Brevet FR2956469A1 — publié le 20110819

DISPOSITIF SENSIBLEMENT PLAT DESTINE A L'ECLAIRAGE LUMINEUX DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]L'invention se rapporte au domaine de l'éclairage lumineux et plus particulièrement à l'éclairage à base de leds ou diodes électroluminescentes. De façon plus précise l'invention vise les luminaires dits plats c'est-à-dire ayant une dimension bien inférieure aux autres, comprenant au moins une led et réalisant un éclairage économe en énergie et optimisé. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]Une application préférée de l'invention concerne l'équipement de véhicules de transport tels que des véhicules ferroviaires dont l'espace est relativement réduit et doit donc être utilisé de façon optimisée. Les équipements en particulier doivent être le moins encombrant possible tout en réalisant leurs fonctions respectives de façon fiable et à moindre coût énergétique. [0003]Ces contraintes et charges s'appliquent notamment à l'éclairage des véhicules de transport où il s'agit d'éclairer soit des zones communes soit des zones plus spécifiquement réservées aux passagers individuellement. Les contraintes consistent non seulement à éclairer de façon optimale certaines zones mais en outre à ne pas éblouir les passagers dont le visage peut se trouver à de faibles distances des luminaires. [0004] Par exemple la hauteur sous plafond de certains wagons peut être égale à moins de 2 mètres de sorte que des personnes de grande taille non seulement ne doivent pas se cogner contre des luminaires qui dépasseraient du plafond mais en outre elles ne doivent pas être éblouies par la lumière émise très près de leur visage. Pour autant l'éclairage doit rester performant notamment au niveau d'un plan de lecture associé à un siège passager. [0005]C'est ainsi que des luminaires comprenant des leds sont prévus pour ce type d'éclairage. Le problème principal réside dans la faible puissance (ou intensité lumineuse ) des leds les moins puissantes, à savoir moins de 1 Watt. Ces leds ne sont pas utilisées comme source d'éclairage mais plutôt comme voyants ou témoins lumineux. [0006]Quelques luminaires comprenant des leds à lumière blanche sont déjà commercialisées mais leur flux lumineux reste bien inférieur aux ampoules fluorescentes ; ainsi les leds présentent couramment un flux de l'ordre de 75 Lumens/W tandis que les ampoules fluorescentes ont un flux compris entre 93 et 105 Lumens/W. Une solution peut consister à monter un grand nombre de leds dans des luminaires mais d'une part cela est onéreux et d'autre part chaque led produisant un flux lumineux très directif, cela limite la surface finalement éclairée par un ensemble de leds. A coût et contraintes égales, on n'atteindra pas le flux lumineux produit par les ampoules incandescentes ou fluorescentes. [0007]On connaît par le brevet US 5 528 474 une lampe constituée d'un grand nombre de leds qui ensemble permettent d'éclairer l'intérieur d'un véhicule ou bien sa signalisation. Cependant les leds étant montées proches les unes des autres, ce type d'équipement présente un problème de dissipation d'énergie. Cette invention constitue une solution particulière à ce problème. [0008] Le brevet US 5 567 036 divulgue une lampe dans laquelle les leds sont montées sur plusieurs circuits supports de telle sorte que leur faisceaux sont orientés selon au moins deux directions; une optique est placée devant les faisceaux afin de diffuser la lumière. [0009] Le document US 7 413 327 B2 concerne une lampe à leds dans laquelle les faisceaux des leds sont matériellement et électroniquement contrôlés de façon à éclairer sélectivement une ou plusieurs zones distinctes, par exemple les sièges passagers d'un avion. [0010]Les leds de puissance supérieure à 1 Watt sont utilisées dans la signalisation maritime ou encore comme éclairage extérieur dans le secteur automobile, mais ces applications ne sont pas encore optimisées ni parfaitement maîtrisées. [0011]Dans des conditions d'utilisation telles que décrites en tête de description, les leds dites de puissance représentent un cout prohibitif et un danger potentiel notamment en terme d'éblouissement des passagers. EXPOSE DE L'INVENTION [0012]L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et notamment à prévoir un dispositif d'éclairage à base de leds dont le rayonnement est utilisé efficacement , avec un cout modeste, d'un encombrement réduit et qui n'éblouit pas l'utilisateur même placé à une faible distance. [0013]Pour ce faire est proposé selon un premier aspect de l'invention un dispositif sensiblement plat destiné à l'éclairage lumineux comprenant un support sur lequel sont fixés au moins une led, un premier réflecteur recevant tout ou partie du flux lumineux issu de la ou des leds et sensiblement contenu dans un premier plan, et une vasque sensiblement contenue dans un deuxième plan parallèle audit premier plan et qui reçoit directement sur une de ses faces le flux lumineux issu dudit réflecteur, lesdits premier et deuxième plans étant espacés d'une distance correspondant sensiblement à l'épaisseur du dispositif. [0014]De façon particulière, la ou les leds sont disposées de telle sorte que leur flux lumineux est ( majoritairement ) orienté vers le premier réflecteur qui présente une surface de qualité miroir ; en outre la face de la vasque qui reçoit directement les rayons du réflecteur présente un état de surface tel qu'elle dévie les rayons et diminue leur concentration. [0015]Cette réalisation permet d'obtenir un ensemble homogène, de faible épaisseur, de construction simple , dont la durée de vie est importante et la fiabilité élevée, et qui par ailleurs répond aux normes en vigueur relatives au matériel de transport de personnes. [0016]Plus particulièrement, la ou les leds sont fixées sur un plan du support définissant avec le premier et/ ou le deuxième plan un angle alpha de l'ordre de 80 O. [0017] Les leds sont ainsi orientées de façon rationnelle de sorte qu'un nombre minimum pourra être monté dans le dispositif selon l'invention. [0018] Par ailleurs , un moyen dissipateur d'énergie est préférentiellement fixé sur la face opposée audit plan qui supporte la ou les leds. [0019]L'homme de métier choisira la taille et les caractéristiques thermo dynamiques du dissipateur d'énergie, en fonction de la puissance des leds, et autres paramètres relatifs au cas envisagé. [0020]Conformément à un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif peut comprendre un second réflecteur recevant tout ou partie du flux lumineux issu de la ou des leds, disposé à proximité de la ou des leds de telle sorte que les rayons qu'il réfléchit sont entièrement orientés vers le premier réflecteur. [0021]« A proximité » signifie ici une distance moyenne comprise entre 3 mm et 10 mm entre l'extrémité d'une led et l'extrémité proximale du second réflecteur. [0022]Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit premier réflecteur présente une surface formée de crêtes et de creux parallèles entre eux, dont les plans de jonction forment avec ledit premier plan un angle ( B ) compris entre 5° et 30°. [0023] En fonction notamment des dimensions du dispositif ainsi que du type de leds utilisées, l'homme de métier calculera l'angle B, ainsi que le nombre de crêtes nécessaires. De même la surface finalement éclairée dépendra en partie du dimensionnement du premier réflecteur. [0024]Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit premier réflecteur présente dans la zone de réflexion une concavité telle que les rayons issus de la ou des leds sont réfléchis avec un angle compris entre 15° et 75°. [0025]Dans tous les cas un éclairage indirect est crée à l'intérieur du dispositif. Le premier réflecteur est un réflecteur dit « miroir » destiné à perdre un minimum de flux lumineux à ce niveau. Le flux lumineux doit rester très directionnel au niveau du premier réflecteur. [0026]Selon un exemple de réalisation de l'invention, le dispositif comprend deux rangées de leds parallèles entre elles disposées de telle sorte que le rayonnement lumineux est diffusé selon au moins une bande lumineuse à l'extérieur du dispositif, ladite bande lumineuse étant située sensiblement à égale distance de chacune des rangées de leds. [0027] En fonction de la place disponible et del' éclairage final requis, on choisira un nombre de leds donné ainsi qu'une distance entre chaque led ; cette distance 10 peut bien entendu être constante ou bien elle peut varier. [0028] En outre, la vasque peut présenter une forme de polygone dont deux des côtés sont parallèles aux rangées de leds, et espacés d'une distance légèrement inférieure à la distance séparant lesdites rangées de leds. [0029] Par « légèrement inférieure » on entend une distance inférieure d'environ 15 20% à la distance entre les deux rangées de leds. Cette valeur étant donnée à titre illustratif et nullement limitatif. [0030]Selon une caractéristique préférée, ladite face de la vasque qui reçoit directement le rayonnement lumineux est formée de microcavités sphériques juxtaposées. Ce type de surface, usuellement appelée « microballed » est le 20 résultat d'un traitement de surface mécanique ou chimique . [0031]De façon avantageuse, le second réflecteur présente une concavité orientée vers la ou les leds. [0032] L'homme de métier définira en fonction du cas d'espèce la valeur de cette concavité. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 25 [0033][001]D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - la figure 1, une vue de coupe partielle du dispositif d'éclairage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2, un schéma montrant en coupe un dispositif d'éclairage selon la figure 1, ainsi que le faisceau associé ; - la figure 3, une vue en coupe partielle d'un dispositif d'éclairage selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4, un schéma montrant en coupe un dispositif d'éclairage selon la figure 3, ainsi que le faisceau associé ; - la figure 5A, une vue en coupe partielle d'un dispositif d'éclairage selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5B, une vue en coupe partielle d'un dispositif selon la figure 5A, ainsi qu'une partie du faisceau associé ; - la figure 5C, un schéma montrant en coupe un dispositif d'éclairage selon le troisième mode de réalisation de l'invention, ainsi que le faisceau associé ; - la figure 6, une vue en coupe partielle et détaillée d'un dispositif d'éclairage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7, une vue en coupe du dispositif d'éclairage de la figure 6, ainsi que le faisceau lumineux associé ; et - la figure 8, une vue en coupe d'un dispositif d'éclairage selon un autre mode de réalisation de l'invention. [0034] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0035] La figure 1 illustre en coupe transversale un dispositif d'éclairage selon un premier mode de réalisation de l'invention, qui comprend un support 1 tel qu'une tôle par exemple en aluminium sur lequel sont fixés plusieurs éléments constitutifs de l'invention. [0036] La ou les leds 2, leur carte support 20 et l'électronique associée sont fixés sur la surface intérieure d'une paroi 10 du support qui est inclinée vis-à-vis d'une paroi 11 portant intérieurement un premier réflecteur 3 sensiblement contenu dans un premier plan. Selon un mode de réalisation, les parois 10, 11 définissent entre elles un angle (alpha) de l'ordre de 80 °. [0037]La paroi inclinée 10 peut en outre porter sur sa surface extérieure, en regard de la ou des leds 2, un moyen 4 dissipateur d'énergie constitué par exemple d'ailettes de refroidissement dont le nombre, la matière, la dimension seront aisément déterminées par l'homme de métier en fonction de la quantité de chaleur à dissiper. Le moyen dissipateur d'énergie est fixé à proximité de la ou des leds. [0038] Le flux lumineux issu de la ou des leds est reçu directement par le premier réflecteur 3 qui présente une surface de réception très réfléchissante, telle qu'un miroir dont le rendement lumineux sera égal ou supérieur à 90%. [0039]Selon l'un des modes de réalisation de l'invention le premier réflecteur 3 est constitué de dents (ou protubérances ) 30 formant en surface une alternance de crêtes et de creux parallèles entre eux et dont les plans de jonction 31, 32 forment avec le plan principal du premier réflecteur 3 un angle qui peut varier , selon les cas de figure , entre 5° et 50°. Ce choix sera davantage explicité ci-après. [0040] Le premier réflecteur 3 est fixé par tout moyen connu en soi sur la surface intérieure de la paroi 11. [0041]Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les leds 2 sont disposées selon deux rangées parallèles et en vis-à-vis, et elles sont montées sur le support 1 comme décrit ci-avant. Ainsi chacune des leds 2 ou rangées de leds émet vers le premier réflecteur 3 et leurs faisceaux peuvent se combiner comme illustré sur la figure 1. [0042]Les rayons reçus par le premier réflecteur 3 sont renvoyés vers une vasque 5 disposée sensiblement selon un plan parallèle au plan principal du premier réflecteur 3, et l'on cherche à ce qu'ils soient orientés le plus perpendiculairement possible vis-à-vis de la vasque 5. [0043]Avantageusement la face de la vasque 5 qui reçoit les rayons lumineux, à savoir la face interne au dispositif d'éclairage, présente un état de surface particulier qui améliore la diffusion de la lumière en ce sens qu'elle contribue à dévier les rayons reçus et / ou à diminuer leur concentration. Il s'agit de diffuser un maximum de lumière sans perte d'énergie. Le rendement lumineux de la vasque 5 doit être supérieur à 90 %. [0044]Pour ce faire, on peut choisir un verre ayant des protubérances régulièrement réparties sur sa surface intérieure au dispositif, ou encore une matière plastique dont la structure se présente sous forme de cristaux, ou une surface dite microbillée ( microballed ) c'est-à-dire formée de microcavités sphériques juxtaposées et uniformément réparties. [0045]Tout traitement de surface mécanique et/ou chimique aboutissant à une rugosité associée à la diffusion appropriée, pourra être utilisé pour former cette surface spécifique. [0046] En outre, la vasque 5 présente une forme de polygone dont deux côtés sont parallèles aux rangées de leds et sont espacés d'une distance quelque peu inférieure à la distance séparant les deux rangées de leds. A titre d'exemple la distance entre les rangées de leds est d'environ 180 mm avec une largeur de vasque d'environ 160 mm. [0047] Selon un mode de réalisation de l'invention, la vasque 5 est en contact quasi linéaire avec deux bords 50, 50' du support 1. Elle peut être fixée sur ces bords 50, 50' ou bien elle peut reposer sur ceux-ci. [0048]La distance entre les bords 50 et 50', mesurée perpendiculairement aux rangées de leds, correspond donc sensiblement à la largeur de diffusion des rayons lumineux. En référence aux valeurs données ci-dessus la largeur de diffusion est d'environ 150 mm. [0049] Par ailleurs comme visible sur la figure 2, un tel dispositif permet de diffuser selon un angle important. La valeur angulaire de 154° correspond ici à l'utilisation de leds connues dites à 120°, arrangées selon la description ci-dessus. Pour être plus précis, le dispositif est ici placé à environ 2 m du sol ; le plan de lecture des passagers est à environ 0.80 m au-dessus du sol ; de ce fait on se préoccupe d'un éclairage selon un rayon d'éclairement d'environ 1.20m. [0050] Dans cet exemple, la largeur de diffusion des rayons, ou largeur d'ouverture de la vasque 5 est d'environ 150 mm, ce qui n'est pas gênant pour un passager assis au-dessous, avec les dimensions données ci-avant. En outre l'épaisseur du dispositif selon cet exemple est de l'ordre de 40 mm. [0051]Par ailleurs l'invention permet de disposer deux rangées de leds parallèles entre elles ; au sein d'une même rangée ; les leds peuvent être espacées de 20 à 100 mm. L'homme de métier déterminera en fonction des besoins un espacement approprié, constant ou non. [0052] Les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation qui diffère de celui selon les figures 1 et 2 par le type de leds utilisé. Plus précisément, des leds à 60° sont ici montées sur le support 1, et les plans des protubérances 30 du premier réflecteur 3 forment un angle de 25° avec le plan principal (ou premier plan ) du premier réflecteur 3. [0053]Ce mode de réalisation permet d'obtenir un faisceau sur un angle d'ouverture de 102°, avec une concentration plus importante à l'aplomb du dispositif mais par ailleurs régulièrement réparti. [0054]Les figures 5A, 5B, 5C et suivantes illustrent un mode de réalisation de l'invention qui comprend en outre un second réflecteur 7 associé au flux lumineux des leds. [0055]Sure les figures 5A et 5B le second réflecteur 7 est représenté uniquement sur la partie droite des figures, essentiellement pour des raisons de commodité. [0056] Les leds choisies ici sont des leds à 120°dont le rayonnement est en partie repris par le second réflecteur 7 et en partie par le premier réflecteur 3. Au final, on obtient un flux lumineux selon la figure 5C, sur un angle d'ouverture de 124° et avec une concentration plus importante à l'aplomb du dispositif d'éclairage. [0057] La figure 6 montre de façon plus détaillée la répartition d'un rayonnement issu d'une led 2, respectivement vers le premier réflecteur 3 et vers le second réflecteur 7 qui empêche notamment les rayons d'impacter directement la vasque 5. En effet tous les rayons sont réfléchis sur le premier 3 ou sur le second 7 réflecteur qui est avantageusement disposé à proximité de la ou des leds 2. [0058]A proximité signifie ici à quelques millimètres de la led associée . [0059] Par ailleurs le second réflecteur 7 est disposé de façon à ce que les rayons qu'il reçoit soient tous renvoyés vers le premier réflecteur 3, ici sur une zone relativement étroite. [0060] Le second réflecteur 7 présente une concavité tournée vers la ou les leds auxquelles il est associé. Plus spécifiquement on pourra choisir un rayon de courbure de 50 mm ou plus, c'est-à-dire jusqu'à l'infini. [0061]La figure 7 montre un mode de réalisation avec un second réflecteur 7 associé aux leds, et un premier réflecteur 3 dont la surface « intérieure » au dispositif présente au moins une concavité orientée vers la ou les leds 2. [0062] Ici, le premier réflecteur 3 présente une première concavité 34 orientée vers une led ou rangée de leds, et une seconde concavité 34' orientée vers la led ou rangée de leds disposée en face. Entre les deux concavités on prévoit une zone plane 33 sensiblement parallèle au premier plan du premier réflecteur. [0063]Cette configuration, associée aux caractéristiques définies ci-avant, permet d'obtenir un flux lumineux tel que visible sur la figure 7, selon lequel les rayons réfléchis par le second réflecteur 7 puis par le premier réflecteur 3 atteignent les bords de la vasque 5, tandis que les rayons non réfléchis par le second réflecteur 7 mais uniquement par le premier réflecteur 3, atteignent la zone centrale de la vasque, sous un angle plus faible. [0064]Ainsi le rayonnement à une certaine distance du dispositif est plus concentré au centre et plus faible en périphérie .. [0065]Un autre type de rayonnement peut être obtenu sans sortir du cadre de l'invention, comme illustré sur la figure 8, où la zone « centrale » c'est-à-dire à l'aplomb du dispositif , reçoit peu de rayonnement alors que les côtés sont bien éclairés par un flux lumineux important. On notera que dans ce cas la vasque 5 reçoit un flux lumineux régulièrement réparti. Au plan structurel, cette solution diffère de celles précédemment décrites par la forme du premier réflecteur 3, ici selon une parabole de concavité tournée vers l'intérieur du dispositif et symétrique vis-à-vis de chacune des rangées de leds 2. [0066]Bien entendu l'homme de métier, en fonction des besoins, charges et contraintes à respecter, déterminera la forme de réalisation la plus appropriée. REVENDICATIONS1 Dispositif sensiblement plat destiné à l'éclairage lumineux comprenant un support (1) sur lequel sont fixés au moins une led (2), un premier réflecteur (3) recevant tout ou partie du flux lumineux issu de la ou des leds (2) et sensiblement contenu dans un premier plan, et une vasque (5) sensiblement contenue dans un deuxième plan parallèle audit premier plan et qui reçoit directement sur une de ses faces le flux lumineux issu dudit premier réflecteur (3), lesdits premier et deuxième plans étant espacés d'une distance correspondant sensiblement à l'épaisseur du dispositif caractérisé en ce que la ou les leds (2) sont disposées de telle sorte que leur flux lumineux est orienté vers le premier réflecteur (3) qui présente une surface de qualité miroir et en ce que la face de la vasque (5) qui reçoit directement les rayons du premier réflecteur (3) présente un état de surface tel qu'elle dévie lesdits rayons et diminue leur concentration. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la ou les leds (2) sont fixées sur une paroi du support (1) définissant avec le premier et/ ou le deuxième plan un angle alpha de l'ordre de 80 0. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen dissipateur d'énergie (4) préférentiellement fixé à proximité de la ou des leds (2), sur une paroi dudit support (1) opposée à celle où sont fixées lesdites leds (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second réflecteur (7) recevant tout ou partie du flux lumineux issu de la ou des leds (2), disposé à proximité de la ou des leds de telle sorte que les rayons qu'il réfléchit sont orientés vers le premier réflecteur (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit premier réflecteur (3) présente une surface formée de crêtes et de creux parallèles entre eux, dont les plans de jonction(31, 32) forment avec ledit premier plan un angle ( B ) compris entre 5° et 300. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit premier réflecteur (3) présente dans la zone de réflexion une concavité (30) telle que les rayons issus de la ou des leds (2) sont réfléchis avec un angle compris entre 15° et 75°. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux rangées de leds parallèles entre elles disposées de telle sorte que le rayonnement lumineux est diffusé selon au moins une bande lumineuse à l'extérieur du dispositif, ladite bande lumineuse étant située sensiblement à égale distance de chacune des rangées de leds. 8. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la vasque (5) présente une forme de polygone dont deux des côtés sont parallèles aux rangées de leds, et espacés d'une distance (légèrement) inférieure à la distance séparant lesdites rangées de leds. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite face de la vasque (5) qui reçoit directement le rayonnement lumineux est formée de microcavités sphériques juxtaposées. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que le second réflecteur (7) présente une concavité orientée vers la ou les leds (2).25