FR3053435A1 - Dispositif d’eclairage et/ou de signalisation pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

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

Description

(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.

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).

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DISPOSITIF D’ECLAIRAGE ET/OU DE SIGNALISATION POUR

VEHICULE AUTOMOBILE

L’invention a trait au domaine de l’éclairage et/ou de la signalisation, et elle concerne plus particulièrement une source de lumière à semi-conducteur, à haute capacité d’émission de rayons lumineux.

Des sources de lumière à semi-conducteur sont connues sous forme de diodes électroluminescentes en deux dimensions, dans lesquelles on dispose une première zone 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.

L’utilisation de ces diodes électroluminescentes, notamment pour des avantages d'encombrement et d'autonomie par rapport à des sources de lumière classiques, est de plus en plus fréquente. L'utilisation de diodes électroluminescentes dans les modules d'éclairage et/ou de signalisation a permis en outre aux acteurs du marché (constructeurs automobiles et concepteurs de dispositifs d’éclairage et/ou de signalisation) d'apporter une touche créative à la conception de ces dispositifs, notamment par l’utilisation d’un nombre toujours plus grand de ces diodes électroluminescentes pour réaliser des effets optiques. Un des inconvénients à l’utilisation de ces diodes est leur coût de revient.

Dans ce contexte économique, il est recherché un rendement lumineux optimal et une faible déperdition des rayons émis par la zone semi-conductrice, alors que celle-ci a tendance à générer des rayons lumineux de façon aléatoire qui ne partent pas automatiquement dans la direction souhaitée pour sortir du dispositif associé à la source de lumière.

Notamment afin d’éviter de perdre les rayons qui seraient émis vers le substrat, à l’opposé de la direction souhaitée des rayons lumineux, on peut insérer une surface réfléchissante entre le substrat et la première zone semi-conductrice disposée au voisinage de celle-ci, et ce afin de renvoyer les pbotons vers la sortie du dispositif.

La présente invention vise à proposer une alternative à l’utilisation de diodes électroluminescentes en deux dimensions telle qu’elle vient d’être présentée, en s’inscrivant dans un double contexte, à la fois économique où les coûts de revient des sources de lumière sont cherchés le plus bas possible, et technique où l’on recherche une intensité d’émission optimale.

L’invention a pour objet une source de lumière à semi-conducteur comprenant un substrat et une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, lesdits bâtonnets s'étendant longitudinalement depuis ledit substrat, et dans laquelle au moins une paroi s'étendant en saillie du substrat, entre deux desdits bâtonnets, la paroi présentant des propriétés réfléchissantes des rayons émis par au moins l'un desdits deux bâtonnets.

La réalisation de source de lumière à semi-conducteur en trois dimensions permet d’augmenter la surface émettrice et donc la densité de courant. On comprend que la réalisation de bâtonnets s’étendant parallèlement entre eux depuis le substrat permet de jouer sur leur écartement réciproque pour modifier la densité des zones émettrices et donc la luminance de la source. Si l’on souhaite une source de lumière à forte luminance, on resserre les bâtonnets les uns par rapport aux autres. Cette densité de bâtonnets pose le problème pour certains des rayons émis par un bâtonnet, à savoir les rayons partant sensiblement perpendiculairement au bâtonnet, d’être absorbés par le bâtonnet voisin. Plus les bâtonnets sont proches les uns des autres, plus le nombre de ces rayons absorbés par le bâtonnet voisin est grand.

La présence de parois réfléchissantes agencées entre les bâtonnets voisins permet selon l’invention, outre une fonction d’assurer si nécessaire un contraste entre les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, et les rayons émis par un bâtonnet, ou un groupe de bâtonnets, voisin, d’optimiser la quantité de rayons sortant de chacun de ces bâtonnets, en évitant une déperdition des rayons, émis par un bâtonnet, par absorption par un bâtonnet voisin, et d’autre part.

Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :

- la paroi est agencée autour d'un bâtonnet, de sorte que celui-ci est séparé des bâtonnets voisins par ladite paroi ;

- la paroi est agencée de façon continue tout autour du bâtonnet. ;

- la paroi présente une forme de révolution autour du bâtonnet.

La source de lumière peut avantageusement comporter une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes s’étendant en saillie du substrat en étant agencées respectivement au voisinage d’au moins un bâtonnet. Les parois peuvent être agencées sur le substrat de sorte que chaque bâtonnet est entouré d’au moins deux parois aux propriétés réfléchissantes.

Selon une caractéristique de l’invention, les bâtonnets et parois s'étendent depuis le même substrat.

Selon differentes caractéristiques prises seules ou en combinaison, propres au profil des parois, on pourra prévoir que :

- la paroi, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, présente un profil sensiblement parabolique ;

Par « direction ou axe d’allongement » du bâtonnet, on entend la direction principale du bâtonnet, qui 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.

- le foyer de la parabole est centré sur la base du bâtonnet, à la jonction avec le substrat

- le foyer de la parabole, pour un plan radial donné, est centré sur une paroi circonférentielle du bâtonnet.

- la paroi présente un profil avec plusieurs sections de parabole, un foyer d’une première section de parabole étant centré sur la base du bâtonnet dont la paroi réfléchit les rayons émis, tandis que le foyer d’une autre section de parabole est centré sensiblement à mihauteur du bâtonnet.

Les propriétés réfléchissantes des parois de la source de lumière peuvent notamment être obtenues par la réalisation de ces parois en polymère organique chargé en particules métalliques. Plus particulièrement, on pourra prévoir que la paroi est en silicone chargé en oxyde de titane.

On pourra également prévoir en variante de réalisation que la paroi est formée dans un matériau non réfléchissant, et par exemple dans un matériau semblable au matériau du substrat ou au matériau des bâtonnets, et qu’un revêtement réfléchissant est disposé sur cette paroi.

Selon différentes caractéristiques de l’invention, on pourra par ailleurs prévoir que :

- la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs à aux moins deux plans inclinés, les miroirs du réseau s’étendant de façon concentrique autour d’un bâtonnet, en saillie du substrat ;

- chaque miroir est formé par un premier plan, qui peut être légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan incliné par rapport au premier plan ;

- chaque lentille du réseau présente une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans inclinés entre eux. En variante, on pourra prévoir que chaque lentille du réseau est formée par un miroir de forme sensiblement parabolique ;

- le réseau peut présenter un profil en dents de scie et la hauteur des dents peut augmenter au fur et à mesure de l’éloignement du bâtonnet correspondant.

On peut également prévoir entre deux bâtonnets voisins la présence d’une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune aux deux bâtonnets et la présence d’au moins un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie spécifique à l’un des bâtonnets.

Par ailleurs, on pourra prévoir que la source de lumière à semi-conducteur comprenant une pluralité de bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques comporte en outre une couche d’un matériau polymère dans laquelle les bâtonnets sont au moins partiellement noyés ; ce matériau polymère peut être à base de silicone, étant entendu que le matériau polymère est à base de silicone dès lors qu’il comporte majoritairement du silicone, par exemple 25% et dans la pratique de 50% à environ 99%.

La couche de matériau polymère peut comprendre un luminophore ou une pluralité de luminophores excités par la lumière générée par au moins un de la pluralité de bâtonnets. On entend par luminophore, ou convertisseur de lumière, la présence d’au moins un matériau luminescent conçu pour absorber au moins une partie d’au moins une lumière d’excitation émise par une source lumineuse et pour convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. Ce luminophore, ou cette pluralité de luminophores, peut être au moins partiellement noyé dans le polymère ou bien disposé en surface de la couche de matériau polymère.

La couche de matériau polymère peut comprendre également un coloriant (pigment en anglais), de préférence blanc, permettant en forte concentration une bonne réflexion de la lumière et en faible concentration une diffusion de la lumière, souhaité parfois afin que la source de la lumière soit uniforme. Ce coloriant est typiquement le dioxyde de Titane (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%.

Selon des caractéristiques propres à la constitution des bâtonnets électroluminescents et à la disposition de ces bâtonnets électroluminescents sur le substrat, on pourra prévoir que, chaque caractéristique pouvant être prise seule ou en combinaison avec les autres :

- chaque bâtonnet présente une forme générale cylindrique, notamment de section polygonale ; on pourra prévoir que chaque bâtonnet est la même forme générale, et notamment une forme hexagonale ;

- les bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale et par une paroi circonférentielle qui s’étend le long d’un axe longitudinal du bâtonnet définissant sa hauteur, la lumière étant émise au moins à partir de la paroi circonférentielle ; cette lumière pourrait également être émise par la face terminale ;

- chaque bâtonnet peut présenter une face terminale qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi circonférentielle, et dans différentes variantes, on peut prévoir que cette face terminale est sensiblement plane ou bombée, ou pointue, en son centre ;

- les bâtonnets sont agencés en matrice à deux dimensions, que cette matrice soit régulière, avec un espacement constant entre deux bâtonnets successifs d’un alignement donné, ou que les bâtonnets soient disposés en quinconce ; on comprend que dans ce cas de figure de matrice à deux dimensions, les vagues de bâtonnets peuvent être considérées comme des rangées de bâtonnets ;

- la hauteur d’un bâtonnet est comprise entre 1 et 20 micromètres ;

- la plus grande dimension de la face terminale est inférieure à 2 micromètres ;

- la distance qui sépare deux bâtonnets immédiatement adjacents est au minimum égale à 2 micromètres, et au maximum égale à 100 micromètres.

Tel que cela a été évoqué précédemment, l’invention concerne en outre un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation comprenant une source de lumière tel que décrit ci-dessus, ainsi qu’une optique de mise en forme des rayons émis par la source de lumière pour l’émission en dehors du dispositif d’un faisceau lumineux.

Par optique de mise en forme, on entend des moyens permettant de changer la direction d’au moins une partie des rayons lumineux. Selon l’invention, l’optique de mise en forme crée une image réelle, et éventuellement 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.

Ainsi, on applique au domaine automobile une technologie consistant à réaliser la zone émettrice de lumière par une pluralité de bâtonnets électroluminescents que l'on fait croître sur un substrat, pour réaliser une topologie en trois dimensions. On comprend que cette topologie en trois dimensions présente l'avantage de multiplier la surface d'émission lumineuse par rapport aux diodes électroluminescentes connues jusque-là dans le domaine de l’automobile, à savoir des diodes sensiblement planes. De la sorte, il est possible de fournir à moindre coût de revient une lumière blanche très lumineuse.

Le dispositif prend ainsi place aussi bien dans un projecteur avant que dans un feu arrière de véhicule automobile.

La présente concerne en outre un procédé de réalisation d’une source de lumière à bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, au cours duquel on réalise au moins les étapes suivantes :

- la croissance de bâtonnets et de parois réfléchissantes depuis le substrat, de façon simultanée ou successive ;

- le revêtement d’au moins une paroi en matériau réfléchissant en masquant les bâtonnets pour éviter qu'ils ne soient recouverts de ce matériau réfléchissant.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique en perspective d’une source de lumière à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans laquelle on a rendu visible en coupe une rangée de bâtonnets électroluminescents et des parois réfléchissantes entourant ces bâtonnets et regroupés en un ensemble monobloc ;

la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, illustrant une source de lumière à semi-conducteur selon un deuxième mode de réalisation différent du premier mode illustré sur la figure 1 en la forme des parois réfléchissantes ;

la figure 3 vue en coupe d’un détail d’une source de lumière selon l’invention, dans laquelle on a rendu visible un bâtonnet électroluminescent s’étendent en saillie d’un substrat et une paroi réfléchissante agencée à proximité de ce bâtonnet ;

la figure 4 est une vue de détail d’une source de lumière selon un mode de réalisation de l’invention, dans laquelle on a rendu visible deux bâtonnets et une paroi aux propriétés réfléchissantes disposée entre ces deux bâtonnets, la paroi présentant ici un profil au moins partiellement parabolique ;

la figure 5 est une variante de la réalisation de la figure 4, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante présente une forme de trapèze ;

les figures 6a et 6b sont des illustrations de variantes de réalisation quant à la forme des parois aux propriétés réfléchissantes ; et les figures 7a et 7b sont des illustrations, respectivement en coupe de face et vue de dessus, d’une autre variante de réalisation, dans laquelle les parois aux propriétés réfléchissantes sont formées par un réseau de miroirs, ici paraboliques, agencés concentriquement autour d’un bâtonnet.

Une source de lumière 2 à semi-conducteur selon l’invention est illustrée sur la figure 1. Cette source comprend des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques, c’est-à-dire des sources à semi-conducteur en trois dimensions tel que cela sera exposé 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.

La source de lumière 2 comprend une pluralité de bâtonnets électroluminescents 4 de dimensions submillimétriques, que l’on appellera par la suite bâtonnets électroluminescents, et une pluralité de parois aux propriétés réfléchissantes 5 agencées autour des bâtonnets. Aussi bien les parois aux propriétés réfléchissantes 5 que les bâtonnets électroluminescents 4 prennent naissance sur un même substrat 6.

Chaque bâtonnet électroluminescent, ici formé par utilisation de nitrure de gallium (GaN), s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, en saillie du substrat, ici réalisé à base de silicium, d’autres matériaux comme du carbure de silicium pouvant être utilisés sans sortir du contexte de l’invention. A titre d’exemple, les bâtonnets électroluminescents pourraient être réalisés à partir d’un alliage de nitrure d’aluminium et de nitrure de gallium (AlGaN), ou à partir d’un alliage d’aluminium, d’indium et de gallium (AllnGaN).

Le substrat 6 présente une face inférieure 8, sur laquelle est rapportée une première électrode 10, et une face supérieure 12, en saillie de laquelle s’étendent les bâtonnets électroluminescents 4 et sur laquelle est rapportée une deuxième électrode 14- Différentes couches de matériaux sont superposées sur la face supérieure 12, notamment après la croissance des bâtonnets électroluminescents depuis le substrat ici obtenue par une approche ascendante. Parmi ces différentes couches, on peut trouver au moins une couche de matériau conducteur électriquement, afin de permettre l’alimentation électrique des bâtonnets. Cette couche est gravée de manière à relier tel ou tel bâtonnet entre eux, l’allumage de ces bâtonnets pouvant alors être commandé simultanément par un module de commande ici non représenté. On pourra prévoir qu’au moins deux bâtonnets électroluminescents ou au moins deux groupes de bâtonnets électroluminescents de la source de lumière à semi-conducteur 2 sont agencés pour être allumés de manière distincte par l’intermédiaire d’un système de contrôle de l’allumage.

Les bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques s’étirent depuis le substrat et comportent chacun un noyau en nitrure de gallium, autour duquel sont disposés des puits quantiques formés par une superposition radiale de couches de matériaux différents, ici du nitrure de gallium et du nitrure de gallium-indium, et une coque entourant les puits quantiques également réalisé en nitrure de gallium.

Chaque bâtonnet s’étend selon un axe longitudinal, ou axe d’allongement 16, définissant sa hauteur, la base 17 de chaque bâtonnet étant disposée dans un plan de la face supérieure 12 du substrat 6.

Les bâtonnets électroluminescents 4 de la source de lumière à semi-conducteur présentent avantageusement la même forme. Ces bâtonnets sont chacun délimités par une face terminale 18 et par une paroi circonférentielle 20 qui s’étend le long de l’axe longitudinal

16. Lorsque les bâtonnets électroluminescents sont dopés et font l’objet d’une polarisation, la lumière résultante en sortie de la source à semi-conducteur est émise principalement à partir de la paroi circonférentielle 20, étant entendu que l’on peut prévoir que de des rayons lumineux sortent également, au moins en petite quantité, à partir de la face terminale 18. 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.

La paroi circonférentielle 20 d’un bâtonnet 4, correspondant à la coquille de nitrure de gallium, est recouverte par une couche d’oxyde conducteur transparent (OCT) qui forme l’anode de chaque bâtonnet complémentaire à la cathode formée par le substrat. Cette paroi circonférentielle 20 s’étend le long de l’axe d’allongement 16 depuis le substrat 6 jusqu’à la face terminale 18, la distance de la face terminale 18 à la face supérieure 12 du substrat, depuis laquelle prennent naissance les bâtonnets électroluminescents 4, définissant la hauteur de chaque bâtonnet. A titre d’exemple, on prévoit que la hauteur d’un bâtonnet électroluminescent 4 est comprise entre 1 et 10 micromètres, tandis que l’on prévoit que la plus grande dimension transversale de la face terminale, perpendiculairement à l’axe longitudinal 16 du bâtonnet électroluminescent concerné, soit inférieure à 2 micromètres. On pourra également prévoir de définir la surface d’un bâtonnet, dans un plan de coupe perpendiculaire à cet axe longitudinal 16, dans une plage de valeurs déterminées, et notamment entre 1.96 et 4 micromètres carré.

Ces dimensions, données à titre d’exemple non limitatif, permettent notamment de démarquer une source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescent d’une source de lumière des sources à diodes sensiblement planes telle qu’utilisée précédemment.

On comprend que lors de la formation des bâtonnets 4, la hauteur peut être modifiée d’une source de lumière à l’autre, de manière à accroître la luminance de la source de lumière à semi-conducteur lorsque la hauteur est augmentée. La hauteur des bâtonnets peut également être modifiée au sein d’une unique source de lumière, de sorte qu’un groupe de bâtonnets peut avoir une hauteur, ou des hauteurs, différentes d’un autre groupe de bâtonnets, ces deux groupes étant constitutifs de la source de lumière à semi-conducteur comprenant des bâtonnets électroluminescents de dimensions submillimétriques.

La forme des bâtonnets électroluminescents 4 peut également varier d’un dispositif à l’autre, notamment sur la section des bâtonnets et sur la forme de la face terminale 18. 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.

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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.

Sur la figure 1, les bâtonnets électroluminescents 4 sont agencés en matrice à deux dimensions. On comprend que l’invention couvre d’autres répartitions des bâtonnets, avec notamment des densités de bâtonnets qui peuvent être variables d’une source de lumière à l’autre, et qui peuvent être variables selon différentes zones d’une même source de lumière. Le nombre de bâtonnets électroluminescents 4 s’étendant en saillie du substrat 6 peut varier d’une source de lumière à l’autre, notamment pour augmenter la densité lumineuse de la source de lumière, mais on convient que les distances de séparation entre deux bâtonnets doivent être au minimum égale à 2 micromètres, afin que la lumière émise par la paroi circonférentielle 20 de chaque bâtonnet électroluminescent 4 puisse sortir de la matrice de bâtonnets. Par ailleurs, on prévoit que ces distances de séparation ne soient pas supérieures à 100 micromètres.

Au moins une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est agencée en saillie du substrat, avantageusement le même que celui à partir duquel s’étendent les bâtonnets, pour être disposée au voisinage d’au moins deux des bâtonnets électroluminescents de la source de lumière. Cette paroi permet d’une part de scinder les faisceaux pouvant être émis par cette source de lumière en trois dimensions. Ainsi, la présence d’une paroi s’élevant entre deux bâtonnets voisins, ou deux groupes de bâtonnets voisins, permet de segmenter le faisceau en empêchant les rayons émis par un premier groupe de bâtonnets de venir se superposer avec des rayons émis par un deuxième groupe de bâtonnets voisin.

Selon l’invention, la ou les parois 5 disposées entre les bâtonnets 4 présentent des propriétés réfléchissantes de sorte que ces parois permettent, outre leur fonction de coupure du faisceau émis par la source de lumière 2, la réflexion des rayons émis par un bâtonnet, étant entendu que ces parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont configurées pour réfléchir ces rayons vers la sortie du dispositif équipé d’une telle source de lumière, c’est-à-dire à l’opposé du substrat 6.

Dans les différents modes de réalisation illustrés de l’invention, la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 comporte des faces latérales 22 et une face supérieure 24, avec au moins une face latérale 22 qui s’étend depuis le substrat 6, sensiblement à la base 17 d’un des bâtonnets 4, c’est-à-dire à la jonction du bâtonnet et du substrat, et la face supérieure 24 qui s’étend parallèlement au substrat, entre les extrémités supérieures des faces latérales, c’est à dire l’extrémité à l’opposé du substrat.

Tel que cela va être décrit ci-après, les parois aux propriétés réfléchissantes 5 peuvent différer d’un mode de réalisation à l’autre et notamment par la forme d’une face latérale 22, la largeur de la face supérieure 24, ou encore la hauteur de la paroi.

Notamment, on pourra prévoir différents profils d’au moins une des faces latérales 22, dès lors qu’elle est configurée pour réfléchir les rayons émis par le bâtonnet. La largeur de la face supérieure 24, c’est-à-dire la dimension de la face supérieure entre les deux faces latérales, peut varier et elle peut, dans des conditions extrêmes, être sensiblement nulle, les faces latérales 22 opposées d’une même paroi étant alors jointives en leur extrémité supérieure.

La hauteur des parois aux propriétés réfléchissantes 5 est définie par la distance entre la face supérieure 24 de ces parois et le substrat 6 à partir duquel s’étendent la ou les parois, et on comprend que des parois peuvent présenter des hauteurs différentes d’une source de lumière à l’autre, ou au sein d’une même source de lumière. Une paroi plus haute qu’une autre permet de rendre plus nette la coupure dans le faisceau, c’est-à-dire une segmentation nette des rayons projetés par un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés d’un côté de la paroi et un bâtonnet ou un groupe de bâtonnets disposés de l’autre côté de la paroi. On comprend que sa hauteur permet d’avoir une action réfléchissante sur l’ensemble des rayons émis au moins par la partie basse du bâtonnet correspondant.

Quelle que soit la variante de réalisation, on pourra prévoir au sein de la source de lumière 2 une unique paroi aux propriétés réfléchissantes 5 entre deux bâtonnets, ou deux groupes de bâtonnets, tel qu’illustré sur la figure 2, ou un ensemble de parois, distribuées indépendamment les unes des autres ou regroupées en un ensemble monobloc, tel qu’illustré sur la figure 1.

En d’autres termes, la source de lumière 2 peut comporter une ou plusieurs parois à propriétés réfléchissantes 5 qui s’étendent en saillie du substrat 6 dans la pluralité de bâtonnets électroluminescents, c’est-à-dire entre au moins deux bâtonnets ou groupes de bâtonnets.

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).

Les bâtonnets 4, ou groupes de bâtonnets, séparés par une paroi aux propriétés réfléchissantes 5 sont avantageusement activables sélectivement.

On va maintenant décrire des modes de réalisation particuliers de l’invention en ce que la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 présente une face latérale 22 au profil, dans un plan radial à une direction d'allongement du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, sensiblement parabolique, notamment en faisant référence aux figures 1 à 4.

Dans la définition de la forme de la paroi qui précède, on pourra comprendre par le terme « paroi », une portion de paroi qui est disposée au voisinage d’un bâtonnet déterminé, et par l’expression « direction (ou axe) d’allongement » du bâtonnet, la direction principale du bâtonnet, qui 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.

La paroi peut être formée d’une surface de révolution générée par la rotation d'un arc parabolique, d'axe parallèle à l'axe d’allongement des bâtonnets. La forme parabolique de la face latérale de la paroi réfléchissante permet de renvoyer, sensiblement parallèlement à l’axe d’allongement du bâtonnet correspondant, l’ensemble des rayons passant par son foyer F. On peut prévoir avantageusement dans ce cas que le foyer du réflecteur parabolique est centré sur la base 17 du bâtonnet 4, à la jonction avec le substrat 6, voire qu’il est centré sur la paroi circonférentielle du bâtonnet. Un dispositif électroluminescent a un rendement lumineux meilleur lorsque la température est basse, et l’on comprend que dans ce contexte l’intérêt de concentrer le foyer sur la partie basse du bâtonnet, moins chaude et donc génératrice de plus de rayons.

Par profil sensiblement parabolique, on entend couvrir aussi bien une première paroi 5a (visible sur la figure 3), ayant une face latérale avec un profil parabolique continu et régulier depuis la base du bâtonnet jusqu’à la face supérieure, qu’une deuxième paroi 5b (visible sur la figure 4) ayant une pluralité de profils paraboliques se succédant, et présentant de fait des foyers différents. Dans le même contexte d’efficacité d’éclairage en fonction de la température de la source, on a notamment illustré sur la figure 4 un mode de réalisation intéressant en ce que la face latérale 22 présente deux portions de paraboles 22a et 22b, dont le plan de jonction est représenté par des traits mixtes, avec un foyer Fl d’une première section de parabole 22a centré sur la base 17 du bâtonnet 4 dont la paroi réfléchit les rayons émis, et un foyer F2 d’une deuxième section de parabole 22b centré sensiblement à mihauteur du bâtonnet 4.

Dans chacun de ces cas, que la paroi présente une ou plusieurs sections de parabole, on saura trouver l’intérêt de la présence de cette paroi réfléchissante au voisinage d’un bâtonnet du fait de l’orientation des rayons vers la sortie du dispositif équipé de cette source de lumière.

Tel que cela est illustré sur la figure 4, sur laquelle on a représenté le trajet des rayons lumineux émis par les bâtonnets électroluminescents 4 et passant par le premier ou le deuxième foyer, on comprend que la présence de cette paroi aux propriétés réfléchissantes 5 permet notamment d’éviter aux rayons qui partent d’un bâtonnet électroluminescent sensiblement perpendiculairement à la paroi circonférentielle 20 d’arriver sur le bâtonnet voisin avec un angle d’impact sensiblement droit par rapport à la paroi circonférentielle du bâtonnet voisin et donc propice à une absorption par ce bâtonnet voisin.

Lorsque la paroi aux propriétés réfléchissantes 5 est disposée sur le trajet des rayons émis par le bâtonnet électroluminescent correspondant, ces rayons ne peuvent être absorbés par le bâtonnet voisin, et les propriétés réfléchissantes de la face latérale en regard du bâtonnet émetteur permettent la déviation des rayons jusqu’à ce qu’ils sortent du dispositif équipé de la source de lumière.

Les premiers rayons 30 émis par le bâtonnet et passant par le premier, respectivement le deuxième foyer de la première, respectivement la deuxième, portion de parabole de la face latérale sortent parallèlement à l’axe de la parabole lorsqu’ils ont rencontré la première, respectivement la deuxième portion de parabole de la face latérale.

Les rayons émis passant en d’autres points que les foyers, ou les deuxièmes rayons 32 émis en passant par l’un des foyers mais dirigés vers une autre portion de parabole que celle associé audit foyer sont déviés notamment à l’opposé du substrat.

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.

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.

La source de lumière 1 peut comporter en outre, tel qu’illustré sur la figure 3, une couche 26 d’un matériau polymère dans laquelle des bâtonnets électroluminescents 4 et des parois aux propriétés réfléchissantes 5 sont au moins partiellement noyés. La couche 26 peut ainsi s’étendre sur toute l’étendue du substrat ou seulement autour d’un groupe déterminé de bâtonnets électroluminescents 4 et de parois 5. Le matériau polymère, qui peut notamment être à base de silicone, permet de protéger les bâtonnets électroluminescents 4 sans gêner la diffusion des rayons lumineux. En outre, il est possible d’intégrer dans cette couche 26 de matériau polymère des moyens de conversion de longueur d’onde, et par exemple des luminophores, aptes à absorber au moins une partie des rayons émis par l’un des bâtonnets et à convertir au moins une partie de ladite lumière d’excitation absorbée en une lumière d’émission ayant une longueur d’onde différente de celle de la lumière d’excitation. On pourra prévoir indifféremment que les moyens de conversion de longueur d’onde sont noyés dans la masse du matériau polymère, ou bien qu’ils sont disposés en surface de la couche de ce matériau polymère. Par ailleurs, il est possible de charger la couche de matériau polymère, agencée entre les bâtonnets et les parois aux propriétés réfléchissantes, avec un pigment, notamment blanc, pouvant servir de diffuseur optique.

On va maintenant décrire une première variante de réalisation, qui diffère de ce qui a été décrit précédemment en la forme de la paroi aux propriétés réfléchissantes, qui ne présente plus de profil parabolique, mais qui prend la forme d’un trapèze, ainsi qu’en la hauteur de cette paroi, qui présente ici une hauteur moindre de celle des bâtonnets.

Sur la figure 5, une paroi réfléchissante 105 présente une forme en trapèze, avec la petite base sensiblement à mi-hauteur des bâtonnets dont elle est à proximité. Les plans inclinés 34 formant des faces latérales réfléchissent les rayons émanant de la partie basse 36 du bâtonnet 4, c’est-à-dire la partie à la base du bâtonnet au voisinage du substrat. La face supérieure 38 du trapèze, correspondant à la petite base, est également réfléchissante, et elle assure la réflexion des rayons émanant de la partie haute 40 du bâtonnet, c’est-à-dire la partie du bâtonnet à l’opposé du substrat 6, et qui partaient vers ce substrat 6.

D’autres variantes sont illustrées sur les figures 6a et 6b, dans lesquelles là encore les parois réfléchissantes 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).

On comprendra qu’un même bâtonnet pourrait être entouré de parois dont les profils sont différents d’une paroi à l’autre, les rayons émis par ce bâtonnet dans une direction radiale donnée par rapport à son axe d’allongement pouvant alors ne pas être déviés de la même façon que des rayons émis par ce même bâtonnet dans une autre direction radiale et rencontrant dès lors une paroi de forme différente.

Une autre variante est illustrée sur les figures 7a et 7b, dans laquelle la paroi aux propriétés réfléchissante est formée par un réseau de miroirs 42 qui s’étend de façon concentrique autour d’un bâtonnet, en saillie de la face supérieure du substrat. On reproduit ainsi, autour d’au moins un bâtonnet, des lentilles de Fresnel agencées concentriquement et formées respectivement par un premier plan 44, ici légèrement incliné par rapport au plan de la surface supérieure du substrat, et par un deuxième plan 46 incliné par rapport au premier plan. Chaque lentille du réseau présente ainsi une forme annulaire autour du bâtonnet avec une succession de miroirs plans, étant entendu qu’on pourra prévoir que chaque miroir de la lentille annulaire pourra être de forme sensiblement parabolique. Sur la figure 7b, on a illustré à titre d’exemple l’agencement de deux miroirs concentriques 42 formés respectivement autour de quatre bâtonnets voisins.

On crée ainsi un réseau présentant un profil en dents de scie (visible sur la figure 7a), dans lequel, selon le mode de réalisation illustré, la hauteur des dents, c’est-à-dire la distance entre l’extrémité libre et le substrat, va en augmentant au fur et à mesure de l’éloignement du bâtonnet correspondant, jusqu’à rencontrer le réseau s’étendant concentriquement autour du bâtonnet voisin.

Il est possible selon l’invention de combiner la présence d’une paroi aux propriétés réfléchissantes qui soit commune à deux bâtonnets voisins, tel qu’illustré sur les figures 1 à 6, et la présence d’un réseau de miroirs réfléchissants à profil en dents de scie tel qu’il vient d’être décrit en référence aux figures 7a et 7b. Le réseau de miroirs s’étend alors directement depuis le bâtonnet, entre la paroi aux propriétés réfléchissantes et ce bâtonnet.

On comprend de la description des 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.

La présente invention s’applique aussi bien à un projecteur avant qu’à un feu arrière de véhicule automobile. La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixés et notamment de proposer un dispositif d’éclairage et/ou de signalisation qui permette d’améliorer les performances des diodes électroluminescentes en deux dimensions connues de l’art antérieur, ce meilleur rendement lumineux étant obtenu d’une part par la présence de bâtonnets en saillie d’un substrat et la présence combinée de parois réfléchissantes, ces parois permettant d’augmenter la quantité de rayons émis en direction de la sortie d’un dispositif d’éclairage équipé d’une telle source de lumière.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

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

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