Brevet FR2909160A1 — publié le 20080530

Domaine de l'invention La présente invention concerne un spot à diode électroluminescente (LED), portée par une plaquette de support et de branchement comportant un dissipateur en contact avec la plaquette et un système op- tique devant la sortie de la diode. Etat de la technique La durée de vie de fonctionnement des diodes électroluminescentes LED de puissance émettant une lumière blanche est fortement influencée par la température qui, pour une durée de vie maximale de la diode LED, se situe au niveau de la température ambiante normale de 25 C. Compte tenu de la miniaturisation des composants, cette température est largement dépassée par les diodes LED et nécessiterait une importante dissipation thermique. on connaît un spot du type défini ci-dessus composé d'un boîtier cylindrique en matière plastique logeant la pastille portant la diode. Ce boîtier en matière plastique comporte un manchon également en matière plastique, muni d'une collerette et équipé d'une optique de manière à s'emmancher sur le boîtier logeant la pastille de la diode. Extérieurement, le boîtier comporte deux branches élasti-20 ques diamétralement opposées, pour retenir le spot dans un logement cylindrique, par la simple déformation élastique des branches. A l'arrière, le boîtier est muni de deux pattes d'enclipsage pour recevoir une pastille en aluminium constituant un dissipateur de chaleur. Mais ce spot travaille à une température relativement élevée car 25 la pastille fixée à l'arrière ne permet qu'une faible dissipation de la chaleur. Cette température de fonctionnement élevée du spot, outre le risque qu'elle constitue en fonction de l'implantation du spot, réduit également considérablement la durée de fonctionnement possible du spot. 30 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un spot à diode électroluminescente LED de fabrication simple offrant d'excellentes conditions de fonctionnement et permettant une grande diversité d'utilisation pour des applications de balisage ou d'éclairage. 35 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un spot à diode électroluminescente (LED) du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le dissipateur est en forme de pot avec un fond entouré d'une paroi latérale, en 2909160 2 métal bon conducteur de chaleur, la plaquette de la diode étant fixée avec contact thermique au fond du dissipateur, est traversé par les conducteurs d'alimentation de la plaquette. Ce spot composé d'un nombre extrêmement réduit de pièces 5 est d'une fabrication particulièrement simple permettant une très grande diversité d'applications par les éléments du système optique installés sur ou dans le dissipateur de chaleur. Le spot a l'avantage de disposer d'une surface de dissipation importante constituée par le fond et de sa paroi latérale. Cette surface 10 de dissipation permet un excellent échange de température avec l'extérieur. Le pot a globalement une forme cylindrique, notamment de section circulaire. Sa section correspond sensiblement à la forme d'une plaquette usuelle portant une diode électroluminescente avec ses éléments 15 de fixation et de connexion. La paroi latérale du dissipateur a une hauteur permettant l'installation du spot dans un perçage d'une cloison ou d'un meuble, par exemple d'un bandeau de salle de bains ou d'équipement analogue, telle qu'une armoire de salle de bains, un panneau de plafond c'est-à-dire une hauteur de l'ordre d'un centimètre à deux centimètres, de façon à loger le système optique et le protéger. En fonction du système optique à installer dans le dissipateur, cette hauteur pourra être relativement importante. Il en est de même d'un dissipateur dont le fond est non seulement relié à la plaquette de la diode mais également à un élément de fixation tel qu'une pièce d'articulation permettant de réaliser un spot orientable. La grande surface de dissipation offerte par le dissipateur et sa réalisation en un métal bon conducteur de chaleur, notamment en aluminium permet d'abaisser considérablement la température de fonctionnement et ainsi de faire fonctionner la diode électroluminescente dans les meilleures conditions, c'est- à-dire en évitant toute surchauffe. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le spot comporte un support frontal en forme d'anneau cylindrique engagé dans l'ouverture du pot pour y tenir des éléments optiques. Ce support frontal est de préférence une pièce en matière 35 plastique moulée. Exposée à la lumière froide à l'avant de la diode elle ne risque aucune élévation de température. D'ailleurs, de façon générale, grâce à l'invention et à la grande surface de dissipation de chaleur, la partie arrière et latérale du 2909160 3 spot émettent la chaleur alors que le volume dans lequel est dirigé le faisceau de la diode et dans lequel se trouve le système optique reste à une température relativement faible, et cela d'autant plus que la lumière ne contient pas de rayonnement infrarouge susceptible de faire chauffer le 5 système optique. Le support frontal permet de tenir dans le dissipateur, différents éléments optiques d'éclairage ou de balisage, par exemple pour for-mer des points lumineux colorés suivant un code couleur ou pour créer une lumière d'ambiance ou encore pour un éclairage avec un faisceau de 10 faible section. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le support frontal a une collerette intérieure délimitant une ouverture pour recevoir le collimateur. Dans de nombreux cas d'application pour l'éclairage, il est avantageux que le système optique comporte un collimateur formant le 15 faisceau. Dans le cas d'une application au balisage, un point lumineux de lumière blanche ou de lumière colorée peut suffire et le collimateur n'est pas nécessaire. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le support frontal comporte une collerette extérieure et une collerette intérieure. La 20 collerette intérieure retient les éléments du système optique tels que le collimateur et/ou un disque en une matière translucide assurant un effet de diffusion et de coloration du faisceau lumineux. Le support peut également comporter une collerette extérieure avec un fond transparent ou translucide. La collerette extérieure 25 assure la finition et elle constitue éventuellement une surface d'appui pour limiter l'enfoncement du spot dans un logement et par exemple, réalisé dans un bandeau. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le collimateur comporte un film teinté placé dans la zone focale, c'est-à-dire devant 30 la diode électroluminescente. Le choix du film teinté permet de réaliser un éclairage coloré ou teinté à la couleur appropriée. Ce type de spot peut être avantageux pour créer une lumière d'ambiance ou plus généralement servir à des fins de décoration, par exemple dans des vitrines ou des lieux d'exposition. Suivant une autre caractéristique, le spot à diode LED se place dans un logement de forme adaptée à celle de la section du pot par l'intermédiaire d'un clip-ressort en forme d'anneau installé sur la paroi du dissipateur. 2909160 4 Suivant une autre caractéristique, la plaquette de la diode LED est fixée au fond du dissipateur par un moyen de fixation rapide tel que des rivets, notamment des rivets aveugles, de façon à bien appuyer la plaquette contre le fond et réaliser un excellent pont thermique 5 avec le disslpateur. Enfin, pour éviter que le clip-ressort ne s'accroche contre le bord parfois irrégulier de la paroi du logement dans lequel on veut placer le spot à diode, ce ressort à un bord arrondi. En résumé, le spot à diode LED selon l'invention permet 10 une très grande diversité de fonctions d'éclairage ou de balisage grâce à la structure modulaire obtenue par le dissipateur entourant la plaquette à diode et permettant de recevoir dans la zone froide, celle de l'émission lumineuse par la diode, une très grande diversité d'éléments optiques retenus par un support porté par la surface intérieure du dissipateur et 15 inversement sans réduire la surface exposée vers l'extérieur du dissipateur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents modes de réalisation d'un spot à diode électroluminescente, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure lA est une vue en coupe éclatée partielle en coupe d'un spot à diode électroluminescente selon l'invention, - la figure 1B est une vue du fond du dissipateur de la diode de la figure 1A, 25 - la figure 2 est une vue en coupe axiale du spot de la figure 1 à l'état assemblé, - la figure 3 est une vue en perspective d'un spot lumineux destiné à être installé dans un perçage d'une plaque, - la figure 4 montre le spot de la figure 3 installé dans le perçage, 30 - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation du spot de la figure 3, - la figure 6 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 5 d'une variante de réalisation du spot de la figure 3, - la figure 7 est une vue en perspective d'un clip-ressort pour la fixation 35 du spot dans un logement, - la figure 8 est une vue en plan du clip-ressort porté par le dissipateur d'un spot et s'appuyant dans un logement d'un panneau, 2909160 5 - la figure 9 est une vue éclatée d'un autre mode de réalisation d'un spot avec un collimateur sans diffuseur, - la figure 10 est une vue en coupe éclatée d'un autre mode de réalisation d'un spot avec un support recevant un disque de matière translu- 5 cide, - la figure 11 est une vue analogue à celle de la figure 10 dans le cas d'un spot muni d'un disque translucide et d'un ou plusieurs disques colorés. Description de modes de réalisation 10 Selon les figures 1A, 1B, 2, l'invention concerne un spot à diode électroluminescente (LED) 100 ou, plus simplement, à diode LED. La diode 1 est portée par une plaquette de support et de branchement 2. Cette plaquette 2 est, en général, un disque de section polygonale ou ronde comportant, au dos, une surface dissipatrice de chaleur pour évacuer la chaleur dégagée par la diode en fonctionnement. En général, la sortie de la diode est équipé d'un système optique 4 figuré schématique-ment par un rectangle. La plaquette 2 comporte deux conducteurs 3 soudés au circuit et dépassant vers l'arrière. 20 La plaquette 2 est fixée solidairement a un dissipateur 5 en forme de pot ayant un fond 51 entouré d'une paroi latérale 52. Le dissipateur 5, en général, de forme cylindrique, de section circulaire est muni dans son fond, de moyens de fixation de la plaquette, par exemple des perçages 53 pour le passage de rivets 6 pour solidariser la plaquette 2 au 25 fond 51 ainsi que des perçages 54 pour la traversée des conducteurs d'alimentation 3. La figure lA montre, en coupe éclatée, les éléments constitutifs du spot. La figure 1B est une vue en plan montrant les deux orifices de passage des conducteurs d'alimentation 54 et, avec un certain décalage, les deux orifices 53 par lesquels la plaquette 2 est fixée contre le fond 51 par deux rivets 6. Le contact entre le dos de la plaquette 2 et le fond 51 est fait sur une surface aussi grande que possible pour favoriser l'évacuation rapide de la chaleur dégagée par la diode 1 vers le dissipateur 5. 35 La figure 2 montre le spot 100 à l'état monté sans le système optique 4 qui sera placé à la sortie de la diode 1. La lumière est émise par la photodiode vers la gauche selon la figure 2. 2909160 6 La section du fond 51 est adaptée à celle d'une plaquette 2 habituelle, de diode de manière à pouvoir recevoir celle-ci tout en réduisant l'encombrement. La hauteur (h) de la paroi latérale 52 du dissipateur 5 est choisie en fonction du système optique 4 à loger dans le 5 dissipateur 5 devant la diode 1 dans le sens du passage de la lumière. Cette hauteur est également choisie suffisante pour permettre l'installation du spot dans un logement cylindrique, par exemple un perçage réalisé dans un bandeau, pour que le spot tienne par simple effet de coincement dans le logement comme cela sera vu ensuite. 10 Les figures 3 et 4 montrent la mise en place d'une variante de spot à diode électroluminescente 200 selon l'invention. La figure 3 montre le spot 200 sur le point d'être engagé dans un perçage P réalisé dans un panneau PA selon une vue en perspective et dans la direction a. La figure 4 montre le spot 200 en position installée. Cette variante de spot 200 est complétée par un support frontal 7 comme le montrent les vues en coupe des figures 5 et 6. Cette variante se compose des éléments principaux décrits et représentés aux figures lA-2, complétés par un support frontal 7 en 20 forme d'anneau cylindrique 71 engagé dans l'ouverture de la paroi 52 du dissipateur 5 en forme de pot. Le support frontal 7 permet de fixer au dissipateur 5, des éléments du système optique. Dans l'exemple de la figure 5, les éléments optiques 4 sont 25 constitués par un ou plusieurs disques 41, 42 en matière translucide ou transparente, placés soit au fond 72 du support 7, soit entre la diode 1 et le bord de l'anneau cylindrique 71 du support frontal 7. Dans cette variante, le support frontal 7 est bordé par une collerette extérieure 73 débordant largement du contour du dissipateur 5 30 pour servir également de cache. La collerette extérieure 73 se poursuit vers le centre par le fond 72. Le support 7 est, dans ce cas, réalisé lui-même en une matière transparente ou translucide pour la diffusion de la lumière. L'autre variante de la figure 6 correspond pour l'essentiel à 35 celle de la figure 5, sauf que le support 7A comporte non seulement une collerette extérieure 73A lui servant d'appui contre le bord du pot du dis- sipateur 5 et de cache pour couvrir l'intervalle entre le bord du perçage et 25 30 35 2909160 7 le dissipateur et aussi une collerette intérieure 74A retenant un collimateur 8 faisant partie du système optique. Ce collimateur 8 est constitué par une lentille à symétrie de rotation ayant, à l'extrémité tournée vers la diode, une cavité 81 pour 5 coiffer la diode 1 et collecter toute la lumière émise par celle-ci pour la focaliser dans la direction de l'axe XX du spot 300. Les spots des figures 3 à 8 sont installés dans le logement circulaire P avec interposition d'un clip-ressort 9 en forme d'anneau élastique, ovale, qui se place sur la paroi 52 du pot 5 et s'arc-boute dans le 10 perçage P. La figure 9 est une vue éclatée, partiellement coupée, et une vue de côté d'un autre mode de réalisation 400 d'un spot à diode électroluminescente. Ce mode de réalisation reprend les éléments principaux déjà décrits en relation avec les figures précédentes et notamment les figu- 15 res lA-2, complétés non seulement par un collimateur 8 et un support frontal 7A muni d'une collerette extérieure 73A et d'une collerette intérieure 74A mais également d'un film de gélatine 43 colorée qui se place dans la cavité 81 du collimateur 8 coiffant la diode 1 de manière à teinter, la lumière de la diode sortant du collimateur 8. L'anneau cylindrique du 20 support frontal 7A porte ici la référence 71A. Cette figure montre également le clip-ressort 9 en forme d'anneau ouvert à section sensiblement elliptique et un adhésif 91 per-mettant de fixer provisoirement ce clip-ressort à la paroi 52 du dissipateur 5. La mise en place et la fixation de la plaquette 2 de la diode 1 contre le fond 51 du dissipateur 5 se fait comme précédemment par des rivets 6 passant à travers les trous 53 réalisés dans le fond 51 (vue de droite), les conducteurs 3 traversant d'autres trous 54 du fond du dissipateur 5. La figure 10 montre une autre variante 200 en vue en coupe éclatée, analogue à celle de la figure 5, c'est-à-dire dont le système optique est constitué par le fond 72 du support 7 qui a un effet diffusant ou coloré et reçoit un disque 42 de matière transparente et colorée ou translucide et colorée. La figure 11 montre une autre variante 200 du spot de la figure 10 dans laquelle le système optique est complété par un disque translucide 41 et un ou plusieurs disques colorés 44, 45, 46. 2909160 8 En conclusion, les différents exemples ci-dessus soulignent le caractère modulaire du spot à diode LED selon l'invention, notamment sur le plan de la fabrication. Partant de l'élément de base constitué par la diode 1 portée par sa plaquette 2 et le dissipateur 5, on réalise les diffé- 5 rentes fonctions et applications optiques de balisage et d'éclairage par l'adaptation d'un support approprié dans le dissipateur pour fixer ou recevoir les différents éléments optiques tels que le fond diffusant 72 du support 7 ou une plaque diffusante 42 placée à l'intérieur contre le fond 72 du support 7 ou de plaques diffusantes colorées et/ou translucides 41 10 placées entre la diode et le bord de la paroi cylindrique 71 du support 7 ou encore un collimateur 8 dont la cavité 71 coiffant la diode 1 est munie d'un film de gélatine colorée. Une combinaison entre les différents éléments optiques est également possible. 15 REVENDICATIONS 1 ) Spot à diode électroluminescente (LED), portée par une plaquette de support et de branchement comportant un dissipateur en contact avec la plaquette et un système optique devant la sortie de la diode, caractérisé en ce que le dissipateur (5) est en forme de pot avec un fond (51) entouré d'une paroi latérale (52), en métal bon conducteur de chaleur, la plaquette (2) de la diode (1) étant fixée avec contact thermique au fond (51) du dissipateur (5) et ce fond est traversé par les conducteurs 10 d'alimentation (3) de la plaquette (2). 2 ) Spot à diode LED selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un support frontal (7) en forme d'anneau cylindrique (71) en-15 gagé dans l'ouverture du pot (5) pour y tenir des éléments optiques (4, 41, 42, 8). 3 ) Spot à diode LED selon la revendication 2, caractérisé en ce que 20 le support frontal (7A) a une collerette intérieure (74A) délimitant une ouverture pour recevoir un collimateur (8). 4 ) Spot à diode LED selon la revendication 2, caractérisé en ce que 25 le support frontal (7A) comporte une collerette extérieure (73A) et une collerette intérieure (74A). 5 ) Spot à diode LED selon la revendication 2, caractérisé en ce que 30 le support frontal (7) comporte une collerette extérieure (73) et un fond (72). 6 ) Spot à diode LED selon la revendication 2, caractérisé en ce que 35 le support frontal (7) reçoit un collimateur (8) et/ou un disque (41, 42, 44, 45, 46) en une matière translucide assurant un effet de diffusion et/ou de coloration du faisceau lumineux. 2909160 7 ) Spot à diode LED selon la revendication 6, caractérisé en ce que le collimateur (8) comporte un film teinté (43) dans la zone focale (81). 5 8 ) Spot à diode LED selon la revendication 1, caractérisé par un anneau (9) en forme de clip-ressort entourant la paroi extérieure du dissipateur (5) pour tenir le spot dans un orifice (P). 10 9 ) Spot à diode LED selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dissipateur (5) a une attache notamment une articulation, pour se fixer de manière orientable à un support. 10 ) Spot à diode LED selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dissipateur (5) est en aluminium.20