WO2025181288A1 - Lighting device for a vehicle comprising a light guide - Google Patents
Lighting device for a vehicle comprising a light guideInfo
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Definitions
- the present invention relates to a lighting device for a vehicle. It also relates to a lighting assembly comprising such a lighting device. It finds a particular but non-limiting application in motor vehicles.
- a light device In the field of motor vehicles, a light device known to those skilled in the art comprises: - a light source configured to emit light rays, - a surface light guide comprising a body in the form of a light guide sheet configured to propagate said light rays emitted by the light source.
- a disadvantage of this prior art is that the light guide sheet has a very thin thickness and the size of the light source is too large compared to the thickness of the light guide sheet. As a result, a large portion of the light rays emitted by the light source do not enter the light guide; only about 15% of the light generated by the light source is coupled into the surface light guide. The luminous efficiency of the surface light guide is thus low.
- the present invention aims to provide a light device which makes it possible to solve the mentioned drawback.
- the invention provides a vehicle lighting device comprising a vehicle lighting device, said lighting device comprising: - a light source configured to emit light rays, - a light guide comprising a body configured to propagate said light rays emitted by said light source, characterized in that said light guide further comprises: - a diffraction light input grating comprising a plurality of first optical patterns having a first angle and periodically repeated according to a first period, - a diffraction light output grating comprising a plurality of second optical patterns having a second angle and periodically repeated according to a second period equal to the first period, said first angle and said second angle being equal in absolute value and of the same direction or of the opposite direction, and in that said light source is arranged opposite said light input array such that light rays enter said light input array.
- said light device may further comprise one or more additional characteristics taken alone or in all technically possible combinations, among the following.
- said first patterns and said second patterns have a cross-section in the shape of a right triangle
- said first patterns and said second patterns respectively have a top having a flat surface.
- said light input network and said light output network are arranged on the same surface of the light guide. This makes it possible to simplify the manufacturing process of the light device and to reduce the process time.
- said light input network and said light output network are arranged on different surfaces of the light guide. This allows different integration of the light input network and the light output network in the light device.
- said first optical patterns and said second optics protrude from a surface of the light guide. This allows for a simple manufacturing process.
- said first optical patterns and said second optics are hollow relative to a surface of the light guide. This makes it possible to have a more compact light device.
- said first optical patterns and said second optics are of the same size. This makes it possible to simplify the manufacturing process of the light device. In fact, only a single manufacturing mask is used by reversing the orientation of the mask when necessary.
- said light device further comprises a light collimator arranged between said light source and said light guide so as to form a collimated light beam which arrives with normal incidence on said light input network. This makes it possible to increase the luminous efficiency of the light device.
- said light device comprises a single light output network.
- said light source is monochromatic.
- said light guide is a surface light guide and said body is in the form of a light guide sheet. This makes it possible to extend over all or part of a flat or curved surface.
- the first optical patterns and the second optical patterns are of the same material as said body of said light guide or of a different material.
- the first optical patterns and the second optical patterns have the same refractive index of light as the body of said light guide for a given wavelength.
- the first optical patterns and the second optical patterns are formed in the mass of said body of said light guide.
- the light device has a first direction and a second direction opposite to the first direction and parallel to the first direction, said first direction being transverse to the body of said light guide.
- the first optical patterns have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction and to the second direction.
- the second optical patterns have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction and to the second direction.
- said light input network and said light output network are arranged on the same surface of the light guide and each have an arrangement of surface slots extending obliquely relative to the surface of the light guide respectively at said first angle and said second angle.
- the light guide is surrounded by a layer comprising a second transparent material having a second refractive index which is lower than the first refractive index of the material of the light guide, said light input network and/or said light output network are arranged between the light guide and the layer.
- the light guide comprises an element comprising phosphor, said phosphor being intended to receive a light beam from the second diffraction grating, said phosphor being configured to produce a polychromatic light beam.
- a vehicle lighting assembly characterized in that said lighting assembly comprises said light device according to one of the preceding characteristics.
- said light assembly is a front face or a rear face of a vehicle or a projector or a rear light of a vehicle. This makes it possible to create illuminated patterns.
- said light assembly is part of an element of the passenger compartment of said vehicle.
- the light assembly is part of the dashboard or a door of the vehicle. This makes it possible to illuminate certain parts of the dashboard or a door inside the passenger compartment of the vehicle.
- FIG. 1 is a schematic illustration of a light device according to a first alternative embodiment of a first non-limiting embodiment of the invention, the light device comprising a light source, a light guide with a body, a diffraction light input grating with first patterns, and a diffraction light output grating with second patterns,
- FIG. 1 is a schematic illustration of a light device according to a second alternative embodiment of a first non-limiting embodiment of the invention, the light device comprising a light source, a light guide with a body, a diffraction light input grating with first patterns, and a diffraction light output grating with second patterns,
- FIG. 1 is a schematic illustration of a light device according to a first alternative embodiment of a second non-limiting embodiment of the invention, the light device comprising a light source, a light guide with a body, a diffraction light input grating with first optical patterns, and a diffraction light output grating with second optical patterns,
- FIG. 1 is a schematic illustration of a light device according to a second alternative embodiment of a second non-limiting embodiment of the invention, the light device comprising a light source, a light guide with a body, a diffraction light input grating with first patterns, and a diffraction light output grating with second patterns,
- FIG. 1 is a schematic illustration of a top view of the body of the light device of the .
- FIG. 1 is a schematic illustration of a top view of the light device of the , said light device further comprising a light collimator disposed between said light source and said light guide according to a non-limiting embodiment
- FIG. 1 is a schematic illustration of a non-limiting embodiment of a lighting assembly of a vehicle, said lighting assembly comprising a light device according to the ,
- the light device 1 is a light device of a vehicle 2 (illustrated in the ).
- the vehicle 2 is a motor vehicle.
- motor vehicle is meant any type of motorized vehicle. This embodiment is taken as a non-limiting example in the remainder of the description. In the remainder of the description, the vehicle 2 is thus otherwise called motor vehicle 2.
- the vehicle 2 is a thermal vehicle or an electric vehicle or a hybrid vehicle.
- the light device 1 is part of a light assembly 3.
- the light assembly 3 is a front face or a rear face of the motor vehicle 2 or a headlight or a rear light of the motor vehicle 2.
- the light assembly 3 is the front face of the motor vehicle 2.
- the light assembly 3 is part of an element of the passenger compartment of the motor vehicle 2.
- the light assembly 3 is part of the dashboard or a door of the motor vehicle 2.
- the non-limiting embodiment of the front face is taken as a non-limiting example in the remainder of the description.
- the light device 1 comprises: - a light source 10, and - a light guide 11 comprising a body 110, a light input grating 111 by diffraction and a light output grating 112 by diffraction.
- the light input grating 111 by diffraction is otherwise called light input grating 111 or input diffraction grating 111 in the remainder of the description.
- Said light output grating 112 by diffraction is otherwise called light output grating 112 or output diffraction grating 112 in the remainder of the description.
- the light input grating 111 and the light output grating 112 are 1D gratings.
- the light device 1 has a first direction D (otherwise called the observation direction) and a second direction D' opposite the first direction D and parallel to the first direction D.
- the first direction D is transverse (otherwise called perpendicular) to the body 110 of the light guide 11.
- the first direction D corresponds to the direction in which an external observer can observe the light assembly 3 of the motor vehicle 2 comprising said light device 1.
- the light device 1 has a light emission direction which corresponds to the first direction D.
- the directions D and D' are substantially parallel to the vehicle axis Ox (illustrated in the ).
- the light source 10 is configured to emit light rays R. It is arranged opposite said light input network 111 so that its light rays R which form a first light beam Fx enter the light input network 111.
- the light source 10 is a semiconductor light source.
- the semiconductor light source is part of a light-emitting diode or a laser diode.
- light-emitting diode we mean any type of light-emitting diode, whether in non-limiting examples LEDs (“Light Emitting Diodes” in English), OLEDs (“Organic LEDs” in English), AMOLEDs (“Active-Matrix-Organic LEDs” in English), or FOLEDs (“Flexible OLEDs” in English).
- the light source 10 is a monochromatic source. In non-limiting alternative embodiments, it is a monochromatic R (red), G (green) or B (blue) source. As a reminder, for a monochromatic source: - B: the wavelength of light ⁇ is 455 nanometers (nm), - G: the wavelength of light ⁇ is 535 nanometers, - A: The wavelength of light ⁇ is 621 nanometers.
- the first light beam Fx is monochromatic.
- the light guide 11 is a light guide in the form of a rod. In non-limiting embodiments, it is of round or square section.
- the light guide 11 is surface-based.
- a surface-based light guide is understood to mean an optical guide element of which one of the dimensions is much smaller than the other two dimensions in space, for example smaller by one or more orders of magnitude.
- the thickness of the light guide 11 is much smaller than its length and its width.
- the light guide 11 has a thickness of between 125 and 2000 micrometers. The light guide 11 is thus very thin.
- the light guide 11 is surface-based, its body 110 is in the form of a light guide sheet.
- the light guide sheet comprises one or more regions with one or more light emission zones.
- the light emission zone(s) form all or part of a decoupling pattern (not shown). The decoupling pattern is thus illuminated by the light generated by the light source 10 which emerges from the light guide 11.
- the light guide 11 is a flexible light guide. Flexible means that it can bend without being damaged or breaking. Because it is flexible, it can fit on flat or curved surfaces.
- the light guide 11 is transparent.
- the term transparent indicates that the material of which it is composed allows visible light to pass through, at least partially, and in particular the light emitted by the light source 10.
- the light guide 11 is made of polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), thermoplastic polyurethane (TPU), or polyethylene terephthalate (PET). Such materials make it possible to produce a flexible and transparent light guide 11.
- PC polycarbonate
- PMMA polymethyl methacrylate
- TPU thermoplastic polyurethane
- PET polyethylene terephthalate
- the material of the light guide 11 comprises a refractive index of light n’ less than 1.8. This makes it possible to correctly reflect and propagate the light generated by the light source 10 in the body 110 of the light guide 11.
- the light guide 11 comprises a first surface 1.1 and a second surface 1.2 opposite the first surface 11.1.
- the body 110 of the light guide 11 is configured to propagate the light rays R emitted by the light source 10.
- the body 110 has the refractive index of light n'.
- the body 110 has a thickness e determined so as to avoid total reflection of the light in said body 110 to prevent the light from exiting through the light entry network 111.
- the light guide 11 has a thickness e greater than or equal to 125 ⁇ m. In a non-limiting embodiment variant, the thickness e is equal to 500 ⁇ m. In this way, the light is diffracted in the body with a diffraction angle ⁇ of 45°.
- the light input grating 111 comprises a plurality of first optical patterns 1110 which are diffractive optical patterns (otherwise called first patterns 1110) periodically repeated according to a first period T.
- the light input grating 111 makes it possible to diffract the light generated by the light source 10 and to control the direction in which the light will propagate in the body 110 of the light guide 11.
- the first period T is between 400 nanometers and 600 nanometers.
- the light (namely the first light beam Fx) from the light source 10 is coupled to the light input grating 111. It is diffracted in the material of the light guide 11 by means of the light input grating 111, then when it encounters a wall of the light guide beyond the light input grating 111, it is reflected by reflection in the body 110 of the light guide 11 which achieves the guiding effect in said body 110. Thanks to the first patterns 1110, the light input grating 111 makes it possible to send the light into the body 110 of the light guide with a diffraction angle ⁇ of 45°. This prevents the light from exiting through the light input grating 111.
- the first optical patterns 1110 have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' opposite to the first direction D.
- the first patterns 1110 have in a section through a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' a right triangle shape.
- the section is in the shape of an open right triangle.
- the first optical patterns 1110 comprise a first vertex 1110.1, a first wall 1110.2, a second wall 1110.3 and a first open base 1110.4.
- the first open base 1110.4 is planar.
- the first wall 1110.2 is vertical, namely it extends along the first direction D.
- the second wall 1110.3 is inclined.
- the light input array 111 is a 1D array, its shape can be seen in a 3D view illustrated in the in the context of a non-limiting variant embodiment illustrated in the .
- Each first optical pattern 1110 has a first angle ⁇ which is the angle between the first open base 1110.4 and the second wall 1110.3.
- the first angle ⁇ is equal to 45° plus or minus 10%. It will be noted that in a certain configuration we can have
- the light output grating 112 comprises a plurality of second optical patterns 1120 which are diffractive optical patterns (otherwise called second patterns 1120) periodically repeated according to a second period T'.
- the light which has propagated by reflection in the body 110 of the light guide 11 is output coupled with the light output grating 112 and emerges in a second light beam Fx' by said light output grating 112 in the first direction D. This makes it possible to illuminate the light assembly 3 of which the light device 1 is part.
- the first light beam Fx being monochromatic
- the second light beam Fx' is also monochromatic.
- the second optical patterns 1120 have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' opposite to the first direction D.
- the second patterns 1110 have in a section through a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' a right triangle shape.
- the section is in the shape of an open right triangle.
- the second optical patterns 1120 comprise a second vertex 1120.1, a third wall 1120.2, a fourth wall 1120.3 and a second open base 1120.4.
- the second open base 1120.4 is planar.
- the third wall 1120.2 is vertical, namely it extends along the first direction D.
- the fourth wall 1120.3 is inclined.
- the light output array 112 is a 1D array, its shape can be seen in a 3D view illustrated in the in the context of a non-limiting variant embodiment illustrated in the .
- Each second optical pattern 1120 has a second angle ⁇ ’ which is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth wall 1120.3.
- the second angle ⁇ ’ is equal to 45° plus or minus 10%.
- the second angle ⁇ ’ is equal to the first angle ⁇ in absolute value. It will be noted that in a certain configuration we can have
- the light which has a given wavelength ⁇ arrives on a light input grating 110 which has a first period T which is close to its time period t. Thus, it can enter into resonance with it and thus allows a coupling of the light with the light input grating 110.
- the first period T is very close to the time period t. In a non-limiting embodiment, the first period T is different from the time period t by 5% to 10%.
- the second period T' is equal to the first period T.
- the light output grating 112 has the same periodicity as the light input grating 111. This facilitates the manufacturing process. The diffraction of the light at the output of the light guide 11 will thus also be very efficient since the second period T' is thus also very close to the time period t corresponding to the wavelength ⁇ of the light generated by the light source 10.
- the first period T and the second period T' are of fixed values.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are of the same size. Thus, they are of the same height h, and distributed respectively according to the same period T, T'. They also have the same width w for their base 1110.4 and 1120.4. This allows for a simpler manufacturing process than if they were of different sizes.
- the width w is equal to the fill factor Ff divided by the period T or T’.
- the first optical patterns 1110 are defined by the first angle ⁇ , and the height h, and the fill factor Ff.
- the second optical patterns 1110 are defined by the second angle ⁇ ’, the height h, and the fill factor Ff.
- the light input network 111 and the light output network 112 are arranged on the same surface of the light guide 11, namely on the same surface of the body 110. In the non-limiting example illustrated, they are arranged on the first surface 11.1 which is turned towards the first direction D. Thus, the coupling of the light entering the light guide 11 with the light input network 111 takes place on the same side as the coupling of the light leaving the light guide 11 with the light output network 112.
- the second angle ⁇ ’ and the first angle ⁇ are in opposite directions. They are oriented in opposite directions.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 protrude relative to a surface, here the first surface 1.1, of the light guide 11. They thus form protrusions relative to the body 110 and originate from one of its faces, here the first surface 1.1.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 have the same light refractive index.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are of the same material as the body 110 or of a different material but with the same refractive index for the given wavelength ⁇ , here 631nm.
- the body 110 is made of PC
- the first optical patterns 1110 and the second patterns 1120 are also made of PC.
- the first base 1110.4 and the second base 1120.4 respectively of the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are open on the body 110 of the light guide 11.
- the light device 1 comprises only one light output network 112 arranged on the first surface 1.1 of the light guide 11.
- the first angle ⁇ is the angle between the first open base 1110.4 and the second inclined wall 1110.3, said first angle ⁇ being defined in the counterclockwise direction.
- the second angle ⁇ ' is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth inclined wall 1120.3, said second angle ⁇ ' being defined in the clockwise direction.
- first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in projection in non-limiting embodiments, it is possible to use: - the UV (“Ultra-Violet”) illumination process, otherwise known in English as “Grayscale Lithography”, - the electron beam lithographic process, also known as “E-beam Lithography”, which uses a non-flexible photomask that can be transferred onto a large roller to obtain flexible replica parts of the photomask.
- UV Ultra-Violet
- electron beam lithographic process also known as “E-beam Lithography”
- the UV illumination process includes in particular: - depositing a photoresist layer on a substrate and exposing the assembly to UV rays which arrive in a direction normal to the substrate-photoresist layer assembly to print the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 on a flexible surface so as to obtain a flexible photomask called in English "master” with a transmission gradient of the UV lamp at 405 nanometers, - the transfer of the flexible photomask onto a large roll by nano-lithographic printing, otherwise known in English as “Nanoimprinting Lithography”, - the production of photomask replica parts industrially with this large roll.
- the photoresist layer comprises the same refractive index n' as the body 110 of the light guide 11. This allows the light to be diffracted and then guided into the light guide 11.
- the electron beam lithographic process includes in particular: - depositing a non-photoresist layer on a substrate and etching each first optical pattern 1110 and each second optical pattern 1120 one by one on this non-photoresist layer with an electron beam so as to obtain a non-flexible photomask, - the production of flexible replica parts by nano-lithographic printing, otherwise known in English as “Nanoimprinting Lithography”, - the transfer of these flexible replica parts onto a large roller for industrial production.
- non-photoresistive layer comprises the same refractive index n' as the body 110 of the light guide 11. This allows the light to be diffracted and then guided into the light guide 11.
- the first optical patterns 1110 have a top 1110.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the second optical patterns 1120 have a vertex 1120.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the flat is approximately 25 nanometers. A lower value is difficult to achieve in the manufacturing process.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are hollow relative to a surface, here the first surface 1.1, of the light guide 11. They thus form ribs in the body 110. They are hollowed out in the body 110. They are formed in the mass of the body 110 of the light guide 11.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are here less exposed to the environment which prevents them from being damaged.
- the first base 1110.4 and the second base 1120.4 respectively of the first optical patterns 1110 and of the second optical patterns 1120 are open to the outside.
- the first angle ⁇ is the angle between the first open base 1110.4 and the second inclined wall 1110.3, said first angle ⁇ being defined in the clockwise direction.
- the second angle ⁇ ' is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth inclined wall 1120.3, said second angle ⁇ ' being defined in the counterclockwise direction.
- first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in hollow form, in non-limiting embodiments, it is possible to use: - the UV illumination process described above, or - the electron beam lithographic process described previously.
- the first optical patterns 1110 have a top 1110.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the second optical patterns 1120 have a vertex 1120.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the flat is approximately 25 nanometers. A lower value is difficult to achieve in the manufacturing process.
- the light input network 111 and said light output network 112 are arranged on different surfaces 11.1, 11.2 of the light guide 11.
- the light input network 111 is arranged on the second surface 11.2 facing the second direction D' and said light output network 112 is arranged on the first surface 11.1 facing the first direction D.
- the coupling of the light entering the light guide 11 with the light input network 111 takes place on the opposite side to the coupling of the light leaving the light guide 11 with the light output network 112.
- the second angle ⁇ ’ and the first angle ⁇ are in the same direction. They are oriented in the same direction.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 protrude relative to a surface of the light guide 11. They thus form protrusions relative to the body 110 and originate from one of its faces.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are of the same material as the body 110 or of a different material but with the same refractive index for the given wavelength ⁇ , here 631nm.
- the first base 1110.4 and the second base 1120.4 respectively of the first optical patterns 1110 and of the second optical patterns 1120 are open on the body 110 of the light guide 11.
- the light device 1 comprises only a single light output network 112 arranged on the first surface 1.1 of the light guide 11.
- the first optical patterns 1110 protrude relative to the second surface 1.2 of the light guide 11, and the second optical patterns 1120 protrude relative to the first surface 1.1 of the light guide 11.
- the first angle ⁇ is the angle between the first open base 1110.4 and the second inclined wall 1110.3, said first angle ⁇ being defined in the counterclockwise direction.
- the second angle ⁇ ' is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth inclined wall 1120.3, said second angle ⁇ ' being defined in the counterclockwise direction. Note that it is necessary to look at the upside down for this first variant of the production of the , namely by turning it vertically.
- first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in projection in non-limiting embodiments, it is possible to use: - the UV illumination process described above, or - the electron beam lithographic process described above.
- the first optical patterns 1110 have a top 1110.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the second optical patterns 1120 have a vertex 1120.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the flat is approximately 25 nanometers. A lower value is difficult to achieve in the manufacturing process.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are hollow relative to a surface of the light guide 11. They thus form ribs or slots in the body 110. They are hollowed out in the body 110. They are formed in the mass of the body 110 of the light guide 11.
- the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are here less exposed to the environment which prevents them from being damaged.
- the first base 1110.4 and the second base 1120.4 respectively of the first optical patterns 1110 and of the second optical patterns 1120 are open to the outside.
- the first optical patterns 1110 are hollow relative to the second surface 1.2 of the light guide 11, and the second optical patterns 1120 are hollow relative to the first surface 1.1 of the light guide 11.
- the light device 1 comprises only a single light output network 112 arranged along the first surface 1.1 of the light guide 11.
- the first angle ⁇ is the angle between the first open base 1110.4 and the second wall 1110.3, said first angle ⁇ being defined in the clockwise direction.
- the second angle ⁇ ' is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth wall 1120.3, said second angle ⁇ ' being defined in the clockwise direction. Note that it is necessary to look at the upside down for this second variant of the production of the , namely by turning it vertically.
- first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in hollow form, in non-limiting embodiments, it is possible to use: - the UV illumination manufacturing process described above, or - the electron beam lithographic process described previously.
- the first optical patterns 1110 have a top 1110.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the second optical patterns 1120 have a vertex 1120.1 having a flat. This makes it easier to manufacture them.
- the flat is approximately 25 nanometers. A lower value is difficult to achieve in the manufacturing process.
- FIG. 1 There is a top view of a light device 1 comprising a surface light guide 11 applied to the cases of figures 1, 4, 7 or 8.
- the light output network 112 can be seen next to the light input network 111 which is located in the center of the body 110 which is in the form of a light guide sheet in the case of a surface light guide 11.
- the light device 1 further comprises a light collimator 12 arranged between the light source 10 and the light guide 11 so as to form a first collimated light beam Fx'' which arrives with a normal incidence on said light input network 111.
- the light collimator 12 makes it possible to straighten the light rays R from the light source 10 so that they arrive at normal incidence on the light input network 110 of the light guide 11. Consequently, this makes it possible to recover a plane light wave at the input of the light guide 11 which increases the luminous efficiency of the light guide 11.
- the light collimator is an MLA collimator which is the acronym for "Matrix Lens Array" in English or a light collimator composed of vertical cavity laser diodes referenced VCSEL.
- the invention described has in particular the following advantages: - it makes it possible to increase the efficiency of light collection at the input of the light guide 11 and the efficiency of the light at the output of the light guide 11.
- an input efficiency of up to substantially 56% is obtained, namely the light emitted by the light source 10 enters the light guide 11 at 56%; and an output efficiency of up to substantially 56% is obtained, namely the light emerges at substantially 56% from the light guide 11 compared to the light propagated in the light guide 11, and an output efficiency between 50% and 56% if a light collimator 12 is added
- first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 compatible with a large-scale manufacturing method; it reduces the manufacturing process time of the photomask compared to a solution that uses electron beam lithography or laser etching, because the first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 do not have shadow areas, shadow areas that are not reachable by the UV beam for example as in the case of first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 inclined with a parallelogram-shaped cross-section; a shadow area being defined by the projection of an inclined wall of an optical pattern onto the body 110 of the light guide 11 and being hidden when an observer observes from the outside the light assembly 3 comprising the light device 1 with the light guide 11, - it thus allows for a more efficient lighting device.
- the aim is to provide a solution to the drawbacks of the prior art by proposing an improved light guide.
- the light guide is configured to be integrated into a light device which is itself intended to equip a motor vehicle.
- the motor vehicle is a motor vehicle of any type, in particular a passenger vehicle, a utility vehicle, a truck or even a bus.
- the light device comprises at least one light guide and at least one light source configured to produce a monochromatic light beam.
- the light from such a light source comprises only rays of a single wavelength, that is, it comprises only light rays having a specific color.
- the light source of said light device emits a monochromatic light of blue color having a wavelength between 450 nm and 460 nm, or even equal to 455 nm.
- the light guide comprises a waveguide comprising a transparent material having a first refractive index.
- This transparent material may in particular be polycarbonate.
- the first refractive index is for example between 1.4 and 1.8. According to a preferred embodiment, this first refractive index is more particularly equal to 1.6065.
- the waveguide may be surrounded by a protective layer comprising a second transparent material having a second refractive index which is lower than the first refractive index of the waveguide material.
- the waveguide has, for example, a thickness of between 50 ⁇ m and 125 ⁇ m. According to a preferred embodiment, the thickness of the waveguide is equal to 75 ⁇ m.
- the light guide further comprises a first diffraction grating at the input of the waveguide and configured to allow the monochromatic light beam from the light source included by the light device within which the light guide is intended to be arranged to pass, so that said light beam enters inside said waveguide to propagate therein.
- a first diffraction grating at the input of the waveguide and configured to allow the monochromatic light beam from the light source included by the light device within which the light guide is intended to be arranged to pass, so that said light beam enters inside said waveguide to propagate therein.
- at least one light source is juxtaposed with the first diffraction grating so that the light beam passes through said first diffraction grating and then enters the waveguide inside which it propagates.
- the light beam is reflected by the interface between the waveguide and the protective layer with an angle of 45°.
- the light guide also comprises at least one second diffraction grating at the output of the waveguide and distinct from the first diffraction grating, the second diffraction grating being configured to allow the monochromatic light beam to exit the waveguide and towards an environment outside the light guide. A portion of the light beam which propagates inside the waveguide therefore passes through the second diffraction grating to exit the waveguide.
- diffraction grating herein refers to an optical device composed of a series of parallel slits that are regularly spaced. The spacing between two neighboring slits is called the "pitch" of the grating.
- pitch of the grating.
- series of slits refers to any surface provided with reliefs configured to form a diffraction grating.
- the light guide can comprise several second diffraction gratings.
- the first diffraction grating and the second diffraction grating are arranged on the surface of the waveguide or at the interface between the waveguide and the protective layer surrounding this waveguide.
- the first diffraction grating and the second diffraction grating each comprise an arrangement of surface slits.
- an electron beam lithography process is used to make a photomask for producing the slits, in particular using a silicon mask in a non-limiting example.
- the slits are manufactured by nanostructuring, for example by nanoimprinting so as to pattern large substrates with microtextures and nanotextures (roll-to-plate process in English).
- the nanometric sized slits thus manufactured may comprise dielectric materials with a high refractive index, for example a refractive index greater than two.
- the slots are for example placed on the waveguide.
- the material of the waveguide is flexible and is chosen to provide suitable structural support and to allow a majority of the light passing through it to pass through.
- the slots can be hollowed out in the material of the waveguide 6. In this way, the slots are less exposed to the environment, which can prevent their damage.
- the slots are for example hollowed out in the substrate using an ion beam directed towards the surface of the material of the waveguide 6.
- the optical properties of a diffraction grating are defined by several parameters, including the wavelength of the light source used to illuminate the light guide that includes these diffraction gratings; the material used for the slits and the shape and dimensions of said slits.
- the material density of the diffraction grating considered largely defines the effect that this diffraction grating has on the light beam that passes through it.
- the geometry of the slits of diffraction gratings can be specifically defined to optimize the efficiency of the diffraction grating. More specifically, the grating pitch, the angle of inclination of the slits, as well as their height and width can be defined as a function of a given wavelength in order to maximize the efficiency of the first diffraction grating and the second diffraction grating.
- a density coefficient (fill factor) can also be defined as the width of a slit in a grating divided by the pitch of the diffraction grating in question.
- the first diffraction grating has a first pitch and the second diffraction grating has a second pitch identical to the first pitch.
- the slits of the first diffraction grating have the same spacing as the slits of the second diffraction grating.
- the slits of the first and/or second diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define an angle of inclination between said slits and the surface of the waveguide. More specifically, the slits of the first diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define a first angle of inclination while the slits of the second diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define a second angle of inclination.
- the slits of the first diffraction grating and the slits of the second diffraction grating also have identical heights. More precisely, the slits of the first diffraction grating have a first height and the slits of the second diffraction grating have a second height identical to the first height. Note that the slits of the same diffraction grating all have the same height.
- the slits of the first diffraction grating and the slits of the second diffraction grating may have identical widths. More precisely, the slits of the first diffraction grating have a first width and the slits of the second diffraction grating have a second width identical to the first width. Note that the slits of the same diffraction grating all have the same width.
- the light source emits a blue monochromatic light having a wavelength of between 450 nm and 460 nm, or even equal to 455 nm.
- the light beam from the light source propagates perpendicular to the surface of the light guide on which the first diffraction grating is arranged, through which the light beam is intended to penetrate into said light guide.
- the angle of incidence of the light beam F from the light source 4 relative to the surface of the light guide on which the first diffraction grating is arranged is a right angle; this is a normal incidence.
- the first diffraction grating has, for example, a density coefficient equal to 0.5456.
- the first diffraction grating has a first pitch of 402 nm with slits which have a first width equal to 183 nm. These slits also have a first height of 459 nm and extend obliquely relative to the surface of the light guide so as to form a first inclination angle of 30°.
- the values of these different parameters contribute to an efficiency of 96% for this first diffraction grating.
- the second diffraction grating has, for example, a density coefficient equal to 0.5456.
- the second diffraction grating has a second pitch of 402 nm with slits which have a second width equal to 183 nm. These slits also have a second height of 459 nm and extend obliquely relative to the surface of the light guide so as to form a second inclination angle of 30°.
- the values of the different parameters contribute to an efficiency of 96% for this second diffraction grating.
- the efficiency of the optical result which corresponds to the light transmission rate of the beam through the light guide comprising such first and second diffraction gratings, is for example greater than 75% and in particular greater than 80%, in particular greater than 90%. Thanks to this high transmission rate, it is thus possible to use a less powerful and more energy-efficient light source for a result that is just as satisfactory as that observed for the prior art. The use of such a light source can also make it possible to avoid heating of said light source and its environment.
- the light guide comprises a phosphor-containing element which is arranged directly on the surface of the waveguide or on the layer surrounding the waveguide.
- This element is arranged in proximity to the second diffraction grating such that a light beam from said second diffraction grating also passes through said phosphor-containing element.
- this element is arranged directly on the surface of the waveguide or on the layer surrounding the waveguide.
- the element comprising phosphorus has a third refractive index greater than the first refractive index of the waveguide material and, in this case, also greater than the second refractive index of the material of the layer surrounding the waveguide.
- the third refractive index of the element comprising phosphorus is equal to 4.
- the light beam from the second diffraction grating is therefore intended to pass through an element comprising phosphorus.
- This element comprising phosphorus is intended to receive a light beam from a second diffraction grating and is configured to produce a polychromatic light beam at the exit of the light guide.
- the element comprising phosphorus can make it possible to color part of the blue light into white light, optionally with a yellow tint or a more or less pronounced blue tint.
- Such a light guide according to the invention therefore makes it possible to convey a light beam from one place to another efficiently, i.e. with little loss. Thanks to the parameters of the diffraction gratings which are specifically configured for a given wavelength, a majority of the monochromatic light of the light beam produced by the light source is thus transmitted via the light guide.
- Such a light guide according to the invention is not susceptible to, or only slightly to, possible shocks and/or vibrations generated by the use of the motor vehicle in which said light guide is integrated and therefore offers a more robust, more reliable and more efficient alternative than the light guides known from the state of the art.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif de lumière pour véhicule. Elle porte également sur un ensemble lumineux comprenant un tel dispositif de lumière. Elle trouve une application particulière mais non limitative dans les véhicules automobiles.The present invention relates to a lighting device for a vehicle. It also relates to a lighting assembly comprising such a lighting device. It finds a particular but non-limiting application in motor vehicles.
Dans le domaine des véhicules automobiles, un dispositif de lumière connu de l’homme du métier comprend :
- une source de lumière configurée pour émettre des rayons lumineux,
- un guide de lumière surfacique comprenant un corps sous forme de nappe de guidage de lumière configuré pour propager lesdits rayons lumineux émis par la source de lumière.In the field of motor vehicles, a light device known to those skilled in the art comprises:
- a light source configured to emit light rays,
- a surface light guide comprising a body in the form of a light guide sheet configured to propagate said light rays emitted by the light source.
Un inconvénient de cet état de la technique est que la nappe de guidage de lumière possède une épaisseur très fine et que la taille de la source de lumière est trop grande par rapport à l’épaisseur de la nappe de guidage de lumière. Par conséquence, une bonne partie des rayons lumineux émis par la source de lumière n’entre pas dans le guide de lumière ; seulement environ 15% de la lumière générée par la source de lumière est couplée avec le guide de lumière surfacique. L’efficacité lumineuse du guide de lumière surfacique est ainsi faible. A disadvantage of this prior art is that the light guide sheet has a very thin thickness and the size of the light source is too large compared to the thickness of the light guide sheet. As a result, a large portion of the light rays emitted by the light source do not enter the light guide; only about 15% of the light generated by the light source is coupled into the surface light guide. The luminous efficiency of the surface light guide is thus low.
Dans ce contexte, la présente invention vise à proposer un dispositif de lumière qui permet de résoudre l’inconvénient mentionné. In this context, the present invention aims to provide a light device which makes it possible to solve the mentioned drawback.
A cet effet, l’invention propose un dispositif de lumière pour véhicule comprenant un dispositif de lumière pour véhicule, ledit dispositif de lumière comprenant :
- une source de lumière configurée pour émettre des rayons lumineux,
- un guide de lumière comprenant un corps configuré pour propager lesdits rayons lumineux émis par ladite source de lumière,
caractérisé en ce que ledit guide de lumière comprend en outre :
- un réseau d’entrée de lumière par diffraction comprenant une pluralité de premiers motifs optiques présentant un premier angle et répétés de façon périodique selon une première période, - un réseau de sortie de lumière par diffraction comprenant une pluralité de deuxièmes motifs optiques présentant un deuxième angle et répétés de façon périodique selon une deuxième période égale à la première période, ledit premier angle et ledit deuxième angle étant égaux en valeur absolue et de même sens ou de sens opposé,
et en ce que ladite source de lumière est disposée en face dudit réseau d’entrée de lumière de sorte que les rayons lumineux entrent dans ledit réseau d’entrée de lumière,.To this end, the invention provides a vehicle lighting device comprising a vehicle lighting device, said lighting device comprising:
- a light source configured to emit light rays,
- a light guide comprising a body configured to propagate said light rays emitted by said light source,
characterized in that said light guide further comprises:
- a diffraction light input grating comprising a plurality of first optical patterns having a first angle and periodically repeated according to a first period, - a diffraction light output grating comprising a plurality of second optical patterns having a second angle and periodically repeated according to a second period equal to the first period, said first angle and said second angle being equal in absolute value and of the same direction or of the opposite direction,
and in that said light source is arranged opposite said light input array such that light rays enter said light input array.
Selon des modes de réalisation non limitatifs, ledit dispositif de lumière peut comporter en outre une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, parmi les suivantes.According to non-limiting embodiments, said light device may further comprise one or more additional characteristics taken alone or in all technically possible combinations, among the following.
Selon un mode de réalisation non limitatif, lequel lesdits premiers motifs et lesdits deuxièmes motifs ont une section transversale en forme de triangle rectangleAccording to a non-limiting embodiment, said first patterns and said second patterns have a cross-section in the shape of a right triangle
Selon un mode de réalisation non limitatif, lesdits premiers motifs et lesdits deuxièmes motifs ont respectivement un sommet présentant un méplatAccording to a non-limiting embodiment, said first patterns and said second patterns respectively have a top having a flat surface.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit réseau d’entrée de lumière et ledit réseau de sortie de lumière sont disposés sur une même surface du guide de lumière. Cela permet de simplifier le procédé de fabrication du dispositif de lumière et de réduire le temps de process. According to a non-limiting embodiment, said light input network and said light output network are arranged on the same surface of the light guide. This makes it possible to simplify the manufacturing process of the light device and to reduce the process time.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit réseau d’entrée de lumière et ledit réseau de sortie de lumière sont disposés sur des surfaces différentes du guide de lumière. Cela permet une intégration différente du réseau d’entrée de lumière et du réseau de sortie de lumière dans le dispositif de lumière. According to a non-limiting embodiment, said light input network and said light output network are arranged on different surfaces of the light guide. This allows different integration of the light input network and the light output network in the light device.
Selon un mode de réalisation non limitatif, lesdits premiers motifs optiques et lesdits deuxièmes optiques sont en saillie par rapport à une surface du guide de lumière. Cela permet d’avoir un procédé de fabrication simple. According to a non-limiting embodiment, said first optical patterns and said second optics protrude from a surface of the light guide. This allows for a simple manufacturing process.
Selon un mode de réalisation non limitatif, lesdits premiers motifs optiques et lesdits deuxièmes optiques sont en creux par rapport à une surface du guide de lumière. Cela permet d’avoir un dispositif lumineux plus compact.According to a non-limiting embodiment, said first optical patterns and said second optics are hollow relative to a surface of the light guide. This makes it possible to have a more compact light device.
Selon un mode de réalisation non limitatif, lesdits premiers motifs optiques et lesdits deuxièmes optiques sont de même taille. Cela permet de simplifier le procédé de fabrication du dispositif de lumière. On utilise en effet qu’un seul masque de fabrication en inversant l’orientation du masque quand cela est nécessaire.According to a non-limiting embodiment, said first optical patterns and said second optics are of the same size. This makes it possible to simplify the manufacturing process of the light device. In fact, only a single manufacturing mask is used by reversing the orientation of the mask when necessary.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit dispositif de lumière comprend en outre un collimateur de lumière disposé entre ladite source de lumière et ledit guide de lumière de sorte à former un faisceau lumineux collimaté qui arrive avec une incidence normale sur ledit réseau d’entrée de lumière. Cela permet d’augmenter l’efficacité lumineuse du dispositif de lumière.According to a non-limiting embodiment, said light device further comprises a light collimator arranged between said light source and said light guide so as to form a collimated light beam which arrives with normal incidence on said light input network. This makes it possible to increase the luminous efficiency of the light device.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit dispositif de lumière comprend un seul réseau de sortie de lumière. According to a non-limiting embodiment, said light device comprises a single light output network.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ladite source de lumière est monochromatique.According to a non-limiting embodiment, said light source is monochromatic.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit guide de lumière est un guide de lumière surfacique et ledit corps est sous forme d’une nappe de guidage de lumière. Cela permet de s’étendre sur tout ou partie d’une surface plane ou courbe. According to a non-limiting embodiment, said light guide is a surface light guide and said body is in the form of a light guide sheet. This makes it possible to extend over all or part of a flat or curved surface.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les premiers motifs optiques et les deuxièmes motifs optiques sont de même matériau que ledit corps dudit guide de lumière ou de matériau différent. According to a non-limiting embodiment, the first optical patterns and the second optical patterns are of the same material as said body of said light guide or of a different material.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les premiers motifs optiques et les deuxièmes motifs optiques ont un même indice de réfraction de la lumière que le corps dudit guide de lumière pour une longueur d’onde donnée.According to a non-limiting embodiment, the first optical patterns and the second optical patterns have the same refractive index of light as the body of said light guide for a given wavelength.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les premiers motifs optiques et les deuxièmes motifs optiques sont formés dans la masse dudit corps dudit guide de lumière.According to a non-limiting embodiment, the first optical patterns and the second optical patterns are formed in the mass of said body of said light guide.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le dispositif de lumière présente une première direction et une deuxième direction opposée à la première direction et parallèle à la première direction, ladite première direction étant transversale au corps dudit guide de lumière. According to a non-limiting embodiment, the light device has a first direction and a second direction opposite to the first direction and parallel to the first direction, said first direction being transverse to the body of said light guide.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les premiers motifs optiques ont une section transversale en forme de triangle rectangle dans un plan parallèle à la première direction et à la deuxième direction.According to a non-limiting embodiment, the first optical patterns have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction and to the second direction.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les deuxièmes motifs optiques ont une section transversale en forme de triangle rectangle dans un plan parallèle à la première direction et à la deuxième direction.According to a non-limiting embodiment, the second optical patterns have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction and to the second direction.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit réseau d’entrée de lumière et ledit réseau de sortie de lumière sont disposés sur une même surface du guide de lumière présentent chacun un arrangement de fentes en surface s’étendant de manière oblique par rapport à la surface du guide de lumière respectivement selon ledit premier angle et ledit deuxième angle.According to a non-limiting embodiment, said light input network and said light output network are arranged on the same surface of the light guide and each have an arrangement of surface slots extending obliquely relative to the surface of the light guide respectively at said first angle and said second angle.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière est entouré d’une couche comportant un deuxième matériau transparent ayant un deuxième indice de réfraction qui est inférieur au premier indice de réfraction du matériau du guide de lumière, le ledit réseau d’entrée de lumière et/ou ledit réseau de sortie de lumière sont agencés entre le guide de lumière et la couche.According to a non-limiting embodiment, the light guide is surrounded by a layer comprising a second transparent material having a second refractive index which is lower than the first refractive index of the material of the light guide, said light input network and/or said light output network are arranged between the light guide and the layer.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière comprend un élément comprenant du phosphore, ledit phosphore étant destiné à recevoir un faisceau lumineux issu du deuxième réseau de diffraction, ledit phosphore étant configuré pour produire un faisceau lumineux polychromatique.According to a non-limiting embodiment, the light guide comprises an element comprising phosphor, said phosphor being intended to receive a light beam from the second diffraction grating, said phosphor being configured to produce a polychromatic light beam.
Il est en outre proposé un ensemble lumineux de véhicule, caractérisé en ce que ledit ensemble lumineux comprend ledit dispositif de lumière selon l’une des caractéristiques précédentes.Further provided is a vehicle lighting assembly, characterized in that said lighting assembly comprises said light device according to one of the preceding characteristics.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit ensemble lumineux est une face avant ou une face arrière de véhicule ou un projecteur ou un feu arrière de véhicule. Cela permet de réaliser des motifs illuminés.According to a non-limiting embodiment, said light assembly is a front face or a rear face of a vehicle or a projector or a rear light of a vehicle. This makes it possible to create illuminated patterns.
Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit ensemble lumineux fait partie d’un élément de l’habitacle dudit véhicule. Selon des variantes de réalisation non limitatives, l’ensemble lumineux fait partie du tableau de bord ou d’une portière du véhicule. Cela permet d’illuminer certaines parties du tableau de bord ou d’une portière à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. According to a non-limiting embodiment, said light assembly is part of an element of the passenger compartment of said vehicle. According to non-limiting variant embodiments, the light assembly is part of the dashboard or a door of the vehicle. This makes it possible to illuminate certain parts of the dashboard or a door inside the passenger compartment of the vehicle.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent :The invention and its various applications will be better understood by reading the following description and examining the accompanying figures:
Les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.Identical elements, by structure or function, appearing in different figures retain, unless otherwise specified, the same references.
Le dispositif de lumière 1 selon l’invention est décrit en référence aux figures 1 à 17. Dans un mode de réalisation non limitatif, le dispositif de lumière 1 est un dispositif de lumière d’un véhicule 2 (illustré sur la
Le dispositif de lumière 1 fait partie d’un ensemble lumineux 3. Dans des modes de réalisation non limitatifs, l’ensemble lumineux 3 est une face avant ou une face arrière du véhicule automobile 2 ou un projecteur ou un feu arrière du véhicule automobile 2. Dans l’exemple non limitatif de la
Tel qu’illustré sur les figures 1, 4, 7 et 8 , le dispositif de lumière 1 comprend :
- une source de lumière 10, et
- un guide de lumière 11 comprenant un corps 110, un réseau d’entrée de lumière 111 par diffraction et un réseau de sortie de lumière 112 par diffraction. Le réseau d’entrée de lumière 111 par diffraction est autrement appelé réseau d’entrée de lumière 111 ou réseau de diffraction d’entrée 111 dans la suite de la description. Ledit réseau de sortie de lumière 112 par diffraction est autrement appelé réseau de sortie de lumière 112 ou réseau de diffraction de sortie 112 dans la suite de la description. Le réseau d’entrée de lumière 111 et le réseau de sortie de lumière 112 sont des réseaux 1D.As illustrated in Figures 1, 4, 7 and 8, the light device 1 comprises:
- a light source 10, and
- a light guide 11 comprising a body 110, a light input grating 111 by diffraction and a light output grating 112 by diffraction. The light input grating 111 by diffraction is otherwise called light input grating 111 or input diffraction grating 111 in the remainder of the description. Said light output grating 112 by diffraction is otherwise called light output grating 112 or output diffraction grating 112 in the remainder of the description. The light input grating 111 and the light output grating 112 are 1D gratings.
Tel qu’illustré sur les figures 1, 4, 7 et 8, le dispositif de lumière 1 présente une première direction D (autrement appelée direction d’observation) et une deuxième direction D’ opposée à la première direction D et parallèle à la première direction D. La première direction D est transversale (autrement dit perpendiculaire) au corps 110 du guide de lumière 11. La première direction D correspond à la direction dans laquelle un observateur extérieur peut observer l’ensemble lumineux 3 du véhicule automobile 2 comprenant ledit dispositif de lumière 1. Le dispositif de lumière 1 présente une direction d’émission de lumière qui correspond à la première direction D. As illustrated in Figures 1, 4, 7 and 8, the light device 1 has a first direction D (otherwise called the observation direction) and a second direction D' opposite the first direction D and parallel to the first direction D. The first direction D is transverse (otherwise called perpendicular) to the body 110 of the light guide 11. The first direction D corresponds to the direction in which an external observer can observe the light assembly 3 of the motor vehicle 2 comprising said light device 1. The light device 1 has a light emission direction which corresponds to the first direction D.
On parlera de direction vers l’avant ou de direction vers l’arrière respectivement pour la première direction D et la deuxième direction D’. Dans l’exemple non limitatif illustré sur les figures, les directions D et D’ sont sensiblement parallèles à l’axe véhicule Ox (illustré sur la
La source de lumière 10 est configurée pour émettre des rayons lumineux R. Elle est disposée en face dudit réseau d’entrée de lumière 111 de sorte que ses rayons lumineux R qui forment un premier faisceau lumineux Fx entrent dans le réseau d’entrée de lumière 111.The light source 10 is configured to emit light rays R. It is arranged opposite said light input network 111 so that its light rays R which form a first light beam Fx enter the light input network 111.
Dans un mode de réalisation non limitatif, la source de lumière 10 est une source de lumière à semi-conducteur. Dans un mode de réalisation non limitatif, la source de lumière à semi-conducteur fait partie d’une diode électroluminescente ou d’une diode laser. Par diode électroluminescente, on entend tout type de diodes électroluminescentes, que ce soit dans des exemples non limitatifs des LED (« Light Emitting Diode » en anglais), des OLED (« Organic LED » en anglais), des AMOLED (« Active-Matrix-Organic LED » en anglais), ou encore des FOLED (« Flexible OLED » en anglais). In a non-limiting embodiment, the light source 10 is a semiconductor light source. In a non-limiting embodiment, the semiconductor light source is part of a light-emitting diode or a laser diode. By light-emitting diode, we mean any type of light-emitting diode, whether in non-limiting examples LEDs (“Light Emitting Diodes” in English), OLEDs (“Organic LEDs” in English), AMOLEDs (“Active-Matrix-Organic LEDs” in English), or FOLEDs (“Flexible OLEDs” in English).
Dans un mode de réalisation non limitatif, la source de lumière 10 est une source monochromatique. Dans des variantes de réalisation non limitatives, c’est une source monochromatique R (rouge), G (verte) ou B (bleue). Pour rappel, pour une source monochromatique :
- B : la longueur d’onde de la lumière λ est de 455 nanomètres (nm),
- G : la longueur d’onde de la lumière λ est de 535 nanomètres,
- R : la longueur d’onde de la lumière λ est de 621 nanomètres. In a non-limiting embodiment, the light source 10 is a monochromatic source. In non-limiting alternative embodiments, it is a monochromatic R (red), G (green) or B (blue) source. As a reminder, for a monochromatic source:
- B: the wavelength of light λ is 455 nanometers (nm),
- G: the wavelength of light λ is 535 nanometers,
- A: The wavelength of light λ is 621 nanometers.
Du fait de la source monochromatique, le premier faisceau lumineux Fx est monochromatique. Due to the monochromatic source, the first light beam Fx is monochromatic.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière 11 est un guide de lumière sous forme de tige. Dans des modes de réalisation non limitatifs, il est de section ronde ou carrée. In a first non-limiting embodiment, the light guide 11 is a light guide in the form of a rod. In non-limiting embodiments, it is of round or square section.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière 11 est surfacique. On entend par guide de lumière surfacique un élément de guidage optique dont l’une des dimensions est très inférieure aux deux autres dimensions dans l’espace, par exemple inférieure d’un ou plusieurs ordres de grandeur. Ici, l’épaisseur du guide de lumière 11 est très inférieure à sa longueur et sa largeur. Dans un mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière 11 possède une épaisseur comprise entre 125 et 2000 micromètres. Le guide de lumière 11 est ainsi très fin. Lorsque le guide de lumière 11 est surfacique, son corps 110 est sous forme d’une nappe de guidage de lumière. De façon connue de l’homme du métier, la nappe de guidage de lumière comprend une ou plusieurs régions avec une ou plusieurs zones d’émission de lumière. Dans un mode de réalisation non limitatif, la ou les zones d’émission de lumière forment tout ou partie d’un motif de découplage (non illustré). Le motif de découplage est ainsi illuminé par la lumière générée par la source de lumière 10 qui ressort du guide de lumière 11.In a second non-limiting embodiment, the light guide 11 is surface-based. A surface-based light guide is understood to mean an optical guide element of which one of the dimensions is much smaller than the other two dimensions in space, for example smaller by one or more orders of magnitude. Here, the thickness of the light guide 11 is much smaller than its length and its width. In a non-limiting embodiment, the light guide 11 has a thickness of between 125 and 2000 micrometers. The light guide 11 is thus very thin. When the light guide 11 is surface-based, its body 110 is in the form of a light guide sheet. In a manner known to those skilled in the art, the light guide sheet comprises one or more regions with one or more light emission zones. In a non-limiting embodiment, the light emission zone(s) form all or part of a decoupling pattern (not shown). The decoupling pattern is thus illuminated by the light generated by the light source 10 which emerges from the light guide 11.
Le guide de lumière 11 est un guide de lumière flexible. On entend par flexible le fait qu’il peut se courber sans être endommagé ou se casser. Comme il est flexible, il peut s’adapter sur des surfaces planes ou courbes. The light guide 11 is a flexible light guide. Flexible means that it can bend without being damaged or breaking. Because it is flexible, it can fit on flat or curved surfaces.
Le guide de lumière 11 est transparent. Le terme transparent indique que le matériau qui le compose laisse passer, au moins partiellement, la lumière visible, et notamment la lumière émise par la source de lumière 10. The light guide 11 is transparent. The term transparent indicates that the material of which it is composed allows visible light to pass through, at least partially, and in particular the light emitted by the light source 10.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière 11 est réalisé en polycarbonate (PC), en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) en polyuréthane thermoplastique (TPU), ou en polytéréphtalate d’éthylène (PET). De tels matériaux permettent de réaliser un guide de lumière 11 flexible et transparent.In a non-limiting embodiment, the light guide 11 is made of polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), thermoplastic polyurethane (TPU), or polyethylene terephthalate (PET). Such materials make it possible to produce a flexible and transparent light guide 11.
Le matériau du guide de lumière 11 comprend un indice de réfraction de la lumière n’ inférieur à 1.8. Cela permet de réfléchir et propager correctement la lumière générée par la source de lumière 10 dans le corps 110 du guide de lumière 11. The material of the light guide 11 comprises a refractive index of light n’ less than 1.8. This makes it possible to correctly reflect and propagate the light generated by the light source 10 in the body 110 of the light guide 11.
Le guide de lumière 11 comprend une première surface 1.1 et une deuxième surface 1.2 opposée à la première surface 11.1.The light guide 11 comprises a first surface 1.1 and a second surface 1.2 opposite the first surface 11.1.
Le corps 110 du guide de lumière 11 est configuré pour propager les rayons lumineux R émis par la source de lumière 10. Le corps 110 possède l’indice de réfraction de la lumière n’.The body 110 of the light guide 11 is configured to propagate the light rays R emitted by the light source 10. The body 110 has the refractive index of light n'.
Dans un mode de réalisation non limitatif, le corps 110 possède une épaisseur e déterminée de sorte à éviter une réflexion totale de la lumière dans ledit corps 110 pour éviter que la lumière ne ressorte par le réseau d’entrée de lumière 111. Dans un mode de réalisation non limitatif, le guide de lumière 11 possède une épaisseur e supérieure ou égale à 125 μm. Dans une variante de réalisation non limitative, l'épaisseur e est égale à 500 μm. De cette manière, la lumière est diffractée dans le corps avec un angle de diffraction θ de 45°. In a non-limiting embodiment, the body 110 has a thickness e determined so as to avoid total reflection of the light in said body 110 to prevent the light from exiting through the light entry network 111. In a non-limiting embodiment, the light guide 11 has a thickness e greater than or equal to 125 μm. In a non-limiting embodiment variant, the thickness e is equal to 500 μm. In this way, the light is diffracted in the body with a diffraction angle θ of 45°.
Le réseau d’entrée de lumière 111 et le réseau de sortie de lumière 112 sont entourés par l’air d’indice de réfraction n =1.The light input grating 111 and the light output grating 112 are surrounded by air of refractive index n = 1.
Tel qu’illustré sur les figures 2 et 5, le réseau d’entrée de lumière 111 comprend une pluralité de premiers motifs 1110 optiques qui sont des motifs optiques diffractifs (autrement appelés premiers motifs 1110) répétés de façon périodique selon une première période T. Le réseau d’entrée de lumière 111 permet de diffracter la lumière générée par la source de lumière 10 et de contrôler la direction dans laquelle la lumière va se propager dans le corps 110 du guide de lumière 11. Dans un mode de réalisation non limitatif, la première période T est comprise entre 400 nanomètres et 600 nanomètres.As illustrated in Figures 2 and 5, the light input grating 111 comprises a plurality of first optical patterns 1110 which are diffractive optical patterns (otherwise called first patterns 1110) periodically repeated according to a first period T. The light input grating 111 makes it possible to diffract the light generated by the light source 10 and to control the direction in which the light will propagate in the body 110 of the light guide 11. In a non-limiting embodiment, the first period T is between 400 nanometers and 600 nanometers.
La lumière (à savoir le premier faisceau lumineux Fx) provenant de la source de lumière 10 est couplée au réseau d’entrée de lumière 111. Elle est diffractée dans le matériau du guide de lumière 11 grâce au réseau d’entrée de lumière 111, puis lorsqu’elle rencontre une paroi du guide de lumière au-delà du réseau d’entrée de lumière 111, elle se réfléchit par réflexion dans le corps 110 du guide de lumière 11 ce qui réalise l’effet de guidage dans ledit corps 110. Grâce aux premiers motifs 1110, le réseau d’entrée de lumière 111 permet d’envoyer la lumière dans le corps 110 du guide de lumière avec un angle de diffraction θ de 45°. Cela évite que la lumière ne ressorte par le réseau d’entrée de lumière 111. The light (namely the first light beam Fx) from the light source 10 is coupled to the light input grating 111. It is diffracted in the material of the light guide 11 by means of the light input grating 111, then when it encounters a wall of the light guide beyond the light input grating 111, it is reflected by reflection in the body 110 of the light guide 11 which achieves the guiding effect in said body 110. Thanks to the first patterns 1110, the light input grating 111 makes it possible to send the light into the body 110 of the light guide with a diffraction angle θ of 45°. This prevents the light from exiting through the light input grating 111.
Tel qu’illustré sur les figures 2 et 5, les premiers motifs optiques 1110 ont une section transversale en forme de triangle rectangle dans un plan parallèle à la première direction D et à la deuxième direction D’ opposée à la première direction D. Autrement dit, les premiers motifs 1110 ont dans une section par un plan parallèle à la première direction D et à la deuxième direction D’ une forme de triangle rectangle. Notamment, la section est en forme d’un triangle rectangle ouvert. A cet effet, les premiers motifs optiques 1110 comprennent un premier sommet 1110.1, une première paroi 1110.2, une deuxième paroi 1110.3 et une première base ouverte 1110.4. La première base ouverte 1110.4 est plane. La première paroi 1110.2 est verticale, à savoir elle s’étend le long de la première direction D. La deuxième paroi 1110.3 est inclinée. As illustrated in Figures 2 and 5, the first optical patterns 1110 have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' opposite to the first direction D. In other words, the first patterns 1110 have in a section through a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' a right triangle shape. In particular, the section is in the shape of an open right triangle. For this purpose, the first optical patterns 1110 comprise a first vertex 1110.1, a first wall 1110.2, a second wall 1110.3 and a first open base 1110.4. The first open base 1110.4 is planar. The first wall 1110.2 is vertical, namely it extends along the first direction D. The second wall 1110.3 is inclined.
Le réseau d’entrée de lumière 111 étant un réseau 1D, on peut voir sa forme dans une vue 3D illustrée sur la
Chaque premier motif optique 1110 présente un premier angle α qui est l’angle entre la première base ouverte 1110.4 et la deuxième paroi 1110.3. Dans un mode de réalisation non limitatif, le premier angle α est égal à 45° plus ou moins 10%. On notera que dans une certaine configuration on peut avoir |α| = |θ|.Each first optical pattern 1110 has a first angle α which is the angle between the first open base 1110.4 and the second wall 1110.3. In a non-limiting embodiment, the first angle α is equal to 45° plus or minus 10%. It will be noted that in a certain configuration we can have |α| = |θ|.
Tel qu’illustré sur les figures 3 et 6, le réseau de sortie de lumière 112 comprend une pluralité de deuxièmes motifs optiques 1120 qui sont des motifs optiques diffractifs (autrement appelés deuxièmes motifs 1120) répétés de façon périodique selon une deuxième période T’. La lumière qui s’est propagée par réflexion dans le corps 110 du guide de lumière 11 est couplée en sortie avec le réseau de sortie de lumière 112 et ressort en un deuxième faisceau lumineux Fx’ par ledit réseau de sortie de lumière 112 dans la première direction D. Cela permet d’illuminer l’ensemble lumineux 3 dont fait partie le dispositif de lumière 1. Le premier faisceau lumineux Fx étant monochromatique, le deuxième faisceau lumineux Fx’ est également monochromatique.As illustrated in Figures 3 and 6, the light output grating 112 comprises a plurality of second optical patterns 1120 which are diffractive optical patterns (otherwise called second patterns 1120) periodically repeated according to a second period T'. The light which has propagated by reflection in the body 110 of the light guide 11 is output coupled with the light output grating 112 and emerges in a second light beam Fx' by said light output grating 112 in the first direction D. This makes it possible to illuminate the light assembly 3 of which the light device 1 is part. The first light beam Fx being monochromatic, the second light beam Fx' is also monochromatic.
Tel qu’illustré sur les figures 3 et 6, les deuxièmes motifs optiques 1120 ont une section transversale en forme de triangle rectangle dans un plan parallèle à la première direction D et à la deuxième direction D’ opposée à la première direction D. Autrement dit, les deuxièmes motifs 1110 ont dans une section par un plan parallèle à la première direction D et à la deuxième direction D’ une forme de triangle rectangle. Notamment, la section est en forme d’un triangle rectangle ouvert. A cet effet, les deuxièmes motifs optiques 1120 comprennent un deuxième sommet 1120.1, une troisième paroi 1120.2, une quatrième paroi 1120.3 et une deuxième base ouverte 1120.4. La deuxième base ouverte 1120.4 est plane. La troisième paroi 1120.2 est verticale, à savoir elle s’étend le long de la première direction D. La quatrième paroi 1120.3 est inclinée.As illustrated in Figures 3 and 6, the second optical patterns 1120 have a cross-section in the shape of a right triangle in a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' opposite to the first direction D. In other words, the second patterns 1110 have in a section through a plane parallel to the first direction D and to the second direction D' a right triangle shape. In particular, the section is in the shape of an open right triangle. For this purpose, the second optical patterns 1120 comprise a second vertex 1120.1, a third wall 1120.2, a fourth wall 1120.3 and a second open base 1120.4. The second open base 1120.4 is planar. The third wall 1120.2 is vertical, namely it extends along the first direction D. The fourth wall 1120.3 is inclined.
Le réseau de sortie de lumière 112 étant un réseau 1D, on peut voir sa forme dans une vue 3D illustrée sur la
Chaque deuxième motif optique 1120 présente un deuxième angle α’ qui est l’angle entre la deuxième base ouverte 1120.4 et la quatrième paroi 1120.3. Dans un mode de réalisation non limitatif, le deuxième angle α’ est égal à 45° plus ou moins 10%. Le deuxième angle α’ est égal au premier angle α en valeur absolue. On notera que dans une certaine configuration on peut avoir |α’| = |θ|.Each second optical pattern 1120 has a second angle α’ which is the angle between the second open base 1120.4 and the fourth wall 1120.3. In a non-limiting embodiment, the second angle α’ is equal to 45° plus or minus 10%. The second angle α’ is equal to the first angle α in absolute value. It will be noted that in a certain configuration we can have |α’| = |θ|.
La première période T et la deuxième période T’ sont fonction de la longueur d’onde λ de la lumière générée par la source de lumière 10. On rappelle que la première période T = λ/(n’*sinα). The first period T and the second period T’ are functions of the wavelength λ of the light generated by the light source 10. We recall that the first period T = λ/(n’*sinα).
On rappelle que la longueur d’onde λ= c.t=c/f avec t la période temporelle, f la fréquence et c la célérité. La lumière qui possède une longueur d’onde λ donnée arrive sur un réseau d’entrée de lumière 110 qui a une première période T qui se rapproche de sa période temporelle t. Ainsi, elle peut entrer en résonance avec elle et permet ainsi un couplage de la lumière avec le réseau d’entrée de lumière 110. La première période T est très proche de la période temporelle t. Dans un mode de réalisation non limitatif, la première période T est différente de la période temporelle t de 5% à 10%.It is recalled that the wavelength λ = c.t = c/f with t the time period, f the frequency and c the speed. The light which has a given wavelength λ arrives on a light input grating 110 which has a first period T which is close to its time period t. Thus, it can enter into resonance with it and thus allows a coupling of the light with the light input grating 110. The first period T is very close to the time period t. In a non-limiting embodiment, the first period T is different from the time period t by 5% to 10%.
La deuxième période T’ est égale à la première période T. Ainsi, le réseau de sortie de lumière 112 présente une même périodicité que le réseau d’entrée de lumière 111. Cela facilite le procédé de fabrication. La diffraction de la lumière en sortie du guide de lumière 11 va ainsi être également très efficace puisque la deuxième période T’ est ainsi également très proche de la période temporelle t correspondant à la longueur d’onde λ de la lumière générée par la source de lumière 10. La première période T et la deuxième période T’ sont de valeurs fixes.The second period T' is equal to the first period T. Thus, the light output grating 112 has the same periodicity as the light input grating 111. This facilitates the manufacturing process. The diffraction of the light at the output of the light guide 11 will thus also be very efficient since the second period T' is thus also very close to the time period t corresponding to the wavelength λ of the light generated by the light source 10. The first period T and the second period T' are of fixed values.
Dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur les figures 2 et 3, et 5 et 6, les premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes optiques 1120 sont de même taille. Ainsi, ils sont de même hauteur h, et répartis respectivement selon une même période T , T’. Ils ont également la même largeur w pour leur base 1110.4 et 1120.4. Cela permet d’avoir un procédé de fabrication plus simple que s’ils étaient de taille différente. In a non-limiting embodiment illustrated in Figures 2 and 3, and 5 and 6, the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are of the same size. Thus, they are of the same height h, and distributed respectively according to the same period T, T'. They also have the same width w for their base 1110.4 and 1120.4. This allows for a simpler manufacturing process than if they were of different sizes.
La largeur w est égale au facteur de remplissage Ff divisé par la période T ou T’. Le facteur de remplissage Ff autrement appelé « Fill Factor » en anglais. On a ainsi Ff=w/T=w/T’.The width w is equal to the fill factor Ff divided by the period T or T’. The fill factor Ff is also called “Fill Factor” in English. We thus have Ff=w/T=w/T’.
Dans un mode de réalisation non limitatif, pour λ=631nm, h=565nm, |α|=|α’|= 45°, T = T’= 565nm, n’=1.58, avec w=T. In a non-limiting embodiment, for λ=631nm, h=565nm, |α|=|α’|= 45°, T = T’= 565nm, n’=1.58, with w=T.
Ainsi, les premiers motifs optiques 1110 sont définis par le premier angle α, et la hauteur h, et le facteur de remplissage Ff. Ainsi, de la même manière, les deuxièmes motifs optiques 1110 sont définis par le deuxième angle α’, la hauteur h, et le facteur de remplissage Ff. Thus, the first optical patterns 1110 are defined by the first angle α, and the height h, and the fill factor Ff. Thus, in the same way, the second optical patterns 1110 are defined by the second angle α’, the height h, and the fill factor Ff.
Dans un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 4, le réseau d’entrée de lumière 111 et le réseau de sortie de lumière 112 sont disposés sur une même surface du guide de lumière 11, à savoir sur une même surface du corps 110. Dans l’exemple non limitatif illustré, ils sont disposés sur la première surface 11.1 qui est tournée vers la première direction D. Ainsi, le couplage de la lumière en entrée du guide de lumière 11 avec le réseau d’entrée de lumière 111 se fait du même côté que le couplage de la lumière en sortie du guide de lumière 11 avec le réseau de sortie de lumière 112. In a first embodiment illustrated in Figures 1 and 4, the light input network 111 and the light output network 112 are arranged on the same surface of the light guide 11, namely on the same surface of the body 110. In the non-limiting example illustrated, they are arranged on the first surface 11.1 which is turned towards the first direction D. Thus, the coupling of the light entering the light guide 11 with the light input network 111 takes place on the same side as the coupling of the light leaving the light guide 11 with the light output network 112.
Dans ce premier mode de réalisation non limitatif illustré sur les figures 1 et 4, le deuxième angle α’ et le premier angle α sont de sens opposés. Ils sont orientés dans des sens opposés.In this first non-limiting embodiment illustrated in Figures 1 and 4, the second angle α’ and the first angle α are in opposite directions. They are oriented in opposite directions.
Dans une première variante de réalisation non limitative illustrée sur la
Dans cette première variante de réalisation non limitative, tel qu’illustré sur la
On notera que pour réaliser ces premiers motifs optiques 1110 et deuxièmes motifs optiques 1120 en saillie, dans des modes de réalisation non limitatifs, on peut utiliser :
- le procédé d’illumination par UV (« Ultra-Violets » ) autrement appelée en anglais « Grayscale Lithography »,
- le procédé lithographique par faisceau d’électrons autrement appelée en anglais « E-beam Lithography » qui utilise un photomasque non-flexible que l’on peut transférer sur un grand rouleau pour obtenir des pièces répliques du photomasque flexibles. It will be noted that to produce these first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in projection, in non-limiting embodiments, it is possible to use:
- the UV (“Ultra-Violet”) illumination process, otherwise known in English as “Grayscale Lithography”,
- the electron beam lithographic process, also known as “E-beam Lithography”, which uses a non-flexible photomask that can be transferred onto a large roller to obtain flexible replica parts of the photomask.
Le procédé d’illumination par UV comprend notamment :
- la dépose d’une couche photorésistante sur un substrat et en exposant l’ensemble à des rayons UV qui arrivent dans une direction normale par rapport à l’ensemble substrat-couche photorésistante pour imprimer les premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes motifs optiques 1120 sur une surface flexible de manière à obtenir un photomasque flexible appelé en anglais « master » avec un gradient de transmission de la lampe UV à 405 nanomètres,
- le transfert du photomasque flexible sur un grand rouleau par nano-impression lithographique autrement appelée en anglais « Nanoimprinting Lithography »,
- la réalisation des pièces de répliques du photomasque de manière industrielle avec ce grand rouleau. The UV illumination process includes in particular:
- depositing a photoresist layer on a substrate and exposing the assembly to UV rays which arrive in a direction normal to the substrate-photoresist layer assembly to print the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 on a flexible surface so as to obtain a flexible photomask called in English "master" with a transmission gradient of the UV lamp at 405 nanometers,
- the transfer of the flexible photomask onto a large roll by nano-lithographic printing, otherwise known in English as “Nanoimprinting Lithography”,
- the production of photomask replica parts industrially with this large roll.
On notera que la couche photorésistante comprend le même indice de réfraction n’ que le corps 110 du guide de lumière 11. Cela permet à la lumière d’être diffractée puis d’être guidée dans le guide de lumière 11. It will be noted that the photoresist layer comprises the same refractive index n' as the body 110 of the light guide 11. This allows the light to be diffracted and then guided into the light guide 11.
Le procédé lithographique par faisceau d’électrons comprend notamment :
- la dépose d’une couche non photorésistante sur un substrat et en gravant chaque premier motif optique 1110 et chaque deuxième motif optique 1120 un à un sur cette couche non photorésistante avec un faisceau d’électrons de manière à obtenir un photomasque non flexible,
- la réalisation de pièces de répliques flexibles par nano-impression lithographique autrement appelée en anglais « Nanoimprinting Lithography »,
- le transfert de ces pièces de réplique flexible sur un grand rouleau pour une production industrielle. The electron beam lithographic process includes in particular:
- depositing a non-photoresist layer on a substrate and etching each first optical pattern 1110 and each second optical pattern 1120 one by one on this non-photoresist layer with an electron beam so as to obtain a non-flexible photomask,
- the production of flexible replica parts by nano-lithographic printing, otherwise known in English as “Nanoimprinting Lithography”,
- the transfer of these flexible replica parts onto a large roller for industrial production.
On notera que la couche non photorésistante comprend le même indice de réfraction n’ que le corps 110 du guide de lumière 11. Cela permet à la lumière d’être diffractée puis d’être guidée dans le guide de lumière 11. It will be noted that the non-photoresistive layer comprises the same refractive index n' as the body 110 of the light guide 11. This allows the light to be diffracted and then guided into the light guide 11.
Ces deux procédés étant connus de l’homme du métier, ils ne sont pas plus décrits en détail.Since these two methods are known to those skilled in the art, they are not described in further detail.
Contrairement à des procédés de fabrication tels que la lithographie par faisceau d’électrons appelée en anglais « E-beam Lithography » ou la gravure laser appelée en anglais « Etching » qui ne permettent de ne graver chaque premier motif optique 1110 et chaque deuxième motif optique 1120 un par un pour le photomasque, avec le procédé d’illumination UV, on réalise à échelle nanométrique directement l’ensemble des premiers motifs optiques 1110 et des deuxièmes motifs optiques 1120. Cela est compatible avec le procédé dit de rouleau à la plaque appelé en anglais « Roll to Plate » pour modeler des guides de lumière 11 de grandes dimensions. On peut ainsi exposer une très grande surface et ainsi graver sur une très grande surface en une seule passe en enlevant des parties de la couche photorésistante pour créer les premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes motifs optiques 1120. Unlike manufacturing processes such as electron beam lithography or laser etching, which only allow each first optical pattern 1110 and each second optical pattern 1120 to be etched one by one for the photomask, with the UV illumination process, all of the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are directly produced at a nanometric scale. This is compatible with the so-called roll-to-plate process for modeling large light guides 11. It is thus possible to expose a very large surface area and thus etch over a very large surface area in a single pass by removing parts of the photoresist layer to create the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120.
Dans cette première variante de réalisation non limitative, dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur la
Dans une deuxième variante de réalisation non limitative illustrée sur la
Dans cette deuxième variante de réalisation non limitative, tel qu’illustré sur la
On notera que pour réaliser ces premiers motifs optiques 1110 et deuxièmes motifs optiques 1120 en creux, dans des modes de réalisation non limitatifs, on peut utiliser :
- le procédé d’illumination par UV décrit précédemment, ou
- le procédé lithographique par faisceau d’électrons décrit précédemment. It will be noted that to produce these first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in hollow form, in non-limiting embodiments, it is possible to use:
- the UV illumination process described above, or
- the electron beam lithographic process described previously.
Contrairement à des procédés de fabrication tels que la lithographie par faisceau d’électrons appelée en anglais « e-beam lithography » ou la gravure laser appelée en anglais « etching » qui ne permettent de ne creuser chaque premier motif optique 1110 et chaque deuxième motif optique 1120 un par un pour le photomasque, avec le procédé d’illumination UV, on creuse par UV à l’échelle nanométrique directement l’ensemble des premiers motifs optiques 1110 et des deuxièmes motifs optiques 1120. Cela est compatible avec un procédé dit de rouleau à la plaque appelé en anglais « Roll to Plate » pour modeler des guides de lumière 11 de grandes dimensions. On peut ainsi exposer une très grande surface et ainsi creuser sur une très grande surface en une seule passe en enlevant des parties de la couche photorésistante pour créer les premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes motifs optiques 1120. Unlike manufacturing processes such as electron beam lithography or laser etching, which only allow each first optical pattern 1110 and each second optical pattern 1120 to be hollowed out one by one for the photomask, with the UV illumination process, all of the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120 are hollowed out directly by UV at the nanometric scale. This is compatible with a so-called roll-to-plate process for shaping large light guides 11. It is thus possible to expose a very large surface area and thus hollow out a very large surface area in a single pass by removing parts of the photoresist layer to create the first optical patterns 1110 and the second optical patterns 1120.
Dans cette deuxième variante de réalisation non limitative, dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur la
Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 7 et 8, le réseau d’entrée de lumière 111 et ledit réseau de sortie de lumière 112 sont disposés sur des surfaces différentes 11.1, 11.2 du guide de lumière 11. Ainsi, dans l’exemple non limitatif illustré sur les figures 7 et 8, le réseau d’entrée de lumière 111 est disposée sur la deuxième surface 11.2 tournée vers la deuxième direction D’ et ledit réseau de sortie de lumière 112 est disposée sur la première surface 11.1 tournée vers la première direction D. Ainsi, le couplage de la lumière en entrée du guide de lumière 11 avec le réseau d’entrée de lumière 111 se fait du côté opposé au couplage de la lumière en sortie du guide de lumière 11 avec le réseau de sortie de lumière 112. In a second embodiment illustrated in Figures 7 and 8, the light input network 111 and said light output network 112 are arranged on different surfaces 11.1, 11.2 of the light guide 11. Thus, in the non-limiting example illustrated in Figures 7 and 8, the light input network 111 is arranged on the second surface 11.2 facing the second direction D' and said light output network 112 is arranged on the first surface 11.1 facing the first direction D. Thus, the coupling of the light entering the light guide 11 with the light input network 111 takes place on the opposite side to the coupling of the light leaving the light guide 11 with the light output network 112.
Dans ce deuxième mode de réalisation non limitatif illustré sur les figures 7 et 8, le deuxième angle α’ et le premier angle α sont dans le même sens. Ils sont orientés dans le même sens. In this second non-limiting embodiment illustrated in Figures 7 and 8, the second angle α’ and the first angle α are in the same direction. They are oriented in the same direction.
Dans une première variante de réalisation non limitative illustrée sur la
Dans cette première variante de réalisation non limitative, les premiers motifs optiques 1110 sont en saillie par rapport à la deuxième surface 1.2 du guide de lumière 11, et les deuxièmes motifs optiques 1120 sont en saillie par rapport à la première surface 1.1 du guide de lumière 11. In this first non-limiting variant embodiment, the first optical patterns 1110 protrude relative to the second surface 1.2 of the light guide 11, and the second optical patterns 1120 protrude relative to the first surface 1.1 of the light guide 11.
Dans cette première variante de réalisation non limitative, tel qu’illustré sur la
On notera que pour réaliser ces premiers motifs optiques 1110 et deuxièmes motifs optiques 1120 en saillie, dans des modes de réalisation non limitatifs, on peut utiliser :
- le procédé d’illumination par UV décrit précédemment, ou
- le procédé le procédé lithographique par faisceau d’électrons décrit précédemment.It will be noted that to produce these first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in projection, in non-limiting embodiments, it is possible to use:
- the UV illumination process described above, or
- the electron beam lithographic process described above.
Dans cette première variante de réalisation non limitative, dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur la
Dans une deuxième variante de réalisation non limitative illustrée sur la
Dans cette deuxième variante de réalisation non limitative, les premiers motifs optiques 1110 sont en creux par rapport à la deuxième surface 1.2 du guide de lumière 11, et les deuxièmes motifs optiques 1120 sont en creux par rapport à la première surface 1.1 du guide de lumière 11. Le dispositif de lumière 1 ne comprend qu’un seul réseau de sortie de lumière 112 disposé le long de la première surface 1.1 du guide de lumière 11.In this second non-limiting variant embodiment, the first optical patterns 1110 are hollow relative to the second surface 1.2 of the light guide 11, and the second optical patterns 1120 are hollow relative to the first surface 1.1 of the light guide 11. The light device 1 comprises only a single light output network 112 arranged along the first surface 1.1 of the light guide 11.
Dans cette deuxième variante de réalisation non limitative, tel qu’illustré sur la
On notera que pour réaliser ces premiers motifs optiques 1110 et deuxièmes motifs optiques 1120 en creux, dans des modes de réalisation non limitatifs, on peut utiliser on peut utiliser :
- le procédé de fabrication d’illumination par UV décrit précédemment, ou
- le procédé lithographique par faisceau d’électrons décrit précédemment. It will be noted that to produce these first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 in hollow form, in non-limiting embodiments, it is possible to use:
- the UV illumination manufacturing process described above, or
- the electron beam lithographic process described previously.
Dans cette deuxième variante de réalisation non limitative, dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur la
La
Dans un mode de réalisation non limitatif illustré sur la
Bien entendu la description de l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et au domaine décrit ci-dessus. Of course, the description of the invention is not limited to the embodiments described above and to the field described above.
Ainsi, l’invention décrite présente notamment les avantages suivants :
- elle permet d’augmenter l’efficacité de la collecte de lumière en entrée du guide de lumière 11 et l’efficacité de la lumière en sortie du guide de lumière 11. Ainsi, selon les expérimentations, on obtient une efficacité d’entrée jusqu’à sensiblement 56%, à savoir la lumière émise par la source de lumière 10 entre à 56% dans le guide de lumière 11 ; et on obtient une efficacité de sortie jusqu’à sensiblement 56%, à savoir la lumière ressort sensiblement à 56% du guide de lumière 11 par rapport à la lumière propagée dans le guide de lumière 11, et une efficacité de sortie entre 50% et 56% si on ajoute un collimateur de lumière 12,
- elle permet de réduire les pertes de lumière et est ainsi d’être plus efficace qu’un dispositif de lumière qui comprendrait un guide de lumière surfacique avec une nappe de guidage de lumière et des éléments d’injection de lumière pliés, connus de l’homme du métier, pour former un empilement par lequel les rayons lumineux de la source de lumière entrent. En effet, dans le cas d’éléments d’injection de lumière pliés et comprenant ainsi une pliure, les rayons lumineux de la source de lumière qui atteignent cette pliure ne sont pas réfléchis vers la nappe de guidage de lumière, d’où une perte en efficacité lumineuse,
- elle permet d’avoir des premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes motifs optiques 1120 compatibles avec un mode de fabrication à grande échelle ; elle réduit le temps de procédé de fabrication du photomasque par rapport à une solution qui utilise la lithographie par faisceau d’électrons ou la gravure laser, car les premiers motifs optiques 1110 et les deuxièmes motifs optiques 1120 ne présentent pas de zones d’ombre, zones d’ombres qui sont non atteignables par le faisceau UV par exemple comme dans le cas de premiers motifs optiques 1110 et de deuxièmes motifs optiques 1120 inclinés de section transversale en forme d’un parallélogramme ; une zone d’ombre étant définie par la projection d’une paroi inclinée d’un motif optique sur le corps 110 du guide de lumière 11 et étant cachée lorsqu’un observateur observe depuis l’extérieur l’ensemble lumineux 3 comprenant le dispositif de lumière 1 avec le guide de lumière 11,
- elle permet ainsi d’avoir un dispositif de lumière 1 plus efficace. Thus, the invention described has in particular the following advantages:
- it makes it possible to increase the efficiency of light collection at the input of the light guide 11 and the efficiency of the light at the output of the light guide 11. Thus, according to the experiments, an input efficiency of up to substantially 56% is obtained, namely the light emitted by the light source 10 enters the light guide 11 at 56%; and an output efficiency of up to substantially 56% is obtained, namely the light emerges at substantially 56% from the light guide 11 compared to the light propagated in the light guide 11, and an output efficiency between 50% and 56% if a light collimator 12 is added,
- it makes it possible to reduce light losses and is thus more efficient than a light device which would comprise a surface light guide with a light guide sheet and folded light injection elements, known to those skilled in the art, to form a stack through which the light rays from the light source enter. Indeed, in the case of folded light injection elements and thus comprising a fold, the light rays from the light source which reach this fold are not reflected towards the light guide sheet, resulting in a loss in luminous efficiency,
- it makes it possible to have first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 compatible with a large-scale manufacturing method; it reduces the manufacturing process time of the photomask compared to a solution that uses electron beam lithography or laser etching, because the first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 do not have shadow areas, shadow areas that are not reachable by the UV beam for example as in the case of first optical patterns 1110 and second optical patterns 1120 inclined with a parallelogram-shaped cross-section; a shadow area being defined by the projection of an inclined wall of an optical pattern onto the body 110 of the light guide 11 and being hidden when an observer observes from the outside the light assembly 3 comprising the light device 1 with the light guide 11,
- it thus allows for a more efficient lighting device.
Selon tous les modes de réalisation décrits ci-dessous mais non illustrés ont pour ambition d’apporter une solution aux inconvénients de l’art antérieur en proposant un guide de lumière amélioré. Le guide de lumière est configuré pour être intégré dans un dispositif lumineux qui est lui-même destiné à équiper un véhicule automobile. Dans l’ensemble de la description, le véhicule automobile est un véhicule automobile de tout type, notamment un véhicule de tourisme, un véhicule utilitaire, un camion ou même un bus.According to all the embodiments described below but not illustrated, the aim is to provide a solution to the drawbacks of the prior art by proposing an improved light guide. The light guide is configured to be integrated into a light device which is itself intended to equip a motor vehicle. Throughout the description, the motor vehicle is a motor vehicle of any type, in particular a passenger vehicle, a utility vehicle, a truck or even a bus.
Le dispositif lumineux comprend au moins un guide de lumière et au moins une source lumineuse configurée pour produire un faisceau lumineux monochromatique. La lumière issue d’une telle source lumineuse ne comprend que des rayons d'une seule longueur d’onde, c’est-à-dire qu’elle ne comprend que des rayons lumineux ayant une couleur spécifique.The light device comprises at least one light guide and at least one light source configured to produce a monochromatic light beam. The light from such a light source comprises only rays of a single wavelength, that is, it comprises only light rays having a specific color.
Ainsi, selon un mode de réalisation du dispositif lumineux, la source lumineuse dudit dispositif lumineux émet une lumière monochromatique de couleur bleue ayant une longueur d’onde comprise entre 450 nm et 460 nm, voire égale à 455 nm. Thus, according to one embodiment of the light device, the light source of said light device emits a monochromatic light of blue color having a wavelength between 450 nm and 460 nm, or even equal to 455 nm.
De manière générale, le guide de lumière comprend un guide d’ondes comportant un matériau transparent ayant un premier indice de réfraction. Ce matériau transparent peut notamment être du polycarbonate. Le premier indice de réfraction est par exemple compris entre 1.4 et 1.8. Selon un mode de réalisation préférentiel, ce premier indice de réfraction est plus particulièrement égal à 1.6065.Generally, the light guide comprises a waveguide comprising a transparent material having a first refractive index. This transparent material may in particular be polycarbonate. The first refractive index is for example between 1.4 and 1.8. According to a preferred embodiment, this first refractive index is more particularly equal to 1.6065.
Optionnellement, le guide d’ondes peut être entouré d’une couche protectrice comportant un deuxième matériau transparent ayant un deuxième indice de réfraction qui est inférieur au premier indice de réfraction du matériau du guide d’ondes. Le guide d’ondes a par exemple une épaisseur comprise entre 50 µm et 125 µm. Selon un mode de réalisation préférentiel, l’épaisseur du guide d’ondes est égale à 75 µm.Optionally, the waveguide may be surrounded by a protective layer comprising a second transparent material having a second refractive index which is lower than the first refractive index of the waveguide material. The waveguide has, for example, a thickness of between 50 µm and 125 µm. According to a preferred embodiment, the thickness of the waveguide is equal to 75 µm.
Le guide de lumière comporte de plus un premier réseau de diffraction en entrée du guide d'onde et configuré pour laisser passer le faisceau lumineux monochromatique issu de la source lumineuse comprise par le dispositif lumineux au sein duquel le guide de lumière est destiné à être agencé, de sorte à ce que ledit faisceau lumineux entre à l’intérieur dudit guide d’ondes pour s’y propager. Pour ce faire, là au moins une source lumineuse est juxtaposée au premier réseau de diffraction de sorte que le faisceau lumineux traverse ledit premier réseau de diffraction pour ensuite pénétrer dans le guide d’onde à l’intérieur duquel il se propage. Dans un mode de réalisation non illustré, le faisceau lumineux est reflété par l’interface entre le guide d’onde et la couche protectrice avec un angle de 45°. The light guide further comprises a first diffraction grating at the input of the waveguide and configured to allow the monochromatic light beam from the light source included by the light device within which the light guide is intended to be arranged to pass, so that said light beam enters inside said waveguide to propagate therein. To do this, at least one light source is juxtaposed with the first diffraction grating so that the light beam passes through said first diffraction grating and then enters the waveguide inside which it propagates. In an embodiment not shown, the light beam is reflected by the interface between the waveguide and the protective layer with an angle of 45°.
Le guide de lumière comporte également au moins un deuxième réseau de diffraction en sortie du guide d’ondes et distinct du premier réseau de diffraction, le deuxième réseau de diffraction étant configuré pour laisser sortir le faisceau lumineux monochromatique du guide d’ondes et vers un environnement extérieur au guide de lumière. Une partie du faisceau lumineux qui se propage à l’intérieur du guide d’onde passe donc à travers le deuxième réseau de diffraction pour sortir du guide d’ondes.The light guide also comprises at least one second diffraction grating at the output of the waveguide and distinct from the first diffraction grating, the second diffraction grating being configured to allow the monochromatic light beam to exit the waveguide and towards an environment outside the light guide. A portion of the light beam which propagates inside the waveguide therefore passes through the second diffraction grating to exit the waveguide.
On entend ici par « réseau de diffraction » un dispositif optique composé d'une série de fentes parallèles qui sont espacées de manière régulière. L'espacement entre deux fentes voisines est appelé le « pas » du réseau. L’expression « série de fentes » désigne toute surface pourvue de reliefs configurés pour former un réseau de diffraction.The term "diffraction grating" herein refers to an optical device composed of a series of parallel slits that are regularly spaced. The spacing between two neighboring slits is called the "pitch" of the grating. The term "series of slits" refers to any surface provided with reliefs configured to form a diffraction grating.
Plusieurs configurations peuvent être imaginées pour la répartition du premier réseau de diffraction et du ou des deuxièmes réseaux de diffraction au sein du guide de lumière. En effet, le guide de lumière peut comporter plusieurs deuxièmes réseaux de diffraction.Several configurations can be imagined for the distribution of the first diffraction grating and the second diffraction grating(s) within the light guide. Indeed, the light guide can comprise several second diffraction gratings.
Le premier réseau de diffraction et le deuxième réseau de diffraction sont agencés sur la surface du guide d’ondes ou bien à l’interface entre le guide d’ondes et la couche protectrice entourant ce guide d’ondes.The first diffraction grating and the second diffraction grating are arranged on the surface of the waveguide or at the interface between the waveguide and the protective layer surrounding this waveguide.
Le premier réseau de diffraction et le deuxième réseau de diffraction comprennent chacun un arrangement de fentes en surface. Dans un mode de fabrication non limitatif, un procédé de lithographie par faisceau d'électrons est utilisé pour faire un photomasque pour réaliser les fentes , notamment en utilisant un masque de silicium dans un exemple non limitatif. Dans un mode de réalisation non limitatif, pour faire une pièce de réplique du photomasque, les fentes sont fabriquées par nanostructuration, par exemple par nanoimpression de manière à modeler des substrats de grande dimension avec des microtextures et des nanotextures (« roll-to-plate process en anglais). Les fentes de taille nanométrique ainsi fabriquées peuvent comprendre des matériaux diélectriques avec un indice de réfraction élevé, par exemple un indice de réfraction supérieur à deux. The first diffraction grating and the second diffraction grating each comprise an arrangement of surface slits. In a non-limiting embodiment, an electron beam lithography process is used to make a photomask for producing the slits, in particular using a silicon mask in a non-limiting example. In a non-limiting embodiment, to make a replica part of the photomask, the slits are manufactured by nanostructuring, for example by nanoimprinting so as to pattern large substrates with microtextures and nanotextures (roll-to-plate process in English). The nanometric sized slits thus manufactured may comprise dielectric materials with a high refractive index, for example a refractive index greater than two.
Selon un mode de réalisation, les fentes sont par exemple placés sur le guide d’ondes. Le matériau du guide d’ondes est flexible et il est choisi pour fournir un support structurel approprié et pour laisser passer une majorité de la lumière qui le traverse.According to one embodiment, the slots are for example placed on the waveguide. The material of the waveguide is flexible and is chosen to provide suitable structural support and to allow a majority of the light passing through it to pass through.
Selon un autre mode de réalisation, les fentes peuvent être creusées dans le matériau du guide d’ondes 6. De cette façon, les fentes sont moins exposées à l’environnement, ce qui peut éviter leur endommagement. Dans ce mode de réalisation, les fentes sont par exemple creusées dans le substrat à l’aide d’un faisceau d'ions dirigé vers la surface du matériau du guide d’ondes 6.According to another embodiment, the slots can be hollowed out in the material of the waveguide 6. In this way, the slots are less exposed to the environment, which can prevent their damage. In this embodiment, the slots are for example hollowed out in the substrate using an ion beam directed towards the surface of the material of the waveguide 6.
De manière générale, les propriétés optiques d’un réseau de diffraction sont définies par plusieurs paramètres, dont la longueur d'onde de la source lumineuse utilisée pour éclairer le guide de lumière qui comprend ces réseaux de diffraction; le matériau utilisé pour les fentes et par la forme et les dimensions desdites fentes. Autrement dit, la densité de matière du réseau de diffraction considéré définit en grande partie l’effet qu’a ce réseau de diffraction sur le faisceau lumineux qui le traverse. Generally speaking, the optical properties of a diffraction grating are defined by several parameters, including the wavelength of the light source used to illuminate the light guide that includes these diffraction gratings; the material used for the slits and the shape and dimensions of said slits. In other words, the material density of the diffraction grating considered largely defines the effect that this diffraction grating has on the light beam that passes through it.
La géométrie des fentes des réseaux de diffraction peut être spécifiquement définie pour optimiser l’efficacité du réseau de diffraction. Plus particulièrement, le pas du réseau, l’angle d’inclinaison des fentes, tout comme leur hauteur et leur largeur peut être définie en fonction d’une longueur d’onde déterminée afin de maximiser l’efficacité du premier réseau de diffraction et du deuxième réseau de diffraction. L’on peut d’ailleurs définir un coefficient de densité (« fill factor » en anglais) comme la largeur d’une fente d’un réseau divisé par le pas du réseau de diffraction considéré.The geometry of the slits of diffraction gratings can be specifically defined to optimize the efficiency of the diffraction grating. More specifically, the grating pitch, the angle of inclination of the slits, as well as their height and width can be defined as a function of a given wavelength in order to maximize the efficiency of the first diffraction grating and the second diffraction grating. A density coefficient (fill factor) can also be defined as the width of a slit in a grating divided by the pitch of the diffraction grating in question.
Ainsi, pour un même guide de lumière, le premier réseau de diffraction présente un premier pas et le deuxième réseau de diffraction présente un deuxième pas identique au premier pas. Autrement dit, les fentes du premier réseau de diffraction ont le même espacement que les fentes du deuxième réseau de diffraction.Thus, for the same light guide, the first diffraction grating has a first pitch and the second diffraction grating has a second pitch identical to the first pitch. In other words, the slits of the first diffraction grating have the same spacing as the slits of the second diffraction grating.
Dans ce guide de lumière, au moins une partie des fentes du premier et/ou du deuxième réseau de diffraction s’étendent de manière oblique par rapport à la surface du guide d’ondes de façon à définir un angle d’inclinaison entre lesdites fentes et la surface du guide d’ondes. Plus précisément, les fentes du premier réseau de diffraction s’étendent de manière oblique par rapport à la surface du guide d’ondes de façon à définir un premier angle d’inclinaison tandis que les fentes du deuxième réseau de diffraction s’étendent de manière oblique par rapport à la surface du guide d’ondes de façon à définir un deuxième angle d’inclinaison.In this light guide, at least a portion of the slits of the first and/or second diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define an angle of inclination between said slits and the surface of the waveguide. More specifically, the slits of the first diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define a first angle of inclination while the slits of the second diffraction grating extend obliquely relative to the surface of the waveguide so as to define a second angle of inclination.
Par ailleurs, les fentes du premier réseau de diffraction et les fentes du deuxième réseau de diffraction présentent également des hauteurs identiques. Plus précisément, les fentes du premier réseau de diffraction présentent une première hauteur et les fentes du deuxième réseau de diffraction présentent une deuxième hauteur identique à la première hauteur. On notera que les fentes d’un même réseau de diffraction ont toutes la même hauteur.Furthermore, the slits of the first diffraction grating and the slits of the second diffraction grating also have identical heights. More precisely, the slits of the first diffraction grating have a first height and the slits of the second diffraction grating have a second height identical to the first height. Note that the slits of the same diffraction grating all have the same height.
De manière similaire, les fentes du premier réseau de diffraction et les fentes du deuxième réseau de diffraction peuvent présenter des largeurs identiques. Plus précisément, les fentes du premier réseau de diffraction présentent une première largeur et les fentes du deuxième réseau de diffraction présentent une deuxième largeur identique à la première largeur. On notera que les fentes d’un même réseau de diffraction ont toutes la même largeur.Similarly, the slits of the first diffraction grating and the slits of the second diffraction grating may have identical widths. More precisely, the slits of the first diffraction grating have a first width and the slits of the second diffraction grating have a second width identical to the first width. Note that the slits of the same diffraction grating all have the same width.
En utilisant des paramètres identiques pour les fentes du premier réseau de diffraction et les fentes du deuxième réseau de diffraction, il est possible de réutiliser les mêmes dimensions pour le masque de lithographie par faisceau d'électrons lors de la fabrication desdits réseaux de diffraction pour le guide de lumière.By using identical parameters for the slits of the first diffraction grating and the slits of the second diffraction grating, it is possible to reuse the same dimensions for the electron beam lithography mask when manufacturing said diffraction gratings for the light guide.
Selon un mode de réalisation du dispositif lumineux, la source lumineuse émet une lumière monochromatique de couleur bleue ayant une longueur d’onde comprise entre 450 nm et 460 nm, voire égale à 455 nm. Le faisceau lumineux issu de la source lumineuse se propage perpendiculairement à la surface du guide de lumière sur laquelle est agencé le premier réseau de diffraction à travers lequel le faisceau lumineux est destiné à pénétrer dans ledit guide de lumière. Autrement dit, l’angle d’incidence du faisceau lumineux F issu de la source lumineuse 4 par rapport à la surface du guide de lumière sur laquelle est agencé le premier réseau de diffraction est un angle droit, il s’agit d’une incidence normale.According to one embodiment of the light device, the light source emits a blue monochromatic light having a wavelength of between 450 nm and 460 nm, or even equal to 455 nm. The light beam from the light source propagates perpendicular to the surface of the light guide on which the first diffraction grating is arranged, through which the light beam is intended to penetrate into said light guide. In other words, the angle of incidence of the light beam F from the light source 4 relative to the surface of the light guide on which the first diffraction grating is arranged is a right angle; this is a normal incidence.
Dans ce mode de réalisation particulier, le premier réseau de diffraction présente par un exemple un coefficient de densité égal à 0.5456 Selon un exemple spécifique non limitatif, le premier réseau de diffraction présente un premier pas de 402nm avec des fentes qui ont une première largeur égale à 183 nm. Ces fentes présentent en outre une première hauteur de 459 nm et s’étendent de manière oblique par rapport à la surface du guide de lumière de sorte à former un premier angle d’inclinaison de 30°. Dans cet exemple spécifique, les valeurs de ces différents paramètres contribuent à une efficacité de 96% pour ce premier réseau de diffraction.In this particular embodiment, the first diffraction grating has, for example, a density coefficient equal to 0.5456. According to a specific non-limiting example, the first diffraction grating has a first pitch of 402 nm with slits which have a first width equal to 183 nm. These slits also have a first height of 459 nm and extend obliquely relative to the surface of the light guide so as to form a first inclination angle of 30°. In this specific example, the values of these different parameters contribute to an efficiency of 96% for this first diffraction grating.
Dans ce même guide de lumière, le deuxième réseau de diffraction présente par un exemple un coefficient de densité égal à 0.5456. Selon un exemple spécifique non limitatif, le deuxième réseau de diffraction présente un deuxième pas de 402 nm avec des fentes qui ont une deuxième largeur égale à 183 nm. Ces fentes présentent en outre une deuxième hauteur de 459 nm et s’étendent de manière oblique par rapport à la surface du guide de lumière de sorte à former un deuxième angle d’inclinaison de 30°. Dans cet exemple spécifique, les valeurs des différents paramètres contribuent à une efficacité de 96% pour ce deuxième réseau de diffraction.In this same light guide, the second diffraction grating has, for example, a density coefficient equal to 0.5456. According to a specific non-limiting example, the second diffraction grating has a second pitch of 402 nm with slits which have a second width equal to 183 nm. These slits also have a second height of 459 nm and extend obliquely relative to the surface of the light guide so as to form a second inclination angle of 30°. In this specific example, the values of the different parameters contribute to an efficiency of 96% for this second diffraction grating.
En adaptant les paramètres du premier réseau de diffraction et du deuxième réseaux de diffraction du guide de lumière en fonction de la longueur d’onde du faisceau produit par la source lumineuse du dispositif lumineux, l’efficacité du résultat optique, qui correspond au taux de transmission de lumière du faisceau à travers le guide de lumière comprenant de tels premier et deuxième réseaux de diffraction, est par exemple supérieur à 75% et notamment supérieure à 80%, notamment supérieur à 90%. Grâce à ce taux de transmission élevé, il est ainsi possible d’utiliser une source lumineuse moins puissante et plus économe en énergie pour un résultat tout aussi satisfaisant que celui observé pour l’art antérieur. L’utilisation d’une telle source lumineuse peut également permettre d’éviter un échauffement de ladite source lumineuse et de son environnement.By adapting the parameters of the first diffraction grating and the second diffraction grating of the light guide as a function of the wavelength of the beam produced by the light source of the light device, the efficiency of the optical result, which corresponds to the light transmission rate of the beam through the light guide comprising such first and second diffraction gratings, is for example greater than 75% and in particular greater than 80%, in particular greater than 90%. Thanks to this high transmission rate, it is thus possible to use a less powerful and more energy-efficient light source for a result that is just as satisfactory as that observed for the prior art. The use of such a light source can also make it possible to avoid heating of said light source and its environment.
Dans un mode de réalisation, le guide de lumière comprend un élément comprenant du phosphore qui est agencé directement sur la surface du guide d’ondes ou bien sur la couche entourant le guide d’ondes. Cet élément est agencé à proximité du deuxième réseau de diffraction de sorte qu’un faisceau lumineux issu dudit deuxième réseau de diffraction traverse également ledit élément comprenant du phosphore. Par ailleurs, cet élément est agencé directement sur la surface du guide d’ondes ou bien sur la couche entourant le guide d’ondes.In one embodiment, the light guide comprises a phosphor-containing element which is arranged directly on the surface of the waveguide or on the layer surrounding the waveguide. This element is arranged in proximity to the second diffraction grating such that a light beam from said second diffraction grating also passes through said phosphor-containing element. Furthermore, this element is arranged directly on the surface of the waveguide or on the layer surrounding the waveguide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’élément comprenant du phosphore présente un troisième indice de réfraction supérieur au premier indice de réfraction du matériau du guide d’ondes et, en l’occurrence, également supérieur au deuxième indice de réfraction du matériau de la couche entourant le guide d’ondes. Selon un exemple particulier, le troisième indice de réfraction de l’élément comprenant du phosphore est égal à 4. According to a particular embodiment, the element comprising phosphorus has a third refractive index greater than the first refractive index of the waveguide material and, in this case, also greater than the second refractive index of the material of the layer surrounding the waveguide. According to a particular example, the third refractive index of the element comprising phosphorus is equal to 4.
Le faisceau lumineux issu du deuxième réseau de diffraction est donc destiné à passer à travers un élément comprenant du phosphore. Cet élément comprenant du phosphore est destiné à recevoir un faisceau lumineux issu d’un deuxième réseau de diffraction et il est configuré pour produire un faisceau lumineux polychromatique à la sortie du guide de lumière.The light beam from the second diffraction grating is therefore intended to pass through an element comprising phosphorus. This element comprising phosphorus is intended to receive a light beam from a second diffraction grating and is configured to produce a polychromatic light beam at the exit of the light guide.
Par exemple, dans le cas où la source lumineuse est une source de lumière monochromatique qui émet de la lumière bleue, l’élément comprenant du phosphore peut permettre de colorer une partie de la lumière bleue en lumière blanche, optionnellement avec une teinte jaune ou une teinte bleue plus ou moins prononcée. For example, in the case where the light source is a monochromatic light source which emits blue light, the element comprising phosphorus can make it possible to color part of the blue light into white light, optionally with a yellow tint or a more or less pronounced blue tint.
Un tel guide de lumière selon l’invention permet donc de véhiculer un faisceau lumineux d’un endroit vers un autre de manière efficace, c’est-à-dire avec peu de perte. Grâce au paramètres des réseaux de diffraction qui sont spécifiquement configurés pour une longueur d’onde donnée, une majorité de la lumière monochromatique du faisceau lumineux produit par la source lumineuse est ainsi transmise par l’intermédiaire du guide de lumière. Such a light guide according to the invention therefore makes it possible to convey a light beam from one place to another efficiently, i.e. with little loss. Thanks to the parameters of the diffraction gratings which are specifically configured for a given wavelength, a majority of the monochromatic light of the light beam produced by the light source is thus transmitted via the light guide.
Un tel guide de lumière selon l’invention ne craint pas ou peu les éventuels chocs et/ou vibrations générés par l’utilisation du véhicule automobile au sein duquel ledit guide de lumière est intégré et propose donc une alternative plus robuste, plus fiable et plus efficace que les guides de lumière connus de l’état de l’art.
Such a light guide according to the invention is not susceptible to, or only slightly to, possible shocks and/or vibrations generated by the use of the motor vehicle in which said light guide is integrated and therefore offers a more robust, more reliable and more efficient alternative than the light guides known from the state of the art.
Claims (18)
- une source de lumière (10) configurée pour émettre des rayons lumineux (R),
- un guide de lumière (11) comprenant un corps (110) configuré pour propager lesdits rayons lumineux (R) émis par ladite source de lumière (10),
caractérisé en ce que ledit guide de lumière (1) comprend en outre :
- un réseau d’entrée de lumière (111) par diffraction comprenant une pluralité de premiers motifs optiques (1110) présentant un premier angle (α) et répétés de façon périodique selon une première période (T),
- un réseau de sortie de lumière (112) par diffraction comprenant une pluralité de deuxièmes motifs optiques (1120) présentant un deuxième angle (α’) et répétés de façon périodique selon une deuxième période (T’) égale à la première période (T), ledit premier angle (α) et ledit deuxième angle (α’) étant égaux en valeur absolue et de même sens ou de sens opposé,
et en ce que ladite source de lumière (10) est disposée en face dudit réseau d’entrée de lumière (111) de sorte que les rayons lumineux (R) entrent dans ledit réseau d’entrée de lumière (111). Light device (1) for vehicle (2), said light device (1) comprising:
- a light source (10) configured to emit light rays (R),
- a light guide (11) comprising a body (110) configured to propagate said light rays (R) emitted by said light source (10),
characterized in that said light guide (1) further comprises:
- a light input grating (111) by diffraction comprising a plurality of first optical patterns (1110) having a first angle (α) and repeated periodically according to a first period (T),
- a light output grating (112) by diffraction comprising a plurality of second optical patterns (1120) having a second angle (α') and repeated periodically according to a second period (T') equal to the first period (T), said first angle (α) and said second angle (α') being equal in absolute value and of the same direction or of the opposite direction,
and in that said light source (10) is arranged opposite said light input array (111) so that light rays (R) enter said light input array (111).
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