comporter une ou plusieurs parois à propriétés réfléchissantes 5 qui s'étendent en saillie du substrat 6 dans la pluralité de bâtonnets électroluminescents, c'est-à-dire entre au moins deux bâtonnets ou groupes de bâtonnets. 11 convient selon l'invention que la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 soit disposée entre deux bâtonnets électroluminescents 4· On pourra prévoir des agencements de parois réfléchissantes qui permettent une telle caractéristique et notamment des parois agencées autour d'un bâtonnet, de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par la ou les parois. Une seule paroi pourra être utilisée pour entourer ce bâtonnet, en étant agencée de façon continue tout autour du bâtonnet, et en présentant avantageusement une forme de révolution autour du bâtonnet (tel que visible sur les figures 1, 3, 6a et 6b).
Les bâtonnets 4, ou groupes de bâtonnets, séparés par une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 sont avantageusement activables sélectivement.
On va maintenant décrire des modes de réalisation particuliers de l'invention en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 présente une face latérale 22 au profil, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, sensiblement parabolique, notamment en faisant référence aux figures 1 à 4·
Dans la définition de la forme de la paroi qui précède, on pourra comprendre par le terme « paroi », une portion de paroi qui est disposée au voisinage d'un bâtonnet déterminé, et par l'expression « direction (ou axe) d'allongement » du bâtonnet, la direction principale du bâtonnet, qui confère à la source de lumière la troisième dimension permettant l'augmentation de la surface d'émission, cette direction étant sensiblement perpendiculaire à la couche de substrat à partir de laquelle s'étendent les bâtonnets.
La paroi peut être formée d'une surface de révolution générée par la rotation d'un arc parabolique, d'axe parallèle à l'axe d'allongement des bâtonnets. La forme parabolique de la face latérale de la paroi réfléchissante permet de renvoyer, sensiblement parallèlement à l'axe d'allongement du bâtonnet correspondant, l'ensemble des rayons passant par son foyer F. On peut prévoir avantageusement dans ce cas que le foyer du réflecteur parabolique est centré sur la base 17 du bâtonnet 4, à la jonction avec le substrat 6, voire qu'il est centré sur la paroi circonférentielle du bâtonnet. Un dispositif électroluminescent a un rendement lumineux meilleur lorsque la température est basse, et l'on comprend que dans ce contexte l'intérêt de concentrer le foyer sur la partie basse du bâtonnet, moins chaude et donc génératrice de plus de rayons.
Par profil sensiblement parabolique, on entend couvrir aussi bien une première paroi
5a (visible sur la figure 3), ayant une face latérale avec un profil parabolique continu et régulier depuis la base du bâtonnet jusqu'à la face supérieure, qu'une deuxième paroi 5b (visible sur la figure 4) ayant une pluralité de profils paraboliques se succédant, et présentant de fait des foyers différents. Dans le même contexte d'efficacité d'éclairage en fonction de la température de la source, on a notamment illustré sur la figure 4 un mode de réalisation intéressant en ce que la face latérale 22 présente deux portions de paraboles 22a et 22b, dont le plan de jonction est représenté par des traits mixtes, avec un foyer Fl d'une première section de parabole 22a centré sur la base 17 du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, et un foyer F2 d'une deuxième section de parabole 22b centré sensiblement à mi- hauteur du bâtonnet 4·
Dans chacun de ces cas, que la paroi présente une ou plusieurs sections de parabole, on saura trouver l'intérêt de la présence de cette paroi réfléchissante au voisinage d'un bâtonnet du fait de l'orientation des rayons vers la sortie du dispositif équipé de cette source de lumière.
Tel que cela est illustré sur la figure 4, sur laquelle on a représenté le trajet des rayons lumineux émis par les bâtonnets électroluminescents 4 et passant par le premier ou le deuxième foyer, on comprend que la présence de cette paroi aux propriétés réfléchissantes 5 permet notamment d'éviter aux rayons qui partent d'un bâtonnet électroluminescent sensiblement perpendiculairement à la paroi circonférentielle 20 d'arriver sur le bâtonnet voisin avec un angle d'impact sensiblement droit par rapport à la paroi circonférentielle du bâtonnet voisin et donc propice à une absorption par ce bâtonnet voisin.
Lorsque la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est disposée sur le trajet des rayons émis par le bâtonnet électroluminescent correspondant, ces rayons ne peuvent être absorbés par le bâtonnet voisin, et les propriétés réfléchissantes de la face latérale en regard du bâtonnet émetteur permettent la déviation des rayons jusqu'à ce qu'ils sortent du dispositif équipé de la source de lumière.
Les premiers rayons 30 émis par le bâtonnet et passant par le premier, respectivement le deuxième foyer de la première, respectivement la deuxième, portion de parabole de la face latérale sortent parallèlement à l'axe de la parabole lorsqu'ils ont rencontré la première, respectivement la deuxième portion de parabole de la face latérale.
Les rayons émis passant en d'autres points que les foyers, ou les deuxièmes rayons 32 émis en passant par l'un des foyers mais dirigés vers une autre portion de parabole que celle associé audit foyer sont déviés notamment à l'opposé du substrat.
Il convient de noter qu'une paroi présente selon l'invention des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un des deux bâtonnets entre lesquels elle est disposée. En d'autres termes, la paroi 5 pourrait présenter une première face latérale 22 en regard d'un premier bâtonnet qui présente des propriétés réfléchissantes, notamment par l'intermédiaire d'un revêtement disposé sur cette première face latérale, et une deuxième face latérale en regard d'un bâtonnet voisin qui ne présente pas de propriétés réfléchissantes.
Tel qu'elles viennent d'être décrites, ou dans d'autres formes de réalisation dont certains seront décrites ci-après, les parois 5 de la source de lumière 2 s'étendant en saillie du substrat 6 présentent des propriétés réfléchissantes pour qu'au moins une de leurs faces 22, 24 soit apte à réfléchir des rayons émis par un des bâtonnets. On pourra prévoir que les propriétés réfléchissantes soient réalisées dans la masse des parois ou bien qu'elles soient rapportées sur une ou plusieurs faces de ces parois. Notamment, on pourra réaliser ces parois en polymère organique, comme du silicone (SiO), que l'on a chargé préalablement en particules métalliques, comme de l'oxyde de titane (ΤΊ02). Un autre mode de réalisation pourra être de former la paroi dans un matériau non réfléchissant, et par exemple dans un matériau semblable au matériau du substrat ou au matériau des bâtonnets, et d'appliquer sur au moins une des faces de cette paroi un revêtement réfléchissant. Dans ce cas, dans un procédé de réalisation de la source de lumière, on prévoira, après la croissance de bâtonnets et de parois réfléchissantes depuis le substrat, de façon simultanée ou successive, le revêtement d'au moins une paroi par une couche d'un matériau réfléchissant en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.
La source de lumière 1 peut comporter en outre, tel qu'illustré sur la figure 3. une couche 26 d'un matériau polymère dans laquelle des bâtonnets électroluminescents 4 et des parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont au moins partiellement noyés. La couche 26 peut ainsi s'étendre sur toute l'étendue du substrat ou seulement autour d'un groupe déterminé de bâtonnets électroluminescents 4 et de parois 5· Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, permet de protéger les bâtonnets électroluminescents 4 sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d'intégrer dans cette couche 26 de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d'onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l'un des bâtonnets et à convertir au moins une partie de ladite lumière d'excitation absorbée en une lumière d'émission ayant une longueur d'onde différente de celle de la lumière d'excitation. On pourra prévoir indifféremment que les moyens de conversion de longueur d'onde sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu'ils sont disposés en surface de la couche de ce matériau polymère. Par ailleurs, il est possible de charger la couche de matériau polymère, agencée entre les bâtonnets et les parois aux propriétés réfléchissantes, avec un pigment, notamment blanc, pouvant servir de diffuseur optique.
On va maintenant décrire une première variante de réalisation, qui diffère de ce qui a été décrit précédemment en la forme de la paroi aux propriétés réfléchissantes, qui ne présente plus de profil parabolique, mais qui prend la forme d'un trapèze, ainsi qu'en la hauteur de cette paroi, qui présente ici une hauteur moindre de celle des bâtonnets.
Sur la figure 5, une paroi réfléchissante 105 présente une forme en trapèze, avec la petite base sensiblement à mi-hauteur des bâtonnets dont elle est à proximité. Les plans inclinés 34 formant des faces latérales réfléchissent les rayons émanant de la partie basse 36 du bâtonnet 4, c'est-à-dire la partie à la base du bâtonnet au voisinage du substrat. La face supérieure 38 du trapèze, correspondant à la petite base, est également réfléchissante, et elle assure la réflexion des rayons émanant de la partie haute 40 du bâtonnet, c'est-à-dire la partie du bâtonnet à l'opposé du substrat 6, et qui partaient vers ce substrat 6.
D'autres variantes sont illustrées sur les figures 6a et 6b, dans lesquelles là encore les parois réfléchissantes diffèrent de ce qui a été précédemment décrit en la forme des faces latérales 22 en regard des bâtonnets 4, qui peuvent être en forme de rampe régulière (figure 6a) ou en forme de cuvette à multiples facettes (figure 6b).
On comprendra qu'un même bâtonnet pourrait être entouré de parois dont les profils sont différents d'une paroi à l'autre, les rayons émis par ce bâtonnet dans une direction radiale donnée par rapport à son axe d'allongement pouvant alors ne pas être déviés de la même façon que des rayons émis par ce même bâtonnet dans une autre direction radiale et rencontrant dès lors une paroi de forme différente.
Une autre variante est illustrée sur les figures 7a et 7b, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs 42 qui s'étend de façon concentrique autour d'un bâtonnet, en saillie de la face supérieure du substrat. On reproduit ainsi, autour d'au moins un bâtonnet, des lentilles de Fresnel agencées concentriquement et formées respectivement par un premier plan 44, ici légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan 46 incliné par rapport au premier plan. Chaque lentille du réseau présente ainsi une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans, étant entendu qu'on pourra prévoir que chaque miroir de la lentille annulaire pourra être de forme sensiblement parabolique. Sur la figure 7b, on a illustré à titre d'exemple l'agencement de deux miroirs concentriques 42 formés respectivement autour de quatre bâtonnets voisins.
On crée ainsi un réseau présentant un profil en dents de scie (visible sur la figure 7a), dans lequel, selon le mode de réalisation illustré, la hauteur des dents, c'est-à-dire la distance entre l'extrémité libre et le substrat, va en augmentant au fur et à mesure de l'éloignement du bâtonnet correspondant, jusqu'à rencontrer le réseau s'étendant concentriquement autour du bâtonnet voisin.
Il est possible selon l'invention de combiner la présence d'une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune à deux bâtonnets voisins, tel qu'illustré sur les figures 1 à 6, et la présence d'un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie tel qu'il vient d'être décrit en référence aux figures 7a et 7b. Le réseau de miroirs s'étend alors directement depuis le bâtonnet, entre la paroi aux propriétés réfléchissantes et ce bâtonnet.
On comprend de la description des différentes variantes qui précède qu'elles pourraient être combinées les unes avec les autres sur une même source lumineuse, une paroi pouvant présenter une certaine forme dans une zone de la source et une autre paroi une autre forme dans une autre zone, tandis qu'un réseau de miroirs réfléchissants pourrait être prévu à la surface du substrat dans une zone encore différente de la source lumineuse.
La présente invention s'applique aussi bien à un projecteur avant qu'à un feu arrière de véhicule automobile. La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés et notamment de proposer un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation qui permette d'améliorer les performances des diodes électroluminescentes en deux dimensions connues de l'art antérieur, ce meilleur rendement lumineux étant obtenu d'une part par la présence de bâtonnets en saillie d'un substrat et la présence combinée de parois réfléchissantes, ces parois permettant d'augmenter la quantité de rayons émis en direction de la sortie d'un dispositif d'éclairage équipé d'une telle source de lumière.

Claims

REVENDICATIONS
1. Source de lumière à semi-conducteur (2) comprenant un substrat (6) et une pluralité de bâtonnets électroluminescents (4) de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat, et dans laquelle au moins une paroi (5 ; 105) s'étendant en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets.
2. Source de lumière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) est agencée autour d'un bâtonnet électroluminescent (4), de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par ladite paroi.
3. Source de lumière selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) est agencée de façon continue tout autour du bâtonnet électroluminescent (4).
4· Source de lumière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) présente une forme de révolution autour du bâtonnet électroluminescent (4).
5. Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes (5) s'étendant en saillie du substrat (6) en étant agencées respectivement au voisinage d'au moins un bâtonnet.
6. Source de lumière selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque bâtonnet électroluminescent (4) est entouré d'au moins deux parois aux propriétés réfléchissantes (5).
7· Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bâtonnets (4) et parois aux propriétés réfléchissantes (5) s'étendent depuis le même substrat (6).
8. Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5), dans un plan radial à un axe d'allongement (16) du bâtonnet électroluminescent (4) dont la paroi réfléchit les rayons émis, présente un profil sensiblement parabolique.
9. Source de lumière selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le foyer de la parabole est centré sur la base (17) du bâtonnet électroluminescent (4).
10. Source de lumière selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que le foyer de la parabole, pour un plan radial donné, est centré sur une paroi circonférentielle (20) du bâtonnet électroluminescent (4).
11. Source de lumière selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) présente un profil avec plusieurs portions de parabole (22a, 22b), un foyer (Fl) d'une première section de parabole (22a) étant centré sur la base (17) du bâtonnet électroluminescent (4) dont la paroi réfléchit les rayons émis, tandis que le foyer (Fl) d'une autre section de parabole (22b) est centré sensiblement à mi-hauteur du bâtonnet.
12. Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) est en polymère organique chargé en particules métalliques. 13· Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une couche de matériau polymère (26) est disposée entre la paroi aux propriétés réfléchissantes (5) et le bâtonnet électroluminescent (4) dont la paroi réfléchit les rayons émis.
14· Source de lumière selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs à aux moins deux plans inclinés, les miroirs du réseau s'étendant de façon concentrique autour d'un bâtonnet, en saillie du substrat (6).
15· Procédé de réalisation d'une source de lumière (2) à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, au cours duquel on fait croître des bâtonnets électroluminescents (4) et des parois (5), entre au moins deux bâtonnets, depuis un substrat (6), puis on procède au revêtement d'au moins une paroi par un matériau aux propriétés réfléchissantes en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.
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