Brevet FR2969311A1 — publié le 20120622

MODULE DE SOURCE LUMINEUSE A LED (DIODE ELECTROLUMINESCENTE) [0001] La présente invention concerne un élément optique polymérique tel qu'une lentille pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente), et en particulier un module de source lumineuse à LED comportant cet élément optique, et une lampe à LED comprenant ce module. [0002] On connaît 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. [0003] Il existe en particulier, depuis peu, des LED blanches de plus en plus performantes et puissantes, en termes de luminosité, qui peuvent se substituer aux lampes à incandescence ou halogènes. [0004] Les lampes à LED comprennent généralement une ou plusieurs puces à LED (diode électroluminescente), et un système optique comprenant un ou plusieurs éléments optiques tels que des lentilles. Ces éléments optiques sont généralement transparents, en verre ou en matériau polymérique. Le système optique permet notamment d'optimiser la transmission de la lumière générée par la (les) puce(s) à LED. [0005] On est toujours à la recherche de nouveaux matériaux performants. [0006] A cet effet, la présente invention propose, dans un premier objet, un élément optique tel qu'une lentille pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente), l'élément optique comprenant au moins un polymère choisi parmi les polymères suivants : la cellulose et ses dérivés, l'amidon et ses dérivés, les alginates et leurs dérivés, les guars et leurs dérivés, la chitine et ses dérivés, la pectine et ses dérivés. [0007] Dans un second objet, l'invention propose un module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) comprenant un système optique avec au moins un élément optique tel que décrit ci-dessus. [0008] Enfin, dans un troisième objet, l'invention propose une lampe à LED (diode électroluminescente) comprenant ce module. [0009] L'invention concerne tout d'abord un élément optique polymérique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente). [0010] Le polymère de l'élément optique peut par exemple être l'un des polymères ci-après : la cellulose, l'acétate de cellulose, le propionate de cellulose, le butyrate de cellulose, le triacétate de cellulose, l'éthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose, l'amidon, l'hydroxypropyle d'amidon, l'acétate d'amidon, le propionate d'amidon, le butyrate d'amidon, la gomme arabique, l'agar-agar, l'acide alginique, l'alginate de sodium, l'alginate de potassium, l'alginate de calcium, la gomme adragante, la gomme guar, la gomme de caroube. [0011] En particulier le polymère peut être un dérivé de la cellulose, par exemple, l'acétate de cellulose, le propionate de cellulose, le butyrate de cellulose, le triacétate de cellulose, l'éthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose. [0012] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dérivé de cellulose est obtenu à partir de cellulose issue de pulpe de bois de qualité supérieure, ou à partir de cellulose issue de linter de coton. Par « pulpe de bois de qualité supérieure », on entend une pulpe de bois comprenant au moins 95% en poids d'alpha cellulose. La quantité d'alpha cellulose est déterminée selon la norme ISO 692. En ce qui concerne la cellulose issue de linter de coton, il s'agit de préférence d'un grade acétate. [0013] Plus particulièrement le polymère peut être un ester de cellulose. Il s'agit généralement d'esters organiques et notamment aliphatiques. [0014] Avantageusement l'ester de cellulose a un groupe acyl ayant de 2 à 4 atomes de carbone comme groupe ester. On peut citer à titre d'exemple d'ester de cellulose convenable dans le cadre de l'invention : l'acétate de cellulose, le propionate de cellulose, le butyrate de cellulose, l'acétatopropionate de cellulose, l'acétatobutyrate de cellulose, l'acétatophtalate de cellulose, l'acétate propionate butyrate de cellulose. Le groupe butyrile formant le butyrate peut être linéaire ou branché. [0015] Avantageusement le degré de substitution de la cellulose est compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,9. Le degré de substitution de la cellulose est déterminé selon la norme ASTM D871-72 [0016] La viscosité intrinsèque du polymère de l'invention est avantageusement compris entre 0,3 et 0,4, de préférence comprise entre 0,32 et 0,35. La viscosité intrinsèque est mesurée selon la norme ASTM D871-72. [0017] Le polymère de l'élément optique peut être un mélange de plusieurs polymères. [0018] De manière préférée, le polymère est l'acétate de cellulose. [0019] L'élément optique comprend avantageusement au moins 50% en poids de polymère, de préférence au moins 55% en poids. [0020] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément optique comprend un plastifiant. A titre d'exemple de plastifiant, on peut citer la triacétine, le phtalate de diéthyle, le phtalate de diméthyle, le butyl phtalyl butyl glycolate, le diéthyl citrate, le diméthoxy éthyl phtalate, l'éthyl phtalyl éthyl glycolate, le méthyl phtalyl éthyl glycolate, les sulfonamides n-éthyl-o,p-toluène, le phosphate de triphényle, le tricrésyl phosphate, le dibutoxy éthyl phtalate, le diamyl phtalate, le tributyl citrate, le tributyle acétyle citrate, le tripropyle acétyle citrate, la tripropionine, la tributyrine, la sulfonamide o,p-toluène, le pentaerythritol tetraacétate, le dibutyl tartrate, le diéthylène glycol diacétate, le diéthylène glycol dipropionate, l'adipate de dibutyle, l'adipate de dioctyle, l'azélate de dibutyle, le phosphate trichloroéthyle, le phosphate de tributyle, le sébacate de di-n-butyle, le phtalate de dibutyle, le phtalate de dioctyle, le phtalate de butylbenzyle, le 2-éthylhexyl adipate, le di-2-ethylhexyl phtalate. La quantité de plastifiant est avantageusement comprise entre 10 et 45% en poids par rapport au poids de l'élément optique, de préférence comprise entre 20 et 40% en poids. [0021] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément optique comprend un stabilisant thermique (protecteur de dégradation thermique et/ou thermooxydante) tel qu'un antioxydant. A titre d'exemple de stabilisants thermiques, on peut citer les glycidyl éthers, les sels métalliques d'acides faibles, les phénols substitués, etc. En particulier on peut citer les mono ou diglycidyl éthers d'hydroquinone, l'oxalate de potassium, le naphthénate de strontium, le resorcinol diglycidyl éther,le formate de magnésium ou d'aluminium, la magnésie, etc. [0022] A titre d'exemple d'anti-oxydants, on peut citer les antioxydants phénoliques encombrés. De tels anti-oxydants sont par exemple décrits dans les demandes de brevet WO 2004/000921 et WO02/053633. L'Irganox 1076® (octadecyl 3,5-di-tert-butyl- r-hydroxyhydrocinnamate) et l'Irganox 1010® (tetrakis(methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)methane)) sont des exemples de tels anti-oxydants. [0023] A titre d'exemple d'anti-oxydants, on peut également citer les stabilisants phosphorés, tels que les phosphites substitués par des radicaux alkyles et/ou aryles, par exemple l'Irgafos 168® (tris-(2,4-di-tert-butylphényl) phosphite). [0024] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément optique comprend un stabilisant à la lumière. [0025] A titre d'exemples de stabilisants à la lumière on peut citer les stabilisants présentant au moins un motif amine encombrée (Hindered Amine Light Stabilizer H.A.L.S.). De tels additifs sont par exemple décrits dans les demandes de brevet WO 2004/000921 et WO2005/040262. [0026] A titre d'exemples de stabilisants à la lumière, on peut également citer les absorbeurs UV. De tels absorbeurs UV sont notamment décrits dans la demande de brevet WO 2004/000921. On peut citer à titre d'exemple d'absorbeur UV les oxanilides, les benzophénones tels que l'Uvinul 400® (2,4-dihydroxybenzophénone), les benzotriazoles tels que le Tinuvin 360® (dimeric 2-hydroxyphenylbenzotriazole) ou le 2,2'-methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenol, les 2-hydroxy-phenyltriazines telles que le Tinuvin 1577FF0 (2,4-Diphényl-6-(2-hydroxy-4-hexyloxyphenyl)-s-triazine. [0027] L'élément optique peut également comprendre un ou plusieurs additifs choisis parmi les charges, les colorants, les pigments, les agents antistatiques, les surfactants, les lubrifiants, les agents dispersants, les agents ignifugeants, les additifs d'aide ou moulage, les modificateurs de choc. Cette liste n'est pas limitative. [0028] L'élément optique est avantageusement une lentille. Il peut s'agir d'une lentille de Fresnel. Elle peut être convexe ou concave. [0029] De préférence l'élément optique de l'invention est optiquement transparent, c'est-à-dire qu'il présente une transmittance à la lumière d'au moins 88% selon la norme ASTM D1003. [0030] L'élément optique peut être préparé selon tout procédé connu de préparation d'élément optique, notamment de lentille. [0031] L'invention concerne également un module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) comprenant un système optique ayant au moins un élément optique tel que décrit ci-dessus. [0032] Ce module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) comprend : - au moins une puce à LED (diode électroluminescente) encapsulée dans un matériau encapsulant, tel qu'une résine epoxy - au moins système optique comprenant au moins un élément optique tel que décrit ci-i-dessus - deux électrodes (anode et cathode) [0033] La structure des modules de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) sont connus de l'homme du métier. [0034] La puce à LED (diode électroluminescente) du module de source lumineuse à LED de l'invention peut être toute puce qui émet dans le visible, l'ultraviolet ou l'infrarouge. [0035] La structure de la puce à LED (diode électroluminescente) comprend une couche de matériau semi-conducteur. Par exemple, la puce à LED peut comprendre des couches de matériau semi-conducteur des colonnes III et IV du tableau périodique des éléments, tels que GaAs, GaAIAs, GaN, InGaN, GaP etc, ou des couches de matériau semi-conducteur des colonnes Il à VI du tableau périodique des éléments, tels que ZnSe, ZnSSe, CdTe, etc., ou des couches de matériau semi-conducteur des colonnes IV et V du tableau périodique des éléments, tels que SiC. La puce à LED peut également comprendre d'autres couches. [0036] Le module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) de l'invention peut comprendre une pluralité de puces à LED. [0037] La structure des systèmes optiques des modules de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) est connue de l'homme du métier. Elle peut être complexe et variée. [0038] Le système optique permet notamment d'optimiser la transmission de la lumière générée par la(les) puce(s) à LED du module. [0039] Le système optique comprend au moins un élément optique. Il peut comprendre une combinaison de plusieurs éléments optiques. [0040] Le système optique peut avoir différentes formes et différents agencements. Ces formes et ces agencements sont connus de l'homme du métier. [0041] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément optique est 15 une lentille qui recouvre la puce à LED. Elle peut par exemple être en forme de bille, de dôme etc. [0042] Selon un mode de réalisation particulier du module de l'invention, l'élément optique est un collimateur, un collecteur ou un divergeur. Un collimateur est un élément 20 optique qui concentre le flux lumineux. [0043] L'invention concerne enfin une lampe à LED (diode électroluminescente) comprenant au moins le module de source lumineuse à LED de l'invention. 25 [0044] Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la lampe comprend également une ampoule ou une vasque recouvrant le module de source lumineuse à LED. Cette ampoule ou cette vasque a généralement un rôle de protection du module de source lumineuse à LED. 30 [0045] L'ampoule peut être de différentes formes. Elle peut par exemple être ronde, courbe, cylindrique etc. [0046] Selon ce mode de réalisation particulier de l'invention, l'ampoule ou la vasque comprend de préférence au moins un polymère choisi parmi les polymères 35 suivants : la cellulose et ses dérivés, l'amidon et ses dérivés, les alginates et leurs dérivés, les guars et leurs dérivés, la chitine et ses dérivés, la pectine et ses dérivés. Tout ce qui a été décrit ci-dessus sur le polymère de l'élément optique s'applique ici pour l'ampoule ou la vasque.10 [0047] L'élément optique de l'invention présente de très bonnes propriétés pour son application dans les modules de source lumineuse à LED. En effet, il est transparent (il présente une transmittance à la lumière élevée), plus léger que le verre, et il présente de bonnes propriétés mécaniques, en termes de module notamment. Il peut être obtenu à des tailles et des formes variées, et il est adapté pour une production de masse. Un autre avantage de l'élément optique de l'invention est qu'il est réalisé en un matériau biosourcé. REVENDICATIONS1. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un polymère choisi parmi les polymères suivants : la cellulose et ses dérivés, l'amidon et ses dérivés, les alginates et leurs dérivés, les guars et leurs dérivés, la chitine et ses dérivés, la pectine et ses dérivés 2. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est un ester 3. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère est un ester de cellulose. 4. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère est l'acétate de cellulose. 5. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins 50% de polymère 6. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un plastifiant 30 7. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un stabilisant thermique25 8. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un stabilisant à la lumière 9. Elément optique pour module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une lentille 10. Module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) 10 comprenant : - au moins une puce à LED (diode électroluminescente), encapsulée dans un matériau encapsulant tel qu'un résine epoxy - un système optique comprenant au moins un élément optique selon l'une des revendications 1 à 9 15 - deux électrodes (anode et cathode) 11. Module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément optique est une lentille recouvrant la puce à LED 12. Module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'élément optique est un collimateur, un collecteur, un divergeur 25 13. Module de source lumineuse à LED (diode électroluminescente) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs puces à LED 14. Lampe à LED (diode électroluminescente), caractérisée en ce qu'elle 30 comprend au moins le module de source lumineuse à LED selon l'une des revendications 10 à 13. 20 15. Lampe à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend également une vasque ou une ampoule recouvrant le module de source lumineuse à LED 16. Lampe à LED (diode électroluminescente) selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'ampoule ou la vasque comprend au moins un polymère choisi parmi les polymères suivants : la cellulose et ses dérivés, l'amidon et ses dérivés, les alginates et leurs dérivés, les guars et leurs dérivés, la chitine et ses dérivés, la pectine et ses dérivés.10