Brevet FR2574616A1 — publié le 19860613

"MATRICE D'ELEMENT ELECTRO-LUMINESCENTS ET SON PROCEDE DE FABRICATION" La présente invention a pour objet une matrice d'éléments électroluminescents montés sur un substrat isolant présentant des trajets conducteurs pour leur interconnexion électrique et disposés chacun au foyer d'un élément optique de collimation, au moins plusieurs desdits éléments étant ménagés dans au moins une plaque dont la face inférieure recouvre la face supérieure du substrat, et se prolongeant par des ouver- tures cylindriques débouchant à la face inférieure de la pla- que. Une telle matrice est connue du brevet US 4 254 453 (MOUYARD et al.) déposé par la Société Général Instruments Corp., dans lequel les éléments électro-lumines- cents sont des diodes sous bottier d'un type classique, et présentant des éléments de collimation constitu6s par des ca- vitrs paraboliques réfléchissantes. Les diodes sont maintenues mécaniquement par une plaque d'insertion formant substrat. Une carte de circuit imprimé simple ou double face est utilisée pour réaliser les connexions électriques. Cette matrice présente l'inconvénient d'un nom- bre élevé d'éléments et d'un montage relativement compliqué, car nécessitant des opérations d'alignement précis du circuit imprimé et de la plaque formant substrat, d'orientation préa- lable de l'anode et de la cathode des éléments 6lectrolumines- cents et d'insertion de celles-ci, chacune dans deux trous a- lignés de la plaque formant substrat et du circuit imprimé, de telle sorte que leurs sorties électriques s'écartent vers l'ext6rieur, de soudure des sorties électriques des diodes sur le circuit imprimé, et de mise en place de la plaque portant les cavités paraboliques de telle manière que les diodes soient maintenues en butée sur celle-ci grace à l'élasticité de leurs sorties électriques écartées vers l'extérieur. Selon l'invention, la matrice est plus simple 25746 1 6 -2 - que celle de l'art antérieur précité, car elle ne présente ni plaque spéciale formant circuit imprimé, ni panneau pour maintenir élastiquement la plaque portant les éléments opti- ques de collimation. Dans ce but, elle est caractérisée en ce que chaque élément comporte d'une part un support constitué d'une tige électriquement conductrice présentant une face supérieure et une face inférieure, d'une rondelle isolante entourant une partie latérale supérieure de la tige conductrice, et d'une rondelle conductrice entourant la rondelle isolante, et d'au- tre part un composant électro-luminescent monté à la face su- périeure de la tige conductrice de manière à former un contact électrique avec celle-ci, en ce que la tige conductrice tra- verse un trou du substrat de celle sorte que sa face inférieu- re se trouve en contact électrique avec des trajets conduc- teurs de la face inférieure du substrat, en ce que la rondelle conductrice est raccordée électriquement d'une part au compo- sant électro-luminescent et d'autre part à des trajets conduc- teurs de la face supérieure du substrat, et en ce qu'au moins la face inférieure et les ouvertures cylindriques de la plaque sont isolantes, lesdites ouvertures cylindriques s'engageant à faible jeu dans les rondelles conductrices. De la sorte, le substrat porte directement sur ses deux faces les trajets conducteurs qui ont également pour fonction de maintenir en place les éléments électro-lumines- cents, et la plaque vient en contact avec le substrat et est maintenue en place par coopération à faible jeu entre les ou- vertures cylindriques prolongeant les éléments optiques de collimation et les rondelles conductrices correspondantes. Les éléments optiques. de collimation peuvent être choisis parmi les cavités paraboliques réfléchissantes telles que celles décrites dans le brevet US 4 254 453 préci- té, ou bien les conduits de lumière du type de ceux décrits par exemple dans la demande de brevet allemand DE A 2 201 574 (SIEMENS AG), ou dans la demande européenne EP 117 606 (XEROX Corp.). -3 Selon un mode de réalisation préféré, les tra- jets conducteurs d'au moins une face du substrat sont sérigra- phiés. Il est alors avantageux que la face inférieure des ti- ges conductrices dépasse légèrement du trou correspondant du substrat. Le raccordement électrique des éléments de la matri- ce est en général tel que les trajets conducteurs du substrat connectent les éléments électro-luminescents selon des lignes sur une face du substrat et selon des colonnes sur l'autre fa- ce de celui-ci. Les composants électro-luminescents peuvent être enrobés dans un dôme de protection en matériau transparent adaptant les indices optiques entre lesdits composants et l'air. Le substrat peut être avantageusement en maté- riau bon conducteur thermique, par exemple de l'aluminium re- vêtu d'une couche d'oxydation anodique. Les calories dissipées par les diodes étant véhiculées vers le substrat principale- ment par l'intermédiaire des tiges conductrices, on obtient une bonne évacuation thermique. Le procédé selon l'invention est également plus facile à mettre en oeuvre que celui de l'art antérieur préci- té. L'étape d'insertion consiste simplement à intro- duire les tiges conductrices dans les trous correspondants du substrat sans qu'il soit besoin de les orienter angulairement et les éléments sont maintenus en place par solidarisation avec les trajets conducteurs du substrat. La mise en place de la plaque portant les éléments optiques de collimation est également simplifiée du fait que celle-ci est positionnée par la coopération à faible jeu entre les parties cylindriques de la plaque et les anneaux conducteurs, et par sa venue en butée sur le substrat. Le procédé selon l'invention vise à fabriquer une matrice telle qu'elle a été définie ci-dessus et comporte à cet effet les étapes suivantes: -4- a) réaliser selon une géométrie désirée des tra- jets conducteurs au moins sur une face supé- rieure d'un substrat isolant pourvu de trous destinés à recevoir lesdits éléments. b) insérer dans les trous au moins les supports des éléments, ceux-ci comportant une tige électriquement conductrice présentant une fa- ce supérieure et une face inférieure, une rondelle isolante entourant une partie laté- rale supérieure de la tige conductrice, et une rondelle conductrice entourant la rondel- le isolante, la géométrie désirée des trajets conducteurs étant telle que ceux-ci viennent en contact électrique avec les anneaux con- ducteurs correspondants. c) solidariser les anneaux conducteurs et les trajets conducteurs correspondants de la face supérieure du substrat. d) réaliser selon une géométrie désirée des tra- jets conducteurs sur la face inférieure du substrat de telle manière que ceux-ci vien- nent en contact électrique avec la face infé- rieure de la tige conductrice. e) solidariser la tige conductrice et les tra- jets conducteurs correspondants de la face inférieure du substrat. f) disposer sur le substrat au moins une plaque présentant une -pluralité d'éléments optiques de collimation, se prolongeant par des ouver- tures cylindriques isolantes venant s'engager à. faible jeu dans les rondelles conductrices, jusqu'à ce que la face inférieure isolante de la plaque vienne en butée sur le substrat. Selon un mode de réalisation préféré, les tra- jets conducteurs d'au moins une face du substrat sont réalisés par sérigraphie, ladite solidarisation étant obtenue par cuis- son des trajets sérigraphies. -5- La structure de la matrice permet de monter les composants électro-luminescents sur la face supérieure des ti- ges conductrices soit avant l'insertion des supports dans les trous du substrat isolant, c'est-à-dire que l'on insère des éléments électro-luminescents complets, soit après ladite in- sertion des supports, c'est-à-dire que les éléments sont com- plètés collectivement sur la matrice elle-même après l'une quelconque des étapes c à f. Le composant électro-luminescent peut être enrobé d'un dôme de protection en matériau transpa- rent faisant également fonction d'adaptateur d'indice. L 'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non li- mitatif en liaison avec les figures qui représentent: - les figures la à lc, respectivement un support avant montage, un support après montage, et un élément élec- tro-luminescent pré-assemblé; - la figure 2, une vue de dessus d'une plaque portant les cavités paraboliques; - la figure 3a, une vue en coupe d'un substrat isolant selon l'invention, la figure 3b, un détail d'une mé- tallisation de la face supérieure dudit substrat; - et la figure 4 un détail en coupe d'une matri- ce selon l'invention. Selon la figure la, un support 10 est constitué d'une tige conductrice cylindrique 13, généralement en métal, présentant une face supérieure 15 et une face inférieure 16, d'une rondelle isolante 12, en verre ou en matériau thermo- plastique dont le diamètre intérieur correspond à celui de la tige et d'une rondelle conductrice 11 dont le diamètre inté- rieur correspond au diamètre extérieur de la rondelle isolante 12. Selon la figure lb, le montage de ces trois élé- ments est réalisé de telle sorte que la rondelle 12 est montée sur la partie latérale supérieure 19 de la tige 13 et que les rondelles 11 et 12 soient situées dans le même plan et que la face supérieure 15 de la tige conductrice 13 dépasse légère- ment. La solidarisation de la tige et des deux rondelles est - 6 - aisée, soit par soudure verre-métal lorsque la rondelle 12 est en verre,-soit par simple chauffage au cas o elle est en ma- tériau thermoplastique. Selon la figure lc, un composant électro-lumi- nescent 17 par exemple une diode est collé par une colle con- ductrice sur la face supérieure 15 de la tige conductrice 13. le couplage optique peut être amélioré grâce à un dôme en ré- sine transparente 14 permettant une adaptation d'indice entre le composant 17 et l'air. Ce dôme 14 recouvre également les anneaux 12 et 11 ce qui améliore la tenue mécanique du support 10. L'anode de la diode 17 est reliée électriquement à l'an- neau conducteur 11 par un fil soudé 18. Selon les figures 2 à 4, la matrice comporte un substrat isolant 30 présentant des trous 21 disposés selon des lignes et des colonnes pour former le réseau de la matrice. le substrat 30 est ici en aluminium 31 recouvert d'une couche d'anodisation recouvrant en 32 ses faces supérieure 35 et in- férieure 36 et en 34 les bords des trous 33. Dans la matrice terminée (fig. 4), les tiges conductrices 13 sont disposées à faible jeu dans les trous 33, et les rondelles 11 et 12 viennent en butée sur des métallisa- tions 22 (axe X) situées sur la face supérieure 35 du substrat 30. Les faces inférieures 16 des tiges 13 viennent en contact avec des métallisations 24 de la face inférieure 36 du substrat 30. Les métallisations 22, de préférence obtenues par sérigraphie, sont disposées selon des lignes et les métallisa- tions 24 (axe Y), de préférence obtenues par sérigraphie, se- lon des colonnes de manière à obtenir l'interconnexion clas- sique dans les matrices. La partie inférieure 16 des tiges 13 dépasse avantageusement de la face inférieure 36 du substrat et est recouverte par la métallisation sérigraphiée 24 ce qui en améliore la liaison mécanique et électrique. L'axe des métallisations 22 croise celui des trous 33 correspondant. Au niveau de ceux-ci, les métallisations 22 s'interrompent sur un cercle 25 de diamètre approximativement égal au diamètre in- térieur des anneaux 11. - 7 - Une plaque 20 présente des cavités paraboliques 21 se prolongeant vers la face inférieure 23 de ladite plaque par des ouvertures circulaires 41 dont le diamètre extérieur correspond à un faible jeu près au diamètre extérieur des an- neaux conducteurs 1l. Les ouvertures 41 sont disposées selon le même réseau que les éléments 1. La plaque 20 est disposée de manière à venir en butée sur la face supérieure 35 du substrat 30. Plus particulièrement, chaque cavité 21 est constituée par une demi-coquille 40 à parois relativement minces, les coquilles étant solidaires les unes des autres à leur périphérie dans les régions 43. La face inférieure 23 des demicoquilles 40 présente une région centrale 26 entourant les ouvertures 41 et qui vient en butée sur la face supérieure du substrat 30. Ladite plaque 20 peut être en matière plastique moulée et métallisée sur la face intérieure 27 des demi- coquilles. En tout état de cause, les régions centrales 26 et les ouvertures 41 se doivent de rester isolantes. A titre de variante, la plaque 20 comporte au moins un conduit de-lumière tel que décrit dans les demandes DE A 2 201 574 ou EP A 117 606 précitées. Un tel conduit, pré- sente une cavité hémisphérique qu'il suffit de prolonger par une partie cylindrique coopérant à faible jeu avec l'anneau conducteur 11 correspondant. Le montage de la matrice est réalisé de la manière suivante: Les supports 10, sur lesquels ont été ou non montés les composants 17 sont introduits dans les trous 33 du substrat 30. Ensuite, on solidarise les métallisations 22 et les anneaux conducteurs 11. Si les métallisations 22 sont sérigraphiées, il suffit de réaliser la cuisson des trajets sérigraphies. Pour des métallisations du type circuit imprimé, il suffit de réaliser des soudures sur un poste automatique. On réalise alors les métallisations 24 sur la face inférieure 36 du substrat 30. I1 est préférable de réali- -8 - ser cette opération en retournant le substrat. 30. la solution préférée est la sérigraphie, ce qui permet, par une étape ul- térieure de cuisson de terminer la mise en place électrique et mécanique des supports. Il est avantageux de laisser dépasser la face inférieure 16 des tiges 13 de la face inférieure 36 du substrat 30. la mise en place éventuelle de composants 17 et l'enrobage éventuel dans des d6mes 14 peuvent être effectué à tout moment, mais elle interviendra avantageusement après les étapes de cuisson des sérigraphies. le montage de la matrice se termine par la pose de la ou des plaques 20 portant les cavités paraboliques 21. On remarquera que la forme de demi-coquilles 40 à parois min- ces de celles-ci, qui, du fait de la légère élasticité qu'elle présente, facilite dans une certaine mesure l'introduction des ouvertures 41 dans les anneaux 11. L'invention ne se limite pas aux modes de réali- sation décrits et représentés. Ainsi, des connexions en série entre des diodes de la matrice peuvent être obtenues au moyen de liaisons convenables vers un connecteur dans lequel le substrat est enfiché ou bien encore à l'aide d'au moins une pièce entièrement conductrice et de même forme que les supports 10 et disposée dans un trou 33 choisi de manière appropriée. -9- REVENDICATIONS: 1. Matrice d'éléments électro-luminescents montés sur un substrat isolant présentant des trajets conducteurs pour leur interconnexion électrique et disposés chacun au foyer d'un élément optique de collimation, au moins plusieurs desdits éléments étant ménagés à la face supérieure d'au moins une plaque dont la face inférieure recouvre la face supérieure du substrat, et se prolongeant par des ouvertures cylindriques débouchant à la face inférieure de la plaque, caractérisée en ce que chaque élément (1) comporte d'une part un support (10) constitué d'une tige électriquement conductrice (13) présen- tant une face supérieure (15) et une face inférieure (16), d'une rondelle isolante (12) entourant une partie latérale su- périeure (19) de la tige conductrice (13) et d'une rondelle conductrice (11) entourant la rondelle isolante (12) et d'autre part un composant électro-luminescent (17) monté à la face supérieure (15) de la tige conductrice (13) de manière à former un contact électrique avec celle-ci, en ce que la tige conductrice (13) traverse un trou (33) du substrat (30) de telle sorte que sa face inférieure (16) se trouve en contact électrique avec des trajets conducteurs (24) de la face infé- rieure (36) du substrat (30), en ce que la rondelle conductri- ce (11) est raccordée électriquement d'une part au composant électro-luminescent (17) et d'autre part à des trajets conduc- teurs (22) de la face supérieure (35) du substrat (30) et en ce qu'au moins la face inférieure (26) et les ouvertures cy- lindriques (32) de la plaque (20) sont isolantes, lesdies ou- vertures cylindriques (33) s'engageant à faible jeu dans les rondelles conductrices (11). 2. Matrice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un élément optique de collimation est cons- titué par une cavité parabolique réfléchissante (21) à parois minces (27). 3. Matrice selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les trajets conducteurs (22, 24) d'au moins une face (35, 36) du substrat (30) sont sérigraphies. - 10 - 4. Matrice selon une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la face inférieure (16) de la tige con- ductrice (13) dépasse légèrement du trou correspondant (33) du substrat (30). 5. Matrice selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que les trajets conducteurs (22, 24) du substrat sont agencés pour raccorder électriquement les élé- ments électro-luminescents selon des lignes sur une face (35) du substrat (30) et selon des colonnes sur l'autre face (36) de celui-ci. 6. Matrice selon une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins un composant électro-lumines- cent (17) est enrobé dans un dôme de protection (14) en maté- riau transparent adaptant les indices optiques desdits compo- sants (17) et l'air. 7. Matrice selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que le substrat (30) est constitué d'un ma- tériau bon conducteur thermique. 8. Matrice selon la revendication 7 caractérisée en ce que ledit matériau est de l'aluminium (31) revêtu d'une couche d'oxydation anodique (32). 9. Matrice selon une des revendications 7 ou 8 ca- ractérisée en ce qu'elle comporte au moins une pièce conduc- trice de même forme que les supports (10) disposée dans un trou (33) du substrat (30) et réalisant des connexions en sé- rie de certaines au moins des diodes de la matrice. 10. Procédé de fabrication d'une matrice d'éléments électro-luminescents selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) réaliser selon une géométrie désirée des tra- jets conducteurs (22) sur une face supérieure (35) d'un substrat isolant (30) pourvu de trous destinés (33) à recevoir lesdits éléments (1) b)insérer dans les trous (33) au moins les sup- ports (10) des éléments (1) ceux-ci comportant une tige (13) électriquement conductrice présen- - 11 - tant une face supérieure (15) et une face infé- rieure (16), une rondelle isolante (12) entou- rant une partie latérale supérieure (19) de la tige conductrice (13), et une rondelle conduc- trice (11) entourant la rondelle isolante (12), la géométrie désirée des trajets conducteurs (22) étant telle que ceux-ci viennent en contact électrique avec les anneaux conducteurs (11) correspondants. c) solidariser les anneaux conducteurs (11) et les trajets conducteurs correspondants (22) de la face supérieure (35) du substrat (30). d) réaliser selon une géométrie désirée des tra- jets conducteurs (24) sur la face inférieure (36) du substrat (30) de telle manière que ceux- -ci viennent en contact électrique avec la face inférieure (36) de la tige conductrice (13). e) solidariser la tige conductrice (13) et les trajets conducteurs correspondants (24) de la face inférieure (36) du substrat (30). f) disposer sur le substrat au moins une plaque (20) présentant une pluralité de cavités parabo- liques réfléchissantes (21) se prolongeant par - des ouvertures cylindriques isolantes (41) ve- nant s'engager à faible jeu dans les rondelles conductrices (11) jusqu'à ce que la face infé- rieure isolante de la plaque vienne en butée sur le substrat (30). 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que les trajets conducteurs (22, 24) d'au moins une des fa- ces (35, 36) du substrat (30) sont réalisés par sérigraphie ladite solidarisation étant obtenu par cuisson des trajets sé- rigraphiés (22, 24). 12. Procédé selon une des revendications 10 ou i1 caractérisé en ce que des composants électro-luminescents (17) sont montés sur la face supérieure (15) des tiges conductrices - 12 - (13) avant l'insertion des supports (10) dans les trous (33) du substrat isolant (30). 13. Procédé selon une des revendications 10 ou-11 caractérisé en ce que des composants électro-luminescents (17) sont montés sur la face supérieure (15) des tiges conductrices (18) après une quelconque des étapes c) à f). 14. Procédé selon une des revendications 12 ou 13 caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'enrober les composants électro-luminescents (17) d'un dôme de protection (14) en matériau transparent.