Brevet FR2547087A1 — publié le 19841207

i "ELEMENT DE PANNEAU D'AFFICHAGE A CRISTAUX SEMI-CONDUCTEURS ET PANNEAU COMPORTANT LEDIT ELEMENT". La présente invention concerne un élément de panneau d'affichage formé essentiellement d'une pluralité de cristaux semi-conducteurs dans chacundesquels sont créées au moins deux régions de types de conduction opposés for05 mant une jonction électroluminescente et situés au fond de cavités réfléchissant la lumière émise par ces cristaux, lesdites cavités créées dans des bandes de longueur déterminée, étant disposées soit en lignes, soit en colonnes, soit encore en une combinaison de lignes et de colonnes 10 selon une configuration préalablement choisie et chacune d'entre elles comportant au moins deux plages métalliques de connexion mises respectivement en contact des-deux régions du cristal semiconducteur situé au fond. Les éléments électroluminescents sont souvent utilisés par groupes dans une disposition établie en coordonnées X-Y. Dans le plus grand nombre d'applications connues jusqu'à présent, ces éléments électroluminescents qui forment ainsi une matrice, généralement des diodes semi-con20 ductrices, doivent être disposés en quantité importante sur une surface réduite et l'émission des rayonnements de chacun d'entre eux doit, en outre, être localisée dans une zone sensiblement ponctuelle, leur intensité lumineuse étant renforcée par la suite à l'aide d'un système optique 25 approprié. L'une des applications possibles d'un tel assemblage concerne la signalisation routière ou automobile, notamment des feux de carrefour ou des feux arrières ou de changement de direction de véhicules automobiles mais dans 30 ce cas, compte tenu des dimensions imposées à ces feux, un effort a dû être fait concernant le rapport: nombre de cristaux, unité de surface de manière à diminuer le coût de l'assemblage. Un exemple en est fourni dans la demande de bre05 vet français n 82 05 189, qui décrit un assemblage, d'une part d'une pluralité de diodes électroluminescentes portées par un support approprié, et d'autre part, d'un conduit de lumière formé d'un système catadioptique centré constitué d'un réflecteur de même axe optique. Dans ce conduit de lumière, l'optique comporte une lame à faces parallèles dans la partie centrale de laquelle est inclus un élément convergent épais à dioptres sphériques et le réflecteur est constitué d'un miroir concave à double quadrique associé à un miroir plan perpendi15 culaire à l'axe optique et formé du support des diodes. Cependant, du point de vue efficacité, l'assemblage décrit dans cette demande de brevet n'apporte pas les résultats escomptés. Du point de vue de l'optique, par exemple, l'ex20 périence montre en effet que la lame à faces parallèles et l'élément convergent répondent à une demande bien précise de directivité du faisceau lumineux mais que tout choix de directivité différente même légère nécessitera une nouvelle optique, ce qui rend alors le conduit de lumière onéreux. 25 Par ailleurs, malgré la faible consommation de courant des éléments électroluminescents, leur accumulation sur le support isolant qui les porte conduit à des problèmes thermiques qui ont des répercussions également sur l'efficacité lumineuse On peut estimer, par exemple, à 4 watts la 30 puissance dissipée par 50 diodes et transformée en calories: ces calories, difficilement écoulées à travers le support provoquent une élévation de la température de l'assemblage qui conduit a une diminution de l'efficacité lumineuse dans un rapport pouvant atteindre 0,7 % par C. Cette élévation de température peut provoquer également des dégradations de la plupart des matériaux constituant généralement le réflecteur. En effet, si ce dernier est constitué d'une matière plastique recouverte d'un vernis puis d'une pelli05 cule métallique déposée par un procédé de métallisation sous vide, et d'un autre vernis de protection, ladite pellicule présente alors des défauts d'adhérence et les vernis eux-mêmes peuvent se boursoufler ou se craqueler. Quant au support isolant portant le ou les con10 duits de lumière, il est constitué d'un circuit dit "imprimé" parce qu'il porte un réseau de connexions nécessaire aux liaisons électriques des éléments électroluminescents entre eux et avec l'extérieur. A priori, un circuit imprimé est conçu pour le montage de composants électroniques pré-étamés et soudés à la vague à des températures relativement basses mais, en grandes surfaces, il est mal adapté au soudage direct de cristaux semi-conducteurs à l'aide de résines conductrices qui ne polymérisent correctement qu'à des températures de 20 l'ordre de 200 C et surtout au soudage de fils de connexion De plus, le circuit imprimé se prête mal à un assemblage modulaire à un pas constant. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. En effet, la présente invention concerne un élément de panneau d'affichage formé essentiellement d'une pluralité de cristaux semi- conducteurs dans chacun desquels sont créées au moins deux régions de types de conduction opposes formant une jonction électroluminescente et situés 30 au fond de cavités réfléchissant la lumière émise par ces cristaux, lesdites cavités, créées dans des bandes de longueur déterminée, étant disposées soit en lignes, soit en colonnes, soit encore en une combinaison de lignes et de colonnes selon une configuration préalablement choisie et 35 chacune d'entre elles comportant au moins deux plages métalliques de connexion mises respectivement en contact des deux régions du cristal semi-conducteur situé au fond, élément notamment remarquable en ce que chacune des bandes est constituée de deux rangées de demi-coquilles disposées dos à dos, et engendrant des portions de cavité complémen05 taires, lesdites demicoquilles de la première rangée comportant au fond le support et la première plage de connexion des cristaux semi-conducteurs et les demicoquilles de la seconde rangée comportant au fond une plage métallique de prise de contact constituant la seconde connexion 10 desdits cristaux et en ce qu'au moins deux bandes identiques isolées entre elles sont associées dans une disposition engendrant une suite de cavités. Cet élément de panneau d'affichage présente de nombreux avantages dus notamment a sa forme, au choix des 15 matériaux employés et à la simplicité de sa réalisation. En effet, i'idée de créer une série de cavités par association de bandes comportant une pluralité de demicoquilles facilite leur agencement et permet d'accroître le nombre de possibilités de création de nouvelles formes. Elle permet, par ailleurs, d'augmenter la rapidité de réalisation d'un panneau d'affichage et de rendre automatisable ladite réalisation. Dans le brevet français n 2 378 325, déposé par la Demanderesse, est décrit un élément d'affichage compor25 tant également deux demi-coquilles mais dont l'application et la réalisation sont différentes: il s'agit, en effet, dans ce cas, de réaliser un élément lumineux en forme de barre destiné à l'élaboration d'un dispositif d'affichage alphanumérique En outre, cet élément utilise un cristal semi-conducteur électroluminescent émettant la lumière par la tranche de telle sorte que les deux demicoquilles serrent entre elles ledit cristal qui ne repose donc pas sur le fond de l'une d'entre elles. Dans une première forme de réalisation, la plus 35 simple à mettre en oeuvre, les demi-coquilles de deux rangées d'une même bande engendrent des portions de cavité de volume égal et sont symétriques par rapport au plan perpen- diculaire à ladite bande et séparant celle-ci en deux parties égales correspondant aux deux rangées de demi-coquilles. Cette forme de réalisation est surtout intéressan05 te dans le cas o un léger décentrage de l'axe optique du cristal semi-conducteur par rapport à l'axe optique de la cavité n'est pas incompatible avec le but recherché. Dans une seconde forme de réalisation, les demicoquilles des deux rangées d'une même bande engendrent deux 10 portions de cavité c Qmplémentaires de volumes différents, les demi-coquilles servant de support aux cristaux semi-conducteurs étant, d'une part, de volume supérieur à celui des demicoquilles servant de support à la seconde connexion et, d'autre part, portant en totalité lesdits cristaux de maniè15 re telle que ceux-ci soient centres sur l'axe optique des cavités qu'elles engendrent avec les demi-coquilles complémentaires. Cette forme de réalisation a pour but d'obtenir d'une manière simple, rapide et reproductible une série de 20 cavités identiques dans lesquelles les sources lumineuses créées dans les cristaux semi-conducteurs sont bien centrées. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux de ces formes de réalisation, chaque cristal semi-conducteur est fixé sur un bossage élaboré sur le fond de la demi-coquille 25 qui lui sert de support Dans ce cas, la localisation et la mise en place du cristal s'en trouvent notablement facilitées. De même, le point de contact entre la demi-coquille servant de seconde connexion des cristaux et le fil de liai30 son avec la région correspondante desdits cristaux peut être également élaborée sur un bossage formé au fond de ladite demi-coquille. Si l'on envisage de recouvrir Ies cristaux semi-co conducteurs d'une goutte de résine transparente servant à la 35 fois de protection et de système optique d'adaptation d'indices de réfraction, la création de cette goutte de résine sera facilitée par la présence des bossages des deux demicoquilles en regard: par exemple, si l'ensemble de deux bossages de demi-coquilles en regard représente une forme géométrique sensiblement circulaire, la goutte de résine déposée à leur surface sera hémisphérique. Suivant le but recherché, la forme des demi-co05 quilles peut être différente En effet, lesdites demi-coquilles peuvent être conçues pour former des cavités à faces internes paraboliques ou des cavités à faces internes planes. Selon les applications envisagées, les demi-co10 quilles peuvent être réalisées à partir de bandes-métalliques relativement malléables, conductrices de l'électricité et soutenues par une semelle en matière plastique isolante, lesdites bandes métalliques étant alors mises en forme par matriçage ou emboutissage Dans le cas desdites bandes mé15 talliques, le métal choisi présentera, de préférence,un pouvoir réfléchissant élevé et une bonne conductibilité thermique. L'utilisation de demi-coquilles permet d'obtenir simultanément les prises de contact des cristaux semi-con20 ducteurs et les cavités réfléchissantes Eventuellement, elle peut permettre aussi l'assemblage des bandes entre elles par collage à température élevée à l'aide de matières isolantes, polymérisation d'une résine époxyde par exemple, et le soudage direct des cristaux, ce qui a pour résultat 25 de réduire le coût de fabrication. Lesdites demi-coquilles peuvent être également en matière synthétique isolante et rigide, éventuellement transparente, recouverte au moins partiellement d'une couche métallique à pouvoir réfléchissant élevé et conductri30 ce de l'électricité destinée à former les connexions nécessaires aux cristaux semi-conducteurs. Les demi-coquilles en matière synthétique isolante et rigide sont notamment utilisées dans les applications pour lesquelles il est nécessaire de ne laisser apparaftre 35 qu'un faible intervalle entre les cavités. En effet, les demi-coquilles en matière synthétique sont le plus souvent, obtenues par moulage et il est 2547087. alors plus aisé de réduire l'épaisseur des parois à leur extrémité supérieures définissant le pourtour des cavités. Dans le cas également o les demi-coquilles sont en matière synthétique leur surface constituant les parois 05 internes des cavités peuvent être recouvertes totalement d'une couche métallique réflectrice assurant à la fois les prises de contact des cristaux semi-conducteurs et une meilleure transmission de la lumière émise par ces derniers. Si lesdits cristaux semi-conducteurs et leurs pri10 ses de contact doivent être surélevés sur des bossages réalisés au fond des cavités, lesdits bossages peuvent être obtenus à partir de grilles métalliques prédécoupées et surmoulées dans le fond des demi-coquilles en matière synthétique. L'utilisation de demi-coquilles en matière plastique donne un résultat voisin de celui décrit dans le mémoire déposé également ce jour et à la même heure, ayant pour titre: "Dispositif d'affichage linéaire à cristaux semi-conducteurs" et enregistré sous le n Cependant les moyens mis en oeuvre pour le réaliser sont différents. Dans une application préférentielle de l'invention qui fait expressément partie de celle-ci, l'élément d'affichage assure la transmission de rayonnements lumineux dans 25 un panneau. Selon l'invention, en effet, ce panneau comporte une pluralité d'éléments tels que décrits ci-dessus transmettant les rayonnements émis par les diodes électroluminescentes créées dans les cristaux semi-conducteurs et raccordées 30 à un double réseau de connexions porté par un support. Ce panneau qui peut être rendu extra-plat, sert notamment à l'affichage mais il présente un intérêt particulier dans le domaine de la signalisation routière et, en particulier, de la signalisation de véhicules automobiles. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. R La figure 1 représente une vue partielle en perspective d'une portion de bande métallique comportant des demi-coquilles complémentaires. La figure 2 illustre une vue de dessus de cette 05 même portion de bande La figure 3 représente une coupe schématique d'une portion d'élément de panneau d'affichage dans une première forme préférentielle de réalisation correspondant à l'utilisation des bandes illustrées par les figures 1 et 10 j 2. La figure 4 représente une coupe schématique d'une portion d'élément de panneau d'affichage dans une seconde forme de réalisation. I 1 est à noter que, sur les figures, les dimen15 sions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Conformément aux figures 1 et 2, et selon une première forme de réalisation, la bande dans laquelle sont réalisés les éléments de panneau d'affichage selon l'inven20 tion est obtenue-à partir d'une feuille métallique dans laquelle on a formé une première série de demi-coquilles 1 et, simultanément, une seconde série de demi-coquilles 2. Dans l'exemple choisi, les demi-coquilles 1 et 2 sont dites complémentaires, c'est à dire que, par exemple, 25 les demi-coquilles la d'une première bande associée aux demi-coquilles 2 b d'une autre bande identique telle que celle représentée partiellement sur la figure 1, constituent des cavit 6 S 3. Les demi-coquilles 1 et 2 sont séparées entre elles par une languette 4 de faible largeur rendue éventuellement sécable à l'aide d'ouvertures 5 pratiquées dans le sens de la longueur et d'une manière discontinue. Pour faciliter la mise en place et le soudage des cristaux semi-conducteurs 6, les demi-coquilles 1 comportent 35 avantageusement en leur fond, une surélévation ou bossage 7. Dans ce cas, il est préférable que les demi-coquilles 2 comportent également un bossage 8 destiné à recevoir une extrémité du fil de connexions 9 relié à l'une des deux régions = 2547087 de la diode électroluminescente créée dans le cristal semiconducteur 6 Les cristaux semi-conducteurs 6 étant généralement recouverts d'une goutte de résine, il est souhaitable 05 que l'association des bossages 7 des demi-coquilles 1 avec les bossages 8 des demi-coquilles 2 constitue un ensemble plat de configuration sensiblement circulaire dans le but de faciliter par capillarité la mise en forme de la goutte de résine qui devient alors pratiquement hémisphérique,re10 présentant ainsi la forme la plus favorable à l'extraction du flux lumineux C'est pourquoi lesdits bossages 7 et 8 sont choisis de forme et de dimension également complémentaires. Ainsi, selon la figure 2, la dimension principa15 le D dd bossage semicirculaire 7 est égale au rayon R dudit bossage augmenté d'une longueur i égale au moins a la moitié de la largeur ou de la longueur du cristal semi-conducteur qu'il supporte, ceci afin de centrer ledit cristal au fond de la cavité Au contraire la distance principale d du 20 bossage semicirculaire 8 est égale au même rayon R diminuée de cette longueur 1 et d'une valeur supplémentaire égale à l'épaisseur de l'interface isolant les demi-coquilles 1 et 2. La bande métallique telle- que décrite ci-dessus 25 est généralement obtenue par-matriçage ou emboutissage d'une lamelle fine d'un matériau malléable bon conducteur de l'lectricité et au pouvoir réfléchissant élevé ou rendu élevé par l'apport d'une pellicule réfléchissante, aluminium,cuivre ou laiton par exemple; ou alliage à base de fer 30 et de nickel recouvert d'un film d'argent La figure 3 représente une première forme de réalisation d'un élément de panneau d'affichage comportant des bandes du type précédemment décrit. Selon cette figure, sur une semelle isolante lia, 35 en matière plastique notamment, sont fixées des bandes métalliques identiques i 2 a, 12 b oo Chacune de ces bandes métalliques comporte une premiere rangée de demicoquilles 13 a, 13 b parallèle à une seconde rangée d'une bande voisine, une cavité 15. Les demi-coquilles complémentaires sont fixées entre elles à l'aide d'un film lb de résine isolante et sont fixées respectivement à la semelle plastique 11 al'aide de 05 plots 16 et 17 de résine conductrice. De préférence, dans la portion de semelle llasituée sous les demicoquilles 13, est percé un trou 18 dans lequel est introduite une goutte de la résine conductrice 17 de manière à mettre en contact lesdites demicoquilles 13 10 (donc l'une des régions des cristaux semi-conducteurs 19 a, 19 b) avec une plage de prise de contact 20 située sous la dite semelle ila L'autre région des cristaux semi-conducteurs 19 a, 19 b est reliée aux demi-coquilles 14 par l'intermédiaire du fil de connexion 21. Parfois, les cavités 15 peuvent être remplies d'une résine transparente éventuellement colorée ayant pour but de concentrer le faisceau lumineux émis par chacune des diodes électroluminescentes mais, le plus souvent, ces cavités 15 restent vides Dans ces conditions, chaque cristal 20 semiconducteur 19 a, 19 b est recouvert d'une goutte de résine transparente 22 servant d'adaptateur d'indices de réfraction et de protection contre les agents atmosphériques et/ou chimiques extérieurs. Du point de vue électrique, on constate que l'uti25 lisation de ces bandes métalliques permet de réaliser automatiquement des combinaisons série-parallèle des cristaux 19 a, 19 b En effet, telle que représentée partiellement sur la figure 3, la région semi-conductrice inférieure d'un type 30 de conduction donné, dite par exemple première région d'un cristal semi-conducteur 19 a est mise en contact avec la seconde région de type de conduction opposé du cristal suivant 19 b par l'intermédiaire des demi-coquilles 13 a et 14 a et ainsi de suite Simultanément, cette première région du cristal 35 19 a est mise en parallèle avec la première région de tous les cristaux semi-conducteurs situés sur la même rangée de demicoquilles de la barre métallique 12 a et ainsi de suite. La figure 4 illustre une seconde forme de réalisation d'un élément de panneau d'affichage selon 1 'invention. Selon cette figure, dans une bande 31 a en matiêre plasti05 que isolante sont enrobés les éléments 32 a et 33 a d'un motif reproduit en une pluralité de fois sur la longueur de la dite bande 31 a Ladite bande 31 a est constituée de deux rangées de demi-coquilles complémentaires 34 a et 35 a et ces demi10 coquilles sont recouvertes d'une couche d'un matériau réfléchissant 36 a. Une pluralité de bandes identiques 31 a, 31 b sont fixées entre elles-à l'aide d'un film de résine isolant 37. L'association des demi-coquilles d'une rangée d'une première bande 31 a avec les demi-coquilles complémentaires d'une rangée d'une seconde bande 31 b, engendrent la formation de cavités 38 etc Le film de résine isolant 37 permet ainsi de sépa20 rer électriquement les éléments 32 a, 32 b et 33 a, 33 c; de motifs voisins, les motifs 32 a, 32 b portant les cris taux 39 et constituant la première connexion pour une première région desdits crlstaux alors que les motifs 33 a, 33 e. sont utilisés comme support des fils de connexion 40 de 25 la seconde région des cristaux 39 avec l'extérieure La prise de contact sur les motifs 32 a, 32 b, 33 a, 33 c est rendue possible grace à la présence de trous 41 prévus dans les bandes plastiques 31 a, 31 b & l'aplomb desdits motifs. Pour parfaire la transmission lumineuse des rayonnements provenant des cristaux 39 et pour assurer la protection de ces derniers contre les agents atmosphériques et chimiques extérieurs, lesdits cristaux 39 sont recouverts d'une goutte de résine transparente 42. -REVENDICATIONS-R E V E N D I C A T I O N S1 Elément de panneau d'affichage formé essentiellement d'une pluralité de cristaux semiconducteurs ( 6,19, 39) dans chacun desquels sont créés au moins deux régions de types de conduction opposes formant une jonction élec05 troluminescente et situés au fond de cavités ( 3,15,38) réfléchissant la lumière émise par ces cristaux, lesdites cavités, créées dans des bandes ( 12,31) de longueur déterminée étant disposées soit en lignes, soit en colonnes, soit encore en une combinaison de lignes et de colonnes selon une configuration préalablement choisie et chacune d'entre elles comportant au moins deux plages métalliques de connexion mises respectivement en contact des deux régions du cristal semi-conducteur situé au fond, élément caractérisé en ce que chacune des bandes est constituée de deux rangées de demii 5 coquilles ( 1,2,13,14,34,35) disposées dos à dos et engendrant des portions de cavités complémentaires, lesdites demi-coquilles de la première rangée ( 1,13,34) comportant au fond le support et la première plage de connexion des cristaux semi-conducteurs et les demi-coquilles de la seconde rangée ( 2,14,35) comportant au fond une plage métallique de prise de contact constituant la seconde connexion desdits cristaux et en ce qu'au moins deux bandes identiques isolées entre elles sont associées dans une disposition engendrant une suite de cavités ( 3,15,38). 2 Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que les demicoquilles ( 1,2,13,14,34,35) de deux rangéesd'une même bande engendrent des portions de cavité de volume égal et sont symétriques par rapport au plan perpendiculaire à ladite bande et séparant celle-ci en deux parties égales 30 correspondant aux deux rangées de demi-coquilles. 3 Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que les demicoquilles ( 1,2,13,14,34,35) des deux rangées d'une même bande engendrent deux portions de cavité complémentaires de volumes différents, les demicoquilles ( 1,13, 35 34) servant de support aux cristaux semi-conducteurs étant d'une part de volume supérieur a celui des demi-coquilles ( 2,14,35) servant de support & la seconde connexionet portant, d'autre part, en totalité lesdits cristaux ( 6,19,39) de manière telle que deux-ci soient centrés sur l'axe opti05 que des cavités ( 3,15,38) qu'elles engendrent avec les demi-coquilles complémentaires. 4 Elément selon l'une des revendications i à 3 caractérisé en ce que chaque cristal semi-conducteur ( 6,19,39) est fixé sur un bossage ( 7,13, 32) élaboré sur le fond de la 10 demi-coquille ( 1,13,34) qui lui sert de support. Elément selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le point de contact entre la demi-coquille ( 2,14,35) servant de support à la seconde connexion des cristaux ( 6,19,39) et le fit de liaison ( 9,21,40) avec la 15 région correspondante desdits cristaux est élaboré sur un bossage ( 8,14,33) formé au fond de ladite demi-coquille. 6 Elément selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les demi-coquilles ( 1,2,13,14) sont réalisées à partir de bandes métalliques relativement mal20 lêables conductrices de l'électricité et soutenues par une semelle (lla)en matière plastique isolante. 7 Elément selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les demi-coquilles ( 34,35) sont en matière synthétique isolante et rigide, recouverte au moins 25 partiellement d'une couche métallique à pouvoir réfléchissant élevé. 8 Elément selon les revendications 1,2,3,4,5,7 caractérisé en ce que les cristaux semiconducteurs ( 39) et leurs prises de contact sont disposés sur des bossages ( 32, 30 33) obtenus à partir de grilles métalliques prédécoupées et surmoulées dans le fond des demi-coquilles ( 34,35) en matière synthétique 9 Panneau comportant une pluralité d'éléments conformes à l'une des revendications 1 a 8.