WO2012146873A1 - Module a diodes electroluminescentes et vitrage lumineux avec un tel module a diodes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module à diodes électroluminescentes (100), avec une carte de circuit imprimée (20) porteuse de diodes (1 à 12) connectées suivant un circuit électrique série parallèle comportant ainsi plusieurs branches de circuit (B1 à B4) alimentées par une alimentation électrique commune (V), chaque branche comprenant deux diodes périphériques et éventuellement au moins une diode interne. Au moins l'une des branches, multidiodes, comporte au moins une diode interne de référence, les deux diodes les plus proches de la diode de réfé- rence étant de branche(s) distincte(s) de ladite branche multidiodes. Et /ou au moins l'une des branches bidiodes comporte deux diodes périphériques de réfé- rence et ayant comme diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé une diode d'une branche distincte de ladite branche bidiodes. L'invention concerne aussi un vitrage lumineux avec un tel module.
Description
MODULE A DIODES ELECTROLUMINESCENTES ET VITRAGE LUMINEUX AVEC UN TEL MODULE A DIODES
L'invention concerne un module à diodes électroluminescentes, en particulier comportant une carte de circuit imprimé porteuse d'une pluralité des diodes électroluminescentes, et un vitrage lumineux incorporant un tel module à diodes.
Les diodes électroluminescentes sont des petits composants optoélectroniques qui, sous l'effet d'un courant, émettent un rayonnement lumineux qui peut aller du proche UV au proche IR.
Les diodes électroluminescentes ('DEL' en français ou 'LED' en anglais) sont de plus en plus incorporées dans les vitrages.
II est connu de disposer des diodes électroluminescentes en ligne sur une carte de circuit imprimé (PCB en anglais pour « Printed Circuit Board ») Le module 101 ainsi formé souvent appelé « barrette » comporte par exemple sur la carte 20 une ligne de six diodes numérotées de 1 à 6 d'une extrémité à l'autre de la carte comme montré en figure 1 . Les diodes sont des composants « polarisés », c'est-à-dire qu'ils possèdent une borne positive et négative et que le courant ne peut les parcourir que dans un seul sens (de la borne positive « + » à la borne négative « - »). Ainsi, pour connecter en série deux diodes, il ne faut pas connecter deux bornes de même polarité l'une à l'autre. Les diodes 1 à 6 sont alimentées par une source de tension continue. La première diode 1 (à gauche sur le module) est connectée en série via une première piste électrique 1 i à la deuxième diode 2, elle-même connectée ensuite en série via une deuxième piste électrique 2i à la troisième diode 3. Les diodes 1 à 3 ainsi connectées forment une première branche C1 du circuit électrique. On réalise une deuxième branche C2 en connectant la quatrième diode 4 en série via une troisième piste électrique 1j avec la cinquième diode 5, elle- même connectée ensuite en série via une quatrième piste électrique 2j à la sixième diode 6. Les deux branches C1 , C2 sont connectées en parallèle selon le circuit électrique représenté sur la figure 2. Le circuit électrique ainsi réalisé
réalisé comprend donc deux branches C1 , C2 montées en parallèle, chacune des branches comprenant trois diodes connectées en série : on parle alors de circuit « série/parallèle ».
Pour former un vitrage lumineux à éclairage par la tranche, ce module est disposé en regard de la tranche du vitrage avec la face émettrice des diodes parallèle au vitrage. La lumière se propage dans le vitrage formant guide de lumière et est extraite via l'une des faces principales par des moyens de diffusion de lumière tels qu'un sablage, une gravure ou un acidage.
Or les diodes électroluminescentes, qui sont des composants à base de cristaux semi-conducteurs, sont relativement fragiles. Si leur mise en œuvre n'est pas réalisée avec soin, leur durée de vie effective est bien inférieure à la durée de vie théorique annoncée.
Il en résulte une dégradation inacceptable des performances lumineuses du vitrage lumineux à diodes.
II y a donc un besoin pour fiabiliser le module de diodes et garantir la longévité de la fonction éclairante du vitrage lumineux avec ce module à diodes.
A cet effet, l'invention propose un module à diodes électroluminescentes, le module comprenant une carte de circuit imprimée porteuse de diodes électroluminescentes connectées électriquement suivant un circuit électrique série parallèle comportant ainsi plusieurs branches de circuit, alimentées par une alimentation électrique commune et montées en parallèle, chaque branche comprenant deux diodes électroluminescentes périphériques et éventuellement au moins une diode électroluminescente interne, les diodes périphériques et la diode interne étant ainsi montées en série.
Au moins l'une des branches, dite branche multidiodes, comporte au moins une diode interne de référence, les deux diodes les plus proches de la diode de référence sur la carte de circuit imprimé étant de branche(s) distincte(s) de ladite branche multidiodes, et/ou au moins l'une des branches, dite branche bidiodes comporte un nombre M égal à 2 de diodes, chacune des diodes étant périphérique et dite de référence et ayant comme diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé une diode d'une branche distincte de ladite branche bidiodes.
L'avantage de cette combinaison est d'offrir une plus grande fiabilité et une meilleure durabilité du module à diodes ainsi conçu.
Le principal facteur dégradant une diode et ainsi impactant sa durée de vie est une température excessive, résultant d'un problème thermique, par exemple une mauvaise dissipation thermique de la chaleur produite localement par la diode, et/ou d'un problème électrique, par exemple un courant trop élevé la traversant. Ceci a pour effet d'augmenter la chaleur produite par cette diode. Cela va alors impacter non seulement sa propre température mais également celle de ses voisines. Ainsi, dans le module à diodes de l'art antérieur (montré en figure 1 ) se produit un effet « avalanche » lorsqu'une diode présente une défaillance, c'est-à-dire une propagation de proche en proche des défaillances.
Supposons qu'un problème thermique apparaisse sur la deuxième diode 2 et que cette diode cesse de fonctionner. Dans ce cas, la première diode 1 et la troisième diode 3, qui sont les diodes les plus proches, éventuellement soumises au même stress thermique, sont également soumises à un « stress » électrique. En effet, si la défaillance de la deuxième diode 2 est telle que celle-ci devient passante (court-circuit), alors le courant traversant les diodes 1 et 3 va augmenter et leur dissipation thermique, et donc leur température vont également augmenter. Du coup, ces deux diodes 1 , 3 risquent également de cesser de fonctionner et donc la moitié du module 101 sera inopérant sur une large zone.
L'invention réduit cet effet d'avalanche en découplant (au moins en partie) le schéma électrique et l'implantation physique des diodes sur la carte de circuit imprimé afin de limiter voire de stopper la propagation des défaillances de diodes dues aux effets thermiques et électriques.
Aussi, les risques que la défaillance d'une diode (diode qui ne s'allume plus) ainsi « isolée » se propage sont limités et ainsi le module n'est éteint qu'à un ou des endroits chacun bien délimités. Par l'invention, on limite donc le nombre de diodes défaillantes rapprochées donc on réduit la zone sombre (non lumineuse).
De préférence, on évite de telles propagations des défaillances au moins pour la ou les diodes les plus importantes du point de vue des performances optiques requises par exemple la ou les diodes les plus cen-
centrales notamment dans le cas d'un éclairage par la tranche d'un vitrage.
Les diodes périphériques sont liées au reste du circuit par exemple directement connectées aux autres branches.
De préférence, pour simplifier le circuit :
- la majorité des branches (voire toutes) sont des branches multidiodes ayant chacune au moins une majorité des diodes internes de référence (voire toutes) ou la majorité des branches sont des branches bidiodes (voire toutes) ayant chacune une majorité des diodes périphériques de référence (voire toutes) et de préférence la diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche distincte de la branche multidiodes,
- et/ou au moins la majorité des branches (voire toutes) comporte le même nombre de diodes et les diodes ont de préférence une même tension de fonctionnement voire sont identiques.
Ainsi on préfère tout particulièrement les deux configurations suivantes :
- toutes les branches sont multidiodes et toutes les diodes internes sont des diodes internes de référence - toutes les branches ayant de préférence le même nombre de diodes, notamment des diodes identiques- , et de préférence la diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche distincte de la branche multidiodes ou même les deux diodes les plus proches sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche(s) distincte(s) de ladite branche multidiodes (ainsi notamment les deux diodes périphériques de chaque branche multidiodes ne sont pas plus proches voisines) et en outre de préférence le nombre total de diodes dans l'ensemble des branches multidiodes n'est pas premier,
- toutes les branches sont bidiodes et toutes les diodes sont des diodes internes de références et notamment sont des diodes identiques.
Dans une conception avantageuse, pour une (voire chaque) branche donnée, la distance dite intragroupe entre deux diodes connectées entre elles est ajustée en fonction de la puissance dissipée par les diodes, de la
résistance thermique des diodes, de la conductivité thermique de la carte de circuit imprimé.
Dans une conception avantageuse, la distance dite intragroupe entre deux diodes internes de référence d'une même branche multidiodes ou de deux diodes périphériques de référence d'une branche bidiodes est supérieure à 10 mm, voire à 20 mm et de préférence inférieure à 200 mm, voire à 100 mm.
De préférence, l'alimentation est en continu, notamment en tension et de préférence en 12 V, notamment pour une intégration du module dans un véhicule, ou dans lequel l'alimentation est le secteur , notamment en 220 V ou 1 10 V, notamment pour une application bâtiment, et le module comporte éventuellement une résistance de régulation commune aux branches et relié à l'alimentation électrique ou comporte un transformateur relié à l'alimentation électrique et/ou le module comporte dans chaque branche une résistance interne de régulation.
De préférence, les diodes sont réparties de manière régulière dans une zone ou sur l'ensemble de la carte. Par exemple, les diodes sont équidistantes. Toutefois en fonction des performances optiques recherchées on peut souhaiter adapter la densité des diodes.
Aussi, sur la carte de circuit imprimée, les diodes peuvent être espacées entre elles d'une distance interdiodes donnée constante ou lorsque la distance interdiodes est variable la distance interdiode maximale peut être inférieure à 20 fois, voire à 10 fois, et même à 5 fois, la distance interdiode minimale, et éventuellement lorsque la distance entre deux diodes sur la carte de circuit est suffisamment élevée, les deux diodes font partie de la même branche.
Les diodes peuvent être disposées sur la carte de circuit imprimé sur (au moins) une ligne et chaque diode interne de référence est directement connectée à deux diodes de sa branche multidiodes qui sont plus éloignées que ses deux plus proches voisines sur la ligne.
Les diodes peuvent être disposées sur la carte de circuit imprimé en un nombre entier N de lignes, notamment au moins une ligne ayant quatre diodes (et de préférence la majorité des lignes ayant quatre diodes), le circuit est
divisée en N sous circuits série parallèle reliés électriquement et chacun des sous circuits étant associé à une ligne distincte.
Les diodes peuvent être disposées sur la carte de circuit imprimé en plusieurs lignes, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes ligne par ligne.
Les diodes peuvent être disposées sur la carte de circuit imprimé en plusieurs lignes, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes appartenant à plusieurs lignes, et dans lequel dans le cas d'une disposition matricielle notamment suivant un motif carré ou rectangulaire au moins une diode interne de référence ou une diode périphérique de référence est de préférence directement connectée à une diode sur une diagonale, et notamment une diode sur une ligne qui n'est pas adjacente (on saute ainsi au moins une ligne).
Dans une conception avantageuse, la majorité des branches, voire toutes les branches, ne comportent comme composants électroniques que les- dites diodes.
Chaque diode d'une même branche peut être traversée par un courant identique.
On peut toutefois envisager d'ajouter des composants tels que des résistances dans les branches par exemple à la suite d'une des diodes périphériques de branches.
Les diodes peuvent typiquement avoir comme taille (largeur) quelques mm, moins d'1 cm.
On peut disposer un régulateur linéaire entre l'alimentation électrique et les diodes (périphériques) de chaque branche directement connectées à l'alimentation électrique.
Un régulateur linéaire de courant est un composant qui délivre un courant calibré et constant traversant les diodes s'il est alimenté avec une source de tension qui lui donne à la fois une tension et une puissance minimales. Le régulateur permet à la fois d'« absorber » les surtensions éventuelles de la source d'alimentation (tension) et de contrôler finement le fonctionnement des diodes dans le module (courant nominal fixé à l'avance). Le régulateur permet de prévenir les défaillances électriques lié à la source de
tension en complément de la connectique selon l'invention permettant de parer à des problèmes qui surviendraient au niveau du module lui-même.
Dans une conception avantageuse, les branches comportent le même nombre de diodes et les diodes ont une même tension de fonctionnement, et pour chaque branche est affecté un rang pour chaque diode en fonction de sa position dans la branche, chaque point de connexion d'une diode de rang donné est relié à un point de connexion d'une diode de même rang d'une autre branche.
Ces ponts entre branches permettent de fiabiliser encore davantage le module car si une diode d'une branche cesse de fonctionner (circuit ouvert) les diodes de sa branche continuent à fonctionner.
Les diodes émettent de préférence de la lumière blanche. La tension de fonctionnement à leurs bornes est alors typiquement entre 2 et 5 V.
Pour un éclairage par extraction de lumière guidée, le module est généralement en regard de la tranche du vitrage mais peut aussi être sur un trou pratiqué en bordure d'une face principale du vitrage.
Les diodes peuvent être de type à émission latérale ('side emitting' en anglais) la carte de circuit imprimé est alors parallèle au vitrage tout comme la face émettrice des puces, par exemple placée en regard de la tranche du vi- trage.
Chaque diode électroluminescente peut comprendre au moins une puce semi conductrice, et de préférence chaque diode d'une même branche est identique.
Dans le cas d'une alimentation en 220 V (respectivement 1 10 V), on peut préférer un nombre limité de branches chacune avec beaucoup de diodes, par exemple au moins 40 (respectivement 20) notamment à émission blanche.
Dans le cas d'une alimentation en 12 V, on peut préférer des branches de trois diodes notamment à émission blanche.
Les diodes ont par exemple un demi-angle d'ouverture de 60°.
L'invention s'applique à tout module de diodes utilisé dans un contexte où la fiabilité est de la première importance. Ces modules peuvent être intégrés ou utilisés en association avec tout types de systèmes, en particulier des vitrages en verre minéral ou organique : vitrages automobiles (toit en verre,
vitre latérale, pare-brise, lunette arrière, custode, fenestron....) ; vitrages pour le transport (train, avion, bateau, etc ..) ; vitrages pour le bâtiment (verres de façade, vitre pour les habitations...), verres pour la décoration (miroir, paroi vitré, garde-corps, porte, étagère, élément de mobilier, etc ..) ; verres pour la réfrigération commerciale (étagère ou porte en verre) ; verres pour les appareils ménagers (plaque de vitrocéramique, porte de four en verre, etc .).
Ainsi est proposé un vitrage lumineux, notamment de véhicule, comprenant un module à diodes électroluminescentes tel que défini précédemment et couplé optiquement au vitrage.
Le module à diodes électroluminescentes peut être agencé pour une propagation des rayons lumineux dans l'épaisseur du vitrage formant ainsi guide de lumière, notamment est couplé optiquement avec la tranche du vitrage, et dans lequel le vitrage comprend des moyens d'extraction de la lumière guidée par exemple sur l'une de ses faces principales ou par gravure laser interne.
Le vitrage peut être monolithique ou multiple (feuilleté, vitrage isolant, sous vide...). Le vitrage peut être plan ou bombé.
Le module peut être encapsulé par une encapsulation polymérique, en périphérie du vitrage notamment de véhicule.
Le module peut être monté au vitrage par un profilé, notamment métallique, comportant une partie centrale et au moins une partie latérale (sur l'une des faces principales du vitrage.
Dans la zone de couplage optique (qui est la zone d'injection de lumière), le vitrage qui est de préférence en verre minéral, peut être revêtu d'un élément de masquage (donc qui est suffisamment opaque, noir) qui est de préférence un émail et/ou une encapsulation et/ou le vitrage en verre organique, notamment en polycarbonate, peut être teinté sur une fraction de son épaisseur (donc qui est suffisamment opaque, noir....) masquant la zone de couplage optique (partie restante transparente du verre organique).
L'invention trouve un intérêt particulier pour les vitrages dans lesquels le module de diodes ne peut pas être remplacé facilement par exemple un vitrage (notamment de véhicule) à éclairage par extraction de lumière guidée dans lequel le module de diodes est entouré par une encapsulation
polymérique (périphérique au vitrage). La durée de vie d'un tel vitrage lumineux à module selon l'invention est potentiellement rallongée par rapport à un vitrage lumineux à module de l'art antérieur car les défaillances ponctuelles n'influent pas sur l'homogénéité de la surface lumineuse donc le vitrage lumineux respecte encore les spécifications (n'est pas mis au rebut).
Et par l'invention, la distance à partir de laquelle les flux vont se mélanger est plus proche du bord du vitrage à éclairage par extraction de lumière guidée dont cela procure une plus grande liberté dans le choix du positionnement des moyens de diffusion de lumière et de son étendue et de son design.
Par l'invention, en limitant donc le nombre de diodes défaillantes rapprochées donc on réduit la zone sombre (non lumineuse). En particulier dans le cas d'un vitrage avec le module de diodes à éclairage par extraction de lumière guidée, la zone sombre est cantonnée à une zone de bord suffisamment étroite pour ne pas pénaliser les performances lumineuses du vitrage. Il peut s'agir de préférence d'une zone de bord sans moyen de diffusion de lumière. Par exemple cette zone de bord (de quelques mm à quelques dizaines de mm) est masquée par un cadre par exemple la partie latérale ou jambe d'un profilé en U porteur du module, en particulier pour un vitrage pour le bâtiment et/ou pour la décoration. Dans le cas d'un vitrage pour véhicule, cette zone de bord peut être aussi masquée par un émail noir opaque (classiquement utilisé) et/ou par une encapsulation polymérique périphérique du vitrage (classiquement utilisé) comme par exemple telle que décrite dans la demande de brevet WO2010/049638 ou encore être une partie opaque (noire) d'un vitrage polycarbonate.
L'encapsulation polymérique, notamment épaisse de 0,5 mm à plusieurs cm, est obtenue de préférence par surmoulage.
Dans les applications de véhicules, la matière d'encapsulation est généralement noire ou colorée (pour des fins esthétiques et/ou de masquage). L'encapsulation peut être en polyuréthane, notamment en PU-RIM (Reaction In Mold en anglais). D'autres matières de surmoulage sont :
- les thermoplastiques souples :
thermoplastique élastomère (TPE), notamment composés à base de styrène éthylène butadiène styrène SEBS/ polypropy- lène (PP), thermoplastique TPU, polypropylène PP/EPDM, polyvinyle chlore (PVC), terpolymère éthylène-propylène- diène (EPDM),
- thermoplastiques rigides :
polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyamide (PA66), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), et leurs alliages ABS-PC, polystyrène (PS), acrylonitrile styrène acrylate ASA.
La matière de surmoulage peut être colorée, chargée des fibres de verre.
Une couche de primaire, mono, bi ou tri-composants, est par exemple à base de polyuréthane, polyester, polyvinyle acétate, isocyanate par exemple épaisse de 5 à 50 μιτι, et est entre l'encapsulation et le vitrage en particulier en verre minéral, car cette couche favorise l'adhésion à un verre minéral.
Le surmoulage apporte également une bonne finition esthétique et permet d'intégrer d'autres éléments ou fonctions :
- surmoulage de cadres,
- inserts de renforcement ou inserts de fixation du vitrage, notamment pour les vitrages ouvrants,
- profil d'étanchéité à lèvres multiples (double, triple ...), s'écrasant après montage sur la carrosserie,
- enjoliveur.
Le surmoulage peut être de toute forme, avec ou sans lèvre.
Un tubing, autrement dit un profil d'étanchéité à cellules fermées, peut aussi être accolé au surmoulage.
De préférence pour un toit, on réalise une encapsulation flush, c'est-à- dire affleurante à une des faces principales du vitrage.
Plus largement, le vitrage lumineux avec le module selon l'invention peut comprendre un élément de masquage d'éventuelle lumière parasite (notamment en face opposée à la face d'extraction, à proximité de la zone
d'injection), et/ou de masquage de la fixation du vitrage à la carrosserie du véhicule, l'élément de masquage pouvant être :
- une encapsulation polymérique (suffisamment opaque, noire) déjà décrite,
- et/ou un émail suffisamment opaque, sur la périphérie d'une des faces principales du vitrage ou une face d'un film en feuille rapportée en regard d'une des faces principales notamment lorsque le surmoulage est monoface ou biface,
- et/ou une surface réfléchissante (couche ...) sur la périphérie d'une des faces principales du vitrage,
et/ou si le vitrage est organique, notamment en polycarbonate, il est bimatière transparente et opaque.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels :
« La figure 3 représente une vue schématique d'un premier module à diodes 100 dans un premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 4 représente une vue du circuit électrique correspondant au premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 5 représente une vue schématique de dessus d'un vitrage lumineux à module à diodes de l'art antérieur 1001 ,
• la figure 6 représente une vue schématique de dessus d'un vitrage lumineux à module à diodes 1000 selon l'invention,
• la figure 7 représente une vue du circuit électrique correspondant à une variante du premier mode de réalisation de l'invention, · la figure 8 représente une vue schématique d'un module à diodes
100' dans une variante du premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 9 représente une vue du circuit électrique correspondant au mode de réalisation de l'invention de la figure 8, · la figure 10 représente une vue schématique d'un deuxième module à diodes 200 dans un deuxième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 1 1 représente une vue du circuit électrique correspondant au deuxième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 12 représente une vue schématique d'un troisième module à diodes 300 dans un troisième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 13 représente une vue du circuit électrique correspondant au troisième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 14 représente une vue schématique d'un quatrième module à diodes 400 dans un quatrième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 15 représente une vue du circuit électrique correspondant au quatrième mode de réalisation de l'invention,
• la figure 16 représente une vue schématique d'un vitrage lumineux 2000 avec un module à diodes 500 similaire au module du premier mode de réalisation de l'invention.
Les dessins ne sont pas à l'échelle.
La figure 3 représente une vue schématique de dessus d'un premier module à diodes 100 dans un premier mode de réalisation de l'invention.
Sur un PCB 20 formant une barrette rectiligne, de 200 mm de long et
7 mm de large, on implante les composants suivants :
- sur une ligne, douze diodes numérotées de 1 à 12 d'une extrémité à l'autre de la barrette et espacées de 12 mm environ les unes des autres,
- un régulateur linéaire 13 (cf. figure 4) vendu sous la Réf. LM317 par National Semiconductor,
- une résistance de calibration (non montrée) associée au régulateur permettant de délivrer un courant de 80 mA dans chacune des branches, la tension continue d'alimentation étant fixée à 12 V.
Les diodes émettent par exemple de la lumière blanche avec un flux moyen de 6 lumens. On choisit par exemple les diodes du fabricant Nichia, vendu sous la référence NSSW088A.
Le module ainsi conçu a une efficacité lumineuse moyenne de 57 Im/W (flux moyen = 45 Im ; puissance moyenne consommée = 0,79 W).
On forme un circuit série/parallèle (dont le schéma électrique est décrit sur la figure 4) composé de quatre branches B1 à B4 de trois diodes chacune qui ne sont pas voisines sur la carte 20 :
- la première branche B1 est ainsi composée des trois diodes en série numérotées 1 , 5 et 9 (diodes périphériques 1 ,9 et diode interne de référence 5),
- la deuxième branche B2 est ainsi composée des trois diodes en série numérotées 2, 6 et 10, (diodes périphériques 2,10 et diode interne de référence 6),
- la troisième branche B3 est ainsi composée des trois diodes numérotées 3, 7 et 1 1 (diodes périphériques 3,1 1 et diode interne de référence n
- la quatrième branche B4 est ainsi composée des trois diodes numérotées 4, 8 et 12 (diodes périphériques 4,12 et diode interne de référence 8).
On réalise ainsi des connectiques entrelacées. Pour faciliter la compréhension, l'ensemble des pistes de connexions ne sont pas montrées sur la figure 3, seules figurent les pistes de connexions des deux premières branches B1 et B2 (en deux types de traits pointillés).
La première diode 1 (à gauche sur la figure) est alors connectée en série via une première piste électrique à la cinquième diode 5, elle-même connectée ensuite en série via une deuxième piste électrique à la neuvième diode 9.
On connecte la deuxième diode 2 en série via une troisième piste électrique avec la sixième diode 6, elle-même connectée ensuite en série via une quatrième piste électrique à la dixième diode 10.
L'ensemble des diodes internes 5 à 8 sont de référence c'est-à-dire isolées pour éviter l'effet d'avalanche déjà décrit. En outre, chaque diode périphérique a sur la carte de circuit imprimé comme diode la plus proche (ou dio- des les plus proches) une diode (ou deux diodes) d'une branche distincte de sa branche multidiodes. Aussi, deux diodes périphériques d'une même branche multidiodes ne sont pas plus proches voisines sur la carte de circuit impri-
mé.Pour former un vitrage lumineux de véhicule, il est connu d'insérer une barrette rectiligne à diodes à émission latérale sur la tranche d'un vitrage.
On préfère pour simplifier le circuit que le nombre total de diodes de l'ensemble des branches multidiodes ne soit pas premier.
La figure 5 montre ainsi en vue de dessus un tel vitrage lumineux 1001 avec un vitrage 30 et des moyens de diffusion de la lumière 40 et, en regard de la tranche, un module classique 101 ' comportant un PCB 20 avec une pluralité de diodes 1 à 5 selon un circuit série parallèle. Cinq diodes sont montrées et les trois diodes voisines 2, 3 et 4 sont montées en série.
La défaillance de la diode 3 (diode interne de sa branche) entraine la défaillance des diodes 1 et 4 (diodes périphériques de la branche) et la zone sombre résultante 50 (surface en points) est importante. Il est alors nécessaire d'éloigner suffisamment la zone lumineuse 40 (surface avec des pointillés) ou alors la panne est visible et le vitrage est à mettre au rebut.
La figure 6 montre en vue de dessus un vitrage lumineux 1000 à diodes comportant un vitrage 30 avec des moyens de diffusion de la lumière 40 et en regard de la tranche le module selon l'invention 100a comportant un PCB 20 avec une pluralité de diodes 1 à 5 selon un circuit série parallèle. Cinq diodes sont montrées et les trois diodes voisines 2, 3 et 4 n'appartiennent pas à la même branche.
La défaillance de la diode interne 3 de la branche n'entraine pas la défaillance des diodes périphériques de la branche et la zone sombre résultante 50 (surface en points) est limitée.
La figure 7 représente une vue du circuit électrique correspondant à une variante du premier mode de réalisation de l'invention.
Pour chaque branche est affecté un rang pour chaque diode en fonction de sa position dans la branche, chaque point de connexion d'une diode de rang donné est relié à un point de connexion d'une diode de même rang d'une autre branche.
La figure 8 représente une vue schématique de dessus d'un module à diodes 100' dans une variante du premier mode de réalisation de l'invention.
Les diodes sont disposées sur la carte de circuit imprimé en deux lignes de douze diodes 1 à 12 (première ligne) puis 1 ' à 12' (deuxième ligne) avec chacune le même schéma de connexions que celui du premier mode.
La figure 9 représente une vue du circuit électrique correspondant au mode de réalisation de l'invention de la figure 8.
Le circuit est divisée en deux sous circuits série parallèle de quatre branches à trois diodes B1 à B8 reliés électriquement et chacun des sous circuits est associé à une ligne distincte.
La cinquième branche B5 comprend les diodes 1 ' 5' et 9'. La sixième branche B6 comprend les diodes 2' 6' et 10'. La septième branche B7 comprend les diodes 3' 7'et 1 1 '.La huitième branche B8 comprend les diodes 4' 8' et 12'.
En variante, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes ligne par ligne : on maintient alors un seul circuit parallèle de huit branches de trois diodes chacune.
La figure 10 représente une vue schématique d'un deuxième module à diodes 200 dans un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Quatorze diodes 1 à 14 sont disposées sur la carte de circuit imprimé 20 en deux lignes de sept diodes chacune, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes appartenant aux deux lignes, et selon une disposition matricielle suivant un motif carré (ou rectangulaire).
La figure 1 1 représente une vue du circuit électrique correspondant à ce deuxième mode de réalisation de l'invention.
On forme deux branches B1 , B2 de sept diodes chacune 1 9, 3, 1 1 , 5, 13 et 7 d'une part et 8, 2, 10, 4, 12, 6 et 14 d'autre part.
Chaque diode interne de référence 9, 3, 1 1 , 5, 13 d'une part et 2, 10, 4, 12, 6 d'autre part sont connectées à deux diodes sur la (première) diagonale.
La figure 12 représente une vue schématique de dessus d'un troisième module à diodes 300 dans un troisième mode de réalisation de l'invention.
Neuf diodes 1 à 9 sont disposées sur la carte de circuit imprimé en trois lignes de trois diodes chacune, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes appartenant aux trois lignes, et selon une disposition matricielle suivant un motif carré (ou rectangu-
rectangulaire).
La figure 13 représente une vue du circuit électrique correspondant au troisième mode de réalisation de l'invention
On forme trois branches B1 , B2, B3 de trois diodes 1 ,8 et 6 puis 4,2 et 9 ; et enfin 7,5 et 3.
Chaque diode interne de références 8, 2 et 5 est connectée à deux diodes des deux autres lignes.
La figure 14 représente une vue schématique d'un quatrième module à diodes 400 dans un quatrième mode de réalisation de l'invention
Le module 400 diffère du premier module 100 par le nombre de diodes réduit à 6 et par le choix de trois branches bidiodes B1 ' à B3'.
Chaque diode périphérique de références 8, 2 et 5 est connectée à une diode qui n'est pas sa propre voisine.
La première branche B1 ' comprend les diodes 1 et 3. La deuxième branche B2' comprend les diodes 2 et 5. La troisième branche B3' comprend les diodes 4 et 6.
La figure 15 représente une vue du circuit électrique correspondant au quatrième mode de réalisation de l'invention.
La figure 16 représente une vue schématique partielle de coupe d'un vitrage lumineux 2000 avec un module à diodes 500 similaire à module 100 du premier mode de réalisation de l'invention.
Ce vitrage lumineux 2000 comprend un vitrage feuilleté comportant :
- une première feuille transparente 30, par exemple rectangulaire, présentant une première face principale 30a et une deuxième face principale 30b, et une tranche de préférence arrondie (pour éviter les écailles), par exemple une feuille de verre silicosodocalcique, d'épaisseur égale à 2,1 mm,
- une deuxième feuille de verre 31 , éventuellement pour une fonction de contrôle solaire, teintée (verre VENUS VG10 par exemple) et/ou recouverte d'un revêtement de contrôle solaire, d'épaisseur égale à 2,1 mm.
La deuxième feuille de verre est feuilletée par un intercalaire de feuilletage 32, par exemple un PVB d'épaisseur 0,76 mm.
Un profilé 60 en U support du module 500 à diodes électroluminescentes s'étend en bordure du vitrage et est fixé à la première feuille de verre 30.
Ce profilé 60 est monolithique métallique (inox, aluminium), mince, d'épaisseur égale à 0,2 mm avec une partie centrale 63 et deux jambes 61 et 62 contre les faces 30a et 30b.
Les diodes électroluminescentes comportant chacune une puce émettrice apte à émettre un ou plusieurs rayonnements dans le visible guidé(s) dans la première feuille 30. Les diodes sont de petites tailles typiquement quelques mm ou moins, notamment de l'ordre de 2x2x1 mm, sans optique (lentille) et de préférence non pré-encapsulées pour réduire au maximum l'encombrement.
On réduit au maximum la distance entre la partie porteuse des diodes et la tranche, par exemple de 5 mm. La distance entre la puce et la tranche est de 1 à 2 mm.
La direction principale d'émission est ici perpendiculaire à la face de la puce semi-conductrice, par exemple avec une couche active à multi puits quantique, de technologie AlInGaP ou autres semi-conducteurs.
Le cône de lumière est un cône de type lambertien, de +/-60".
L'extraction 40 peut se faire de préférence par la face intérieure 30b au véhicule, par tout moyen : sablage, attaque acide, couche diffusante, gravure laser...
Entre le module 500 et la tranche de la première feuille 30 on utilise des moyens d'étanchéité aux fluides 80.
On pourvoit le vitrage lumineux 2000 d'une encapsulation polymérique 70, épaisse de 2,5 mm environ, en bordure du vitrage. Cette encapsulation, ici recouvrant le module 500 et le support à diodes 60, assure une étanchéité à long terme (eau, produit de nettoyage...).
L'encapsulation 70 apporte aussi une bonne finition esthétique et permet d'intégrer d'autres éléments ou fonctions (inserts de renforcement...).
L'encapsulation 70 présente une lèvre, et est biface. L'encapsulation 70 est par exemple en polyuréthane noir, notamment en PU-RIM (reaction in mold en anglais). Cette matière est typiquement injectée jusqu'à 130°C et quelques dizaines de bars.
La matière d'encapsulation 70 noire n'est pas transparente au(x) rayonnement(s) visible(s) des diodes.
Pour une encapsulation de type Flush, on préfère laisser une partie supérieure de la tranche du deuxième verre 31 libre.
Le module 100 peut former par exemple un toit panoramique fixe de véhicule terrestre, ou en variante de bateau... Le toit est monté par l'extérieur sur la carrosserie via un adhésif.
En variante, on modifie l'encapsulation de la manière suivante :
- on supprime la lèvre,
- on ajoute des inserts de fixation du module pour l'ouverture,
- on rajoute contre l'encapsulation un tubing en EPDM, autrement dit, un profil d'étanchéité à cellules fermées ou un profil d'étanchéité à lèvres multiples, le profil s'écrasant après montage sur le véhicule.
Le profil d'étanchéité à lèvres multiples peut aussi faire partie intégrante de l'encapsulation.
La première feuille 30 est du côté intérieur du véhicule. L'extraction est de préférence par la face 30b.
On peut choisir des diodes émettant en lumière blanche ou colorée pour un éclairage d'ambiance, de lecture...
Le module 500 peut être en variante sur un bord latéral ou longitudinal de la feuille 30.
On peut bien sûr prévoir plusieurs modules sur un même bord ou des bords distincts, avec des fonctions identiques ou distinctes (choix adapté de la puissance, de la lumière émise, de la position et de l'étendue des zones extraction).
L'extraction peut former un dessin lumineux, par exemple un logo ou une marque, une lumière animée (pour enfants ...).
Claims
1 . Module à diodes électroluminescentes (100 à 500), le module comprenant une carte de circuit imprimée (20) porteuse de diodes électroluminescentes (1 à 12) connectées électriquement suivant un circuit électrique série parallèle comportant ainsi plusieurs branches de circuit (B1 à B8, B1 ' à B3') alimentées par une alimentation électrique commune (V) et montées en parallèle, chaque branche comprenant deux diodes périphériques et éventuellement au moins une diode interne, les diodes périphériques et la diode interne étant ainsi montées en série,
caractérisé en ce qu'au moins l'une des branches (B1 à B8), dite branche multidiodes, comporte au moins une diode interne de référence, les deux diodes les plus proches de la diode de référence sur la carte de circuit imprimé étant de branche(s) distincte(s) de ladite branche multidiodes,
et/ou en ce qu'au moins l'une des branches (B1 ' à B3'), dite branche bidiodes comporte un nombre M égal à 2 de diodes, chacune des diodes étant périphérique (1 à 6) et dite de référence et ayant comme diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé une diode d'une branche distincte de ladite bran- che bidiodes.
2. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon la revendication 1 dans lequel la majorité des branches sont des branches multidiodes (B1 à B8) ayant chacune au moins une majorité des diodes internes de référence et de préférence la diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche distincte de la branche multidiodes ou dans lequel la majorité des branches sont des branches bidiodes (B1 ' à B3') ayant chacune une majorité des diodes périphériques de référence.
3. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel au moins la majorité des branches (B1 à B8) B8) comporte le même nombre de diodes et de préférence les diodes ont une même tension de fonctionnement.
4. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel toutes les branches sont des branches multidiodes (B1 à B8) et toutes les diodes internes sont des diodes internes de référence et la diode la plus proche sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche distincte de la branche multidiodes ou même les deux diodes les plus proches sur la carte de circuit imprimé de chaque diode périphérique d'une branche multidiodes est de branche(s) distincte(s) de ladite branche multidiodes ou dans lequel toutes les branches sont des branches bidiodes (B1 ' à B3') ayant chacune des diodes périphériques de référence.
5. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel pour une branche donnée, la distance dite intragroupe entre deux diodes connectées entre elles est ajustée en fonction de la puissance dissipée par les diodes, de la résistance thermique des diodes, de la conductivité thermique de la carte de circuit imprimé.
6. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la distance dite intragroupe entre deux diodes internes de référence d'une même branche multidiodes ou de deux diodes périphériques de référence d'une branche bidiodes est supérieure à 10 mm, voire à 20 mm et de préférence inférieure à 200 mm, voire à 100 mm.
7. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'alimentation est en continu, notamment en tension et de préférence en 12 V, notamment pour une intégration du mo- dule dans un véhicule, ou dans lequel l'alimentation est le secteur, notamment en 220 V ou 1 10 V, notamment pour une application bâtiment, et dans lequel le module comporte éventuellement une résistance de régulation commune aux branches et relié à l'alimentation électrique ou comporte un transformateur relié à l'alimentation électrique et/ou le module comporte dans chaque chaque branche une résistance interne de régulation.
8. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel sur la carte de circuit imprimée, les diodes sont espacées entre elles d'une distance interdiodes donnée constante ou lorsque la distance interdiodes est variable la distance interdiode maximale est inférieure à 20 fois, voire à 10 fois, la distance interdiode minimale, et dans lequel éventuellement lorsque la distance entre deux diodes sur la carte de circuit est suffisamment élevée, les deux diodes font partie de la même branche.
9. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel les diodes sont disposées sur la carte de circuit imprimé sur au moins une ligne et chaque diode interne de référence est directement connectée à deux diodes de sa branche multidiodes qui sont plus éloignées que ses deux plus proches voisines sur la ligne.
10. Module à diodes électroluminescentes (100') selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel les diodes sont disposées sur la carte de circuit imprimé en un nombre entier N de lignes, le circuit est divisée en N sous circuits série parallèle reliés électriquement et chacun des sous circuits étant associé à une ligne distincte.
1 1 . Module à diodes électroluminescentes selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel les diodes sont disposées sur la carte de circuit imprimé en plusieurs lignes, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes ligne par ligne.
12. Module à diodes électroluminescentes (200, 300) selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel les diodes sont disposées sur la carte de circuit imprimé en plusieurs lignes, les branches du circuit électrique série parallèle sont formées par des connexions de diodes appartenant à plusieurs lignes, et dans lequel, dans le cas d'une disposition matricielle notamment sui- vant un motif carré ou rectangulaire, au moins une diode interne de référence ou une diode périphérique de référence est de préférence directement connectée à une diode sur une diagonale, et notamment une diode sur une ligne qui n'est pas adjacente.
13. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel la majorité des branches, voire toutes les branches, ne comportent comme composants électroniques que lesdites diodes.
14. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel chaque diode d'une même branche est traversée par un courant identique.
15. Module à diodes électroluminescentes (100 à 500) selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel on dispose un régulateur linéaire (13) entre l'alimentation électrique et les diodes de chaque branche directement connectées à l'alimentation électrique.
16. Module à diodes électroluminescentes selon l'une des revendications 1 à 15 dans lequel les branches (B1 à B4) comportent le même nombre de diodes et les diodes ont une même tension de fonctionnement, et pour chaque branche est affecté un rang pour chaque diode en fonction de sa position dans la branche, chaque point de connexion d'une diode de rang don- né est relié à un point de connexion d'une diode de même rang d'une autre branche.
17. Vitrage lumineux (1000, 2000), notamment de véhicule, comprenant un module à diodes électroluminescentes selon l'une des revendications précédentes et couplé optiquement au vitrage (30).
18. Vitrage lumineux (1000, 2000), notamment de véhicule, selon la revendication précédente de vitrage dans lequel le module à diodes électroluminescentes (100 à 500) est agencé pour une propagation des rayons lumineux dans l'épaisseur du vitrage (30) formant ainsi guide de lumière, notamment est couplé optiquement avec la tranche du vitrage, et dans lequel le vitrage comprend des moyens d'extraction de la lumière guidée (40).
19. Vitrage lumineux (2000), notamment de véhicule, selon l'une des revendications précédentes de vitrage dans lequel le module (500) est encapsulé par une encapsulation polymérique (70), en périphérie du vitrage (30).
20. Vitrage lumineux (2000), notamment de véhicule, selon l'une des revendications précédentes de vitrage dans lequel le module (500) est monté au vitrage par un profilé (60), notamment métallique, comportant une partie centrale (31 ) et au moins une partie latérale (61 , 62) sur l'une des faces principales du vitrage.
21 . Vitrage lumineux (2000) notamment de véhicule, selon l'une des revendications précédentes de vitrage dans lequel, dans la zone de couplage optique, le vitrage qui est de préférence en verre minéral, est revêtu d'un élément de masquage qui est de préférence un émail et/ou une encapsulation (70) et/ou dans lequel le vitrage en verre organique, notamment en polycarbonate, est teinté sur une fraction de son épaisseur masquant la zone de couplage optique.
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