Brevet FR2926926A1 — publié le 20090731

Domaine de l'invention La présente invention concerne une source lumineuse à diode LED comportant un support recevant la diode. Une telle source peut se composer d'une ou plusieurs diodes LED émettant une lumière identi- que ou différente pour l'éclairage et/ou des effets de décoration. Etat de la technique Les diodes LED sont utilisées comme source de lumière de faible puissance servant, par exemple, pour des voyants mais également comme des diodes dites de puissance, c'est-à-dire d'une puissance de 1 ou 5 voire 50 watts, générant un flux lumineux très important. Les diodes LED sont intéressantes par leur rendement lumineux et leur durée de vie. Toutefois, la chaleur dégagée très localement par les diodes LED de puissance conditionne leur durée de vie. Pour évacuer autant que faire se peut la chaleur, les plaquettes des diodes sont, en général, équipées d'un dissipateur métallique formant une surface d'échange de chaleur plus efficace que la seule plaquette de la diode. Ces échangeurs de chaleur travaillent par convection et rayonnement. Ces dissipateurs habituels sont généralement coûteux et peu faciles à intégrer dans un montage à cause de leur encombrement et leur assemblage à la diode n'assure pas une isolation électrique suffisante vis-à-vis des normes de sécurité électriques, par exemple lorsque les diodes LED sont alimentées directement par le réseau électrique ou par un convertisseur insuffisamment protégé vis-à-vis du réseau. Il existe donc un danger potentiel de choc électrique. 25 But de l'invention La présente invention a pour but de développer une source lumineuse à diode LED permettant une protection thermique efficace de la diode ou de l'ensemble des diodes et assurant une isolation électrique compatible avec les normes de sécurité électrique. 30 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne une source lumineuse à diode LED caractérisée par une enveloppe délimitant une enceinte contenant un fluide isolant électrique, caloporteur en contact de conduction thermique au moins avec la face arrière de la plaquette de la 35 diode LED. La source lumineuse est ainsi isolée par le fluide isolant et le refroidissement de la diode est assuré de façon très efficace par le fluide caloporteur échangeant la chaleur avec l'enveloppe qui la dissipe à l'extérieur. Cela permet de maintenir la température de la diode à un ni-veau très bas, même pour un fonctionnement prolongé. Cette température basse de l'enceinte évite tout problème de surchauffe locale et les risques liés à une telle surchauffe. Suivant une caractéristique avantageuse, l'enveloppe est elle-même isolante électrique. La diode est ainsi entourée d'une double isolation, le fluide isolant caloporteur et l'enveloppe. Suivant une autre caractéristique, l'enveloppe transparente entoure la diode LED pour former une surface de sortie de la lumière, la diode étant au moins partiellement immergée dans le fluide caloporteur de l'enceinte. Suivant une autre caractéristique, la diode LED est équipée d'une optique occupant l'intervalle entre la diode et la surface transparente de sortie de lumière de l'enveloppe. Ainsi, la source lumineuse est directionnelle ou avec un grand angle d'ouverture en fonction de l'optique combinée à la diode. De façon particulièrement avantageuse, la source lumineuse comporte un culot logeant le circuit d'alimentation de la diode LED pour se fixer dans une douille électrique alimentée à partir du réseau de distribution électrique. Cela permet d'utiliser cette source lumineuse à diode comme une ampoule classique, avec un culot de type baïonnette ou à vis. L'ampoule pourra ainsi s'installer en remplacement d'une ampoule traditionnelle dans un culot alimenté à partir du réseau électrique, c'est-à-dire sous la tension du réseau 110-220-230 volts. Une diode LED de forte puissance peut être équipée d'un radiateur immergé dans le fluide caloporteur augmentant la surface d'échange entre la diode et le fluide caloporteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans le cas d'une diode de forte puissance, pour réduire l'encombrement au niveau de la source lumineuse, l'enceinte est réduite à un volume minimum et communique par un circuit de fluide caloporteur avec une enceinte de dimensions plus grandes, déportée, le fluide caloporteur étant mis en circulation pour arriver dans l'enceinte déportée qui échange la chaleur avec l'extérieur. Une telle application concerne par exemple les projecteurs et notamment, les systèmes d'éclairage de véhicules automobiles. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une source lumineuse selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'une source lumineuse munie d'un culot à visser, - la figure 3 est une vue en coupe d'une autre variante d'une source lumineuse selon l'invention destinée à remplacer directement une ampoule à douille, - la figure 4 est une autre variante d'une source lumineuse en forme d'ampoule à douille, - la figure 5 montre une quatrième variante d'une source lumineuse à douille, - la figure 6 montre une source lumineuse à plusieurs diodes LED, - la figure 6A est une vue de détails en coupe de la liaison entre l'enceinte et le culot de la source lumineuse de la figure 6, - la figure 7 montre une source lumineuse à encastrer dans un panneau montrant deux formes de réalisation l'une, dans sa moitié gauche et l'autre, dans sa moitié droite, - la figure 8 montre schématiquement une source lumineuse selon l'invention comportant un circuit de refroidissement. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement et de façon générale, une source lumineuse à diode LED 100 selon l'invention. Cette source est présentée avec une seule diode LED. Par convention, il sera en général question de � diode � au singulier dans la description sachant que ce singulier peut désigner une diode unique ou plusieurs diodes utilisées dans les mêmes conditions. La diode LED 10 est portée par un support 11 intégrant la diode proprement dite. Cette diode sur son support 11, est placée dans une enve- loppe 20 formant une enceinte contenant un fluide isolant électrique et caloporteur 30. Ce fluide 30 est un liquide non électrolytique, tel qu'un alcool ou une huile, en contact de conduction thermique avec la diode, c'est-à-dire la face arrière de la plaquette 11 portant la diode 10. Dans l'exemple représenté, la diode 10 est immergée dans le fluide isolant, caloporteur 30. Le support 11 de la diode est relié par une branche de support 12 à un bouchon 21 fermant l'enceinte dont l'enveloppe 20 est au moins partiellement transparente ; le liquide caloporteur 30 est lui-même transparent ou translucide. Le bouchon 21 fermant l'enceinte est traversé par les deux conducteurs d'alimentation 13, 14 de la diode 10. Les moyens de fixation de cette source lumineuse dans une lampe, un lustre ou, plus générale-ment, une installation d'éclairage ou de décoration, ne sont pas détaillés. Selon une variante non représentée, le circuit l'alimentation de la diode est directement associée à l'enveloppe 20, par exemple à son bouchon 21. io La chaleur dégagée par la diode 10 est échangée avec le fluide caloporteur 30, lui-même en contact avec l'enveloppe 20 formant une surface d'échange de chaleur importante. La masse du fluide caloporteur constitue en soi un puits de chaleur. 15 Pour une diode 10 d'une puissance de un ou de quelques watts, la chaleur dégagée, au niveau de la face arrière de la plaquette 11, est ponctuellement importante mais, dissipée dans la masse de fluide caloporteur 30, elle n'en provoque pas une élévation de température significative et l'enceinte avec le fluide caloporteur reste pratiquement à la 20 température ambiante. Il en est de même de son enveloppe 20. La figure 2 montre une variante de réalisation 100A concernant la partie de fixation et de branchement de la source lumineuse. Les éléments de cette variante, identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1, portent les mêmes références et leur description ne sera pas re- 25 prise. Le bouchon 21 et l'enveloppe 20 sont munis d'un culot 40 pour le branchement électrique ; il est destiné à se visser dans une douille, elle-même reliée à l'alimentation électrique pour une diode. L'avant de la diode 10 est équipé d'une optique 15, encore appelée réflecteur ou collimateur, pour définir l'angle d'émission du faisceau lumineux. Cette opti- 30 que 15 est directement en contact avec la face avant 22 de l'enveloppe 20. La figure 3 montre une autre variante 100B de forme globale identique à celle des variantes précédentes et pour laquelle on utilisera les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments ou éléments analogues. Cela est également vrai pour les différents autres 35 modes de réalisation décrits ci-après. La variante 100B diffère par l'intégration du circuit d'alimentation 51 dans le bouchon 21, à l'intérieur du culot 40 ce qui permet de brancher une telle source lumineuse dans une douille alimentée à la tension du réseau électrique, par exemple 220 ou 230 volts. La figure 4 montre une autre variante de source lumineuse 100C dans la quelle la surface transparente de sortie de lumière de la diode 10 devant l'optique 15 est constituée par une pastille 23 intégrée dans l'enveloppe 20 qui peut être dans ce cas, opaque. La figure 5 montre une autre variante de source lumineuse 100D en forme d'ampoule, qui diffère des modes de réalisation précédents par le dissipateur 16 ou puits de chaleur fixé à la plaquette 11 de io la diode 10 pour augmenter la surface d'échange de chaleur entre la diode 10 et le fluide caloporteur isolant 30 dans lequel baignent la partie arrière de la plaquette 11 de la diode et son dissipateur 16. Le dissipateur 16 est en forme de manchon perforé pour permettre la circulation du fluide caloporteur 30 par convection dans l'enceinte délimitée par 15 l'enveloppe 20. A l'avant, l'enveloppe 20 porte la plaquette 11 de la diode 10 de façon que la face arrière de la plaquette 11 et son dissipateur 16 soient dans l'enceinte. La face avant de la plaquette de la diode n'est pas immergée dans le liquide caloporteur 30. Une optique 15 en amont de la 20 diode 10 est représentée en pointillés et l'avant de l'ampoule est occupé par un bulbe 24 en forme de dôme. Une telle source lumineuse 100D en forme d'ampoule également équipée du circuit d'alimentation 50 de la diode 10 peut se visser dans une douille alimentée normalement à partir du réseau électrique. 25 La figure 6 montre une source lumineuse 100E à plusieurs diodes installées dans une enceinte dont l'enveloppe 20E de forme sphérique est terminée par un culot 40. Les supports 11 des diodes 10 disposés en grappes portés par des branches de maintien 12E à l'intérieur du bain de liquide isolant, caloporteur 30 et leurs fils d'alimentation 13, 14 sont 30 reliés au culot 40 soit par l'intermédiaire du circuit d'alimentation intégré soit pour être branchés sur un circuit d'alimentation externe. L'enveloppe 20E est transparente ou translucide et le liquide 30 est limpide. Le liquide et/ou l'enveloppe peuvent être colorés en fonction de l'effet d'éclairage ou de décoration à réaliser. 35 L'intérieur 26 de la partie supérieure de l'enveloppe peut être réfléchissant pour constituer un réflecteur renvoyant la lumière dans la moitié inférieure de l'enceinte. Si le liquide est limpide, les points lumineux apparaissent comme autant de sources lumineuses pratiquement ponctuelles, émettant chacune une forte intensité lumineuse et si le liquide est trouble, il peut créer un effet de diffusion répartissant la lumière dans les différentes di- rections de façon plus régulière que des points lumineux,. La figure 6A montre l'assemblage entre l'enveloppe 20E, le bouchon 21 portant les diodes et le culot 40. L'enveloppe 20E est en une matière isolante électrique de même que le bouchon 21. Le culot 40 est relié à la jonction de l'enveloppe par une virole 41 elle-même isolante. L'assemblage est scellé ou fermé de manière étanche comme les assemblages des autres modes de réalisation.. La figure 7 montre une forme de réalisation d'une source lumineuse à diode 100F destinée à être encastrée dans une découpe D réalisée dans une plaque P, par exemple une plaque de plafond ou de mur. La structure de cette source lumineuse 100F est analogue aux structures précédentes. Elle se compose d'une (ou plusieurs) diode LED 10 portée par un support 11 relié à une branche 12 fixée à un bouchon 21, l'ensemble étant placé dans une enveloppe 20 au moins par-tiellement transparente sur sa face avant et terminée à l'arrière par un filetage extérieur 27 sur lequel se visse un couvercle extérieur 28 traversé par les conducteurs d'alimentation 13, 14 de la diode 10. Ce couvercle extérieur 28 qui bloque la fermeture de l'enceinte, porte d'un côté, sur la variante de gauche, une languette élastique 29 pour la fixation de la source lumineuse dans l'orifice D du panneau P. Dans la variante représentée à droite, l'enveloppe 20F est déformée et constitue des points d'appui périphériques, continus ou discontinus pour l'encastrement de cette partie arrière de l'enveloppe 20F dans l'orifice D du panneau P. Comme la température de l'enceinte et de l'enveloppe 21F reste très basse, il n'y a aucun point chaud au niveau de la paroi d'encastrement, ni d'élévation locale de température à l'arrière de la source lumineuse. La figure 8 montre un mode de réalisation d'une source lu- mineuse 100H selon l'invention pour des diodes 10 de forte puissance. Un groupe de telles diodes 10 est placé dans une enveloppe 20H au moins par la face arrière de la plaquette 11 qui porte les diodes 10. Cette enve- loppe 20H contient un fluide électroisolant et caloporteur 30 tel que de l'alcool ou de l'huile. Cette partie de l'enceinte 20H est reliée à un circuit de refroidissement 50 relié à un volume déporté 51 constituant l'échangeur de chaleur avec l'extérieur. Le fluide caloporteur 30 est mis en circulation par un moyen de circulation 52 tel qu'une pompe schématisée par une hélice.5 REVENDICATIONS 1 °) Source lumineuse à diode LED, caractérisée par une enveloppe (20) délimitant une enceinte contenant un fluide isolant 5 électrique, caloporteur (30) en contact de conduction thermique au moins avec la face arrière de la plaquette (11) de la diode LED (10). 2°) Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que 10 le circuit d'alimentation (50) de la diode est combiné à l'enveloppe (20), notamment à un bouchon (21) fermant l'enveloppe. 3°) Source lumineuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que 15 l'enveloppe (20) est transparente et entoure la diode LED (10) pour former une surface de sortie de la lumière (22), la diode (10) étant au moins partiellement immergée dans le fluide caloporteur (30) de l'enceinte. 4°) Source lumineuse selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que l'enveloppe (20) est isolante électrique. 5°) Source lumineuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que 25 la diode LED (10) est équipée d'une optique (15) occupant l'intervalle entre la diode et la surface transparente (22) de sortie de lumière de l'enveloppe (20). 6°) Source lumineuse selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce qu' elle comporte un culot (40) logeant le circuit d'alimentation (50) de la diode LED (10) pour se fixer dans une douille électrique (40) alimentée à partir du réseau de distribution électrique. 35 7°) Source électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaquette (11) de la diode (10) est munie d'un radiateur (16) immergé dans le fluide caloporteur (30).8°) Source lumineuse selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'enceinte (20H) contenant le fluide caloporteur (30) est reliée à un circuit de refroidissement (50) comportant un échangeur de chaleur (51) et une 5 pompe de circulation (52) déportés.