WO2020064823A1 - Source lumineuse matricielle a gradation de l'intensite lumineuse - Google Patents

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WO2020064823A1
WO2020064823A1 PCT/EP2019/075838 EP2019075838W WO2020064823A1 WO 2020064823 A1 WO2020064823 A1 WO 2020064823A1 EP 2019075838 W EP2019075838 W EP 2019075838W WO 2020064823 A1 WO2020064823 A1 WO 2020064823A1
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light source
matrix
elementary
brightness
light
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PCT/EP2019/075838
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Zdravko Zojceski
Samuel DAROUSSIN
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Valeo Vision
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • 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]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
    • F21S41/153—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines arranged in a matrix
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S43/15—Strips of light sources

Definitions

  • the invention relates to matrix light sources with electroluminescent semiconductor elements, in particular for motor vehicles.
  • the invention relates to a matrix light source with gradation of the emitted light intensity.
  • a light emitting diode is a semiconductor electronic component capable of emitting light when it is traversed by an electric current.
  • LED technology is increasingly used for various light signaling solutions. LEDs are used to perform light functions such as daytime running lights, signaling lights, etc.
  • the light intensity emitted by an LED is generally dependent on the intensity of the electric current flowing through it.
  • an LED is characterized by an electric current intensity threshold value. This maximum forward current is generally decreasing at increasing temperature.
  • forward voltage By controlling the power supply of a light-emitting diode so as to vary the average intensity of the electric current flowing through it, it is possible to achieve dimming of the LED's light intensity.
  • elementary light emitting is interesting in many fields of application, and in particular also in the field of lighting and signaling of motor vehicles.
  • an array of LEDs can be used to create interesting light beam shapes for light functions such as high beam or daytime running light.
  • several different light functions can be performed using a single matrix, thereby reducing the physical size in the confined space of a motor vehicle light.
  • matrix light sources or, equivalently, pixelated, are controlled by a physically remote control unit and electrically connected to the light source.
  • the principle of dimming the light intensity of an LED does not obviously extend to a matrix light source comprising a large number of pixels.
  • the control unit should drive the electrical current for each pixel, generating at least one wired electrical connection per pixel.
  • This solution is only unrealistic, especially in the field of automotive signaling, for which the volume available to make a light module is limited.
  • the invention aims to overcome at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to provide a matrix light source which allows a gradation of the light intensity emitted by each elementary light source which composes its matrix.
  • a matrix light source comprising an integrated circuit and a matrix of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element.
  • the matrix light source is remarkable in that the integrated circuit is in contact with the matrix and comprises, for at least two of the elementary light sources, a first memory element for storing a brightness instruction to be produced by said elementary light source, the setpoint corresponding to a brightness which is between the minimum and maximum brightness achievable by said elementary light source, and a circuit for managing the power supply of said elementary light source, configured to adapt the average intensity of the electric current flowing through said elementary light source so that the apparent brightness thereof complies with said instruction.
  • an integrated circuit for a matrix light source is proposed.
  • the integrated circuit is intended to be in mechanical and electrical contact with a matrix of elementary light sources of the matrix light source.
  • the integrated circuit is remarkable in that it comprises, for at least two of the elementary light sources, a first memory element for storing a brightness instruction to be carried out by said elementary light source, the instruction corresponding to a brightness which lies between the minimum and maximum brightness achievable by said elementary light source, and a circuit for managing the power supply of said elementary light source, configured to adapt the average intensity of the electric current flowing through said elementary light source so that the brightness apparent of it is in accordance with said instruction.
  • the matrix of elementary light sources may preferably comprise a common substrate supporting the elementary light sources.
  • the common matrix substrate may preferably include SiC.
  • Each light source can preferably be associated with its memory element and its power supply management circuit, the memory element and the management circuits associated with different elementary light sources being independent of each other.
  • the integrated circuit may preferably comprise an Si substrate.
  • the integrated circuit is welded or glued to the matrix of elementary light sources, for example to one with the common substrate supporting elementary light sources.
  • the integrated circuit is preferably soldered or glued to the underside of the common substrate, opposite the face which comprises the elementary light sources.
  • the integrated circuit is in mechanical contact, for example by means of fixing, and electrical contact with the common substrate, which has electrical connection zones on its underside.
  • the integrated circuit may include a memory element and a dedicated power supply management circuit for each of the elementary light sources.
  • the power supply management circuit may preferably comprise a switch element for selectively supplying said elementary light source with electricity, and a circuit for generating a binary control signal with pulse width modulation, the signal serving as a control for the switch element.
  • the duty cycle and / or the amplitude of the control signal can preferably depend on the brightness setpoint.
  • the management circuit can be configured to calculate the duty cycle of the control signal so as to correspond to a quantized value between 0 and 1, reflecting the value of the brightness setpoint to be achieved by said elementary light source, the setpoint corresponding to a brightness which is between the minimum and maximum brightness
  • the substrate may further comprise, for at least one of the elementary light sources, a circuit for detecting a short circuit and / or a circuit for detecting an open circuit fault of said elementary light source and / or a unit for delaying the ignition of the elementary light source.
  • the integrated circuit may further comprise at least a second memory element for recording information for detecting a short circuit and / or an open circuit fault of said elementary light source and / or of duration ignition delay.
  • a light module comprises a control unit, a matrix light source and a circuit for controlling the electrical supply of said source.
  • the light module is remarkable in that the control unit is configured to transmit a brightness setpoint for each elementary light source from the matrix light source to the latter, in that the matrix light source conforms to a aspect of the invention, and in that said brightness setpoints are recorded respectively in the memory elements associated with each of the elementary light sources.
  • it may be a light module for a motor vehicle.
  • it can be a module for projecting or viewing color images, such as a screen.
  • Each shade corresponds to a predetermined brightness setpoint of a pixel / of an elementary light source of the source matrix.
  • a method of projecting a color image using a matrix light source according to one of the aspects of the invention is proposed.
  • the process is remarkable in that it includes the following stages:
  • a digital image in shades at the level of a control unit, the dimensions in pixels of the image corresponding to the dimensions of the matrix source; generate and transmit by means of the control unit a brightness setpoint for each elementary light source from the matrix light source to the latter, the light setpoint for a given elementary light source being representative of the tint of the corresponding pixel of the digital image;
  • the pixelated light source may preferably comprise at least one matrix of electroluminescent elements - elementary light sources - (called in English monolithic array) arranged in at least two columns by at least two lines.
  • the electroluminescent source comprises at least one matrix of monolithic electroluminescent elements, also called monolithic matrix.
  • the electroluminescent elements are grown from a common substrate and are electrically connected so as to be selectively activatable, individually or by subset of electroluminescent elements.
  • each electroluminescent element or group of electroluminescent elements can form one of the elementary emitters of said pixelated light source which can emit light when its or their material is supplied with electricity
  • Different arrangements of electroluminescent elements can meet this definition of monolithic matrix, since the electroluminescent elements have one of their main elongation dimensions substantially perpendicular to a common substrate and that the spacing between the elementary emitters, formed by one or more electroluminescent elements grouped together electrically, is low in comparison with the spacings imposed in known arrangements of flat square chips soldered on a printed circuit board.
  • the substrate can be predominantly made of semiconductor material.
  • the substrate may include one or more other materials, for example non-semiconductors.
  • These electroluminescent elements are for example arranged projecting from the substrate so as to form rods of hexagonal section.
  • the light-emitting sticks are born on a first face of a substrate.
  • Each electroluminescent rod here formed by the use of gallium nitride (GaN), extends perpendicularly, or substantially perpendicularly, projecting from the substrate, here made from silicon, other materials such as silicon carbide which can be used without get out of the context of the invention.
  • GaN gallium nitride
  • the light-emitting sticks could be made from an alloy of aluminum nitride and gallium nitride (AlGaN), or from an alloy of aluminum phosphors, indium and gallium (AlInGaP).
  • AlGaN aluminum nitride and gallium nitride
  • AlInGaP aluminum phosphors, indium and gallium
  • Each electroluminescent rod extends along an elongation axis defining its height, the base of each rod being arranged in a plane of the upper face of the substrate.
  • the light-emitting sticks of the same monolithic matrix advantageously have the same shape and the same dimensions. They are each delimited by a terminal face and by a circumferential wall which extends along the axis of extension of the rod.
  • the light-emitting rods are doped and are the subject of a polarization, the resulting light at the output of the semiconductor source is emitted essentially from the circumferential wall, it being understood that light rays can also emerge from the face terminal.
  • each light-emitting stick acts as a single light-emitting diode and the luminance of this source is improved on the one hand by the density of the light-emitting sticks present and on the other hand by the size of the illuminating surface defined by the circumferential wall. and which therefore extends over the entire periphery, and the entire height, of the stick.
  • the height of a stick can be between 2 and 10 pm, preferably 8 mih.
  • the largest dimension of the end face of a rod is less than 2 pm, preferably less than or equal to 1 mih.
  • the height can be modified from one zone of the pixelated light source to another, so as to increase the luminance of the corresponding zone when the average height of the rods constituting it is increased.
  • a group of light-emitting sticks can have a height, or heights, different from one another group of light-emitting sticks, these two groups constituting the same semiconductor light source comprising light-emitting sticks of submillimetric dimensions.
  • the shape of the light-emitting rods can also vary from one monolithic matrix to another, in particular on the section of the rods and on the shape of the end face.
  • the rods have a generally cylindrical shape, and they can in particular have a shape of polygonal section, and more particularly hexagonal. We understand that it is important that light can be emitted through the circumferential wall, whether the latter has a polygonal or circular shape.
  • the end face may have a substantially planar shape and perpendicular to the circumferential wall, so that it extends substantially parallel to the upper face of the substrate, or it may have a domed or pointed shape at its center. , so as to multiply the directions of emission of the light leaving this end face.
  • the light-emitting sticks can preferably be arranged in a two-dimensional matrix. This arrangement could be such that the sticks are staggered. Generally, the sticks are arranged at regular intervals on the substrate and the separation distance of two immediately adjacent light-emitting sticks, in each of the dimensions of the matrix, must be at least equal to 2 ⁇ m, preferably between 3 and 10 hours. mhi, so that the light emitted by the circumferential wall of each rod can leave the matrix of light-emitting rods. Furthermore, it is expected that these separation distances, measured between two axes of extension of adjacent rods, will not be greater than 100 ⁇ m.
  • the monolithic matrix may comprise electroluminescent elements formed by layers of epitaxial electroluminescent elements, in particular a first layer of GaN doped n and a second layer of GaN doped p, on a single substrate, for example made of silicon carbide, and which is cut (by grinding and / or ablation) to form a plurality of elementary emitters respectively from the same substrate.
  • electroluminescent elements formed by layers of epitaxial electroluminescent elements, in particular a first layer of GaN doped n and a second layer of GaN doped p, on a single substrate, for example made of silicon carbide, and which is cut (by grinding and / or ablation) to form a plurality of elementary emitters respectively from the same substrate.
  • the substrate of the monolithic matrix may have a thickness of between 5 ⁇ m and 800 ⁇ m, in particular equal to 200 ⁇ m; each block may have a length and a width, each being between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m,
  • each block is less than 500 ⁇ m, preferably less than 300 ⁇ m.
  • each block can be made via the substrate on the side opposite to the epitaxy.
  • the separation distance between two elementary transmitters can be less than 1 mm, in particular less than 500 mih, and it is preferably less than 200 mih.
  • the monolithic matrix may comprise further a layer of a polymeric material in which the electroluminescent elements are at least partially embedded.
  • the layer can thus extend over the entire extent of the substrate or only around a determined group of electroluminescent elements.
  • the polymer material which can in particular be based on silicone, creates a protective layer which makes it possible to protect the electroluminescent elements without hampering the diffusion of the light rays.
  • wavelength conversion means capable of absorbing at least part of the rays emitted by one of the elements and of converting at least part of said excitation light absorbed into emission light having a wavelength different from that of the excitation light. It is equally possible to provide that the phosphors are embedded in the mass of the polymer material, or that they are arranged on the surface of the layer of this polymer material.
  • the pixelated light source may further include a coating of reflective material to deflect the light rays towards the exit surfaces of the light source.
  • the electroluminescent elements of submillimetric dimensions define in a plane, substantially parallel to the substrate, a determined outlet surface.
  • a determined outlet surface we understand that the shape of this exit surface is defined according to the number and arrangement of the elements
  • the matrix light source comprises an integrated circuit which houses, potentially for each elementary light source, a memory element for storing therein a value which corresponds to a brightness intensity setpoint, and a management circuit of the power supply of the elementary light source.
  • the power supply management circuit adapts the average intensity of the electric current, for example by means of a width modulation control signal pulse, PWM ("draw width modulation") for the elementary light source in question.
  • PWM draw width modulation
  • the brightness setpoint is the only external control which the circuit for managing the electrical supply of the elementary light source needs to control the elementary source. It therefore becomes possible to transmit a set of brightness instructions - in an equivalent manner: a digital image in shades - to the matrix source.
  • the set value for each pixel is recorded in the integrated circuit which takes care of its production.
  • a new setpoint is only necessary if the light intensity to be emitted by one of the pixels changes. Pixels with a constant light intensity do not need to receive continuous instructions.
  • the invention finds its application in the field of automobile signaling, for which the formation of light beams having shapes and gradations of particular light intensities is facilitated.
  • the invention also applies to screens produced with arrays of light-emitting diodes, or to image projectors produced with arrays of light-emitting diodes.
  • the invention applies to a particular screen or projector, it is interesting to note that the volume of data transmitted from a control unit to the matrix light source is limited: for an image, at most one set full of setpoint values is to be transmitted once to the matrix light source. When only part of the image changes compared to a previous image, only the instructions for the pixels modified by the new image need to be transmitted to the matrix light source.
  • Figure 1 schematically shows a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 shows schematically a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention.
  • references 100 and 200 designate two embodiments of a matrix light source according to the invention.
  • the illustration of Figure 1 shows a pixelated or matrix light source 100 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 100 comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 110 and a substrate common not shown, in mechanical and electrical contact with and functionally connected to an integrated circuit 120.
  • the elementary light sources are typically light-emitting diodes, LEDs.
  • the matrix light source 100 preferably comprises a monolithic matrix component, in which the semiconductor layers of the elementary light sources 110 are, for example, arranged on the common substrate.
  • the matrix of elementary light sources 110 preferably comprises a parallel mounting of a plurality of branches, each branch comprising light emitting semiconductor light sources 110.
  • the matrix of elementary light sources 100 comprises by way of example and without limitation, depending on the thickness of the substrate and starting at the end opposite to the location of the elementary sources 110, a first electrically conductive layer deposited on an electrically substrate insulating. It follows an n-doped semiconductor layer, the thickness of which is between 0.1 and 2 ⁇ m. This thickness is clearly less than that of known light-emitting diodes, for which the corresponding layer has a thickness of the order of 1 to 2 ⁇ m.
  • the next layer is the active quantum well layer with a thickness of about 30 nm, followed by an electron blocking layer, and finally a p-doped semiconductor layer, the latter having a thickness of about 300nm.
  • the first layer is a layer of (Al) GaN: Si
  • the second layer a layer of n-GaN: Si
  • the active layer comprises quantum wells in InGaN alternating with barriers in GaN.
  • the blocking layer is preferably made of AlGaN: Mg and the p-doped layer is preferably made of p-GaN: Mg.
  • the n-doped Galium nitride has a resistivity of 0.0005 Ohm / cm while the p-doped Galium nitride has a resistivity of 1 Ohm / cm.
  • the thicknesses of the proposed layers make it possible in particular to increase the internal series resistance of the elementary source, while significantly reducing its manufacturing time, as the doped layer n is thinner compared to known LEDs and requires less deposition time important. For example, typically 5 hours of MOCVD deposition time is required for a standard configuration LED with 2m of layer n, and this time can be reduced by 50% if the thickness of layer n is reduced to 0.2 m.
  • the monolithic component 100 is preferably manufactured by depositing the layers in a homogeneous and uniform manner on at least part of the surface of the substrate, so to cover it.
  • the deposition of the layers is for example carried out by a process of epitaxy in the vapor phase with organometallics (“metal oxide Chemical vapor deposition”), MOCVD.
  • organometallics metal oxide Chemical vapor deposition
  • Such methods as well as reactors for their implementation are known to deposit semiconductor layers on a substrate, for example from patent documents WO 2010/072380 A1 or WO 01/46498 A1. The details of their implementation will therefore not be detailed in the context of the present invention.
  • the layers thus formed are pixelated.
  • the layers are removed by known lithographic methods and by etching at the locations which subsequently correspond to the spaces separating the elementary light sources 110 from one another on the substrate.
  • a plurality of several tens or hundreds or thousands of pixels 110 of surface less than one square millimeter for each individual pixel, and of total surface greater than 2 square millimeter having semiconductor layers with homogeneous thicknesses, and therefore having homogeneous and high internal series resistances can be produced on the substrate of a matrix light source 100.
  • the substrate comprising the epitaxial layers covering at least part of the surface of the substrate is sawn or cut into elementary light sources, each of the elementary light sources having similar characteristics in terms of their internal series resistance.
  • the invention likewise relates to types of elementary light sources with semiconductor elements implying other configurations of semiconductor layers.
  • the substrates, the semiconductor materials of the layers, the arrangement of the layers, their thicknesses and any vias between the layers may be different from the example which has just been described.
  • the integrated circuit 120 is preferably soldered on the lower face of the common substrate, which houses the elementary light sources on its upper face, so as to establish mechanical and electrical contact with the substrate and the elementary light sources.
  • the integrated circuit further comprises for at least two but preferably for all the elementary light sources 110, a dedicated memory or register element 136, produced for example by electronic circuits of the flip-flop type, for storing therein a brightness setpoint to be achieved by the elementary light source 110.
  • the setpoint 12 corresponds to a degree of brightness which is between the minimum and maximum brightness achievable by said elementary light source.
  • the integrated circuit 120 also includes an electronic circuit 130 for managing the electrical supply of the elementary light source in question.
  • the circuit 130 is configured to adapt the average intensity of the electric current flowing through the elementary light source 110 so that the apparent brightness thereof complies with said instruction.
  • an integrated circuit 120 in mechanical and electrical contact with the substrate on which the elementary light sources reside, makes it possible to dispense with wired connections, the number of which would be at least equal to the number of pixels of the matrix light source .
  • a supply circuit can be integrated into the substrate during the manufacture of the monolithic component 100.
  • the illustration of Figure 2 shows a pixelated or matrix light source 200 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 200 comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 210 and a common substrate, not illustrated, in contact with and functionally connected to an integrated circuit 220.
  • the elementary light sources are typically light emitting diodes, LEDs .
  • the integrated circuit 220 is preferably soldered on the lower face of the common substrate, which houses the elementary light sources on its upper face, so as to establish mechanical and electrical contact with the substrate and the elementary light sources.
  • the integrated circuit further comprises for at least two but preferably for all the elementary light sources 210, a memory element or register 236, produced for example by electronic circuits of the flip-flop type, for storing therein a brightness setpoint at achieve by elementary light source 210.
  • the setpoint 12 corresponds to a degree of brightness which is between the minimum and maximum brightness achievable by said elementary light source.
  • the integrated circuit 220 also includes an electronic circuit 230 for managing the electrical supply of the elementary light source.
  • the circuit 230 is configured to adapt the average intensity of the electric current flowing through the elementary light source 210 so that the apparent brightness thereof complies with said instruction.
  • the matrix light source 200 illustrated for this embodiment is intended to be voltage-controlled by a circuit for controlling the power supply 10.
  • Such circuits are per se known in the art and their operation will not be described in detail in the context of the present invention. They involve at least one converter circuit capable of converting an input voltage, supplied for example by a voltage source internal to a motor vehicle, such as a battery, into an output voltage, of intensity adapted to supply the source. bright matrix.
  • the matrix light source is controlled in electric voltage, the control of each elementary source, or equivalent, of each pixel, is reduced to the control of a switch device 232 as shown diagrammatically in FIG. 2.
  • the elementary light source 210 can be selectively connected to the voltage source 10.
  • the switching device is for example produced by a MOSFET type field effect transistor preferably characterized by a drop in low voltage between its drain and source terminals, and controlled by a control signal 231 from the power management circuit 230.
  • the control signal 231 is preferably a pulse width modulation signal, PWM (" draws width modulation ”). It is a cyclic binary signal.
  • PWM draws width modulation
  • the cyclic signal 231 forms a succession of binary commands to open / close the switch device 232.
  • the average intensity of the electric current flowing through the elementary light source 210, and therefore the average light intensity emitted by this elementary light source reflects the average value of the control signal PWM 231.
  • the power management circuit 230 comprises a circuit for generating a PWM type signal, configured so that the signal generated has an average value which reflects the brightness setpoint 12 recorded in the memory element 236 For example, for a maximum level of brightness, the duty cycle is set to the value 1: the switch 232 remains in its closed state and the light source 210 is continuously supplied. For brightness levels intermediate between the zero value and the maximum brightness, the duty cycle of the PWM signal, ie the ratio between the total duration of the “on” phase during a cycle, and the total duration of the cycle, is chosen. so as to correspond substantially to a quantization between 0 and 1 of the brightness setpoint 12.
  • the setpoint 128 will be quantified by a quantization unit at the value 0.5. This will therefore correspond to a control signal 231 having a duty cycle equivalent to 0.5.
  • Electronic circuits capable of generating parameterized PWM signals are in themselves known in the art and their operation will not be described in detail in the context of the present invention.
  • the management circuit 230 further comprises a circuit for raising the level of the signal 231 (“level shifter”), which allows the maximum amplitude of the binary signal PWM 231 at the required voltage level.
  • the integrated circuit preferably comprises a signal reception unit 12, which makes it possible to extract the brightness setpoint therefrom, and to save it in the memory element 136, 236,
  • the integrated circuit can include other electronic circuits and / or memory elements used for other functions related to the matrix light source and / or to the elementary light sources. This includes but is not limited to circuits for detecting a short circuit, or an open circuit fault of an elementary light source.
  • a projection process includes the following steps:
  • a digital image in shades at a control unit, the dimensions in pixels of the image corresponding to the dimensions of the matrix source; generating and transmitting by means of the control unit a brightness setpoint for each elementary light source from the matrix light source to the latter, the light setpoint for a given elementary light source being representative of the tint of the corresponding pixel of the digital image;

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Abstract

L'invention propose une source lumineuse matricielle ayant une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent et un substrat commun en contact avec un circuit intégré. Le circuit intégré permet de stocker une consigne de luminosité pour chaque source élémentaire de la source matricielle, et il comprend un circuit de gestion de l'alimentation pour chaque source, permettant de réaliser ladite consigne de luminosité sans avoir besoin d'autres commandes externes.

Description

SOURCE LUMINEUSE MATRICIELLE A GRADATION DE L’INTENSITE LUMINEUSE
L’invention se rapporte aux sources lumineuses matricielles à éléments semi-conducteurs électroluminescents, notamment pour véhicules automobiles. En particulier, l’invention se rapporte à une source lumineuse matricielle à gradation de l’intensité lumineuse émise.
Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émetre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs sont utilisées afin d’assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation etc... L’intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l’intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d’intensité de courant électrique. Ce courant direct (« forward current ») maximal est en général décroissant à température croissante. De même, lorsqu’une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe ou nominale (« forward voltage »). En pilotant une l’alimentation électrique d’une diode électroluminescente de manière a varier l’intensité moyenne du courant électrique qui la traverse, il est possible de réaliser une gradation de l’intensité lumineuse (« dimming ») de la LED.
L’utilité de matrices de LEDs comprenant un nombre important de sources lumineuses
électroluminescentes élémentaires est intéressante dans de nombreux domaines d’application, et notamment aussi dans le domaine d’éclairage et de la signalisation des véhicules automobiles. Une matrice de LEDs peut par exemple être utilisée pour créer des formes de faisceaux lumineux intéressantes pour des fonctions lumineuses telles que les feux de route ou les feux diurnes. En plus, plusieurs fonctions lumineuses différentes peuvent être réalisées à l’aide d’une matrice unique, réduisant ainsi l’encombrement physique dans l’espace restreint d’un feu de véhicule automobile.
De manière connue, des sources lumineuses matricielles ou, de manière équivalente, pixelisées, sont commandées par une unité de commande physiquement déportée et électriquement connectée à la source lumineuse. Le principe de gradation de l’intensité lumineuse d’une LED ne s’étend pas de manière évidente à une source lumineuse matricielle comprenant un nombre important de pixels. L’unité de commande devrait piloter le courant électrique pour chaque pixel, engendrant au moins une connexion électrique filaire par pixel. Cette solution n’est que peu réaliste, surtout dans le domaine de la signalisation automobile, pour lequel le volume disponible pour réaliser un module lumineux est restreint. L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une source lumineuse matricielle qui permet une gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque source lumineuse élémentaire qui compose sa matrice.
Selon un premier aspect de l’invention, une source lumineuse matricielle comprenant un circuit intégré et une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent est proposée. La source lumineuse matricielle est remarquable en ce que le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend, pour au moins deux des sources lumineuses élémentaires, un premier élément de mémoire pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
Selon un autre aspect de l’invention, un circuit intégré pour une source lumineuse matricielle est proposé. Le circuit intégré est destiné à être en contact mécanique et électrique avec une matrice de sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse matricielle. Le circuit intégré est remarquable en ce qu’il comprend pour au moins deux des sources lumineuses élémentaires, un premier élément de mémoire pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
La matrice de sources lumineuse élémentaire peut de préférence comprendre un substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le substrat commun de la matrice peut de préférence comprendre du SiC.
Chaque source lumineuse peut de préférence être associée à son élément de mémoire et son circuit de gestion de l’alimentation électrique, les élément de mémoire et les circuits de gestion de associés à des sources lumineuses élémentaires différentes étant indépendants les uns des autres.
Le circuit intégré peut de préférence comprendre un substrat en Si. De préférence, le circuit intégré est soudé ou collé à la matrice de sources lumineuses élémentaires, par exemple à un au substrat commun supportant les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré est de préférence soudé ou collé à la face inférieure du substrat commun, opposée à la face qui comprend les sources lumineuses élémentaires. De préférence, le circuit intégré est en contact mécanique, par exemple par le biais de moyens de fixation, et électrique avec le substrat commun, qui présente des zones de connexion électriques sur sa face inférieure.
De préférence, le circuit intégré peut comprendre un élément de mémoire et un circuit de gestion de l’alimentation électrique dédiés pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
Le circuit de gestion de l’alimentation électrique peut de préférence comprendre un élément interrupteur pour alimenter de manière sélective ladite source lumineuse élémentaire en électricité, et un circuit de génération d’un signal de commande binaire à modulation de largeur d’impulsions, le signal servant de commande pour l’élément interrupteur.
Le rapport cyclique et/ou l’amplitude du signal de commande peut préférentiellement dépendre de la consigne de luminosité.
De préférence, le circuit de gestion peut être configuré pour calculer le rapport cyclique du signal de commande de manière à correspondre à une valeur quantifiée entre 0 et 1 , reflétant la valeur de la consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale
De préférence, le substrat peut comprendre en outre, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d’un court-circuit et/ou un circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire et/ou une unité de retardement de l’allumage de la source lumineuse élémentaire.
De manière préférée, le circuit intégré peut comprendre en outre au moins un deuxième élément de mémoire pour enregistrer une information de détection d’un court-circuit et/ou d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire et/ou de durée de retard d’allumage.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux est proposé. Le module comprend une unité de commande, une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source. Le module lumineux est remarquable en ce que l’unité de commande est configurée pour transmettre une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à un aspect de l’invention, et en ce que lesdites consignes de luminosité sont enregistrées respectivement dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires.
De préférence, il peut s’agir d’un module lumineux pour un véhicule automobile. Alternativement, il peut s’agir d’un module de projection ou de visualisation d’images en teintes, comme par exemple un écran. Chaque teinte correspond à une consigne de luminosité prédéterminée d’un pixel/d’une source lumineuse élémentaire de la matrice de sources.
Selon encore un autre aspect de l’invention, un procédé de projection d’une image en teintes moyennant une source lumineuse matricielle selon un des aspects de l’invention est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ; générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ;
au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité correspondante reçue.
La source lumineuse pixélisée, ou de manière équivalente, la source lumineuse matricielle, peut de préférence comprendre au moins une matrice d’éléments électroluminescents - les sources lumineuse élémentaires - (appelée en anglais monolithic array) agencés selon au moins deux colonnes par au moins deux lignes. De préférence, la source électroluminescente comprend au moins une matrice d’éléments électroluminescents monolithique, aussi appelée matrice monolithique.
Dans une matrice monolithique, les éléments électroluminescents sont crûs depuis un substrat commun et sont connectés électriquement de manière à être activables sélectivement, individuellement ou par sous-ensemble d’éléments électroluminescents. Ainsi chaque élément électroluminescent ou groupe d’éléments électroluminescents peut former l’un des émetteurs élémentaires de ladite source lumineuse pixélisée qui peut émettre de la lumière lorsque son ou leur matériau est alimenté en électricité Différents agencements d’éléments électroluminescents peuvent répondre à cette définition de matrice monolithique, dès lors que les éléments électroluminescents présentent l’une de leurs dimensions principales d’allongement sensiblement perpendiculaire à un substrat commun et que l’écartement entre les émetteurs élémentaires, formés par un ou plusieurs éléments électroluminescents regroupés ensemble électriquement, est faible en comparaison des écartements imposés dans des agencements connus de chips carrés plates soudés sur une carte de circuits imprimés.
Le substrat peut être majoritairement en matériau semi-conducteur. Le substrat peut comporter un ou plusieurs autres matériaux, par exemple non semi-conducteurs. Ces éléments électroluminescents, de dimensions submillimétriques, sont par exemple agencés en saillie du substrat de manière à former des bâtonnets de section hexagonale. Les bâtonnets électroluminescents prennent naissance sur une première face d’un substrat. 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 de phosphores d’aluminium, d’indium et de gallium (AlInGaP). Chaque bâtonnet électroluminescent s’étend selon un axe d’allongement définissant sa hauteur, la base de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure du substrat.
Les bâtonnets électroluminescents d’une même matrice monolithique présentent avantageusement la même forme et les mêmes dimensions. Ils sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long de l’axe d’allongement du bâtonnet. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteurs est émise essentiellement à partir de la paroi circonférentielle, étant entendu que des rayons lumineux peuvent sortir également de la face terminale. Il en résulte que chaque bâtonnet électroluminescent agit comme une unique diode électroluminescente et que la luminance de cete source est améliorée d’une part par la densité des bâtonnets électroluminescents présents et d’autre part par la taille de la surface éclairante définie par la paroi circonférentielle et qui s’étend donc sur tout le pourtour, et toute la hauteur, du bâtonnet. La hauteur d’un bâtonnet peut être comprise entre 2 et 10 pm, préférentiellement 8 mih. La plus grande dimension de la face terminale d’un bâtonnet est inférieure à 2 pm, préférentiellement inférieure ou égale à 1 mih.
On comprend que, lors de la formation des bâtonnets électroluminescents, la hauteur peut être modifiée d’une zone de la source lumineuse pixélisée à l’autre, de manière à accroître la luminance de la zone correspondante lorsque la hauteur moyenne des bâtonnets la constituant est augmentée. Ainsi, un groupe de bâtonnets électroluminescents peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d’un autre groupe de bâtonnets électroluminescents, ces deux groupes étant constitutifs de la même source lumineuse à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques. La forme des bâtonnets électroluminescents peut également varier d’une matrice monolithique à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale. Les bâtonnets présentent une forme générale cylindrique, et ils peuvent notamment présenter une forme de section polygonale, et 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 ailleurs, la face terminale peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu’elle s’étend sensiblement parallèlement à la face supérieure du substrat, 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.
Les bâtonnets électroluminescents peuvent de préférence être agencés en matrice à deux dimensions. Cet agencement pourrait être tel que les bâtonnets soient agencés en quinconce. De manière générale, les bâtonnets sont disposés à intervalles réguliers sur le substrat et la distance de séparation de deux bâtonnets électroluminescents immédiatement adjacents, dans chacune des dimensions de la matrice, doit être au minimum égale à 2 pm, préférentiellement comprise entre 3 mih et 10 mhi, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle de chaque bâtonnet puisse sortir de la matrice de bâtonnets électroluminescents. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation, mesurées entre deux axes d’allongement de bâtonnets adjacents, ne soient pas supérieures à 100 pm.
Alternativement, la matrice monolithique peut comporter des éléments électroluminescents formés par des couches d’éléments électroluminescents épitaxiées, notamment une première couche en GaN dopée n et une seconde couche en GaN dopée p, sur un substrat unique, par exemple en carbure de silicium, et que l’on découpe (par meulage et/ou ablation) pour former une pluralité d’émetteurs élémentaires respectivement issus d’un même substrat. Il résulte d’une telle conception une pluralité de blocs électroluminescents tous issus d’un même substrat et connectés électriquement pour être activables sélectivement les uns des autres.
Dans un exemple de réalisation selon cet autre mode, le substrat de la matrice monolithique peut présenter une épaisseur comprise entre 5 pm et 800 pm, notamment égale à 200 pm ; chaque bloc peut présenter une longueur et une largeur, chacune étant comprise entre 50 pm et 500 pm,
préférentiellement comprise entre 100 pm et 200 pm. Dans une variante, la longueur et la largeur sont égales. La hauteur de chaque bloc est inférieure à 500 pm, préférentiellement inférieur à 300 pm.
Enfin la surface de sortie de chaque bloc peut être faite via le substrat du côté opposée à l’épitaxie. La distance de séparation entre deux émetteurs élémentaires. La distance entre chaque émetteur élémentaire contigu peut être inférieure à 1 mm, notamment inférieure à 500 mih, et elle est préférentiellement inférieure à 200 mih.
Alternativement, aussi bien avec des bâtonnets électroluminescents s’étendant respectivement en saillie d’un même substrat, tels que décrit ci-dessus, qu’avec des blocs électroluminescents obtenus par découpage de couches électroluminescentes superposées sur un même substrat, la matrice monolithique peut comporter en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les éléments électroluminescents sont au moins partiellement noyés. La couche peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé d’éléments électroluminescents. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, crée une couche protectrice qui permet de protéger les éléments électroluminescents sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche 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 éléments 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 luminophores sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils soient disposés en surface de la couche de ce matériau polymère.
La source lumineuse pixélisée peut comporter en outre un revêtement de matériau réfléchissant pour dévier les rayons lumineux vers les surfaces de sorties de la source lumineuse.
Les éléments électroluminescents de dimensions submillimétriques définissent dans un plan, sensiblement parallèle au substrat, une surface de sortie déterminée. On comprend que la forme de cete surface de sortie est définie en fonction du nombre et de l’agencement des éléments
électroluminescents qui la composent. On peut ainsi définir une forme sensiblement rectangulaire de la surface d’émission, étant entendu que celle-ci peut varier et prendre n’importe quelle forme sans sortir du contexte de l’invention.
En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer une source lumineuse matricielle ou pixelisée qui permet une gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque source lumineuse élémentaire qui compose sa matrice. La source lumineuse matricielle selon des aspects de l’invention comprend un circuit intégré qui abrite, potentiellement pour chaque source lumineuse élémentaire, un élément de mémoire pour y enregistrer une valeur qui correspond à une consigne d’intensité de luminosité, et un circuit de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire. Le circuit de gestion de l’alimentation électrique adapte l’intensité moyenne du courant électrique, par exemple moyennant un signal de commande de type modulation de largeur d’impulsion, PWM (« puise width modulation ») pour la source lumineuse élémentaire en question. Ainsi la gradation de l’intensité lumineuse émise par chaque pixel est réalisée par la source matricielle elle-même. La consigne de luminosité est la seule commande externe dont le circuit de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire a besoin pour commander la source élémentaire. Il devient donc possible de transmettre un ensemble de consignes de luminosité - de manière équivalente : une image digitale en teintes - à la source matricielle. La valeur de consigne pour chaque pixel est enregistré dans le circuit intégré qui prend en charge sa réalisation. Une nouvelle consigne n’est nécessaire que si l’intensité lumineuse à émettre par un des pixels change. Les pixels dont l’intensité lumineuse à émettre est constante n’ont pas besoin de recevoir des consignes en continu. L’invention trouve son application dans le domaine de la signalisation automobile, pour lequel la formation de faisceaux lumineux ayant des formes et gradations d’intensités lumineuses particulière est facilitée. Néanmoins, l’invention s’applique également à des écrans réalisés avec des matrices de diodes électroluminescentes, ou à des projecteurs d’images réalisés avec des matrices de diodes électroluminescentes. Lorsque l’invention s’applique à un écran ou à un projecteur en particulier, il est intéressant à noter que le volume de données transmis d’une unité de commande à la source lumineuse matricielle est limité : pour une image, au plus un jeu complet de valeurs de consignes est à transmetre une fois à la source lumineuse matricielle. Lorsque seulement une partie de l’image change par rapport à une image précédente, seuls les consignes pour les pixels modifiés par la nouvelle image nécessitent d’être transmises à la source lumineuse matricielle.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels :
la figure 1 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 2 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention.
Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100 et 200 désignent deux modes de réalisation d’une source lumineuse matricielle selon l’invention.
L’illustration de la figure 1 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 100 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 100 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 110 et un substrat commun non-illustré, en contact mécanique et électrique avec et fonctionnellement relié à un circuit intégré 120. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
La source lumineuse matricielle 100 comprend de préférence un composant matriciel monolithique, dans lequel les couches semi-conductrices des sources lumineuses élémentaires 110 sont, par exemple, disposées sur le substrat commun. La matrice de sources lumineuses élémentaires 110 comprend de préférence un montage en parallèle d’une pluralité de branches, chaque branche comprenant des sources lumineuses semi-conductrices électroluminescentes 110.
La matrice de sources lumineuses élémentaires 100 comprend à titre d’exemple et non- limitatif, selon l’épaisseur du substrat et commençant par l’extrémité opposée à l’emplacement des sources élémentaires 110, une première couche électriquement conductrice déposée sur un substrat électriquement isolant. Il suit une couche semi-conductrice dopée n, dont l’épaisseur se situe entre 0.1 et 2 pm. Cette épaisseur est nettement inférieure à celles de diodes électroluminescentes connues, pour lesquelles la couche correspondante présente une épaisseur de l’ordre de 1 à 2 pm. La couche suivante est la couche active de puits quantiques d’une épaisseur d’environ 30 nm, suivie d’une couche bloquant des électrons, et finalement une couche semi-conductrice dopée p, cette dernière ayant une épaisseur d’environ 300nm. De préférence, la première couche est une couche de (Al)GaN:Si, la deuxième couche une couche de n-GaN:Si, la couche active comprend des puits quantiques en InGaN alternant avec des barrières en GaN. La couche bloquante est de préférence en AlGaN:Mg et la couche dopée p est de préférence en p-GaN :Mg. Le nitrure de Galium dopé n présente une résistivité de 0.0005 Ohm/cm tandis que le nitrure de Galium dopé p présente une résistivité de 1 Ohm/cm. Les épaisseurs des couches proposées permettent notamment d’augmenter la résistance série interne de la source élémentaire, tout en réduisant de manière significative son temps de fabrication, comme la couche dopée n est moins épaisse comparée à des LEDs connues et nécessite un temps de dépôt moins important. A titre d’exemple, typiquement 5 heures de temps de dépôts en MOCVD est nécessaire pour une LED de configuration standard avec 2m de couche n, et ce temps peut être réduit de 50% si l’épaisseur de la couche n est réduite à 0.2m.
Afin d’obtenir des sources lumineuses élémentaires 110 présentant des couches semi-conductrices ayant des épaisseurs homogènes, le composant monolithique 100 est de préférence fabriqué en déposant les couches de manière homogène et uniforme sur au moins une partie de la surface du substrat, de manière à la recouvrir. Le dépôt des couches est par exemple réalisé par un procédé d’épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (« métal oxide Chemical vapor déposition »), MOCVD. De tels procédés ainsi que des réacteurs pour leur mise en œuvre sont connus pour déposer des couches semi-conductrices sur un substrat, par exemple depuis les documents de brevet WO 2010/072380 Al ou WO 01/46498 Al. Les détails de leur mise en œuvre ne seront par conséquent pas détaillés dans le cadre la présente invention. Ensuite, les couches ainsi formées sont pixélisées. A titre d’exemple et non- limitatif, les couches sont enlevées par des procédés lithographiques connus et par etching aux endroits qui correspondent par la suite aux espaces séparant les sources lumineuses élémentaires 110 les unes des autres sur le substrat. Ainsi, une pluralité de plusieurs dizaines ou centaines ou milliers de pixels 110 de surface inférieure à un millimètre-carré pour chaque pixel individuel, et de surface totale supérieure à 2 millimètre-carré ayant des couches semi-conductrices à épaisseurs homogènes, et présentant donc des résistances série internes homogènes et élevées peuvent être produites sur le substrat d’une source lumineuse matricielle 100. De manière générale, plus la taille de chaque pixel de LED diminue, plus sa résistance série augmente, et plus ce pixel est adapté à être piloté par une source de tension. Alternativement, le substrat comprenant les couches épitaxiées recouvrant au moins une partie de la surface du substrat est scié ou coupé en sources lumineuses élémentaires, chacune des sources lumineuses élémentaires ayant des caractéristiques similaires au niveau de leur résistance série interne.
L’invention se rapporte à même titre à des types de sources lumineuses élémentaires à éléments semi- conducteurs impliquant d’autres configurations de couches semi-conductrices. Notamment les substrats, les matériaux semi-conducteurs des couches, l’agencement des couches, leurs épaisseurs et d’éventuels vias entre les couches peuvent être différents de l’exemple qui vient d’être décrit.
Le circuit intégré 120 est de préférence soudé sur la face inférieure du substrat commun, qui abrite les sources lumineuses élémentaires sur sa face supérieure, de manière à établir un contact mécanique et électrique avec le substrat et les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré comprend en outre pour au moins deux mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 110, un élément de mémoire ou registre 136 dédié, réalisé par exemple par des circuits électroniques de type flip-flop, pour y stocker une consigne de luminosité à réaliser par la source lumineuse élémentaire 110. La consigne 12 correspond à un degré de luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire. Le circuit intégré 120 comprend également un circuit électronique 130 de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire en question. Le circuit 130 est configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 110 de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
L’utilisation d’un circuit intégré 120 en contact mécanique et électrique avec le substrat sur lequel résident les sources lumineuses élémentaires, permet de s’affranchir de connexions filaires, dont le nombre serait au moins égal au nombre de pixels de la source lumineuse matricielle. De préférence, un circuit d’alimentation peut être intégré dans le substrat lors de la fabrication du composant monolithique 100.
L’illustration de la figure 2 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 200 selon un mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 200 comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 210 et un substrat commun non-illustré, en contact avec et fonctionnellement relié à un circuit intégré 220. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
Le circuit intégré 220 est de préférence soudé sur la face inférieure du substrat commun, qui abrite les sources lumineuses élémentaires sur sa face supérieure, de manière à établir un contact mécanique et électrique avec le substrat et les sources lumineuses élémentaires. Le circuit intégré comprend en outre pour au moins deux mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 210, un élément de mémoire ou registre 236, réalisé par exemple par des circuits électroniques de type flip- flop, pour y stocker une consigne de luminosité à réaliser par source lumineuse élémentaire 210. La consigne 12 correspond à un degré de luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire. Le circuit intégré 220 comprend également un circuit électronique 230 de gestion de l’alimentation électrique de la source lumineuse élémentaire. Le circuit 230 est configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 210 de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
La source lumineuse matricielle 200 illustrée pour ce mode de réalisation est destinée à être pilotée en tension par un circuit de pilotage de l’alimentation électrique 10. De tels circuits sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Ils impliquent au moins un circuit convertisseur apte à convertir une tension d’entrée, fourni par exemple par une source de tension interne à un véhicule automobile, telle qu’une batterie, en une tension de sortie, d’intensité adaptée à alimenter la source lumineuse matricielle. Lorsque la source lumineuse matricielle est pilotée en tension électrique, le pilotage de chaque source élémentaire, ou de manière équivalente, de chaque pixel, se réduit à la commande d’un dispositif interrupteur 232 tel qu’il est schématisé sur la figure 2. En commandant l’état du dispositif 232, la source lumineuse élémentaire 210 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le dispositif interrupteur est par exemple réalisé par un transistor à effet de champ de type MOSFET caractérisé de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source, et commandée par un signal de commande 231 en provenance du circuit de gestion de l’alimentation 230. Le signal de commande 231 est de préférence un signal à modulation de largeur d’impulsion, PWM (« puise width modulation »). Il s’agit d’un signal binaire cyclique. Le choix du rapport cyclique, i.e., la durée respective de la phase non-nulle et de la phase nulle du cycle, influence de manière directe la valeur moyenne du signal, qui est comprise entre les valeurs extrêmes du signal. Le signal cyclique 231 forme une succession de commandes binaires pour ouvrir/fermer le dispositif interrupteur 232. L’intensité moyenne du courant électrique qui traverse la source lumineuse élémentaire 210, et donc l’intensité lumineuse moyenne émise par cette source lumineuse élémentaire, reflète la valeur moyenne du signal de commande PWM 231.
Le circuit de gestion de l’alimentation 230 comprend un circuit de génération d’un signal de type PWM, configuré de manière à ce que le signal généré présente une valeur moyenne qui reflète la consigne de luminosité 12 enregistrée dans l’élément de mémoire 236. Par exemple, pour un niveau de luminosité maximal, le rapport cyclique est mis à la valeur 1 : l’interrupteur 232 reste dans son état fermé et la source lumineuse 210 est alimentée de manière continue. Pour des niveaux de luminosités intermédiaires entre la valeur nulle et la luminosité maximale, le rapport cyclique du signal PWM, i.e. le rapport entre la durée totale de la phase « on » lors d’un cycle, et la durée totale du cycle, est choisi de manière à correspondre substantiellement à une quantification entre 0 et 1 de la consigne de luminosité 12. A titre d’exemple, pour une consigne pouvant prendre 256 valeurs différentes, la consigne 128 sera quantifié par une unité de quantification à la valeur 0.5. Ceci correspondra donc à un signal de commande 231 ayant un rapport cyclique équivalent à 0.5. Des circuits électroniques pouvant générer des signaux PWM paramétrés sont en soit connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Selon le niveau de tension nécessité pour commander l’état du transistor 232, le circuit de gestion 230 comprend en outre un circuit d’élévation du niveau du signal 231 (« level shifter »), qui permet d’adapter l’amplitude maximale du signal binaire PWM 231 au niveau de tension requis.
Dans tous les modes de réalisation, le circuit intégré comprend de préférence une unité de réception du signal 12, qui permet d’en extraire la consigne de luminosité, et de l’enregistrer dans l’élément de mémoire 136, 236,
II va de soi que le circuit intégré peut comprendre d’autres circuits électroniques et/ou éléments de mémoire utilisés pour d’autres fonctions en rapport avec la source lumineuse matricielle et/ou avec les sources lumineuses élémentaires. Ceci comprend mais ne se limite pas à des circuits de détection d’un court-circuit, ou d’un défaut en circuit- ouvert d’une source lumineuse élémentaire.
Tous les modes de réalisation trouvent leur application par exemple dans la projection d’une image en teintes. Un procédé de projection comprend les étapes suivantes :
mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ; générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ;
- au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité correspondante reçue.
L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims

Revendications
1. Source lumineuse matricielle (100, 200) comprenant un circuit intégré (120, 220) et une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent (110, 210), caractérisé en ce que
le circuit intégré (120, 220) est en contact avec la matrice et comprend, pour au moins deux des sources lumineuses élémentaires (110, 210),
un élément de mémoire (136, 236) pour stocker une consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale réalisable par ladite source lumineuse élémentaire, et
un circuit de gestion de l’alimentation électrique (130, 230) de ladite source lumineuse élémentaire, configuré pour adapter l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse ladite source lumineuse élémentaire de manière à ce que la luminosité apparente de celle-ci soit conforme à ladite consigne.
2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit intégré comprend un élément de mémoire et un circuit de gestion de l’alimentation électrique dédiés pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
3. Source lumineuse selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit de gestion de l’alimentation électrique comprend un élément interrupteur pour alimenter de manière sélective ladite source lumineuse élémentaire en électricité, et un circuit de génération d’un signal de commande binaire à modulation de largeur d’impulsions, le signal servant de commande pour l’élément interrupteur.
4. Source lumineuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport cyclique et/ou l’amplitude du signal de commande dépend de la consigne de luminosité.
5. Source lumineuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit de gestion est configuré pour calculer le rapport cyclique du signal de commande de manière à correspondre à une valeur quantifiée entre 0 et 1 , reflétant la valeur de la consigne de luminosité à réaliser par ladite source lumineuse élémentaire, la consigne correspondant à une luminosité qui se situe entre la luminosité minimale et maximale
6. Module lumineux comprenant un unité de commande, une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que l’unité de commande est configurée pour transmettre une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à une des revendications 1 à 5, et en ce que lesdites consignes de luminosité sont enregistrées respectivement dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires.
7. Module lumineux selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un module
lumineux pour un véhicule automobile.
8. Procédé de projection d’une image en teintes moyennant une source lumineuse matricielle selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
mise à disposition d’une image digitale en teintes au niveau d’une unité de commande, les dimensions en pixels de l’image correspondant aux dimensions de la source matricielle ;
générer et transmettre moyennant l’unité de commande une consigne de luminosité pour chaque source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à cette dernière, la consigne lumineuse pour une source lumineuse élémentaire donnée étant représentative de la teinte du pixel correspondant de l’image digitale ; au niveau de la source matricielle, enregistrer dans les éléments de mémoire associés à chacune des sources lumineuses élémentaires, la consignes de luminosité correspondante reçue ;
moyennant la source matricielle, émettre pour chacune des sources lumineuses élémentaires, un faisceau lumineux dont la luminosité apparente est conforme à la consigne de luminosité correspondante reçue.
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