FR3053435A1 - LIGHTING AND / OR SIGNALING DEVICE FOR MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Une source de lumière à semi-conducteur (2) comprend un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents (4) de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat. Selon l'invention, au moins une paroi (5) s'étend également en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets électroluminescents (4).A semiconductor light source (2) comprises a substrate and a plurality of submillimeter-sized electroluminescent rods (4), said rods extending longitudinally from said substrate. According to the invention, at least one wall (5) also extends projecting from the substrate, between two of said rods, the wall having reflective properties of the rays emitted by at least one of said two electroluminescent rods (4).
Description
(57) Une source de lumière à semi-conducteur (2) comprend un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents (4) de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat.(57) A semiconductor light source (2) includes a substrate and a plurality of light emitting rods (4) of submillimetric dimensions, said rods extending longitudinally from said substrate.
Selon l'invention, au moins une paroi (5) s'étend également en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets électroluminescents (4).According to the invention, at least one wall (5) also projects from the substrate, between two of said rods, the wall having properties reflecting the rays emitted by at least one of said two light-emitting rods (4).
χχ
StSt
2020
ii
DISPOSITIF D’ECLAIRAGE ET/OU DE SIGNALISATION POURLIGHTING AND / OR SIGNALING DEVICE FOR
VEHICULE AUTOMOBILEMOTOR VEHICLE
L’invention a trait au domaine de l’éclairage et/ou de la signalisation, et elle concerne plus particulièrement une source de lumière à semi-conducteur, à haute capacité d’émission de rayons lumineux.The invention relates to the field of lighting and / or signaling, and more particularly relates to a semiconductor light source, with a high capacity for emitting light rays.
Des sources de lumière à semi-conducteur sont connues sous forme de diodes électroluminescentes en deux dimensions, dans lesquelles on dispose une première zone semiconductrice pour l'injection d'électrons, une deuxième zone semi-conductrice pour l'injection de trous et une zone semi-conductrice dite « active » dans laquelle les électrons et les trous injectés se recombinent de manière radiative. Ces zones semi-conductrices sont agencées, dans cette technologie planaire en deux dimensions, sur des substrats en couches planes.Semiconductor light sources are known in the form of two-dimensional light-emitting diodes, in which there is a first semiconductor zone for the injection of electrons, a second semiconductor zone for the injection of holes and a zone so-called “active” semiconductor in which the electrons and the injected holes recombine in a radiative manner. These semiconductor zones are arranged, in this two-dimensional planar technology, on substrates in planar layers.
L’utilisation de ces diodes électroluminescentes, notamment pour des avantages d'encombrement et d'autonomie par rapport à des sources de lumière classiques, est de plus en plus fréquente. L'utilisation de diodes électroluminescentes dans les modules d'éclairage et/ou de signalisation a permis en outre aux acteurs du marché (constructeurs automobiles et concepteurs de dispositifs d’éclairage et/ou de signalisation) d'apporter une touche créative à la conception de ces dispositifs, notamment par l’utilisation d’un nombre toujours plus grand de ces diodes électroluminescentes pour réaliser des effets optiques. Un des inconvénients à l’utilisation de ces diodes est leur coût de revient.The use of these light-emitting diodes, in particular for advantages of space and autonomy compared to conventional light sources, is more and more frequent. The use of light-emitting diodes in lighting and / or signaling modules has also enabled market players (car manufacturers and designers of lighting and / or signaling devices) to bring a creative touch to the design. of these devices, in particular by the use of an ever greater number of these light-emitting diodes to achieve optical effects. One of the disadvantages of using these diodes is their cost.
Dans ce contexte économique, il est recherché un rendement lumineux optimal et une faible déperdition des rayons émis par la zone semi-conductrice, alors que celle-ci a tendance à générer des rayons lumineux de façon aléatoire qui ne partent pas automatiquement dans la direction souhaitée pour sortir du dispositif associé à la source de lumière.In this economic context, it is sought an optimal light output and a low loss of rays emitted by the semiconductor zone, whereas this one tends to generate light rays in a random way which do not leave automatically in the desired direction to exit the device associated with the light source.
Notamment afin d’éviter de perdre les rayons qui seraient émis vers le substrat, à l’opposé de la direction souhaitée des rayons lumineux, on peut insérer une surface réfléchissante entre le substrat et la première zone semi-conductrice disposée au voisinage de celle-ci, et ce afin de renvoyer les pbotons vers la sortie du dispositif.In particular in order to avoid losing the rays which would be emitted towards the substrate, opposite to the desired direction of the light rays, it is possible to insert a reflective surface between the substrate and the first semiconductor zone arranged in the vicinity of this one. Ci, and this in order to return the pbotons towards the exit of the device.
La présente invention vise à proposer une alternative à l’utilisation de diodes électroluminescentes en deux dimensions telle qu’elle vient d’être présentée, en s’inscrivant dans un double contexte, à la fois économique où les coûts de revient des sources de lumière sont cherchés le plus bas possible, et technique où l’on recherche une intensité d’émission optimale.The present invention aims to propose an alternative to the use of light-emitting diodes in two dimensions as it has just been presented, in a double context, both economic where the cost of light sources are sought as low as possible, and technique where an optimal emission intensity is sought.
L’invention a pour objet une source de lumière à semi-conducteur comprenant un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat, et dans laquelle au moins une paroi s'étendant en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets.The invention relates to a semiconductor light source comprising a substrate and a plurality of light-emitting rods of submillimetric dimensions, said rods extending longitudinally from said substrate, and in which at least one wall projecting from the substrate, between two of said rods, the wall having properties reflecting the rays emitted by at least one of said two rods.
La réalisation de source de lumière à semi-conducteur en trois dimensions permet d’augmenter la surface émettrice et donc la densité de courant. On comprend que la réalisation de bâtonnets s’étendant parallèlement entre eux depuis le substrat permet de jouer sur leur écartement réciproque pour modifier la densité des zones émettrices et donc la luminance de la source. Si l’on souhaite une source de lumière à forte luminance, on resserre les bâtonnets les uns par rapport aux autres. Cette densité de bâtonnets pose le problème pour certains des rayons émis par un bâtonnet, à savoir les rayons partant sensiblement perpendiculairement au bâtonnet, d’être absorbés par le bâtonnet voisin. Plus les bâtonnets sont proches les uns des autres, plus le nombre de ces rayons absorbés par le bâtonnet voisin est grand.The production of a three-dimensional semiconductor light source makes it possible to increase the emitting surface and therefore the current density. It is understood that the production of rods extending parallel to each other from the substrate makes it possible to play on their reciprocal spacing to modify the density of the emitting zones and therefore the luminance of the source. If you want a light source with high luminance, you tighten the rods relative to each other. This density of sticks poses the problem for some of the rays emitted by a stick, namely the rays leaving substantially perpendicular to the stick, to be absorbed by the neighboring stick. The closer the rods are to each other, the greater the number of these rays absorbed by the neighboring rod.
La présence de parois réfléchissantes agencées entre les bâtonnets voisins permet selon l’invention, outre une fonction d’assurer si nécessaire un contraste entre les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, et les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, voisin, d’optimiser la quantité de rayons sortant de chacun de ces bâtonnets, en évitant une déperdition des rayons, émis par un bâtonnet, par absorption par un bâtonnet voisin, et d’autre part.The presence of reflective walls arranged between the neighboring rods allows according to the invention, in addition to a function to ensure if necessary a contrast between the rays emitted by a stick, or a group of sticks, and the rays emitted by a stick, or a group of rods, neighbor, to optimize the quantity of rays leaving each of these rods, by avoiding a loss of the rays, emitted by a rod, by absorption by a neighboring rod, and on the other hand.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :According to different characteristics of the invention, taken alone or in combination, it can be provided that:
- la paroi est agencée autour d'un bâtonnet, de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par ladite paroi ;- The wall is arranged around a stick, so that the latter is separated from neighboring sticks by said wall;
- la paroi est agencée de façon continue tout autour du bâtonnet. ;- The wall is arranged continuously around the stick. ;
- la paroi présente une forme de révolution autour du bâtonnet.- The wall has a shape of revolution around the stick.
La source de lumière peut avantageusement comporter une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes s’étendant en saillie du substrat en étant agencées respectivement au voisinage d’au moins un bâtonnet. Les parois peuvent être agencées sur le substrat de sorte que chaque bâtonnet est entouré d’au moins deux parois aux propriétés réfléchissantes.The light source may advantageously include a plurality of walls with reflective properties projecting from the substrate, being arranged respectively in the vicinity of at least one rod. The walls can be arranged on the substrate so that each rod is surrounded by at least two walls with reflective properties.
Selon une caractéristique de l’invention, les bâtonnets et parois s'étendent depuis le même substrat.According to a characteristic of the invention, the rods and walls extend from the same substrate.
Selon differentes caractéristiques prises seules ou en combinaison, propres au profil des parois, on pourra prévoir que :According to different characteristics taken alone or in combination, specific to the profile of the walls, it can be provided that:
- la paroi, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, présente un profil sensiblement parabolique ;- The wall, in a radial plane to a direction of elongation of the rod whose wall reflects the emitted rays, has a substantially parabolic profile;
Par « direction ou axe d’allongement » du bâtonnet, on entend la direction principale du bâtonnet, qui conféré à la source de lumière la troisième dimension permettant l’augmentation de la surface d’émission, cette direction étant sensiblement perpendiculaire à la couche de substrat à partir de laquelle s’étendent les bâtonnets.By “direction or axis of elongation” of the rod is meant the main direction of the rod, which gives the light source the third dimension allowing the increase in the emission surface, this direction being substantially perpendicular to the layer of substrate from which the rods extend.
- le foyer de la parabole est centré sur la base du bâtonnet, à la jonction avec le substrat- the focal point of the parabola is centered on the base of the stick, at the junction with the substrate
- le foyer de la parabole, pour un plan radial donné, est centré sur une paroi circonférentielle du bâtonnet.- The focal point of the parabola, for a given radial plane, is centered on a circumferential wall of the rod.
- la paroi présente un profil avec plusieurs sections de parabole, un foyer d’une première section de parabole étant centré sur la base du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, tandis que le foyer d’une autre section de parabole est centré sensiblement à mihauteur du bâtonnet.- The wall has a profile with several sections of parabola, a focal point of a first parabola section being centered on the base of the rod whose wall reflects the emitted rays, while the focal point of another parabola section is centered substantially halfway up the stick.
Les propriétés réfléchissantes des parois de la source de lumière peuvent notamment être obtenues par la réalisation de ces parois en polymère organique chargé en particules métalliques. Plus particulièrement, on pourra prévoir que la paroi est en silicone chargé en oxyde de titane.The reflective properties of the walls of the light source can in particular be obtained by the production of these walls in organic polymer loaded with metallic particles. More particularly, provision may be made for the wall to be made of silicone loaded with titanium oxide.
On pourra également prévoir en variante de réalisation que la paroi est formée dans un matériau non réfléchissant, et par exemple dans un matériau semblable au matériau du substrat ou au matériau des bâtonnets, et qu’un revêtement réfléchissant est disposé sur cette paroi.It may also be provided in an alternative embodiment that the wall is formed from a non-reflective material, and for example from a material similar to the material of the substrate or to the material of the rods, and that a reflective coating is placed on this wall.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, on pourra par ailleurs prévoir que :According to different characteristics of the invention, it can also be provided that:
- la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs à aux moins deux plans inclinés, les miroirs du réseau s’étendant de façon concentrique autour d’un bâtonnet, en saillie du substrat ;- the wall with reflective properties is formed by a network of mirrors with at least two inclined planes, the mirrors of the network extending concentrically around a rod, projecting from the substrate;
- chaque miroir est formé par un premier plan, qui peut être légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan incliné par rapport au premier plan ;- Each mirror is formed by a first plane, which can be slightly inclined with respect to the plane of the upper surface of the substrate, and by a second plane inclined with respect to the first plane;
- chaque lentille du réseau présente une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans inclinés entre eux. En variante, on pourra prévoir que chaque lentille du réseau est formée par un miroir de forme sensiblement parabolique ;- Each lens of the network has an annular shape around the stick with a succession of flat mirrors inclined between them. As a variant, provision may be made for each lens of the array to be formed by a mirror of substantially parabolic shape;
- le réseau peut présenter un profil en dents de scie et la hauteur des dents peut augmenter au fur et à mesure de l’éloignement du bâtonnet correspondant.- The network can have a sawtooth profile and the height of the teeth can increase as the distance from the corresponding stick increases.
On peut également prévoir entre deux bâtonnets voisins la présence d’une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune aux deux bâtonnets et la présence d’au moins un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie spécifique à l’un des bâtonnets.It is also possible to provide, between two neighboring rods, the presence of a wall with reflecting properties which is common to the two rods and the presence of at least one network of reflecting mirrors with a sawtooth profile specific to one of the rods.
Par ailleurs, on pourra prévoir que la source de lumière à semi-conducteur comprenant une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques comporte en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les bâtonnets sont au moins partiellement noyés ; ce matériau polymère peut être à base de silicone, étant entendu que le matériau polymère est à base de silicone dès lors qu’il comporte majoritairement du silicone, par exemple 25% et dans la pratique de 50% à environ 99%.Furthermore, provision may be made for the semiconductor light source comprising a plurality of light-emitting rods of submillimetric dimensions to further comprise a layer of a polymeric material in which the rods are at least partially embedded; this polymeric material can be based on silicone, it being understood that the polymeric material is based on silicone since it mainly comprises silicone, for example 25% and in practice from 50% to about 99%.
La couche de matériau polymère peut comprendre un luminophore ou une pluralité de luminophores excités par la lumière générée par au moins un de la pluralité de bâtonnets. On entend par luminophore, ou convertisseur de lumière, la présence d’au moins un matériau luminescent conçu pour absorber au moins une partie d’au moins une lumière d’excitation émise par une source lumineuse et pour convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. Ce luminophore, ou cette pluralité de luminophores, peut être au moins partiellement noyé dans le polymère ou bien disposé en surface de la couche de matériau polymère.The layer of polymeric material may include a phosphor or a plurality of phosphors excited by the light generated by at least one of the plurality of rods. A phosphor or light converter is understood to mean the presence of at least one luminescent material designed to absorb at least part of at least one excitation light emitted by a light source and to convert at least part of said light. of excitation absorbed in emission light having a wavelength different from that of the excitation light. This phosphor, or this plurality of phosphors, can be at least partially embedded in the polymer or else disposed on the surface of the layer of polymeric material.
La couche de matériau polymère peut comprendre également un coloriant (pigment en anglais), de préférence blanc, permettant en forte concentration une bonne réflexion de la lumière et en faible concentration une diffusion de la lumière, souhaité parfois afin que la source de la lumière soit uniforme. Ce coloriant est typiquement le dioxyde de Titane (TiO2).The layer of polymeric material may also comprise a dye (pigment in English), preferably white, allowing in high concentration a good reflection of light and in low concentration a diffusion of light, sometimes desired so that the light source is uniform. This dye is typically titanium dioxide (TiO2).
L’ensemble des bâtonnets électroluminescents peut s’étendre à partir d’un même substrat, et ces bâtonnets peuvent notamment être formés directement sur ce substrat. On peut prévoir que le substrat soit à base de Silicium ou de carbure de silicium. On comprend que le substrat est à base de silicium dès lors qu’il comporte majoritairement du silicium, par exemple au moins 25% et dans la pratique de 50% à environ 99%.All of the light-emitting sticks can extend from the same substrate, and these sticks can in particular be formed directly on this substrate. Provision may be made for the substrate to be based on silicon or on silicon carbide. It is understood that the substrate is based on silicon when it mainly comprises silicon, for example at least 25% and in practice from 50% to about 99%.
Selon des caractéristiques propres à la constitution des bâtonnets électroluminescents et à la disposition de ces bâtonnets électroluminescents sur le substrat, on pourra prévoir que, chaque caractéristique pouvant être prise seule ou en combinaison avec les autres :According to characteristics specific to the constitution of the light-emitting sticks and to the arrangement of these light-emitting sticks on the substrate, it can be provided that, each characteristic being able to be taken alone or in combination with the others:
- chaque bâtonnet présente une forme générale cylindrique, notamment de section polygonale ; on pourra prévoir que chaque bâtonnet est la même forme générale, et notamment une forme hexagonale ;- Each rod has a generally cylindrical shape, in particular of polygonal section; we can provide that each stick is the same general shape, and in particular a hexagonal shape;
- les bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long d’un axe longitudinal du bâtonnet définissant sa hauteur, la lumière étant émise au moins à partir de la paroi circonférentielle ; cette lumière pourrait également être émise par la face terminale ;- the rods are each delimited by a terminal face and by a circumferential wall which extends along a longitudinal axis of the rod defining its height, the light being emitted at least from the circumferential wall; this light could also be emitted by the terminal face;
- chaque bâtonnet peut présenter une face terminale qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi circonférentielle, et dans différentes variantes, on peut prévoir que cette face terminale est sensiblement plane ou bombée, ou pointue, en son centre ;- Each rod may have an end face which is substantially perpendicular to the circumferential wall, and in different variants, it can be provided that this end face is substantially planar or curved, or pointed, at its center;
- les bâtonnets sont agencés en matrice à deux dimensions, que cette matrice soit régulière, avec un espacement constant entre deux bâtonnets successifs d’un alignement donné, ou que les bâtonnets soient disposés en quinconce ; on comprend que dans ce cas de figure de matrice à deux dimensions, les vagues de bâtonnets peuvent être considérées comme des rangées de bâtonnets ;- the rods are arranged in a two-dimensional matrix, whether this matrix is regular, with constant spacing between two successive rods of a given alignment, or that the rods are staggered; it is understood that in this case of a two-dimensional matrix, the waves of rods can be considered as rows of rods;
- la hauteur d’un bâtonnet est comprise entre 1 et 20 micromètres ;- the height of a stick is between 1 and 20 micrometers;
- la plus grande dimension de la face terminale est inférieure à 2 micromètres ;- the largest dimension of the terminal face is less than 2 micrometers;
- la distance qui sépare deux bâtonnets immédiatement adjacents est au minimum égale à 2 micromètres, et au maximum égale à 100 micromètres.- the distance between two immediately adjacent rods is at least equal to 2 micrometers, and at most equal to 100 micrometers.
Tel que cela a été évoqué précédemment, l’invention concerne en outre un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation comprenant une source de lumière tel que décrit ci-dessus, ainsi qu’une optique de mise en forme des rayons émis par la source de lumière pour l’émission en dehors du dispositif d’un faisceau lumineux.As mentioned above, the invention also relates to a lighting and / or signaling device comprising a light source as described above, as well as an optical system for shaping the rays emitted by the light source for the emission outside the device of a light beam.
Par optique de mise en forme, on entend des moyens permettant de changer la direction d’au moins une partie des rayons lumineux. Selon l’invention, l’optique de mise en forme crée une image réelle, et éventuellement anamorpbosée, d’une partie de la source de lumière à une distance, finie ou infinie, très grande devant les dimensions (d’un rapport de l’ordre d’au moins 30, et de préférence 100) de la source. Cette optique de mise en forme peut consister en un ou plusieurs réflecteurs, ou bien en une lentille, ou encore en une combinaison de ces deux possibilités. L’optique de mise en forme et la source de lumière pourront être agencées de sorte que la source de lumière est décentrée par rapport au foyer objet de l’optique de mise en forme. Ceci permet notamment de projeter une image qui parait continue, en imagerie directe, sans nécessiter de prévoir un système de projection devant modifier l’image source avant d’être projetée. Ceci est particulièrement intéressant pour simplifier le dispositif proposé, notamment lorsqu’une ou plusieurs parois de séparation sont disposées en saillie du substrat pour participer à la pixellisation optique du faisceau règlementaire projeté.The term “shaping optics” means means making it possible to change the direction of at least part of the light rays. According to the invention, the shaping optic creates a real image, and possibly anamorphic, of a part of the light source at a distance, finite or infinite, very large compared to the dimensions (of a ratio of l '' order of at least 30, preferably 100) from the source. This shaping optic can consist of one or more reflectors, or else a lens, or even a combination of these two possibilities. The shaping optic and the light source can be arranged so that the light source is off-center with respect to the focus object of the shaping optic. This makes it possible in particular to project an image which appears continuous, in direct imagery, without the need to provide a projection system which has to modify the source image before being projected. This is particularly advantageous for simplifying the proposed device, in particular when one or more separation walls are arranged projecting from the substrate to participate in the optical pixelation of the projected regulatory beam.
Ainsi, on applique au domaine automobile une technologie consistant à réaliser la zone émettrice de lumière par une pluralité de bâtonnets électroluminescents que l'on fait croître sur un substrat, pour réaliser une topologie en trois dimensions. On comprend que cette topologie en trois dimensions présente l'avantage de multiplier la surface d'émission lumineuse par rapport aux diodes électroluminescentes connues jusque-là dans le domaine de l’automobile, à savoir des diodes sensiblement planes. De la sorte, il est possible de fournir à moindre coût de revient une lumière blanche très lumineuse.Thus, a technology is applied to the automotive field consisting in producing the light-emitting zone by a plurality of light-emitting sticks which are grown on a substrate, in order to produce a three-dimensional topology. It is understood that this three-dimensional topology has the advantage of multiplying the light emission surface compared to the light-emitting diodes known hitherto in the automotive field, namely substantially planar diodes. In this way, it is possible to provide a very bright white light at low cost.
Le dispositif prend ainsi place aussi bien dans un projecteur avant que dans un feu arrière de véhicule automobile.The device thus takes place both in a headlight and in a rear light of a motor vehicle.
La présente concerne en outre un procédé de réalisation d’une source de lumière à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, au cours duquel on réalise au moins les étapes suivantes :The present also relates to a method for producing a light source with light-emitting rods of submillimetric dimensions, during which at least the following steps are carried out:
- la croissance de bâtonnets et de parois réfléchissantes depuis le substrat, de façon simultanée ou successive ;- the growth of rods and reflecting walls from the substrate, simultaneously or successively;
- le revêtement d’au moins une paroi en matériau réfléchissant en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.- the coating of at least one wall of reflective material by masking the sticks to prevent them from being covered with this reflective material.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly with the aid of the description and the drawings, among which:
la figure 1 est une représentation schématique en perspective d’une source de lumière à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans laquelle on a rendu visible en coupe une rangée de bâtonnets électroluminescents et des parois réfléchissantes entourant ces bâtonnets et regroupés en un ensemble monobloc ;Figure 1 is a schematic perspective representation of a semiconductor light source according to a first embodiment of the invention, in which there is made visible in section a row of light-emitting sticks and reflective walls surrounding these sticks and grouped into a single unit;
la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, illustrant une source de lumière à semi-conducteur selon un deuxième mode de réalisation différent du premier mode illustré sur la figure 1 en la forme des parois réfléchissantes ;Figure 2 is a schematic representation similar to that of Figure 1, illustrating a semiconductor light source according to a second embodiment different from the first mode illustrated in Figure 1 in the form of the reflecting walls;
la figure 3 vue en coupe d’un détail d’une source de lumière selon l’invention, dans laquelle on a rendu visible un bâtonnet électroluminescent s’étendent en saillie d’un substrat et une paroi réfléchissante agencée à proximité de ce bâtonnet ;Figure 3 is a sectional view of a detail of a light source according to the invention, in which an electroluminescent rod has been made visible projecting from a substrate and a reflecting wall arranged near this rod;
la figure 4 est une vue de détail d’une source de lumière selon un mode de réalisation de l’invention, dans laquelle on a rendu visible deux bâtonnets et une paroi aux propriétés réfléchissantes disposée entre ces deux bâtonnets, la paroi présentant ici un profil au moins partiellement parabolique ;FIG. 4 is a detailed view of a light source according to an embodiment of the invention, in which two rods and a wall with reflective properties have been made visible disposed between these two rods, the wall here having a profile at least partially parabolic;
la figure 5 est une variante de la réalisation de la figure 4, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante présente une forme de trapèze ;Figure 5 is a variant of the embodiment of Figure 4, wherein the wall with reflective properties has a trapezoid shape;
les figures 6a et 6b sont des illustrations de variantes de réalisation quant à la forme des parois aux propriétés réfléchissantes ; et les figures 7a et 7b sont des illustrations, respectivement en coupe de face et vue de dessus, d’une autre variante de réalisation, dans laquelle les parois aux propriétés réfléchissantes sont formées par un réseau de miroirs, ici paraboliques, agencés concentriquement autour d’un bâtonnet.Figures 6a and 6b are illustrations of alternative embodiments as to the shape of the walls with reflective properties; and FIGS. 7a and 7b are illustrations, respectively in front section and top view, of another alternative embodiment, in which the walls with reflecting properties are formed by a network of mirrors, here parabolic, arranged concentrically around 'a stick.
Une source de lumière 2 à semi-conducteur selon l’invention est illustrée sur la figure 1. Cette source comprend des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, c’est-à-dire des sources à semi-conducteur en trois dimensions tel que cela sera exposé ciaprès, contrairement aux sources classiques en deux dimensions, assimilées à des sources sensiblement planes du fait de leur épaisseur de l’ordre de quelques nanomètres alors qu’une source à bâtonnets électroluminescents présente une hauteur au moins égale au micromètre.A semiconductor light source 2 according to the invention is illustrated in FIG. 1. This source comprises light-emitting sticks of submillimetric dimensions, that is to say semiconductor sources in three dimensions as will be exposed below, unlike conventional two-dimensional sources, assimilated to substantially planar sources due to their thickness of the order of a few nanometers, whereas a source with light-emitting rods has a height at least equal to a micrometer.
La source de lumière 2 comprend une pluralité de bâtonnets électroluminescents 4 de dimensions submillimétriques, que l’on appellera par la suite bâtonnets électroluminescents, et une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes 5 agencées autour des bâtonnets. Aussi bien les parois aux propriétés réfléchissantes 5 que les bâtonnets électroluminescents 4 prennent naissance sur un même substrat 6.The light source 2 comprises a plurality of light-emitting sticks 4 of submillimetric dimensions, which will hereinafter be called light-emitting sticks, and a plurality of walls with reflecting properties 5 arranged around the sticks. Both the walls with reflecting properties 5 and the light-emitting rods 4 originate on the same substrate 6.
Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat, ici réalisé à base de silicium, d’autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d’un alliage d’aluminium, d’indium et de gallium (AllnGaN).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 leave the context of the invention. For example, the light-emitting sticks could be made from an alloy of aluminum nitride and gallium nitride (AlGaN), or from an alloy of aluminum, indium and gallium ( AllnGaN).
Le substrat 6 présente une face inférieure 8, sur laquelle est rapportée une première électrode 10, et une face supérieure 12, en saillie de laquelle s’étendent les bâtonnets électroluminescents 4 et sur laquelle est rapportée une deuxième électrode 14- Différentes couches de matériaux sont superposées sur la face supérieure 12, notamment après la croissance des bâtonnets électroluminescents depuis le substrat ici obtenue par une approche ascendante. Parmi ces différentes couches, on peut trouver au moins une couche de matériau conducteur électriquement, afin de permettre l’alimentation électrique des bâtonnets. Cette couche est gravée de manière à relier tel ou tel bâtonnet entre eux, l’allumage de ces bâtonnets pouvant alors être commandé simultanément par un module de commande ici non représenté. On pourra prévoir qu’au moins deux bâtonnets électroluminescents ou au moins deux groupes de bâtonnets électroluminescents de la source de lumière à semi-conducteur 2 sont agencés pour être allumés de manière distincte par l’intermédiaire d’un système de contrôle de l’allumage.The substrate 6 has a lower face 8, to which a first electrode 10 is attached, and an upper face 12, projecting from which extend the light-emitting rods 4 and to which a second electrode 14 is attached. Different layers of material are superimposed on the upper face 12, in particular after the growth of the light-emitting rods from the substrate here obtained by a bottom-up approach. Among these different layers, one can find at least one layer of electrically conductive material, in order to allow the electrical supply of the rods. This layer is etched so as to connect such and such a stick together, the ignition of these sticks can then be controlled simultaneously by a control module not shown here. Provision may be made for at least two light-emitting sticks or at least two groups of light-emitting sticks of the semiconductor light source 2 to be arranged to be switched on separately by means of an ignition control system. .
Les bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques s’étirent depuis le substrat et comportent chacun un noyau en nitrure de gallium, autour duquel sont disposés des puits quantiques formés par une superposition radiale de couches de matériaux différents, ici du nitrure de gallium et du nitrure de gallium-indium, et une coque entourant les puits quantiques également réalisé en nitrure de gallium.The electroluminescent rods of submillimetric dimensions stretch from the substrate and each comprise a core of gallium nitride, around which are arranged quantum wells formed by a radial superposition of layers of different materials, here gallium nitride and gallium nitride -indium, and a shell surrounding the quantum wells also made of gallium nitride.
Chaque bâtonnet s’étend selon un axe longitudinal, ou axe d’allongement 16, définissant sa hauteur, la base 17 de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure 12 du substrat 6.Each rod extends along a longitudinal axis, or elongation axis 16, defining its height, the base 17 of each rod being arranged in a plane of the upper face 12 of the substrate 6.
Les bâtonnets électroluminescents 4 de la source de lumière à semi-conducteur présentent avantageusement la même forme. Ces bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale 18 et par une paroi circonférentielle 20 qui s’étend le long de l’axe longitudinalThe light-emitting sticks 4 of the semiconductor light source advantageously have the same shape. These rods are each delimited by an end face 18 and by a circumferential wall 20 which extends along the longitudinal axis
16. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteur est émise principalement à partir de la paroi circonférentielle 20, étant entendu que l’on peut prévoir que de des rayons lumineux sortent également, au moins en petite quantité, à partir de la face terminale 18. ll en résulte que chaque bâtonnet agit comme une unique diode électroluminescente et que la densité des bâtonnets électroluminescents 4 améliore le rendement lumineux de cette source à semi-conducteur.16. When 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 mainly from the circumferential wall 20, it being understood that provision can be made for light rays also emerge, at least in small quantities, from the terminal face 18. As a result, each rod acts as a single light-emitting diode and the density of the light-emitting rods 4 improves the light output of this semi-light source -driver.
La paroi circonférentielle 20 d’un bâtonnet 4, correspondant à la coquille de nitrure de gallium, est recouverte par une couche d’oxyde conducteur transparent (OCT) qui forme l’anode de chaque bâtonnet complémentaire à la cathode formée par le substrat. Cette paroi circonférentielle 20 s’étend le long de l’axe d’allongement 16 depuis le substrat 6 jusqu’à la face terminale 18, la distance de la face terminale 18 à la face supérieure 12 du substrat, depuis laquelle prennent naissance les bâtonnets électroluminescents 4, définissant la hauteur de chaque bâtonnet. A titre d’exemple, on prévoit que la hauteur d’un bâtonnet électroluminescent 4 est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que l’on prévoit que la plus grande dimension transversale de la face terminale, perpendiculairement à l’axe longitudinal 16 du bâtonnet électroluminescent concerné, soit inférieure à 2 micromètres. On pourra également prévoir de définir la surface d’un bâtonnet, dans un plan de coupe perpendiculaire à cet axe longitudinal 16, dans une plage de valeurs déterminées, et notamment entre 1.96 et 4 micromètres carré.The circumferential wall 20 of a rod 4, corresponding to the gallium nitride shell, is covered by a layer of transparent conductive oxide (OCT) which forms the anode of each rod complementary to the cathode formed by the substrate. This circumferential wall 20 extends along the axis of elongation 16 from the substrate 6 to the end face 18, the distance from the end face 18 to the upper face 12 of the substrate, from which the rods originate. 4, defining the height of each stick. For example, it is expected that the height of an electroluminescent rod 4 is between 1 and 10 micrometers, while it is expected that the largest transverse dimension of the end face, perpendicular to the longitudinal axis 16 of the electroluminescent stick concerned, ie less than 2 micrometers. Provision may also be made to define the surface of a rod, in a cutting plane perpendicular to this longitudinal axis 16, within a range of determined values, and in particular between 1.96 and 4 square micrometers.
Ces dimensions, données à titre d’exemple non limitatif, permettent notamment de démarquer une source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescent d’une source de lumière des sources à diodes sensiblement planes telle qu’utilisée précédemment.These dimensions, given by way of nonlimiting example, make it possible in particular to demarcate a semiconductor light source comprising electroluminescent rods from a light source from sources with substantially planar diodes as used previously.
On comprend que lors de la formation des bâtonnets 4, la hauteur peut être modifiée d’une source de lumière à l’autre, de manière à accroître la luminance de la source de lumière à semi-conducteur lorsque la hauteur est augmentée. La hauteur des bâtonnets peut également être modifiée au sein d’une unique source de lumière, de sorte qu’un groupe de bâtonnets peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d’un autre groupe de bâtonnets, ces deux groupes étant constitutifs de la source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques.It is understood that during the formation of the rods 4, the height can be changed from one light source to another, so as to increase the luminance of the semiconductor light source when the height is increased. The height of the sticks can also be modified within a single light source, so that a group of sticks can have a height, or heights, different from another group of sticks, these two groups being constitutive of the semiconductor light source comprising light-emitting rods of submillimetric dimensions.
La forme des bâtonnets électroluminescents 4 peut également varier d’un dispositif à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale 18. ll a été illustré sur les figures des bâtonnets électroluminescents présentant une forme générale cylindrique, et notamment de section polygonale, ici plus particulièrement hexagonale. On comprend qu’il importe que de la lumière puisse être émise à travers la paroi circonférentielle, que celle-ci présente une forme polygonale ou circulaire par exemple.The shape of the light-emitting sticks 4 can also vary from one device to another, in particular on the section of the sticks and on the shape of the end face 18. It has been illustrated in the figures of the light-emitting sticks having a generally cylindrical shape, and in particular of polygonal section, here more particularly hexagonal. We understand that it is important that light can be emitted through the circumferential wall, whether it has a polygonal or circular shape for example.
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Par ailleurs, la face terminale 18 peut présenter une forme sensiblement plane et perpendiculaire à la paroi circonférentielle, de sorte qu’elle s’étend sensiblement parallèlement à la face supérieure 12 du substrat 6, tel que cela est illustré sur les figures, ou bien elle peut présenter une forme bombée ou en pointe en son centre, de manière à multiplier les directions d’émission de la lumière sortant de cette face terminale.Furthermore, the end face 18 may have a substantially planar shape and perpendicular to the circumferential wall, so that it extends substantially parallel to the upper face 12 of the substrate 6, as illustrated in the figures, or else it can have a domed or pointed shape at its center, so as to multiply the directions of emission of the light leaving this terminal face.
Sur la figure 1, les bâtonnets électroluminescents 4 sont agencés en matrice à deux dimensions. On comprend que l’invention couvre d’autres répartitions des bâtonnets, avec notamment des densités de bâtonnets qui peuvent être variables d’une source de lumière à l’autre, et qui peuvent être variables selon différentes zones d’une même source de lumière. Le nombre de bâtonnets électroluminescents 4 s’étendant en saillie du substrat 6 peut varier d’une source de lumière à l’autre, notamment pour augmenter la densité lumineuse de la source de lumière, mais on convient que les distances de séparation entre deux bâtonnets doivent être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 20 de chaque bâtonnet électroluminescent 4 puisse sortir de la matrice de bâtonnets. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation ne soient pas supérieures à 100 micromètres.In FIG. 1, the light-emitting rods 4 are arranged in a two-dimensional matrix. It is understood that the invention covers other distributions of rods, in particular with densities of rods which can be variable from one light source to another, and which can be variable according to different zones of the same light source. . The number of light-emitting sticks 4 projecting from the substrate 6 may vary from one light source to another, in particular to increase the light density of the light source, but it is agreed that the separation distances between two sticks must be at least equal to 2 micrometers, so that the light emitted by the circumferential wall 20 of each electroluminescent rod 4 can leave the matrix of rods. Furthermore, it is expected that these separation distances will not be greater than 100 micrometers.
Au moins une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est agencée en saillie du substrat, avantageusement le même que celui à partir duquel s’étendent les bâtonnets, pour être disposée au voisinage d’au moins deux des bâtonnets électroluminescents de la source de lumière. Cette paroi permet d’une part de scinder les faisceaux pouvant être émis par cette source de lumière en trois dimensions. Ainsi, la présence d’une paroi s’élevant entre deux bâtonnets voisins, ou deux groupes de bâtonnets voisins, permet de segmenter le faisceau en empêchant les rayons émis par un premier groupe de bâtonnets de venir se superposer avec des rayons émis par un deuxième groupe de bâtonnets voisin.At least one wall with reflective properties 5 is arranged projecting from the substrate, advantageously the same as that from which the rods extend, to be placed in the vicinity of at least two of the light-emitting rods of the light source. This wall allows on the one hand to split the beams that can be emitted by this light source in three dimensions. Thus, the presence of a wall rising between two neighboring rods, or two groups of neighboring rods, makes it possible to segment the beam by preventing the rays emitted by a first group of rods from overlapping with rays emitted by a second group of neighboring sticks.
Selon l’invention, la ou les parois 5 disposées entre les bâtonnets 4 présentent des propriétés réfléchissantes de sorte que ces parois permettent, outre leur fonction de coupure du faisceau émis par la source de lumière 2, la réflexion des rayons émis par un bâtonnet, étant entendu que ces parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont configurées pour réfléchir ces rayons vers la sortie du dispositif équipé d’une telle source de lumière, c’est-à-dire à l’opposé du substrat 6.According to the invention, the wall or walls 5 arranged between the rods 4 have reflective properties so that these walls allow, in addition to their function of cutting the beam emitted by the light source 2, the reflection of the rays emitted by a rod, it being understood that these walls with reflecting properties 5 are configured to reflect these rays towards the output of the device equipped with such a light source, that is to say opposite of the substrate 6.
Dans les différents modes de réalisation illustrés de l’invention, la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 comporte des faces latérales 22 et une face supérieure 24, avec au moins une face latérale 22 qui s’étend depuis le substrat 6, sensiblement à la base 17 d’un des bâtonnets 4, c’est-à-dire à la jonction du bâtonnet et du substrat, et la face supérieure 24 qui s’étend parallèlement au substrat, entre les extrémités supérieures des faces latérales, c’est à dire l’extrémité à l’opposé du substrat.In the various illustrated embodiments of the invention, the wall with reflective properties 5 comprises lateral faces 22 and an upper face 24, with at least one lateral face 22 which extends from the substrate 6, substantially at the base 17 one of the rods 4, that is to say at the junction of the rod and the substrate, and the upper face 24 which extends parallel to the substrate, between the upper ends of the lateral faces, that is to say the end opposite the substrate.
Tel que cela va être décrit ci-après, les parois aux propriétés réfléchissantes 5 peuvent différer d’un mode de réalisation à l’autre et notamment par la forme d’une face latérale 22, la largeur de la face supérieure 24, ou encore la hauteur de la paroi.As will be described below, the walls with reflective properties 5 can differ from one embodiment to another and in particular by the shape of a lateral face 22, the width of the upper face 24, or even the height of the wall.
Notamment, on pourra prévoir différents profils d’au moins une des faces latérales 22, dès lors qu’elle est configurée pour réfléchir les rayons émis par le bâtonnet. La largeur de la face supérieure 24, c’est-à-dire la dimension de la face supérieure entre les deux faces latérales, peut varier et elle peut, dans des conditions extrêmes, être sensiblement nulle, les faces latérales 22 opposées d’une même paroi étant alors jointives en leur extrémité supérieure.In particular, different profiles of at least one of the side faces 22 can be provided, as soon as it is configured to reflect the rays emitted by the rod. The width of the upper face 24, that is to say the dimension of the upper face between the two lateral faces, can vary and it can, under extreme conditions, be substantially zero, the opposite lateral faces 22 of a same wall then being contiguous at their upper end.
La hauteur des parois aux propriétés réfléchissantes 5 est définie par la distance entre la face supérieure 24 de ces parois et le substrat 6 à partir duquel s’étendent la ou les parois, et on comprend que des parois peuvent présenter des hauteurs différentes d’une source de lumière à l’autre, ou au sein d’une même source de lumière. Une paroi plus haute qu’une autre permet de rendre plus nette la coupure dans le faisceau, c’est-à-dire une segmentation nette des rayons projetés par un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés d’un côté de la paroi et un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés de l’autre côté de la paroi. On comprend que sa hauteur permet d’avoir une action réfléchissante sur l’ensemble des rayons émis au moins par la partie basse du bâtonnet correspondant.The height of the walls with reflecting properties 5 is defined by the distance between the upper face 24 of these walls and the substrate 6 from which the wall or walls extend, and it is understood that walls may have heights different from one light source to another, or within the same light source. A wall that is higher than another makes it possible to make the cut in the beam sharper, that is to say a clear segmentation of the rays projected by a rod or a group of rods arranged on one side of the wall and a stick or a group of sticks arranged on the other side of the wall. It is understood that its height makes it possible to have a reflecting action on all of the rays emitted at least by the lower part of the corresponding stick.
Quelle que soit la variante de réalisation, on pourra prévoir au sein de la source de lumière 2 une unique paroi aux propriétés réfléchissantes 5 entre deux bâtonnets, ou deux groupes de bâtonnets, tel qu’illustré sur la figure 2, ou un ensemble de parois, distribuées indépendamment les unes des autres ou regroupées en un ensemble monobloc, tel qu’illustré sur la figure 1.Whatever the variant, one can provide within the light source 2 a single wall with reflecting properties 5 between two sticks, or two groups of sticks, as illustrated in FIG. 2, or a set of walls , distributed independently of each other or grouped in a single unit, as illustrated in FIG. 1.
En d’autres termes, la source de lumière 2 peut comporter une ou plusieurs parois à propriétés réfléchissantes 5 qui s’étendent en saillie du substrat 6 dans la pluralité de bâtonnets électroluminescents, c’est-à-dire entre au moins deux bâtonnets ou groupes de bâtonnets.In other words, the light source 2 may have one or more walls with reflective properties 5 which project from the substrate 6 in the plurality of light-emitting rods, that is to say between at least two rods or sticks groups.
ll convient selon l’invention que la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 soit disposée entre deux bâtonnets électroluminescents 4. On pourra prévoir des agencements de parois réfléchissantes qui permettent une telle caractéristique et notamment des parois agencées autour d'un bâtonnet, de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par la ou les parois. Une seule paroi pourra être utilisée pour entourer ce bâtonnet, en étant agencée de façon continue tout autour du bâtonnet, et en présentant avantageusement une forme de révolution autour du bâtonnet (tel que visible sur les figures 1, 3, 6a et 6b).According to the invention, the wall with reflective properties 5 should be arranged between two light-emitting sticks 4. Arrangements of reflective walls may be provided which allow such a characteristic and in particular walls arranged around a stick, so that it this is separated from the neighboring rods by the wall (s). A single wall can be used to surround this stick, being arranged continuously all around the stick, and advantageously having a shape of revolution around the stick (as visible in Figures 1, 3, 6a and 6b).
Les bâtonnets 4, ou groupes de bâtonnets, séparés par une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 sont avantageusement activables sélectivement.The rods 4, or groups of rods, separated by a wall with reflective properties 5 are advantageously selectively activatable.
On va maintenant décrire des modes de réalisation particuliers de l’invention en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 présente une face latérale 22 au profil, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, sensiblement parabolique, notamment en faisant référence aux figures 1 à 4.We will now describe particular embodiments of the invention in that the wall with reflective properties 5 has a side face 22 to the profile, in a radial plane to a direction of elongation of the rod 4 whose wall reflects the emitted rays. , substantially parabolic, in particular with reference to FIGS. 1 to 4.
Dans la définition de la forme de la paroi qui précède, on pourra comprendre par le terme « paroi », une portion de paroi qui est disposée au voisinage d’un bâtonnet déterminé, et par l’expression « direction (ou axe) d’allongement » du bâtonnet, la direction principale du bâtonnet, qui conféré à la source de lumière la troisième dimension permettant l’augmentation de la surface d’émission, cette direction étant sensiblement perpendiculaire à la couche de substrat à partir de laquelle s’étendent les bâtonnets.In the definition of the shape of the wall which precedes, one can understand by the term “wall”, a portion of wall which is arranged in the vicinity of a determined stick, and by the expression “direction (or axis) of elongation "of the rod, the main direction of the rod, which gives the light source the third dimension allowing the increase of the emission surface, this direction being substantially perpendicular to the layer of substrate from which extend the sticks.
La paroi peut être formée d’une surface de révolution générée par la rotation d'un arc parabolique, d'axe parallèle à l'axe d’allongement des bâtonnets. La forme parabolique de la face latérale de la paroi réfléchissante permet de renvoyer, sensiblement parallèlement à l’axe d’allongement du bâtonnet correspondant, l’ensemble des rayons passant par son foyer F. On peut prévoir avantageusement dans ce cas que le foyer du réflecteur parabolique est centré sur la base 17 du bâtonnet 4, à la jonction avec le substrat 6, voire qu’il est centré sur la paroi circonférentielle du bâtonnet. Un dispositif électroluminescent a un rendement lumineux meilleur lorsque la température est basse, et l’on comprend que dans ce contexte l’intérêt de concentrer le foyer sur la partie basse du bâtonnet, moins chaude et donc génératrice de plus de rayons.The wall may be formed of a surface of revolution generated by the rotation of a parabolic arc, with an axis parallel to the axis of extension of the rods. The parabolic shape of the lateral face of the reflecting wall makes it possible to return, substantially parallel to the axis of elongation of the corresponding rod, all of the rays passing through its focal point F. In this case, the focal point of the parabolic reflector is centered on the base 17 of the rod 4, at the junction with the substrate 6, or even that it is centered on the circumferential wall of the rod. An electroluminescent device has a better light output when the temperature is low, and it is understandable that in this context the advantage of concentrating the focus on the lower part of the stick, which is less hot and therefore generates more rays.
Par profil sensiblement parabolique, on entend couvrir aussi bien une première paroi 5a (visible sur la figure 3), ayant une face latérale avec un profil parabolique continu et régulier depuis la base du bâtonnet jusqu’à la face supérieure, qu’une deuxième paroi 5b (visible sur la figure 4) ayant une pluralité de profils paraboliques se succédant, et présentant de fait des foyers différents. Dans le même contexte d’efficacité d’éclairage en fonction de la température de la source, on a notamment illustré sur la figure 4 un mode de réalisation intéressant en ce que la face latérale 22 présente deux portions de paraboles 22a et 22b, dont le plan de jonction est représenté par des traits mixtes, avec un foyer Fl d’une première section de parabole 22a centré sur la base 17 du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, et un foyer F2 d’une deuxième section de parabole 22b centré sensiblement à mihauteur du bâtonnet 4.By substantially parabolic profile is meant to cover both a first wall 5a (visible in FIG. 3), having a side face with a continuous and regular parabolic profile from the base of the stick to the upper face, as well as a second wall 5b (visible in FIG. 4) having a plurality of successive parabolic profiles, and having in fact different foci. In the same context of lighting efficiency as a function of the temperature of the source, there is in particular illustrated in FIG. 4 an advantageous embodiment in that the lateral face 22 has two portions of parabolas 22a and 22b, the junction plane is represented by dashed lines, with a focal point F1 of a first parabola section 22a centered on the base 17 of the rod 4 whose wall reflects the emitted rays, and a focal point F2 of a second parabola section 22b centered approximately halfway up the stick 4.
Dans chacun de ces cas, que la paroi présente une ou plusieurs sections de parabole, on saura trouver l’intérêt de la présence de cette paroi réfléchissante au voisinage d’un bâtonnet du fait de l’orientation des rayons vers la sortie du dispositif équipé de cette source de lumière.In each of these cases, whether the wall has one or more sections of parabola, we will find the advantage of the presence of this reflective wall in the vicinity of a rod due to the orientation of the rays towards the outlet of the equipped device. from this light source.
Tel que cela est illustré sur la figure 4, sur laquelle on a représenté le trajet des rayons lumineux émis par les bâtonnets électroluminescents 4 et passant par le premier ou le deuxième foyer, on comprend que la présence de cette paroi aux propriétés réfléchissantes 5 permet notamment d’éviter aux rayons qui partent d’un bâtonnet électroluminescent sensiblement perpendiculairement à la paroi circonférentielle 20 d’arriver sur le bâtonnet voisin avec un angle d’impact sensiblement droit par rapport à la paroi circonférentielle du bâtonnet voisin et donc propice à une absorption par ce bâtonnet voisin.As illustrated in FIG. 4, in which the path of the light rays emitted by the light-emitting rods 4 and passing through the first or the second focal point is shown, it is understood that the presence of this wall with reflective properties 5 makes it possible in particular to avoid rays which emanate from an electroluminescent rod substantially perpendicular to the circumferential wall 20 from arriving on the neighboring rod with a substantially straight impact angle relative to the circumferential wall of the neighboring rod and therefore conducive to absorption by that neighboring stick.
Lorsque la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est disposée sur le trajet des rayons émis par le bâtonnet électroluminescent correspondant, ces rayons ne peuvent être absorbés par le bâtonnet voisin, et les propriétés réfléchissantes de la face latérale en regard du bâtonnet émetteur permettent la déviation des rayons jusqu’à ce qu’ils sortent du dispositif équipé de la source de lumière.When the wall with reflecting properties 5 is arranged on the path of the rays emitted by the corresponding light-emitting stick, these rays cannot be absorbed by the neighboring stick, and the reflecting properties of the side face opposite the emitting stick allow the rays to be deflected. until they exit the device equipped with the light source.
Les premiers rayons 30 émis par le bâtonnet et passant par le premier, respectivement le deuxième foyer de la première, respectivement la deuxième, portion de parabole de la face latérale sortent parallèlement à l’axe de la parabole lorsqu’ils ont rencontré la première, respectivement la deuxième portion de parabole de la face latérale.The first rays 30 emitted by the rod and passing through the first, respectively the second focal point of the first, respectively the second, parabola portion of the lateral face exit parallel to the axis of the parabola when they meet the first, respectively the second portion of parabola of the lateral face.
Les rayons émis passant en d’autres points que les foyers, ou les deuxièmes rayons 32 émis en passant par l’un des foyers mais dirigés vers une autre portion de parabole que celle associé audit foyer sont déviés notamment à l’opposé du substrat.The rays emitted passing at other points than the hearths, or the second rays 32 emitted passing through one of the hearths but directed towards another portion of parabola than that associated with said hearth are deflected in particular opposite the substrate.
ll convient de noter qu’une paroi présente selon l’invention des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un des deux bâtonnets entre lesquels elle est disposée. En d’autres termes, la paroi 5 pourrait présenter une première face latérale 22 en regard d’un premier bâtonnet qui présente des propriétés réfléchissantes, notamment par l’intermédiaire d’un revêtement disposé sur cette première face latérale, et une deuxième face latérale en regard d’un bâtonnet voisin qui ne présente pas de propriétés réfléchissantes.It should be noted that a wall according to the invention has reflective properties of the rays emitted by at least one of the two rods between which it is arranged. In other words, the wall 5 could have a first lateral face 22 opposite a first rod which has reflective properties, in particular by means of a coating disposed on this first lateral face, and a second lateral face. next to a neighboring rod which does not have reflective properties.
Tel qu’elles viennent d’être décrites, ou dans d’autres formes de réalisation dont certains seront décrites ci-après, les parois 5 de la source de lumière 2 s’étendant en saillie du substrat 6 présentent des propriétés réfléchissantes pour qu’au moins une de leurs faces 22, 24 soit apte à réfléchir des rayons émis par un des bâtonnets. On pourra prévoir que les propriétés réfléchissantes soient réalisées dans la masse des parois ou bien qu’elles soient rapportées sur une ou plusieurs faces de ces parois. Notamment, on pourra réaliser ces parois en polymère organique, comme du silicone (SiO), que l’on a chargé préalablement en particules métalliques, comme de l’oxyde de titane (TiO2). Un autre mode de réalisation pourra être de former la paroi dans un matériau non réfléchissant, et par exemple dans un matériau semblable au matériau du substrat ou au matériau des bâtonnets, et d’appliquer sur au moins une des faces de cette paroi un revêtement réfléchissant. Dans ce cas, dans un procédé de réalisation de la source de lumière, on prévoira, après la croissance de bâtonnets et de parois réfléchissantes depuis le substrat, de façon simultanée ou successive, le revêtement d’au moins une paroi par une couche d’un matériau réfléchissant en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.As just described, or in other embodiments, some of which will be described below, the walls 5 of the light source 2 projecting from the substrate 6 have reflective properties so that at least one of their faces 22, 24 is able to reflect rays emitted by one of the rods. Provision may be made for the reflective properties to be produced in the bulk of the walls or else to be attached to one or more faces of these walls. In particular, these walls can be made from organic polymer, such as silicone (SiO), which has previously been loaded with metallic particles, such as titanium oxide (TiO2). Another embodiment could be to form the wall in a non-reflective material, and for example in a material similar to the material of the substrate or to the material of the rods, and to apply to at least one of the faces of this wall a reflective coating. . In this case, in a method for producing the light source, provision will be made, after the growth of rods and of reflective walls from the substrate, simultaneously or successively, for the coating of at least one wall with a layer of a reflective material by masking the sticks to prevent them from being covered with this reflective material.
La source de lumière 1 peut comporter en outre, tel qu’illustré sur la figure 3, une couche 26 d’un matériau polymère dans laquelle des bâtonnets électroluminescents 4 et des parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont au moins partiellement noyés. La couche 26 peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé de bâtonnets électroluminescents 4 et de parois 5. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, permet de protéger les bâtonnets électroluminescents 4 sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche 26 de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d’onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l’un des bâtonnets et à convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. On pourra prévoir indifféremment que les moyens de conversion de longueur d’onde sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils sont disposés en surface de la couche de ce matériau polymère. Par ailleurs, il est possible de charger la couche de matériau polymère, agencée entre les bâtonnets et les parois aux propriétés réfléchissantes, avec un pigment, notamment blanc, pouvant servir de diffuseur optique.The light source 1 may further comprise, as illustrated in FIG. 3, a layer 26 of a polymeric material in which light-emitting rods 4 and walls with reflective properties 5 are at least partially embedded. The layer 26 can thus extend over the entire extent of the substrate or only around a determined group of light-emitting sticks 4 and walls 5. The polymeric material, which can in particular be based on silicone, makes it possible to protect the sticks electroluminescent 4 without interfering with the diffusion of light rays. In addition, it is possible to integrate into this layer 26 of polymeric material wavelength conversion means, and for example phosphors, capable of absorbing at least part of the rays emitted by one of the rods and at converting at least part of said absorbed excitation light into emission light having a wavelength different from that of the excitation light. It is equally possible to provide that the wavelength conversion means are embedded in the mass of the polymer material, or else that they are arranged on the surface of the layer of this polymer material. Furthermore, it is possible to load the layer of polymeric material, arranged between the rods and the walls with reflective properties, with a pigment, in particular white, which can serve as an optical diffuser.
On va maintenant décrire une première variante de réalisation, qui diffère de ce qui a été décrit précédemment en la forme de la paroi aux propriétés réfléchissantes, qui ne présente plus de profil parabolique, mais qui prend la forme d’un trapèze, ainsi qu’en la hauteur de cette paroi, qui présente ici une hauteur moindre de celle des bâtonnets.We will now describe a first embodiment, which differs from what has been described previously in the shape of the wall with reflective properties, which no longer has a parabolic profile, but which takes the form of a trapezoid, as well as in the height of this wall, which here has a height less than that of the rods.
Sur la figure 5, une paroi réfléchissante 105 présente une forme en trapèze, avec la petite base sensiblement à mi-hauteur des bâtonnets dont elle est à proximité. Les plans inclinés 34 formant des faces latérales réfléchissent les rayons émanant de la partie basse 36 du bâtonnet 4, c’est-à-dire la partie à la base du bâtonnet au voisinage du substrat. La face supérieure 38 du trapèze, correspondant à la petite base, est également réfléchissante, et elle assure la réflexion des rayons émanant de la partie haute 40 du bâtonnet, c’est-à-dire la partie du bâtonnet à l’opposé du substrat 6, et qui partaient vers ce substrat 6.In FIG. 5, a reflecting wall 105 has a trapezoidal shape, with the small base substantially halfway up the rods of which it is close. The inclined planes 34 forming lateral faces reflect the rays emanating from the lower part 36 of the stick 4, that is to say the part at the base of the stick in the vicinity of the substrate. The upper face 38 of the trapezoid, corresponding to the small base, is also reflective, and it ensures the reflection of the rays emanating from the upper part 40 of the stick, that is to say the part of the stick opposite the substrate. 6, and which left towards this substrate 6.
D’autres variantes sont illustrées sur les figures 6a et 6b, dans lesquelles là encore les parois réfléchissantes different de ce qui a été précédemment décrit en la forme des faces latérales 22 en regard des bâtonnets 4, qui peuvent être en forme de rampe régulière (figure 6a) ou en forme de cuvette à multiples facettes (figure 6b).Other variants are illustrated in FIGS. 6a and 6b, in which once again the reflective walls differ from what has been previously described in the form of the lateral faces 22 opposite the rods 4, which can be in the form of a regular ramp ( Figure 6a) or in the shape of a multifaceted bowl (Figure 6b).
On comprendra qu’un même bâtonnet pourrait être entouré de parois dont les profils sont différents d’une paroi à l’autre, les rayons émis par ce bâtonnet dans une direction radiale donnée par rapport à son axe d’allongement pouvant alors ne pas être déviés de la même façon que des rayons émis par ce même bâtonnet dans une autre direction radiale et rencontrant dès lors une paroi de forme différente.It will be understood that the same rod could be surrounded by walls whose profiles are different from one wall to the other, the rays emitted by this rod in a given radial direction relative to its axis of elongation may then not be deflected in the same way as rays emitted by this same rod in another radial direction and therefore meeting a wall of different shape.
Une autre variante est illustrée sur les figures 7a et 7b, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs 42 qui s’étend de façon concentrique autour d’un bâtonnet, en saillie de la face supérieure du substrat. On reproduit ainsi, autour d’au moins un bâtonnet, des lentilles de Fresnel agencées concentriquement et formées respectivement par un premier plan 44, ici légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan 46 incliné par rapport au premier plan. Chaque lentille du réseau présente ainsi une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans, étant entendu qu’on pourra prévoir que chaque miroir de la lentille annulaire pourra être de forme sensiblement parabolique. Sur la figure 7b, on a illustré à titre d’exemple l’agencement de deux miroirs concentriques 42 formés respectivement autour de quatre bâtonnets voisins.Another variant is illustrated in FIGS. 7a and 7b, in which the wall with reflecting properties is formed by a network of mirrors 42 which extends concentrically around a rod, projecting from the upper face of the substrate. We thus reproduce, around at least one stick, Fresnel lenses arranged concentrically and formed respectively by a first plane 44, here slightly inclined relative to the plane of the upper surface of the substrate, and by a second plane 46 inclined relative to in the foreground. Each lens of the array thus has an annular shape around the rod with a succession of plane mirrors, it being understood that it can be provided that each mirror of the annular lens can be of substantially parabolic shape. In Figure 7b, there is illustrated by way of example the arrangement of two concentric mirrors 42 formed respectively around four neighboring rods.
On crée ainsi un réseau présentant un profil en dents de scie (visible sur la figure 7a), dans lequel, selon le mode de réalisation illustré, la hauteur des dents, c’est-à-dire la distance entre l’extrémité libre et le substrat, va en augmentant au fur et à mesure de l’éloignement du bâtonnet correspondant, jusqu’à rencontrer le réseau s’étendant concentriquement autour du bâtonnet voisin.This creates a network with a sawtooth profile (visible in Figure 7a), in which, according to the illustrated embodiment, the height of the teeth, that is to say the distance between the free end and the substrate, increases gradually as the distance from the corresponding rod, until meeting the network extending concentrically around the neighboring rod.
Il est possible selon l’invention de combiner la présence d’une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune à deux bâtonnets voisins, tel qu’illustré sur les figures 1 à 6, et la présence d’un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie tel qu’il vient d’être décrit en référence aux figures 7a et 7b. Le réseau de miroirs s’étend alors directement depuis le bâtonnet, entre la paroi aux propriétés réfléchissantes et ce bâtonnet.It is possible according to the invention to combine the presence of a wall with reflecting properties which is common to two neighboring rods, as illustrated in FIGS. 1 to 6, and the presence of a network of reflecting mirrors with a profile in sawtooth as just described with reference to Figures 7a and 7b. The network of mirrors then extends directly from the stick, between the wall with reflective properties and this stick.
On comprend de la description des differentes variantes qui précède qu’elles pourraient être combinées les unes avec les autres sur une même source lumineuse, une paroi pouvant présenter une certaine forme dans une zone de la source et une autre paroi une autre forme dans une autre zone, tandis qu’un réseau de miroirs réfléchissants pourrait être prévu à la surface du substrat dans une zone encore différente de la source lumineuse.It is understood from the description of the different variants which precedes that they could be combined with one another on the same light source, a wall possibly having a certain shape in one zone of the source and another wall another shape in another area, while a network of reflecting mirrors could be provided on the surface of the substrate in an area still different from the light source.
La présente invention s’applique aussi bien à un projecteur avant qu’à un feu arrière de véhicule automobile. La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixés et notamment de proposer un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation qui permette d’améliorer les performances des diodes électroluminescentes en deux dimensions connues de l’art antérieur, ce meilleur rendement lumineux étant obtenu d’une part par la présence de bâtonnets en saillie d’un substrat et la présence combinée de parois réfléchissantes, ces parois permettant d’augmenter la quantité de rayons émis en direction de la sortie d’un dispositif d’éclairage équipé d’une telle source de lumière.The present invention applies to a headlight as well as to a rear light of a motor vehicle. The foregoing description clearly explains how the invention makes it possible to achieve the objectives which it has set itself and in particular to propose a lighting and / or signaling device which makes it possible to improve the performance of light-emitting diodes in two dimensions. known from the prior art, this better light output being obtained on the one hand by the presence of sticks projecting from a substrate and the combined presence of reflective walls, these walls making it possible to increase the quantity of rays emitted in the direction of the output of a lighting device equipped with such a light source.
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