Brevet FR2976999A1 — publié le 20121228

Dispositif d'éclairage direct d'une surface à l'aide de diodes électroluminescentes La présente invention concerne de manière générale le domaine de l'éclairage, en particulier les éclairages devant répondre à des spécificités particulières, notamment aptes à produire un éclairement uniforme sur une surface, et a pour objet un dispositif d'éclairage à diodes électroluminescentes. Dans certains domaines ou certaines applications, il est nécessaire de disposer d'un éclairage répondant à certaines spécifications techniques, voire réglementaires, par exemple en termes d'intensité ou d'uniformité de l'éclairage au niveau de la zone à éclairer. Tel est notamment le cas, à titre d'exemple illustratif, dans le domaine des éclairages architecturaux ou les éclairages d'oeuvres d'art. Les appareils du type précité, qui sont commercialisés actuellement comportent généralement comme source(s) lumineuse(s) des ampoules halogènes ou à incandescence, ou des tubes fluorescents ou des lampes à décharge et une vitre de protection frontale, ils forment une zone lumineuse de largeur typique de l'ordre de un à plusieurs mètres, cela sur une longueur allant de un à plusieurs mètres. Néanmoins, les appareils munis de lampes à incandescence ou à décharge existants sont relativement lourds, peu performants ou ne fournissent pas un éclairement avec un bon degré d'uniformité dans la zone cible à éclairer. De plus, du fait de la nature même des sources lumineuses utilisées, ces appareils d'éclairage connus émettent beaucoup de chaleur et nécessitent des interventions fréquentes pour changer les ampoules (durée de vie limitée de quelques dizaines d'heures à 2 000 heures maximum). On connaît d'autre part des dispositifs d'éclairage à diodes électroluminescentes (généralement désignées par DEL ou LED). De telles diodes présentent une grande durée de vie, présentent une faible consommation et ne produisent pas une chaleur excessive. II existe en particulier, depuis peu, des DELs blanches, ou de couleur, de plus en plus 30 performantes et puissantes, en termes de luminosité, qui peuvent se substituer aux lampes à incandescence ou halogènes. Les DEL blanches peuvent avoir des températures de couleur comprises entre 2500 degré et 6000 degré qui permettent un rayonnement plus ou moins chaud. II est toutefois nécessaire d'associer à ces DEL des dispositifs ou systèmes optiques 35 permettant de récupérer le flux lumineux émis par elles et de l'amener au niveau de la surface à éclairer. Ces dispositifs sont d'autant plus intéressants que les trois critères suivants sont au mieux vérifiés - le flux récupéré est le plus grand possible (meilleur rendement), 40 - l'éclairement est uniforme, - la zone éclairée est adaptée à l'objet que l'on veut éclairer. Les dispositifs existants permettant une collecte maximale de lumière du flux de la DEL sont des composants optiques que l'on dispose contre la DEL et dénommés collimateurs. Toutefois, ils sont très mauvais en termes d'uniformité et de concentration de la lumière. L'association d'un grand nombre de collimateurs sur une même ligne ne permet pas un éclairage efficace et uniforme sur une zone de grande surface. La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux DEL ayant une indicatrice d'émission sensiblement Lambertienne. Pour une émission parfaitement Lambertienne, l'indicatrice de rayonnement s'exprime par la variation 1(0) suivante : 1=10*cos(0), où 10 est l'intensité lumineuse en candelas ou en watts par stéradian dans la direction de l'axe d'émission du faisceau optique de la DEL et 1 est l'intensité lumineuse dans une direction faisant un angle 0 avec l'axe. Ce rayonnement couvre tout le demi-espace en avant de la DEL soit un angle solide total 0 = 2n stéradians (6,28 stéradians). Pour projeter le rayonnement des diodes électroluminescentes à émission Lambertienne sur l'objet que l'on veut éclairer, par exemple sur un écran éloigné typiquement de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres, il est nécessaire de prévoir un dispositif optique composé d'une ou plusieurs lentilles et/ou un miroir ou plusieurs miroirs ou dispositifs réfléchissants. Pour caractériser la qualité de l'éclairement on peut considérer un paramètre de rendement du système optique qui est le rapport entre le flux total émis par les DELs et le flux total qui permet l'éclairement de la zone lumineuse. Ce rendement est une donnée très importante du système car il permet soit d'augmenter l'éclairement pour un nombre donné de DEL, soit d'en diminuer le nombre avec un éclairement identique. Disposer de moins de DELs permet de réduire le coût et les problèmes de refroidissement. Selon un mode de mise en oeuvre la présente invention concerne un éclairage de type lèche-mur. Ce type d'éclairage est destiné à éclairer une paroi qui peut être le plus souvent verticale sur laquelle peut être disposée un élément décoratif tel qu'un tableau ou un panneau d'affichage qui est la zone d'intérêt de la paroi. Ces éclairages sont disposés dessus, dessous, ou sur la coté de la paroi et permettent un éclairage de la zone d'intérêt. Une qualité importante de l'éclairage est d'obtenir une très bonne uniformité d'éclairement sur la zone d'intérêt malgré la position très excentrée du dispositif. Un tel type d'éclairage, décrit dans la demande de brevet d'invention FR0956634, comporte une lentille disposée devant chaque DEL et un miroir à courbure variable. Un tel dispositif peut s'avérer encombrant dans le cas où l'éclairage concerne des lieux où l'esthétique du dispositif d'éclairage a une grande importance. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif d'éclairage direct à diodes électroluminescentes, comprenant un ensemble de diodes électroluminescentes ou DELs, alignées le long d'un axe d'alignement, les DELs étant associées à un système optique apte à récupérer le flux lumineux émis par lesdites DELs et à produire à distance, sur une surface, une zone lumineuse éclairée, ledit dispositif étant disposé latéralement par rapport à la surface à éclairer et comportant une lentille cylindrique. Ce dispositif d'éclairage doit avoir une indicatrice d'émission non symétrique pour que les parties plus éloignées de la zone éclairée aient un éclairement sensiblement identique à celles situées près du dispositif d'éclairage. A cette fin l'élément optique doit être asymétrique par rapport au plan de symétrie d'émission des DELs qui est parallèle à l'axe d'alignement des DELs. Cette asymétrie par rapport à ce plan est calculée pour obtenir la dite indicatrice non symétrique afin d'obtenir un éclairement sensiblement uniforme de la zone d'intérêt. Selon l'invention, le système optique comprend une lentille cylindrique asymétrique, en matériau transparent, possédant deux faces polies, d'axe parallèle à l'axe d'alignement des DELs,Ia dite lentille possédant une face ayant un rayon de courbure qui varie de manière non-symétrique le long d'un plan perpendiculaire à l'axe d'alignement des DELs, la valeur du rayon de courbure en chaque point de la face étant tei que la zone d'intérêt est éclairée sensiblement uniformément en terme d'éclairement. En pratique la valeur du rayon de courbure en chaque point de la deuxième face dépend notamment de la position et de la dimension de la surface à éclairer. Ce rayon de courbure peut s'inverser donnant à la lentille une zone concave et une zone convexe. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : La face de la lentille opposée à la face ayant une courbure variable est plane Les DELs ont une face d'émission plane disposée à faible distançe de la face 25 opposée de la face à courbure variable La lentille est en matériau plastique. La lentille est obtenue par moulage. La lentille est obtenue par extrusion. les DELs sont fixées sur un radiateur d'axe parallèle à l'axe d'alignement des 30 DELs. - la/les radiations lumineuses des DELs sont choisies parmi des radiations blanches, des radiations colorées autres que blanches, ou leurs associations au sein de l'ensemble des DELs. - la/les radiations lumineuses sont variables en intensité et/ou longueur 35 d'onde au cours du temps. Le dispositif comporte un réglage de la température de couleur par la variation d'intensité et la combinaison de l'émission de différentes DELs. Le dispositif possède un réglage de l'intensité d'émission des DELs qui permet une variation de l'éclairement et de la couleur de la zone d'intérêt. 40 Le dispositif possède un réglage automatique de l'éclairement et de la couleur de la zone d'intérêt en fonction de l'éclairage ambiant. Le dispositif est enfermé dans un boitier étanche fermé par une fenêtre transparente. Le dispositif comporte un élément diffusant qui améliore l'uniformité d'éclairement. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué 5 avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'éclairage selon l'invention comprenant une ligne de quatre DELs (2) associé à une lentille asymétrique (1) par rapport au plan de symétrie d'émission des DELs (5), le même schéma est reproduit autant de fois que nécessaire le long de l'axe d'alignement (3) 10 des DELs. La figure 2 est une vue en coupe, du dispositif dans un plan perpendiculaire à l'axe d'alignement des DELs, il comprend la DEL (2), la zone émissive (4), le plan de symétrie d'émission des DELs (5), la lentille (1), la face courbe asymétrique de la lentille (6). 15 La figure 3 est une vue d'ensemble du dispositif d'éclairage disposé dans un boîtier étanche (6) fermé par une fenêtre transparente (7), comprenant le radiateur (8) destiné au refroidissement des DELs et un élément diffusant (15). La figure 4 est une vue d'ensemble montrant la disposition du dispositif d'éclairage (9) fixé à une paroi (10) par une fixation (11) qui permet un réglage d'orientation 20 des rayons lumineux (12) vers la zone d'intérêt (13). Selon l'invention la lentille cylindrique (1) montrée figure 2 a une face en regard des DELs (14) qui est la face d'entrée du rayonnement et qui est destinée à collecter le plus grand nombre de rayons issus des DELs. Selon un mode de réalisation préféré cette face est plane et la zone démission des DELs est proche de la face afin de 25 réduire les pertes de lumière. La face de sortie du rayonnement (6) peut avoir une forme à la fois concave sur une partie et convexe sur une autre partie, le rayon de courbure local dans un plan perpendiculaire à l'axe d'alignement des LEDs étant variable et adapté à la configuration de l'éclairage à réaliser. Cette courbure locale dépend notamment de la distance et de la dimension de la zone à éclairer. La forme 30 de la face (6) et l'orientation de la lentille (1) et du dispositif d'éclairage (9) sont configurés de façon à éclairer uniformément la zone à éclairer (13). Le rayon de courbure local de la face (6) est calculé par un programme informatique itératif qui ajuste progressivement les résultats pour chacun des points considéré de la face afin d'obtenir une uniformité de l'éclairement sur la surface prévue (13). 35 Etant donné que l'on considère que, par construction, (les DELs sont relativement proches les unes des autres) l'uniformité de l'éclairage est obtenu dans une direction parallèle à celle de l'axe d'alignement des DELs, le calcul ne concerne en fait que la courbure de la face (6) dans une direction perpendiculaire à l'axe d'alignement des DELs. Les rayons de courbure le long de l'axe principal de la 40 lentille (axe qui est parallèle à l'axe d'alignement des DELs) sont identiques pour un même niveau le long d'un axe perpendiculaire à l'axe d'alignement des DELs puisque la lentille est cylindrique suivant cet axe. On rappelle en effet que l'axe principal de la lentille est parallèle à l'axe d'alignement des DELs. Pour améliorer l'uniformité d'éclairement un élément légèrement diffusant (15) peut être ajouté au dispositif. Cet élément diffusant peut faire intégralement partie de la fenêtre (7). Afin d'évacuer la chaleur dégagée, les DELs sont préférentiellement fixées sur un 5 radiateur 11 parallèle à l'axe d'alignement des DELs. On comprend bien que l'invention peut être déclinée selon de nombreuses autres possibilités sans pour autant sortir du cadre défini par la description et les revendications. REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage à diodes électroluminescentes (2) comprenant un ensemble de diodes électroluminescentes ou DELs, alignées le long d'un axe d'alignement, les DELs étant associées à un système optique apte à récupérer le flux lumineux émis par lesdites DELs et à produire à distance, sur une surface (13), une zone lumineuse éclairée, ledit dispositif étant disposé latéralement par rapport à la surface à éclairer, caractérisé en ce que le système optique comprend une lentille cylindrique asymétrique en matériau transparent (1) possédant deux faces polies, une première face (14) en regard des DELs et, en regard de la surface (13), une deuxième face courbe (6) ayant un rayon de courbure qui varie de manière asymétrique par rapport au plan de symétrie d'émission des DELs (5), le long d'un plan perpendiculaire à l'axe d'alignement des DELs, la valeur du rayon de courbure en chaque point de la face courbe étant tel que la zone lumineuse est éclairée 15 sensiblement uniformément en terme d'éclairement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lentille a une face (6) en regard de la zone éclairée qui possède à la fois une zone concave et une zone convexe. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les DELs (2) ont une face d'émission plane disposée à faible distance de la première face (14) de la lentille cylindrique. 25 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première face de la lentille (14) est plane. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la/les radiations lumineuses des DELs sont choisies parmi des radiations 30 blanches, des radiations colorées autres que blanches, ou leurs associations au sein de l'ensemble des DELs. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les LEDs ont des émissions blanches avec des températures de couleurs 35 différentes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les LEDs ont des émissions de puissances réglables 40 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif possède un réglage de la température de couleur. 6 20 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif possède un réglage automatique de la température de couleur qui dépend de conditions d'éclairage environnantes. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les DELs sont fixées sur un radiateur (11) d'axe parallèle à l'axe d'alignement des DELs. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que les DELs et la lentille cylindrique sont dans un boîtier (10) étanche possédant une fenêtre (13) transparente 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre le dispositif possède un élément qui diffuse la lumière. 15