Brevet FR2939493A1 — publié le 20100611

� Dispositifs et procédé d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LED) pour émettre une lumière blanche � La présente invention concerne un dispositif d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LED) et émettant une lumière blanche. L'invention concerne également un procédé d'éclairage à base de diodes électroluminescentes pour émettre une lumière blanche. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui de l'éclairage d'intérieur avec une lumière blanche. Il peut également concerner l'éclairage extérieur toujours avec une lumière blanche. Les dispositifs d'éclairage à base de diodes électroluminescentes font actuellement l'objet d'un très fort développement, du fait des qualités intrinsèques de ce type d'éclairage par rapport aux techniques d'éclairage conventionnelles, notamment en termes de longévité et de performances d'éclairement avec un spectre compris pour l'essentiel dans le visible, limitant drastiquement toute émission d'infrarouges ou d'ultraviolets. Actuellement, l'éclairage à base de diodes électroluminescentes en vue de l'obtention d'une lumière blanche est réalisé de deux manières : - en utilisant une seule diode électroluminescente présentant une couleur blanche par phosphorisation, ou - en combinant trois diodes de couleurs complémentaires, à savoir rouge, vert et bleu, et en additionnant ces trois couleurs complémentaires. Cependant, une lumière blanche obtenue avec une seule diode électroluminescente présente l'inconvénient d'être fixe. En effet, la couleur blanche obtenue dans ce cas est fixée par la diode elle-même. Par ailleurs, une lumière blanche, obtenue avec un ensemble de trois diodes électroluminescentes dont les couleurs sont choisies respectivement dans le rouge, le vert et le bleu, présente l'inconvénient d'avoir un spectre simple avec peu de composantes car les couleurs de base choisies sont monochromatiques. Ainsi, une couleur blanche obtenue en additionnant trois couleurs de base monochromatiques ne présente que trois raies. Une telle lumière blanche présente alors l'inconvénient d'être fade et peu 2939493 -2 agréable. Cet inconvénient devient problématique lorsque la lumière blanche est utilisée pour mettre en valeur un objet ou un lieu, ou tout simplement lorsqu'une telle lumière est subie pendant un lapse de temps important. 5 Par ailleurs, la référence en couleur blanche en matière d'éclairage est la reproduction de l'éclairage du soleil qui se caractérise par deux paramètres essentiels : - elle suit la courbe du corps noir, qui est la couleur émise lorsqu'on chauffe un métal, et 10 - elle possède un spectre de rayonnement continu. Or, la lumière blanche obtenue par une seule diode ne satisfait pas le premier paramètre et la couleur obtenue par un ensemble de trois diodes ne satisfait pas le deuxième paramètre. 15 Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une nouvelle approche pour l'obtention d'une lumière blanche qui satisfait les deux paramètres cités plus haut. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif d'éclairage à base de diodes électroluminescentes permettant d'obtenir une 20 lumière blanche moins fade et plus agréable tout en présentant un spectre complexe. Cet objectif est atteint avec un dispositif d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LEDs) permettant d'obtenir une lumière blanche, 25 comprenant une structure tridimensionnelle comportant un ou plusieurs substrats métalliques isolés destinés à recevoir : - au moins une première diode émettant un premier rayonnement lumineux blanc complexe dont les coordonnées chromatiques se situent au dessus de la courbe du corps noir, 30 - au moins une deuxième et au moins une troisième diodes, chacune émettant respectivement un deuxième et un troisième rayonnement lumineux, 2939493 -3 la somme desdits premier, deuxième et troisième rayonnements lumineux donnant une lumière blanche. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un rayonnement lumineux blanc en mélangeant un blanc issu d'une diode 5 électroluminescente présentant un spectre complexe et deux autres rayonnements lumineux, chacun émis par au moins une autre diode électroluminescente. Ainsi, le rayonnement lumineux blanc, ou la lumière blanche, obtenu(e) par le dispositif selon l'invention satisfait les deux paramètres essentiels cités plus haut. En effet, d'une part ce rayonnement 10 lumineux blanc présente un spectre complexe qui est celui du blanc complexe et, d'autre part elle n'est pas dépendante d'une caractéristique d'une diode et peut suivre la courbe du corps noir grâce à la participation des deux autres rayonnements lumineux émis par les deux autres diodes électroluminescentes. 15 La lumière blanche obtenue grâce au dispositif selon l'invention présente les avantages d'être plus agréable et moins fade que les lumières blanches obtenues avec les dispositifs actuels tout en pouvant suivre la courbe du corps noir. Selon une version particulière de l'invention, la deuxième diode émet 20 un rayonnement lumineux dans une couleur rouge. Toujours selon lune version particulière du dispositif selon l'invention, la troisième diode émet un rayonnement lumineux dans une couleur ambre. Cette couleur ambre peut, dans une version préférée du dispositif selon l'invention, avoir des coordonnées qui se situent au dessus du maximum de 25 la courbe du corps noir. En effet, dans un exemple de réalisation particulière du dispositif selon l'invention les premier, deuxième et troisième diodes électroluminescentes émettant respectivement un rayonnement d'une couleur blanche complexe, un rayonnement d'une couleur rouge et un 30 rayonnement d'une couleur ambre se situant au dessus du maximum de la courbe du corps noir. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de compensation de dérive de couleur d'au moins une des diodes 2939493 -4 électroluminescentes. En effet, étant donné que le rayonnement lumineux émis par chaque diode électroluminescente varie en fonction de la température suivant leur couleur, des moyens de compensation des écarts de température sont nécessaires pour assurer la stabilité du rayonnement 5 blanc obtenu. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de compensation de dérive comprennent au moins un radiateur thermique évacuant la chaleur générée par les diodes électroluminescentes de manière à diminuer l'écart de température au niveau de chacune des diodes 10 électroluminescentes en dissipant la chaleur générée par ces diodes. Toujours dans un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention les moyens de compensation de dérive de couleur peuvent comprendre des moyens de mesure de la température d'au moins une des diodes et des moyens de régulation de ladite température mesurée. 15 Le dispositif selon l'invention peut avantageusement comprendre, des moyens de variation du courant alimentant au moins l'une des diodes. Plus particulièrement le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de variation du courant alimentant chacune des diodes de manière indépendante. Ainsi, il est possible de varier le ton du rayonnement blanc 20 obtenu et de créer des effets particuliers : coucher du soleil, effet flamme, etc. Le contrôle des moyens de variation peut être manuel ou automatique. Le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens 25 d'acquisition et/ou de lecture d'un programme d'alimentation en courant, des première, deuxième et troisième diodes. Ainsi, il devient possible de prévoir un programme de contrôle de l'alimentation en courant de chacune des leds. Ce programme de contrôle peut avantageusement être conçu de manière à contrôler le courant d'alimentation de chacune des leds 30 indépendamment. Ce programme peut être chargé depuis un ordinateur ou un équipement informatique par une connexion filaire ou non selon 'un protocole propriétaire ou libre. - 5 En outre, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de mémorisation d'au moins un programme d'alimentation en courant des première, deuxième et troisième diodes, de préférence de manière indépendante. Les moyens de mémorisation peuvent être conçus de manière à être lus par des moyens de lecture et d'exécution des programmes d'alimentation en courant des leds. Dans une version particulière du dispositif selon l'invention, les première, deuxième et troisième diodes sont disposées à sensiblement égale distance sur un cercle. Une telle disposition permet de diminuer l'encombrement et donc de diminuer les dimensions du dispositif selon l'invention. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre plusieurs ensembles de diodes, chacun des ensembles comportant une première diode, une deuxième diode et une troisième diode. Un tel dispositif présente une intensité de rayonnement plus grande. Selon l'invention, au moins une diode peut être équipée de moyens optiques. Les moyens optiques peuvent soit être individuels pour chaque diode soit au moins en partie communs à plusieurs diodes. Suivant un autre aspect de l'invention il est proposé un procédé d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LEDs), ledit procédé comprenant un mélange des rayonnements lumineux suivants : - un premier rayonnement lumineux blanc complexe, émis par au moins une première diode, dont les coordonnées chromatiques se situent au dessus la courbe du corps noir, et - un deuxième et un troisième rayonnement lumineux, émis respectivement par au moins une deuxième diode et une troisième diode ; la somme desdits premier, deuxième et troisième rayonnements lumineux donnant une lumière blanche. Dans un mode de réalisation particulier, le deuxième signal lumineux est une couleur rouge. - 6 Toujours dans un mode de réalisation particulier, le deuxième signal lumineux est une couleur ambre, et plus particulièrement une couleur ambre se situant au dessus du maximum de la courbe du corps noir. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut avantageusement comprendre une compensation de dérive de couleur d'au moins une des diodes électroluminescentes par contrôle de la température de ladite diode. Avantageusement, le procédé selon l'invention peut comprendre une variation des courants alimentant chacune des première, deuxième et troisième diodes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation d'un exemple de choix de couleurs de rayonnement lumineux conformément au procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue éclatée d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention, comportant une structure tridimensionnelle parallélépipédique compacte ; et - la figure 3 est une vue du dispositif de la figure 2 assemblé. On va maintenant décrire, en référence aux figures 1 et 3, un exemple de réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention. La figure 1 est un graphique représentant le choix d'une combinaison de diodes électroluminescentes selon l'invention. Sur le graphique de la figure 1 l'axe horizontal et l'axe vertical représentent les coordonnées chromatiques x et y dans le diagramme CEI (1931) Les diodes électroluminescentes choisies dans cet exemple de réalisation particulier sont donc les suivantes : une première diode émettant un rayonnement lumineux blanc avec un spectre complexe et de coordonnées x=0,4263 et y=0,4281: - 7 - une deuxième diode émettent un rayonnement lumineux de couleur rouge de coordonnées x=0,7017 et y=0,2982 ; et - une troisième diode émettant un rayonnement lumineux de couleur ambre correspondant aux coordonnées x=0,5645 et y=0,4348. Les coordonnées de cette diode se trouvent au dessus du maximum de la courbe du corps noir. La lumière blanche obtenue par addition des trois rayonnements émis par ces trois diodes présente un spectre complexe car cette lumière comporte le spectre de la première diode. La lumière blanche obtenue est donc agréable et moins fade qu'une lumière blanche obtenue en additionnant trois diodes monochromatiques de base comme dans l'état de la technique. Par ailleurs, la lumière blanche obtenue par addition des trois rayonnements émis par ces trois diodes n'est pas fixe et peut suivre la courbe du corps noir. Il est ainsi possible de créer des tons de blanc et des effets variés : effet coucher de soleil, effet flamme, etc... La figure 2 représente une vue éclatée d'un dispositif 20 selon l'invention se présentant sous la forme d'une structure tridimensionnelle et mettant en oeuvre plusieurs ensembles de trois diodes électroluminescentes décrites plus haut conformément à la figure 1. La figure 3 représente le dispositif 20 une fois assemblé. Le dispositif 20 comporte deux ensembles 21, 22 de diodes électroluminescentes comportant chacun une combinaison de trois diodes électroluminescentes telles que décrites plus haut conformément à la figure 1. Pour chacun des ensembles 21 et 22, les trois diodes électroluminescentes sont disposées à égale distance les unes des autres sur un cercle. Une telle disposition des diodes électroluminescentes permet de diminuer l'encombrement et donc les dimensions du dispositif 20. Les ensembles 21 et 22 de diodes électroluminescentes sont disposée sur une plaque 23, par exemple en aluminium. Cette plaque en aluminium 23 est disposée sur un radiateur 24. Cette plaque 23 assure un transfert de 2939493 _8 chaleur générée par les diodes électroluminescentes en fonctionnement vers le radiateur 24. La plaque 23 et le radiateur 24 permettent de diminuer les écarts de température au niveau de chacune des diodes électroluminescentes et ainsi de limiter les écarts de couleur pour chacune 5 des diodes électroluminescentes. Le dispositif 20 comprend en outre, pour chacune des diodes, une optique primaire 25 individuelle qui dans le présent exemple est un collimateur qui focalise les faisceaux issus des diodes. Le dispositif 20 comporte par ailleurs une optique secondaire 26 10 commune aux six diodes électroluminescentes des ensembles 21 et 22. Cette optique secondaire qui est un prisme ou un film holographique et a pour rôle de redistribuer la lumière dans les directions choisies. Une plaque transparente 27, par exemple en verre, permet de protéger l'optique secondaire 26, les optiques primaires 25 et les ensembles 15 21 et 22 de diodes électroluminescentes. L'ensemble composé des ensembles de diodes 21 et 22, des optiques primaires 25, de l'optique secondaire 26, et la plaque de verre 27 est disposé, dans cet ordre du bas vers le haut, dans une structure parallélépipédique 28 qui, une fois montée, est posée sur le radiateur 24. 20 Le dispositif 20 selon l'invention comporte en outre des moyens 29 électronique de contrôle et de commande du courant alimentant chaque diode électroluminescente individuellement. Ces moyens comprennent des moyens d'acquisition (non représentés) d'un programme de commande du courant alimentant chaque diode, des moyens de lecture (non représentés) 25 d'un tel programme et des moyens de mémorisation (non représentés) d'un tel programme. Les moyens de commande 29 prennent en entrée un signal DMX et fournissent un signal PWM de commande des diodes électroluminescentes des ensembles de diodes 21 et 22. 30 Les moyens de commande 29 sont intégrés dans une structure parallélépipédique 30 qui est montée en dessous ou sur un côté de la structure parallélépipédique 28 décrite plus haut. 2939493 _9 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage (20) à base de diodes électroluminescentes (LEDs) permettant d'obtenir une lumière blanche, comprenant une structure tridimensionnelle (28) comportant un ou plusieurs substrats métalliques (23) isolés destinés à recevoir : - au moins une première diode émettant un premier rayonnement lumineux blanc complexe dont les coordonnées se situent au dessus de la courbe du corps noir, - au moins une deuxième et au moins une troisième diodes, chacune émettant respectivement un deuxième et un troisième rayonnement lumineux, la somme desdits premier, deuxième et troisième rayonnements lumineux donnant une lumière blanche. 2. Dispositif d'éclairage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième diode émet un rayonnement lumineux dans une couleur rouge. 3. Dispositif d'éclairage (20) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la troisième diode émet un rayonnement lumineux dans une couleur ambre. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (23,24) de compensation de dérive de couleur d'au moins une des diodes électroluminescentes. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de compensation de dérive comprennent au moins un radiateur thermique (24) évacuant la chaleur générée par les diodes électroluminescentes. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de compensation de dérive comprennent des moyens de mesure de la 2939493 - 11 - température d'au moins une des diodes et des moyens de régulation de ladite température mesurée. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (29) de variation du courant alimentant au moins l'une des diodes. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'acquisition et/ou de 10 lecture d'un programme d'alimentation en courant des première, deuxième et troisième diodes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mémorisation d'au 15 moins un programme d'alimentation en courant des première, deuxième et troisième diodes. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première, deuxième et troisième diodes sont 20 disposées à sensiblement égale distance sur un cercle. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs ensembles (21,22) de diodes électroluminescentes, chacun des ensembles (21,22) comportant une 25 première diode, une deuxième diode et une troisième diode. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une diode est équipée de moyens optiques (25,26). 13. Procédé d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LEDs), ledit procédé comprenant un mélange des signaux lumineux suivants : 30 2939493 -12- - un premier signal lumineux blanc complexe, émise par au moins une première diode, dont les coordonnées se situent au dessus du maximum de la courbe du corps noir, et - un deuxième et un troisième signal lumineux, émis 5 respectivement par au moins une deuxième diode et une troisième diode ; la somme desdits premier, deuxième et troisième signaux lumineux donnant une lumière blanche. 10 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le deuxième rayonnement lumineux est une couleur rouge. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le troisième rayonnement lumineux est une couleur ambre. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une compensation de dérive de couleur d'au moins une des diodes électroluminescentes par contrôle de la température de ladite diode. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une variation des courants alimentant chacune des première, deuxième et troisième diodes. 15 20