Brevet FR2809477A1 — publié le 20011130

La présente invention concerne un dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, dont la source de lumière ponctuelle, redirigée et étalée par une ou plusieurs pièces optiques translucides, permettent l'éclairage ou le balisage en bas voltage notamment à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes. Les systèmes ou appareillages destinés à l'éclairage etaient réalisés jusquà aujourd'hui notamment à l'aide de lampes à incandescence, fluo, halogène, ou néon. La consommation relativement importante de ces lampes ( de 4W à 300W selon les besoins d'éclairage), alimentées principalement en 220 volts, leur durée de vie relativement courte (7000 à 15000 heures), leur dégagement de chaleur relativement important (50 à 120 ), l'impossibilité de les faire clignoter sans écourter leur durée de vie (éclairage de sécurité ou routier...), limitent leur utilisation à une alimentation par le réseau électrique alternatif, sans possibilité sérieuse d'être alimentées en autonomie d'énergie. Les diodes électroluminescentes ou LED (Light Emetting Diodes), économes en énergie, ne pouvaient être utilisées jusqu'à il y a quelques mois, que pour un usage limité à des voyants lumineux de couleurs rouge, jaune, ambre, vert, ou bleu, dont l'indice lumineux était compris entre 30 et 800 milliCandelas (maximun 1 Watt d'équivalence), l'absence de diodes suffisamment puissantes et émettant une couleur blanche ne permettait pas alors d'envisager un éclairage ou un balisage identique en puissance d'éclairement à celui de lampes à filament incandescent, ou de lampes fluorescentes, L'exemple pratique des utilisations les plus connues de ce de diodes ou LED sont les voyants lumineux ou de contrôle de matériels informatiques ou robotiques, d'ordinateurs, d'appareils vidéos, audios, ou ménagers. Dans une autre utilisation connue, le groupement de ces diodes, la plupart du temps de couleur rouge ou jaune, est destiné à former les messages à défilement de journaux lumineux, pilotées par des logiciels reliés à des circuits intégrés. L'apparition sur le marché depuis quelques mois, de diodes électroluminescentes blanches à très faible consommation d'énergie (20 MilliAmpères par diode) et à très grande luminosité (5 à 15 Candelas, soit équivalent à 5 à 15 Watts lampe) alimentées en très bas voltage (3 à 4 Volts par diode) permet aujourd'hui d'envisager leur utilisation notamment groupée au lieu et place de lampes d'éclairage de type classique (incandescence, fluo ou néon) leur durée de vie étant environ de 200.000 heures. Cependant, la particularité de ces diodes électroluminescentes à grande luminosité comme celles précédentes à faible luminosité, est d'émettre un faisceau de lumière très étroit (10 à 20 degrés d'angle), limité par la structure même de la composition chimique et physique de ce type de composant électronique. Le faisceau lumineux émis est ainsi très puissant en distance (une dizaine de metres) avec un angle d'éclairement très étroit (10 à 20 degrés), au détriment d'une propagation lumineuse étalée réclamée dans un éclairage traditionnel (90 à 360 degrés d'angle). En cet état de la technique ce type de diode ne pouvait être utilisé et substitue aux moyens d'éclairage domestique ou industriel sans envisager préalablement la transformation de la lumière ponctuelle émise à l'aide de dispositifs propres à rediriger, étaler et égaliser la lumière selon les angles divers imposés par les besoins d"éclairage. Le but de l'Invention était donc de régler les problèmes techniques liés à la mise au point de cet éclairage pouvant se substituer économiquement aux sources lumineuses traditionnelles à forte consommation d'énergie et à faible durée de vie, par un système d'éclairage de 20 à 50 fois plus économe en énergie, à fort rendement lumineux (5 à 15 Candelas par lampe) et d'une durée de vie pouvant aller jusqu'à 200.000 heures et notamment l') De répartir au moyen de dispositifs optiques simples les rayons de lumière ponctuelle et directionnelle provenant de ces diodes électroluminescentes groupées selon un pas de 1 à plusieurs centimètres, en fonction de leur rendement lumineux, pour en obtenir une lumière redirigée et égalisée. 2 ) D'envisager plusieurs systèmes de répartition optique de la lumière en rapport avec l'angle d'éclairage et le rayonnement souhaité dans les applications domestiques et industrielles 3 ) De concevoir des systèmes de liaison électronique simple de ces diodes électroluminescentes, lorsqu'elles sont groupées pour former des lampes ou des rampes d'éclairage avec leurs raccordements ou connexions. 4 ) D'implanter ce dispositif dans une infrastructure compatible en encombrement et en esthétique, avec la commercialisation d'un concept destiné principalement aux Marchés de l'éclairage et du balisage, ayant pour base la technique de l'éclairement au moyen de diodes électroluminescentes. 5 ) De concevoir un dispositif électronique alimenté par le secteur électrique ou autonome comprenant les sources d'éclairage constituées par la rangée de LED, diodes électroluminescentes avec le système de captation de l'énergie naturelle (capteur solaire, éolienne.,.), le générateur, le régulateur de tension filtrée, l'accumulateur et la cellule de commande jour-nuit. Une fois résolus les problèmes sus-décrits, les avantages les plus remarquables du dispositif sont: - sa diversité d'applications par son fonctionnement à base d'électronique alliée la propriété des LED ou diodes électroluminescentes, (clignotement, télécommande). - sa faible consommation et son rendement lumineux élevé, - sa durée de vie d'éclairement (150.000 à 200.000 heures). - son indépendance énergétique permettant de l'utiliser hors toute proximité du réseau électrique. L'Invention a pour but d'apporter les solutions au cahier des charges ainsi constitué du premier au cinquième point décrits plus haut. L'Invention concerne donc un dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, dont les sources de lumière ponctuelles, redirigées, étalées et égalisées par une ou plusieurs pièces optiques translucides, permettent l'éclairage ou le balisage en bas voltage notamment à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes. Selon une première caractéristique de l'invention illustrée par la planche 1/8 (figure 1), deux pièces nervurées en symétrie (2) et (13), en PVC ou matière plastique rigide, assemblent une pièce optique translucide (1) (ou translucide teintée ou opale diffusante), avec une pièce opaque (7), cernant les trois autres côtés. Une des nervures pratiquées dans la pièce (2) sert au positionnement d'un circuit imprimé (3) portant plusieurs rangées de diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves usinées dans la pièce optique translucide (1) dont les détails et formes d'usinages sont décrits dans les troisième, quatrième, et cinquième caractéristiques, dans un matériau possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique translucide dont le verre acrylique de marques (Altuglas R Plexiglas, R Perspex R ). Ce circuit imprimé (3) porte lui-même, le connecteur d'alimentation en courant alternatif (8) alimentant à travers son fusible et porte-fusible (9) le transformateur (6) qui délivre un courant de bas voltage redressé et filtré en courant continu (3, 6, 9, 12 ou 24 Volts) par la diode zener (12) équilibré parla ou les résistances (5) permettant de délivrer la tension nécessaire à la correcte alimentation des rangées de diodes électroluminescentes ou LED (4). Le fil électrique (11) est connecté au réseau électrique, soit directement, sort une douille de convection (15) à visser sur une douille de lampe classique. L'invention comporte selon une seconde caractéristique (planche 2/8, figure 2), les mêmes pièces nervurées (2) et (13) en PVC ou matière plastique rigide non-feu, usinées à la demande, assemblant plusieurs pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), qui peuvent être disposées en autant de faces qu'en comporte le polyèdre ainsi formé (carré, rectangle, polygone...) ou le cylindre. Un seul circuit imprimé (3) supporte dans les mêmes conditions que dans la première caractéristique l'alimentation et les diodes électroluminescentes situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans la première pièce optique (1) leur faisant face. Autant de circuits imprimés (10), alimentés par le premier (3), ne portant que les diodes électroluminescentes et leurs résistances d'équilibre sont disposés toujours de la même manière, dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une troisième caractéristique (planche 3/8), plusieurs types d'usinages continus des pièces optiques translucides (1) ((ou translucide teintée ou opale diffusante), de profil trapézoïdal (figure 3), triangulaire (figure 4), carré (figure 5) ou arrondi (figure 6), dont les angles et rayons variables sont déterminés en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes ou LED situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une quatrième caractéristique (planche 4/8), au lieu et place d'usinages continus des pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), des fraisages discontinus (pratiqués en fonction de l'implantation des diodes électroluminescentes) (4), de forme concave sphérique (figure 7), concave triangulaire (figure 8), ou concave trapézôidale (figure 9), dont les angles et rayons variables sont déterminés en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes ou LED, situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une cinquième caractéristique (planche 3/8, figures 3 a 6 et planche 4/8, figures 7 à 9), des pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), fraisées ou usinées de façon continue ou discontinue selon des tracés (planche 5/8) en correspondance avec les tracés des circuits imprimés (26) et l'implantation (27) des diodes électroluminescentes (4), sort en forme de cercles concentriques ou non, (figure 10), carrés ou rectangles concentriques ou non, (figure 11), polygones concentriques ou non (figure 12), ou selon un tracé irrégulier (figure 13), les pièces optiques (1) pouvant être alors de forme variable adaptée et être situées sur une quelconque face du dispositif. L'invention comporte selon une sixième caractéristique (planche 6I8, figure 14) et 7/8 (figure 15), au lieu et place des faces ne servant pas à l'éclairage, des capteurs solaires (20) qui sont insérés derrière une pièce de protection et de diffraction translucide (21) en matière plastique possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, dont la face (23), opposée aux capteurs solaires (20) est usinée au pas des cellules de capteurs, selon des fraisages continus triangulaires (22) ou arrondis (24) selon un angle ou un rayon au minimum ouvert à 45 par rapport à l'horizontale, destinés à rediriger la lumière solaire vers les faces des capteurs (20) en profitant au maximum des propriétés de diffraction de la lumière dans la pièce translucide ainsi transformée. Ces capteurs solaires (20) rechargent, de même que décrit par la planche 8I8 (figure 1), en autonomie, un accumulateur (14), par un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17), Une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques (1) leur faisant face. L'invention comporte selon une septième caractéristique (planche 8/8, figure 16), une turbine à air solidaire d'un alternateur (18) qui recharge en autonomie un accumulateur (14), par un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17). Une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (1) situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. A titre d'exemples de réalisations, l'Invention est particulièrement indiquée dans la conception et la fabrication d'éclairages de tous types, autonomes ou non, notamment dans l'éclairage public, industriel ou domestique en substitution des lampes destinées à l'éclairage traditionnel, compte-tenu de leur très faible consommation en énergie électrique et leur grande durée de vie comparées, ainsi qu'à chaque fois qu'il est souhaitable de recourir à un dispositif autonome en alimentation électrique, notamment lorsqu'il est impossible économiquement ou techniquement de créer une ligne de raccordement au réseau électrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, caractérisé en ce que le dispositif (planches 1I8 à 8/8, figures de 1 à 16), est constitué d'une ou plusieurs pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), usinées dans un matériau possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique (dont le verre acrylique de marques Altuglas R Plexiglas, R Perspex R ), qui peuvent être disposées en autant de faces qu'en comporte le polyèdre ainsi formé (carré, rectangle, polygone ... ou le cylindre), un premier circuit imprimé autonome (3) supporte l'alimentation et les diodes électroluminescentes, lesquelles sont disposées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves continues ou concaves discontinues, pratiquées (selon une forme variant en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes et un tracé correspondant à la disposition des diodes), dans la première pièce optique (1) leur faisant face ; autant de circuits imprimés (10) que nécessaires, alimentés par le premier circuit (3), portent uniquement les résistances et les diodes électroluminescentes, lesquelles sont toujours disposées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques (1) correspondantes leur faisant face; deux pièces nervurées en symétrie (2) et (13) en PVC ou matière plastique rigide, assemblent le dispositif qui peut être alimenté soit par le secteur électrique soit en autonomie par l'énergie éolienne ou solaire 2, Dispositif d'éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, (planche 1/8, figure 1), caractérisé en ce que le dispositif est ici constitué d'une seule pièce optique translucide (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), enserrée par une pièce opaque (7), cernant les trois autres côtés, un seul circuit imprimé (3) porte l'alimentation et les diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques (1) correspondantes leur faisant face, deux pièces nervurées en symétrie (2) et (13) en PVC ou matière plastique rigide, assemblent le dispositif, 3. Dispositif d'éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, (planche 2/8, figure 2), caractérisé en ce que le dispositif est ici constitué de plusieurs pièces optiques translucides (1), (ou translucides teintée ou opales diffusantes), un premier circuit imprimé (3) porte l'alimentation et les diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques (1) correspondantes leur faisant face, autant de circuits imprimés (10) que nécessaires, alimentés par le premier circuit (3), portent uniquement les résistances et les diodes électroluminescentes, lesquelles sont toujours disposées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques (1) correspondantes leur faisant face ; deux pièces nervurées en symétrie (2) et (13) en PVC ou matière plastique rigide, assemblent le dispositif. 4. Dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la (ou les) pièce optique translucide (1) (ou translucide teintée ou opale diffusante) composant le dispositif peut comporter plusieurs types d'usinages concaves continus (planche 3/8), pratiqués selon un profil trapézdidal (figure 3), triangulaire (figure 4), carré (figure 5) ou arrondi (figure 6), dont les angles et rayons varient en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques leur faisant face. Dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la (ou les) pièce optique translucide (1) (ou translucide teintée ou opale diffusante) composant le dispositif peut comporter des usinages discontinus (planche 4/8), (pratiqués en fonction de l'implantation des diodes électroluminescentes) (4), de forme concave sphérique (figure 7), concave triangulaire (figure 8), ou concave trapézdidale (figure 9), dont les angles et rayons varient en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes, situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves pratiquées dans les pièces optiques leur faisant face. 6. Dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon les revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que les pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), peuvent être usinées de façon continue ou discontinue, en correspondance avec les tracés (planche 5/8) des circuits imprimés (26) et l'implantation (27) des diodes électroluminescentes (4), soit en forme de cercles concentriques ou non, (figure 10), carrés ou rectangles concentriques ou non, (figure 11), polygones concentriques ou non (figure 12), ou selon un tracé irrégulier (figure 13), les pièces optiques (1) pouvant être alors de forme variable adaptée et être situées sur une quelconque face du dispositif. 7. Dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est alimenté en autonomie (planche 6/8, figure 14 et planche 7I8, figure 15), par des capteurs solaires (20) disposés au lieu et place des faces ne servant pas à l'éclairage, insérés derrière une pièce de protection et de diffraction translucide (21) en matière plastique possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, dont la face (23), opposée aux capteurs solaires (20) est usinée au pas des cellules de capteurs, selon des fraisages polis continus triangulaires (22) ou arrondis (24) et selon un angle ou un rayon au minimum ouvert à 45 par rapport à l'horizontale, destinés à rediriger la lumière solaire vers les faces des capteurs (20) en profitant au maximum des propriétés de diffraction de la lumière dans la pièce de protection translucide ainsi transformée, ces capteurs solaires (20) rechargent, (planche 8I8, figure 16), un accumulateur (14). à travers un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17), une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (4). 8. Dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est alimenté en autonomie par une turbine à air (planche 8/8, figure 16) solidaire d'un alternateur (18) qui recharge un accumulateur (14), à travers un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17), une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (4).