WO2020064824A1 - Source lumineuse matricielle pilotee en tension a circuit diagnostic pour un vehicule automobile - Google Patents

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WO2020064824A1
WO2020064824A1 PCT/EP2019/075839 EP2019075839W WO2020064824A1 WO 2020064824 A1 WO2020064824 A1 WO 2020064824A1 EP 2019075839 W EP2019075839 W EP 2019075839W WO 2020064824 A1 WO2020064824 A1 WO 2020064824A1
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WO
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light source
elementary
matrix
voltage
source
Prior art date
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PCT/EP2019/075839
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Inventor
Samuel DAROUSSIN
Olivier Valorge
Marjaneh KAZEMI
Original Assignee
Valeo Vision
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Publication date
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Priority to US17/280,476 priority patent/US11457518B2/en
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    • 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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/58—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving end of life detection of LEDs
    • 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]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits

Definitions

  • the invention relates to matrix light sources with semiconductor elements
  • the invention relates to a voltage-controlled matrix light source, with diagnostic circuit.
  • 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 direct or nominal voltage
  • 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.
  • This unit can also perform diagnostic functions in relation to the operation of the matrix source and / or of the elementary light sources which constitute it.
  • matrix light sources controlled in voltage it is difficult to diagnose a fault in open circuit of an elementary light source. Indeed, such a source involves a MOSFET type transistor with low voltage drop between its drain and source terminals, to connect / disconnect an elementary light source selectively to / from the voltage source. It therefore becomes difficult to discern between a non-defective source and an open circuit fault source having for example a defective anode and / or cathode terminal.
  • the invention aims to overcome at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to propose a matrix or pixelated light source controlled in voltage, capable of diagnosing a fault in the open circuit of one of its constituent light emitting light sources.
  • a matrix light source intended to be supplied with electric voltage and comprising an integrated circuit as well as a matrix of elementary light sources with electroluminescent semiconductor element.
  • the matrix source is remarkable in that the integrated circuit is in contact with the matrix and comprises, for each elementary light source, a switching device making it possible to connect it selectively to a source of electric voltage as a function of a first control signal.
  • the integrated circuit further comprises, for at least one of the elementary light sources, a circuit for detecting an open circuit fault of the elementary light source.
  • 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 includes, for each elementary light source, a switch device enabling it to be connected selectively to a source of electric voltage as a function of a first control signal.
  • the integrated circuit further comprises, for at least one of the elementary light sources, a circuit for detecting an open circuit fault of the elementary light source.
  • 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.
  • 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 a common substrate supporting the 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 means, and electrical with the common substrate, which has electrical connection zones on its underside.
  • the detection circuit can be configured to generate binary information for detecting an open circuit fault of said elementary light source.
  • the detection circuit can preferably comprise a memory element, the detection circuit being configured to store the detection information in said memory element.
  • the detection circuit may preferably include a load mounted in parallel with the switch device, so that an electrical current of non-negligible intensity crosses the load if the matrix source is supplied with electricity, unless the source elementary light has an open circuit fault.
  • the detection circuit may comprise a comparison unit, configured so as to compare the voltage drop across the terminals of said load with a predetermined threshold value.
  • Said load may preferably comprise a resistor mounted in parallel with the switch device.
  • the load can comprise a transistor controlled by a second control signal, the transistor representing a non-negligible resistance when it is in the closed state, and characterized in that the detection circuit comprises a control unit for generating said second control signal.
  • the second control signal can preferably depend on the first control signal.
  • the integrated circuit may preferably include a dedicated open circuit fault detection circuit for each of the elementary light sources.
  • the elementary light sources can be arranged in at least two branches of parallel sources.
  • a light module for a motor vehicle comprising a matrix light source and a circuit for controlling the electrical supply of said source.
  • the light module is remarkable in that the matrix light source conforms to one aspect of the invention.
  • a method for detecting an open circuit fault of an elementary light source with an electroluminescent semiconductor element of a matrix light source supplied with electric voltage and having a plurality of such sources elementary light as well as a common substrate is proposed.
  • the substrate is in contact with an integrated circuit which includes, for each elementary light source, a switching device making it possible to connect it selectively to the voltage source as a function of a first control signal.
  • the process is remarkable in that it comprises the following stages:
  • a device for controlling the matrix light source generating at least a first signal making it possible to control the state of the switch device so as to selectively connect at least one elementary light source from the matrix light source to the voltage source;
  • 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
  • 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, of submillimetric dimensions are for example arranged projecting from the substrate so as to form rods of hexagonal section. The light-emitting sticks arise 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.
  • the light-emitting sticks could be made from an alloy of aluminum nitride and gallium nitride (AlGaN), or from an alloy of aluminum phosphides, indium and gallium (AlInGaP).
  • 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 ⁇ m, preferably 8 ⁇ m; the largest dimension of the end face of a rod is less than 2 ⁇ m, preferably less than or equal to 1 ⁇ m.
  • 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 another group of light-emitting sticks, these two groups being constitutive of 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 10 ⁇ m and 800 ⁇ m, in particular equal to 200 ⁇ m; each block can have a length and a width, each being between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 100 ⁇ m and 200 ⁇ m. In a variant, the length and the width are equal.
  • the height of each block is less than 500 ⁇ m, preferably less than 300 ⁇ m.
  • each block can be made via the substrate on the side opposite the epitaxy.
  • the separation distance between two elementary transmitters can be less than 1 mm, in particular less than 500 ⁇ m, and it is preferably less than 200 ⁇ m.
  • the monolithic matrix can further comprise a layer of a polymer 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 polymeric material, or else that they are arranged on the surface of the layer of this polymeric 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
  • a pixelated light source or in an equivalent manner a matrix light source, intended to be voltage-controlled, and capable of diagnosing an open circuit fault of one of its elementary sources or constituent pixels.
  • a load mounted in parallel with the transistor which makes it possible to connect / disconnect an elementary light source from the matrix light source to its voltage source, a measurable leakage current is generated through the load, the measurement of the intensity of which used to diagnose an open circuit fault of the elementary light source in question.
  • this load additionally comprises a controlled transistor, the leakage current only flows when a diagnostic is in progress, which avoids unnecessary current leaks having a potential impact on the normal operation of the matrix light source.
  • the diagnostic and reaction circuit is integrated into the matrix light source, it is able to be activated quickly.
  • 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
  • Figure 3 shows schematically a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 4 schematically shows a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 5 shows schematically a matrix light source according to a preferred embodiment of the invention.
  • references 100, 200, 300, 400 and 500 denote five 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 is intended to be voltage-controlled and comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 110 and a common substrate, not shown, in electrical and mechanical 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 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 insulating substrate . It follows an n-doped semiconductor layer, the thickness of which is between 0.1 and 2 mih. 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 and reactors for their implementation are known for depositing 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 more the size of each pixel of LED decreases the more its series resistance increases, and the more this pixel is adapted to be driven by a voltage source.
  • 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, provided that the structure of the semi layers -conductive is such that the internal series resistance of the elementary light source which results therefrom is at least 1 Ohm, and preferably at least 5 or 10 Ohm, or even between 1 and 100 Ohm.
  • the integrated circuit 120 is preferably soldered to the substrate of the monolithic source and further comprises for at least one, but preferably for all the elementary light sources 110, an open-circuit fault detection circuit 130.
  • the matrix light source 100 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 control of each elementary source, or in an equivalent manner, of each pixel is reduced to the control of a switch device 132 as shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the elementary light source 110 can be selectively connected to the voltage source 10.
  • the switching device is for example produced by a field effect transistor of MOSFET type preferably characterized by a drop of low voltage between its drain and source terminals, and controlled by a control signal from a control unit external to the matrix light source.
  • a supply circuit can be integrated into the substrate 120 during the manufacture of the monolithic component 100.
  • the illustration of Figure 2 shows a pixelated or matrix light source 200 according to another preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 200 is intended to be voltage-controlled and comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 210 and a common substrate, not shown, in contact with an integrated circuit 220 to which the substrate is functionally connected.
  • the elementary light sources are typically light-emitting diodes, LEDs.
  • the integrated circuit 220 further comprises for at least one elementary light source 210, an open circuit fault detection circuit 230.
  • the control of each elementary source, or in an equivalent manner , of each pixel is reduced to the control of a switch device 232.
  • the elementary light source 210 can be selectively connected to the voltage source 10.
  • the switch device 232 is for example produced by a MOSFET type field effect transistor preferably characterized by a low voltage drop between its drain and source terminals, and controlled by a control signal 12 coming from a control unit external to the matrix light source.
  • FIG. 2 shows a control signal 12 intended for a plurality of elementary light sources 210.
  • each elementary light source 210 is controlled by a control signal 12 which is specific.
  • the open circuit fault detection circuit 230 further comprises a load 234, mounted in parallel with the switch device 232.
  • a load 234 mounted in parallel with the switch device 232.
  • FIG. 3 shows a pixelated or matrix light source 300 according to another preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 300 is intended to be voltage-controlled and comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 310 and a common substrate, not shown, in contact with an integrated circuit 320.
  • the integrated circuit 320 further comprises for at least one elementary light source 310, an open circuit fault detection circuit 330.
  • the control of each elementary source, or in an equivalent manner , of each pixel is reduced to the control of a MOSFET type field effect transistor device 332.
  • the elementary light source 310 can be selectively connected to the voltage source 10
  • the transistor is preferably characterized by a low voltage drop between its drain and source terminals. It is and controlled by a control signal 12 coming from a control unit external to the matrix light source. If the transistor 232 is on, the elementary light source 310 is energized and it lights up if it is not defective. If, on the other hand, the transistor is in its blocking state, the elementary light source 310 is not connected to the voltage source.
  • the open circuit fault detection circuit 330 further comprises a load 334 comprising a resistor, for example of 700 Ohm, mounted in parallel with the switching device 332.
  • a load 334 comprising a resistor, for example of 700 Ohm, mounted in parallel with the switching device 332.
  • a fault detection indication is recorded in a memory element 336 provided for this purpose.
  • the detection information which is preferably binary information, accessible to an external entity which is arranged to read the content of the memory element 336.
  • This embodiment solves the problem of diagnosing a fault by open circuit. However, it generates a constant current leak.
  • the illustration in Figure 4 shows a pixelated or matrix light source 400 according to another preferred embodiment of the invention.
  • the matrix light source 400 is intended to be voltage-controlled and comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 410 and a common substrate 420.
  • the substrate 420 further comprises, for at least one elementary light source 410, an open-circuit fault detection circuit 430.
  • the control of each elementary source, or in an equivalent manner, of each pixel is reduced to the control of a MOSFET type field effect transistor device 432.
  • the elementary light source 410 can be selectively connected to the voltage source 10.
  • the transistor 432 is preferably characterized by a low voltage drop between its drain and source terminals. 11 is and controlled by a control signal 12 coming from a control unit external to the matrix light source.
  • the open circuit fault detection circuit 440 further comprises a load 434 comprising a second transistor preferably characterized by a large voltage drop between its drain and source terminals, for example of the order of 0.7V, mounted in parallel with the first transistor 432.
  • the state of the transistor 434 is controlled by a control signal 14 coming in the case illustrated by FIG. 4 of a control unit external to the matrix light source. This arrangement makes it possible to control the transistor 434 only in passing mode when an open-circuit fault diagnosis takes place.
  • An open circuit fault of the elementary light source 410 is detectable when the first transistor (switch) 432 is blocking, while the second transistor (load) 434 is on.
  • the second transistor 434 can for example be controlled in passing mode briefly before the first transistor becomes on.
  • the second transistor 434 can be controlled in briefly passing mode before the first transistor 432 is switched from its passing mode to the blocking mode, the second transistor 434 subsequently remaining passing for a predetermined period of time.
  • Other combinations are possible without departing from the scope of the present invention and without creating optically perceptible effects in the light flux emitted by the matrix light source.
  • the comparison circuit 438 compares the voltage drop across the load 434 with a predetermined threshold value.
  • the threshold value can for example be 0.7 V. If the voltage drop across the resistor 434 is less than 0.7 V, a fault detection indication is recorded in a memory element 436 provided for this purpose. This makes the detection information, which is preferably binary information, accessible to an external entity which is arranged to read the content of the memory element 436.
  • This embodiment solves the problem of diagnosing a fault by open circuit. However, it generates a constant current leak.
  • FIG. 5 shows schematically another preferred embodiment of the invention, which is a variant of the embodiment which has just been described in connection with the illustration of FIG. 4.
  • the matrix light source 500 is intended to be voltage-controlled and comprises a plurality of elementary light sources with an electroluminescent semiconductor element 510 and a common non-illustrated substrate operatively connected to an integrated circuit 520.
  • the integrated circuit 520 further comprises for at least one elementary light source 510, an open circuit fault detection circuit 530.
  • the control of each elementary source, or in an equivalent manner , of each pixel is reduced to the control of a MOSFET type field effect transistor device 532.
  • the elementary light source 510 can be selectively connected to the voltage source 10
  • the transistor 532 is preferably characterized by a low voltage drop between its drain and source terminals. It is and controlled by a control signal 12 coming from a control unit external to the matrix light source.
  • the open circuit fault detection circuit 540 further comprises a load 534 connected in parallel with the switch transistor 532.
  • the load 543 comprises a second transistor as well as a resistor connected in series with the second transistor.
  • the intensity of the leakage current that can flow in this branch is mainly defined by the value of the resistance.
  • the second transistor, forming part of the load branch 534 may have a low voltage drop between its drain and source terminals.
  • the state of the transistor 534 is controlled by a control signal 14 coming in the case illustrated by FIG. 5 from a control unit which generates it from the control signal 12 intended to control the state of the switch transistor 532.
  • the control signal 12 is in this example generated by a control unit external to the matrix light source. This arrangement makes it possible to control the second, and therefore to connect the entire load 534, only in passing mode when an open-circuit fault diagnosis takes place.
  • An open-circuit fault of the elementary light source 510 is detectable when the first transistor (switch) 532 is blocking, while the second transistor (load) 534 is on.
  • the control unit having as input the control signal 12 which is relayed to the first switch transistor 532, and generating the control signal 14 for the second transistor of the load 543, is preferably configured to generate the signal control 14 so that the second transistor turns on when the first transistor 532 switches to its blocking state.
  • the falling edge of the binary signal 12 thus coincides with the rising edge of the binary signal 14.
  • Electronic circuits making it possible to carry out the functionality described for the control unit are within the reach of those skilled in the art, without however going out of the scope of the present invention.
  • this control circuit is integrated into the integrated circuit 520 of the matrix light source.
  • the comparison circuit 538 compares the voltage drop across the load 534 with a predetermined threshold value.
  • the threshold value can for example be 0.7 V. If the voltage drop across the terminals of the load 534 is less than 0.7 V, an indication of fault detection is recorded in a memory element 536 provided for this purpose.
  • This embodiment does not generate a leakage current through the load 532 only when an open-circuit fault diagnosis takes place. If this is not the case, no electrical energy is dissipated by the load.
  • the integrated circuit may include other electronic circuits and / or memory elements used for other functions in relation to the matrix light source and / or with the elementary light sources. The scope of protection is determined by the claims.

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Abstract

L'invention propose une source lumineuse matricielle destinée à être alimentée en tension électrique et 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 comprend pour chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur permettant de la connecter de manière sélective à une source de tension électrique en fonction d'un premier signal de commande. Le substrat comprend, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d'un défaut en circuit ouvert de la source lumineuse élémentaire.

Description

SOURCE LUMINEUSE MATRICIELLE PILOTEE EN TENSION A CIRCUIT DIAGNOSTIC POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE
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 pilotée en tension, à circuit diagnostic.
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 »).
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. Cette unité peut également réaliser des fonctions diagnostiques par rapport au fonctionnement de la source matricielle et/ou des sources lumineuses élémentaires qui la constituent. Dans le cas de sources lumineuses matricielles pilotées en tension, il est difficile de diagnostiquer un défaut en circuit- ouvert d’une source lumineuse élémentaire. En effet, une telle source fait intervenir un transistor de type MOSFET a faible chute de tension entre ses bornes drain et source, pour connecter/déconnecter un source lumineuse élémentaire de manière sélective à/de la source de tension. Il devient donc difficile de discerner entre une source non-défectueuse et une source en défaut de circuit- ouvert ayant par exemple une borne d’anode et/ou de cathode défectueuse. Pour assurer le bon fonctionnement d’une source lumineuse matricielle, il est néanmoins important de pouvoir diagnostiquer un défaut en circuit- ouvert de ses sources lumineuses élémentaires. Ceci est d’autant plus important dans le domaine de la signalisation pour véhicules automobiles. Les intensités lumineuses réalisées par différentes fonctions lumineuses d’un véhicule automobile sont soumises à une réglementation qu’une source lumineuse matricielle ayant des sources lumineuses en circuit- ouvert est susceptible de ne plus pouvoir assurer.
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 ou pixelisée pilotée en tension, capable de diagnostiquer un défaut en circuit- ouvert d’une de ses sources lumineuses électroluminescente constituantes.
Selon un premier aspect de l’invention, une source lumineuse matricielle destinée à être alimentée en tension électrique et comprenant un circuit intégré ainsi qu’une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent est proposée. La source matricielle est remarquable en ce que le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend pour chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur permettant de la connecter de manière sélective à une source de tension électrique en fonction d’un premier signal de commande. Le circuit intégré comprend en outre, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert de la source lumineuse élémentaire.
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 chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur permetant de la connecter de manière sélective à une source de tension électrique en fonction d’un premier signal de commande. Le circuit intégré comprend en outre, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert de la source lumineuse élémentaire.
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.
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 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 de détection peut être configuré pour générer une information binaire de détection d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire.
Le circuit de détection peut préférentiellement comprendre un élément de mémoire, le circuit de détection étant configuré pour stocker l’information de détection dans ledit élément de mémoire.
Le circuit de détection peut de préférence comprendre une charge montée en parallèle avec le dispositif interrupteur, de manière à ce qu’un courant électrique d’une intensité non-négligeable traverse la charge si la source matricielle est alimentée en électricité, sauf si la source lumineuse élémentaire présente un défaut en circuit ouvert.
De préférence, le circuit de détection peut comprendre une unité de comparaison, configurée de manière à comparer la chute de tension aux bornes de ladite charge à une valeur seuil prédéterminée.
Ladite charge peut de manière préférée comprendre une résistance montée en parallèle avec le dispositif interrupteur.
De préférence, la charge peut comprendre un transistor commandé par un deuxième signal de commande, le transistor représentant une résistance non-négligeable lorsqu’il est dans l’état fermé, et caractérisée en ce que le circuit de détection comprend une unité de commande pour générer ledit deuxième signal de commande.
Le deuxième signal de commande peut préférentiellement dépendre du premier signal de commande.
Le circuit intégré peut de préférence comprendre un circuit de détection de défaut en circuit ouvert dédié pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
De préférence, les sources lumineuses élémentaires peuvent êtres agencés en au moins deux branches de sources parallèles.
Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source est proposé. Le module lumineux est remarquable en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à un aspect de l’invention. Selon encore un autre aspect de l’invention, un procédé de détection d’un défaut en circuit ouvert d’une source lumineuse élémentaire à élément semi-conducteur électroluminescent d’une source lumineuse matricielle alimentée en tension électrique et ayant une pluralité de telles sources lumineuses élémentaires ainsi qu’un substrat commun est proposé. Le substrat est en contact avec un circuit intégré qui comprend pour chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur permettant de la connecter de manière sélective à la source de tension en fonction d’un premier signal de commande. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
alimenter en tension la source lumineuse matricielle
moyennant un dispositif de commande de la source lumineuse matricielle, générer au moins un premier signal permettant de commander l’état du dispositif interrupteur de façon à connecter de manière sélective au moins une source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à la source de tension ;
lorsque ladite source lumineuse élémentaire n’est pas connectée à la source de tension moyennant son dispositif interrupteur, comparer la chute de tension aux bornes d’une charge montée en parallèle avec le dispositif interrupteur à une tension seuil prédéterminée ;
détecter la présence d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire en fonction du résultat de cette comparaison.
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 phosphures 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 cette 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 pm; la plus grande dimension de la face terminale d’un bâtonnet est inférieure à 2 pm, préférentiellement inférieure ou égale à 1 pm.
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 10 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 pm, et elle est préférentiellement inférieure à 200 pm.
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 pixelisée, ou de manière équivalente une source lumineuse matricielle, destinée à être pilotée en tension, et capable de diagnostiquer un défaut en circuit- ouvert d’une de ses sources élémentaires ou pixels constituants. En utilisant une charge montée en parallèle avec le transistor qui permet de connecter/déconnecter une source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à sa source de tension, un courant de fuite mesurable est généré à travers la charge, la mesure de l’intensité duquel permet de diagnostiquer un défaut en circuit- ouvert de la source lumineuse élémentaire en question. Lorsque cette charge comprend en plus un transistor commandé, le courant de fuite ne circule que lorsqu’un diagnostique est en cours, ce qui évite des fuites de courant superflues ayant un impact potentiel sur le fonctionnement normal de la source lumineuse matricielle. Comme le circuit de diagnostic et de réaction est intégré à la source lumineuse matricielle, il est capable d’être activé de manière rapide. 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 ;
la figure 3 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 4 montre de manière schématique une source lumineuse matricielle selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
la figure 5 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, 200, 300, 400 et 500 désignent cinq 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 est destinée à être pilotée en tension et comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 110 et un substrat commun non-illustré, en contact électrique et mécanique 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 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 mih. 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 A1. 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, pour autant que la structure des couches semi-conductrices soit telle que la résistance série interne de la source lumineuse élémentaire qui en résulte soit d’au moins 1 Ohm, et de préférence d’au moins 5 ou 10 Ohm, ou encore comprise entre 1 et 100 Ohm.
Le circuit intégré 120 est de préférence soudé au substrat de la source monolithique et comprend en outre pour au moins une mais de préférence pour toutes les sources lumineuses élémentaires 110, un circuit de détection de défaut en circuit- ouvert 130. La source lumineuse matricielle 100 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 132 tel qu’il est schématisé sur la figure 1. En commandant l’état du dispositif 132, la source lumineuse élémentaire 110 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 en provenance d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle.
De préférence, non-seulement les éléments interrupteurs 132, mais également un circuit d’alimentation peut être intégré dans le substrat 120 lors de la fabrication du composant monolithique 100.
L’illustration de la figure 2 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 200 selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 200 est destinée à être pilotée en tension et comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi- conducteur électroluminescent 210 et un substrat commun non-illustré, en contact avec un circuit intégré 220 auquel le substrat et fonctionnellement relié.. Les sources lumineuses élémentaires sont typiquement des diodes électroluminescentes, LED.
Le circuit intégré 220 comprend en outre pour au moins une source lumineuse élémentaire 210, un circuit de détection de défaut en circuit- ouvert 230. 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. 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 232 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 commandé par un signal de commande 12 en provenance d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle. La figure 2 montre un signal de commande 12 destiné à une pluralité de sources lumineuse élémentaires 210. Cependant, il va de soi que l’invention s’étend au cas ou chaque source lumineuse élémentaire 210 est commandée par un signal de commande 12 qui lui est spécifique.
Le circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert 230 comprend en outre une charge 234, montée en parallèle avec le dispositif interrupteur 232. Lorsque la source lumineuse matricielle est sous tension et que la source lumineuse élémentaire 210 n’est pas connectée à la source de tension (interrupteur 232 ouvert) et qu’un courant électrique de fuite circule à travers la charge, on peut conclure à ce que la source lumineuse 210 n’est pas en défaut en circuit- ouvert. Si par contre le courant électrique qui traverse la charge 234 est d’intensité nulle ou négligeable, il faut conclure à ce que la source lumineuse 210 présente un défaut en circuit- ouvert. Une indication de détection de défaut est dans ce dernier cas enregistrée dans un élément de mémoire 236 prévu à cet effet. Ceci rend l’information, qui est de préférence une information binaire, accessible à une entité externe qui est agencée pour lire le contenu de l’élément de mémoire 236.
L’illustration de la figure 3 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 300 selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 300 est destinée à être pilotée en tension et comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi- conducteur électroluminescent 310 et un substrat commun non-illustré en contact avec un circuit intégré 320.
Le circuit intégré 320 comprend en outre pour au moins une source lumineuse élémentaire 310, un circuit de détection de défaut en circuit- ouvert 330. 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 transistor à effet de champ de type MOSFET 332. En commandant l’état du transistor 332, la source lumineuse élémentaire 310 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le transistor se caractérise de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source. Il est et commandé par un signal de commande 12 en provenance d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle. Si le transistor 232 est passant, la source lumineuse élémentaire 310 est sous tension et elle s’allume si elle n’est pas défectueuse. Si par contre le transistor est dans son état bloquant, la source lumineuse élémentaire 310 n’est pas connectée à la source de tension.
Le circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert 330 comprend en outre une charge 334 comprenant une résistance, par exemple de 700 Ohm, montée en parallèle avec le dispositif interrupteur 332. Lorsque la source lumineuse matricielle est sous tension et que la source lumineuse élémentaire 310 n’est pas connectée à la source de tension (transistor 332 bloquant) et qu’un courant électrique de fuite d’une intensité non-négligeable circule à travers la charge, on peut conclure à ce que la source lumineuse 310 n’est pas en défaut en circuit- ouvert. Si par contre le courant électrique qui traverse la charge 334 est d’intensité nulle ou négligeable, il faut conclure à ce que la source lumineuse 310 présente un défaut en circuit- ouvert. Un circuit de comparaison 338 compare la chute de tension aux bornes de la résistance 334 à une valeur seuil prédéterminée. La valeur seuil peut par exemple être de 0.7 V. Si la chute de tension aux bornes de la résistance 334 est inférieure à 0.7 V, une indication de détection de défaut est enregistrée dans un élément de mémoire 336 prévu à cet effet. Ceci rend l’information de détection, qui est de préférence une information binaire, accessible à une entité externe qui est agencée pour lire le contenu de l’élément de mémoire 336. Ce mode de réalisation résout le problème de diagnostic d’un défaut en circuit- ouvert. Pourtant il engendre une fuite de courant constante.
L’illustration de la figure 4 montre une source lumineuse pixelisée ou matricielle 400 selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention. La source lumineuse matricielle 400 est destinée à être pilotée en tension et comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi- conducteur électroluminescent 410 et un substrat commun 420.
Le substrat 420 comprend en outre pour au moins une source lumineuse élémentaire 410, un circuit de détection de défaut en circuit- ouvert 430. 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 transistor à effet de champ de type MOSFET 432. En commandant l’état du transistor 432, la source lumineuse élémentaire 410 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le transistor 432 se caractérise de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source. 11 est et commandé par un signal de commande 12 en provenance d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle.
Le circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert 440 comprend en outre une charge 434 comprenant un deuxième transistor caractérisé de préférence par une chute de tension important entre ses bornes drain et source, par exemple de l’ordre de 0.7V, monté en parallèle avec le premier transistor 432. L’état du transistor 434 est commandé par un signal de commande 14 provenant dans le cas illustré par la figure 4 d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle. Cet agencement permet de commander le transistor 434 uniquement en mode passant lorsqu’un diagnostic de défaut en circuit- ouvert a lieu.
Un défaut en circuit- ouvert de la source lumineuse élémentaire 410 est détectable lorsque le premier transistor (interrupteur) 432 est bloquant, alors que le deuxième transistor (charge) 434 est passant. De fait, le deuxième transistor 434 peut par exemple être commandé en mode passant brièvement avant que le premier transistor ne devienne passant. Ou bien, le deuxième transistor 434 peut être commandé en mode passant brièvement avant que le premier transistor 432 est basculé de son mode passant vers le mode bloquant, le deuxième transistor 434 restant par la suite passant pour un laps de temps prédéterminé. D’autres combinaisons sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention et sans créer des effets optiquement perceptibles au niveau du flux lumineux émis par la source lumineuse matricielle.
Lors d’un diagnostic d’un défaut en circuit- ouvert, le circuit de comparaison 438 compare la chute de tension aux bornes de de la charge 434 à une valeur seuil prédéterminée. La valeur seuil peut par exemple être de 0.7 V. Si la chute de tension aux bornes de la résistance 434 est inférieure à 0.7 V, une indication de détection de défaut est enregistrée dans un élément de mémoire 436 prévu à cet effet. Ceci rend l’information de détection, qui est de préférence une information binaire, accessible à une entité externe qui est agencée pour lire le contenu de l’élément de mémoire 436. Ce mode de réalisation résout le problème de diagnostic d’un défaut en circuit- ouvert. Pourtant il engendre une fuite de courant constante.
La figure 5 montre de manière schématisée un autre mode de réalisation préféré de l’invention, qui est une variant du mode de réalisation qui vient d’être décrit en rapport avec l’illustration de la figure 4.
La source lumineuse matricielle 500 est destinée à être pilotée en tension et comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent 510 et un substrat commun non-illustré relié fonctionnellement à un circuit intégré 520.
Le circuit intégré 520 comprend en outre pour au moins une source lumineuse élémentaire 510, un circuit de détection de défaut en circuit- ouvert 530. 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 transistor à effet de champ de type MOSFET 532. En commandant l’état du transistor 532, la source lumineuse élémentaire 510 peut être connectée de manière sélective à la source de tension 10. Le transistor 532 se caractérise de préférence par une chute de tension faible entre ses bornes drain et source. Il est et commandé par un signal de commande 12 en provenance d’une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle.
Le circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert 540 comprend en outre une charge 534 montée en parallèle avec le transistor interrupteur 532. La charge 543 comprend un deuxième transistor ainsi qu’une résistance montée en série avec le deuxième transistor. L’intensité du courant de fuite pouvant circuler dans cette branche est principalement défini par la valeur de la résistance. De fait, le deuxième transistor, faisant partie de la branche de charge 534, peut présenter une chute de tension faible entre ses bornes drain et source. L’état du transistor 534 est commandé par un signal de commande 14 provenant dans le cas illustré par la figure 5 d’une unité de commande qui le génère à partir du signal de commande 12 destiné à commander l’état du transistor interrupteur 532. Le signal de commande 12 est dans cet exemple généré par une unité de commande externe à la source lumineuse matricielle. Cet agencement permet de commander le deuxième, et donc de brancher la charge entière 534, uniquement en mode passant lorsqu’un diagnostic de défaut en circuit- ouvert a lieu.
Un défaut en circuit- ouvert de la source lumineuse élémentaire 510 est détectable lorsque le premier transistor (interrupteur) 532 est bloquant, alors que le deuxième transistor (charge) 534 est passant. De fait, l’unité de commande ayant comme entrée le signal de commande 12 qui est relayé au premier transistor interrupteur 532, et générant le signal de commande 14 pour le deuxième transistor de la charge 543, est de préférence configurée pour générer le signal de commande 14 de manière à ce que le deuxième transistor devienne passant au moment ou le premier transistor 532 bascule vers son état bloquant. Le flanc descendant du signal binaire 12 coïncide ainsi avec le flanc montant du signal binaire 14. Des circuits électroniques permettant de réaliser la fonctionnalité décrite pour l’unité de commande sont à la portée de l’homme de l’art, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. De préférence ce circuit de commande est intégré dans le circuit intégré 520 de la source lumineuse matricielle.
Lors d’un diagnostic d’un défaut en circuit- ouvert, le circuit de comparaison 538 compare la chute de tension aux bornes de de la charge 534 à une valeur seuil prédéterminée. La valeur seuil peut par exemple être de 0.7 V. Si la chute de tension aux bornes de la charge 534 est inférieure à 0.7 V, une indication de détection de défaut est enregistrée dans un élément de mémoire 536 prévu à cet effet. Ceci rend l’information de détection, qui est de préférence une information binaire, accessible à une entité externe qui est agencée pour lire le contenu de l’élément de mémoire 536. Ce mode de réalisation n’engendre un courant de fuite à travers la charge 532 que lorsqu’un diagnostic de défaut en circuit- ouvert a lieu. Si ceci n’est pas le cas, aucune énergie électrique n’est dissipée par la charge. Il 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. L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims

Revendications
1. Source lumineuse matricielle (100, 200, 300, 400, 500) destinée à être alimentée en tension électrique et comprenant un circuit intégré (120, 220, 420, 520) ainsi qu’une matrice de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent (110, 210, 310, 410, 510) , caractérisée en ce que le circuit intégré est en contact avec la matrice et comprend pour chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur (132, 232, 332, 432, 532) permettant de la connecter de manière sélective à une source de tension électrique (10) en fonction d’un premier signal de commande (12),
et en ce que le circuit intégré comprend, pour au moins une des sources lumineuses élémentaires, un circuit de détection d’un défaut en circuit ouvert (130, 230, 330, 430, 530) de la source lumineuse élémentaire.
2. Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de détection est configuré pour générer une information binaire de détection d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire.
3. Source lumineuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le circuit de détection
comprend un élément de mémoire (236, 336, 436, 536), le circuit de détection étant configuré pour stocker l’information de détection dans ledit élément de mémoire.
4. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit circuit de détection comprend une charge (234, 334, 434, 534) montée en parallèle avec le dispositif interrupteur (232, 332, 432, 532), de manière à ce qu’un courant électrique d’une intensité non-négligeable traverse la charge si la source matricielle (200, 300, 400, 500) est alimentée en électricité, sauf si la source lumineuse élémentaire (210, 310, 410, 510) présente un défaut en circuit ouvert.
5. Source lumineuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit circuit de détection comprend une unité de comparaison (338, 438, 538), configurée de manière à comparer la chute de tension aux bornes de ladite charge à une valeur seuil prédéterminée.
6. Source lumineuse selon une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que ladite charge comprend une résistance (334, 534) montée en parallèle avec le dispositif interrupteur.
7. Source lumineuse selon une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ladite charge comprend un transistor (434, 534) commandé par un deuxième signal de commande (14), le transistor représentant une résistance non-négligeable lorsqu’il est dans l’état fermé, et caractérisée en ce que le circuit de détection comprend une unité de commande pour générer ledit deuxième signal de commande.
8. Source lumineuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le deuxième signal de commande (14) dépend du premier signal de commande (12).
9. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le circuit intégré comprend un circuit de détection de défaut en circuit ouvert dédié pour chacune des sources lumineuses élémentaires.
10. Source lumineuse selon une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les sources
lumineuses élémentaires sont agencées en au moins deux branches de sources parallèles.
11. Module lumineux pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse matricielle et un circuit de pilotage de l’alimentation électrique de ladite source, caractérisé en ce que la source lumineuse matricielle est conforme à une des revendications 1 à 10.
12. Procédé de détection d’un défaut en circuit ouvert d’une source lumineuse élémentaire à élément semi-conducteur électroluminescent d’une source lumineuse matricielle alimentée en tension électrique et ayant une pluralité de telles sources lumineuses élémentaires ainsi qu’un substrat commun en contact avec un circuit intégré comprenant pour chaque source lumineuse élémentaire un dispositif interrupteur permettant de la connecter de manière sélective à la source de tension en fonction d’un premier signal de commande, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
alimenter en tension la source lumineuse matricielle
moyennant un dispositif de commande de la source lumineuse matricielle, générer au moins un premier signal permettant de commander l’état du dispositif interrupteur de façon à connecter de manière sélective au moins une source lumineuse élémentaire de la source lumineuse matricielle à la source de tension ;
lorsque ladite source lumineuse élémentaire n’est pas connectée à la source de tension moyennant son dispositif interrupteur, comparer la chute de tension aux bornes d’une charge montée en parallèle avec le dispositif interrupteur à une tension seuil prédéterminée ;
détecter la présence d’un défaut en circuit ouvert de ladite source lumineuse élémentaire en fonction du résultat de cette comparaison.
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