Brevet FR2989448A1 — publié le 20131018

[1] La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs d'éclairage architectural utilisés notamment pour éclairer les façades de bâtiments. [2] Dans le domaine ci-dessus, il est connu des dispositifs d'éclairage comprenant un châssis en aluminium définissant un boîtier en U à l'intérieur duquel est disposé un rang de diodes électroluminescentes de puissance. Chaque diode électroluminescente comprend une optique primaire à diffusion Lambertienne et se trouve associée à une optique secondaire présentant un angle d'éclairement ou de diffusion généralement compris entre 5° et 45°. Le dispositif comprend également un couvercle en matière transparente qui ferme le boitier de manière à protéger les diodes électroluminescentes des projections d'eau pour une utilisation en extérieur. Un tel dispositif permet effectivement d'éclairer des bâtiments en extérieur mais présente un certain nombre d'inconvénients inhérent à sa conception. [3] Tout d'abord, la mise en oeuvre de diodes de puissance associées à des optiques secondaires relativement encombrantes oblige à espacer fortement les diodes de sorte que pour des applications faisant intervenir des diodes selon les couleurs primaires rouge, vert, bleu, de manière à produire des couleurs d'éclairage paramétrables, le mélange de couleur s'effectue à une distance relativement importante du dispositif d'éclairage, ce qui nuit à la qualité de l'effet esthétique recherché. [4] De plus, la mise en oeuvre sur le chemin optique des rayons lumineux produits par chaque diode d'une optique primaire, d'une otique secondaire et d'un couvercle translucide crée un nombre relativement important d'interfaces qui nuisent à l'efficacité lumineuse du dispositif d'éclairage. [5] De même, la mise en oeuvre de diodes électroluminescentes de puissance induit la nécessité de devoir évacuer une importante quantité de chaleur qui ne permet pas d'augmenter la densité linéaire en diode électroluminescentes. [6] De plus, l'utilisation d'un couvercle pour fermer le boitier pose des problèmes d'étanchéité. [7] Il est donc apparu le besoin d'un nouveau type de dispositif d'éclairage architectural qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur et qui notamment offre de meilleures performances d'éclairage tout en possédant une fiabilité accrue et une plus grande résistance aux intempéries. [08] Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne un dispositif d'éclairage architectural extérieur comprenant un châssis qui est équipé de moyens de fixation sur un bâtiment et qui supporte une source de lumière allongée comprenant une série de diode électroluminescentes alignées. Selon l'invention, la source de lumière comprend un bloc de résine dans lequel est inclus : - un substrat portant des conducteurs d'alimentation de diodes électroluminescentes, - au moins un rang polychrome de diodes électroluminescentes alignées selon une direction longitudinale et soudées sur le substrat en relation avec les conducteurs d'alimentation, deux diodes adjacentes d'un même rang étant d'une couleur différente, les optiques primaires des diodes électroluminescentes s'étendant en partie au moins en saillie d'une face avant du bloc de résine. [9] La mise en oeuvre d'un bloc de résine dans lequel sont inclus ou noyés le susbrat portant les conducteurs d'alimentation, les conducteurs de raccordement des diodes électroluminescentes et les soudures de connexion des diodes électroluminescentes, permet, d'une part, d'assurer une protection étanche de la partie électrique de la source de lumière et, d'autre part, de préserver les soudures des contraintes mécaniques extérieures limitant ainsi les risques de faux contact et de disfonctionnement. De plus, dans la mesure où, le dispositif selon l'invention ne comprend pas d'optique secondaire son efficacité optique s'en trouve optimisée. [10] Selon une forme de réalisation de l'invention, la couleur de chaque diode électroluminescente d'un même rang est choisie parmi une des trois couleurs primaires de la synthèse additive et les diodes électroluminescentes de ce rang sont disposées selon une séquence de type ABCABCABC... où chaque lettre représente une couleur primaire différente. Ainsi, selon cette forme de réalisation, il est possible d'obtenir quasiment toutes les couleurs d'éclairage par modulation de l'intensité de fonctionnement des différentes diodes électroluminescentes. [11] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la couleur de chaque diode électroluminescente d'un même rang est choisie parmi une des trois couleurs primaires de la synthèse additive et une autre couleur, choisie entre le blanc et la couleur ambre, et les diodes électroluminescentes de ce rang sont disposées selon une séquence de type ABCDABCDABCD... où les lettres A,B,C représentent chacune une couleur primaire différente et la lettre D représente l'autre couleur. Cette autre couleur peut être soit du blanc soit la couleur ambre. Dans le cas du blanc, la température de couleur de chaque diode blanche pourra, par exemple, être comprise entre 4 000 K et 7 000 K. La mise en oeuvre d'une diode blanche permet d'obtenir des couleurs pantelles ou encore un éclairage blanc qui ne pourrait pas être obtenu par le seul mélange des couleurs primaires. [12] Selon une caractéristique de l'invention, la source de lumière comprend plusieurs rangs polychromes de diodes électroluminescentes. La mise en oeuvre de plusieurs rangs polychromes, de préférence sensiblement parallèles les un aux autres permet d'obtenir une étendue d'éclairage supérieure à celle qui serait obtenue par la mise en oeuvre d'un seul rang. De plus, dans la mesure où il n'est pas mis en oeuvre d'optique secondaire, le dispositif d'éclairage selon l'invention à plusieurs rangs présente une largeur moins importante que celle qui résulterait de la mise en oeuvre de plusieurs dispositifs selon l'art antérieur juxtaposés. Le dispositif d'éclairage architectural selon l'invention est donc plus facile à adapter sur la façade d'un bâtiment. [13] Selon une variante de cette caractéristique, les directions d'éclairage des diodes électroluminescentes d'un même rang sont sensiblement parallèles et les directions d'éclairage de deux rangs adjacents forment un angle compris entre 0° et 60°. Une telle valeur d'angle entre les directions d'éclairage de deux rangs adjacents permet d'obtenir une étendue d'éclairage adaptée pour éclairer des hauteur de mur de l'ordre 5 à 7 m avec une uniformité d'éclairage satisfaisante, alors que le dispositif d'éclairage selon l'invention est placé à une distance de la paroi éclairée inférieure à 0,5 m voire inférieure à 20 cm. [14] Selon une caractéristique de l'invention, la source de lumière comprend au moins un rang monochrome de diodes électroluminescentes d'une même couleur. La mise en oeuvre d'un rang monochrome en plus d'au moins un rang polychrome permet d'augmenter la palette des effets colorés susceptibles d'être obtenus avec le dispositif selon l'invention. [15] Selon une autre caractéristique de l'invention, les centres de deux diodes électroluminescentes consécutives d'un même rang sont séparés d'une distance inférieure ou égale à deux centimètres et de préférence inférieure ou égale à 1,30 centimètre. Cette caractéristique permet d'atteindre avec des diodes électroluminescentes de faibles puissances une puissance lumineuse par unité de longueur équivalente voire supérieure à celle qui pourrait être atteinte, à encombrement équivalent, avec des diodes électroluminescentes de puissance compte tenu des contraintes de dissipation de chaleur pour de longues périodes d'utilisation. [16] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque diode électroluminescente possède une puissance électrique inférieure ou égale à 0,5 W et, de préférence, inférieure ou égale à 0,2 W et de manière plus particulièrement préférée inférieure ou égale à 0,15 W. La mise en oeuvre de diodes électroluminescente de ces faibles puissances permet d'obtenir, en fonctionnement, de faibles gradients de température dans le bloc de résine de sorte que les sollicitations mécaniques dues à une dilatation différentielle sont réduites et qu'il est possible d'évacuer la chaleur produite par les diodes électroluminescentes sans radiateur encombrant et couteux. [17] Selon une caractéristique de l'invention, l'optique primaire de chaque diode électroluminescente possède un angle d'éclairage inférieur ou égal à 20° et de préférence inférieur ou égal à 18°. [18] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'optique primaire de chaque diode électroluminescente s'étend en saillie à l'extérieur de la face avant du bloc de résine d'une hauteur comprise entre 1 mm et 5 mm. [19] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la résine est une résine résistant aux rayonnements ultraviolets et présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 0,5 W rn-1K-1. La mise en oeuvre d'une telle résine permet une mise en oeuvre en extérieur sans qu'il soit besoin de protéger, du soleil, la face avant de la source de la lumière. De plus, la conductivité thermique de la résine permet une évacuation efficace de la chaleur dégagée par les diodes électroluminescentes en fonctionnement. [20] Selon une caractéristique de l'invention, le châssis est en métal et comprend une platine de support de la source de lumière et la face arrière du bloc de résine est collée sur la platine. [21] Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif d'éclairage architectural comprend une unité d'alimentation et de contrôle des diodes électroluminescentes. [22] Selon une variante de cette caractéristique, l'unité de pilotage est noyée dans un bloc de résine de même nature que la résine constitutive du bloc de la source de lumière. [23] Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [24] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent une forme non limitative de réalisation d'un dispositif d'éclairage architectural conforme à l'invention. La figure 1 est une coupe schématique de côté d'un dispositif d'éclairage architectural selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif d'éclairage architectural illustré à la figure 1. La figure 3 est une élévation en vue de côté du dispositif illustré aux figures 1 et 2, adapté sur une paroi verticale. La figure 4 est une vue de dessus partielle d'un substrat de support et d'alimentation des diodes électroluminescentes de la source de lumière du dispositif d'éclairage illustré figures 1 et 2. [25] Un dispositif architectural selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend un châssis 2 qui supporte une source de lumière 3 à diodes électroluminescentes 4, comme le montrent les figures 1 et 2. [26] Selon l'exemple illustré, le châssis 2 est réalisé en métal, tel que par exemple de l'aluminium, et possède, vu en section droite transversale, une forme en U dont une première branche 5 définit une platine de support de la source de lumière 3. La première branche 5 est reliée par une âme 6 à une deuxième branche 7 qui porte à l'opposé de l'âme 6 un rebord 8 de fixation sur une paroi à éclairer P telle qu'illustrée à la figure 3. [27] La source de lumière 3 comprend un bloc de résine 10 à la surface duquel s'étendent en saillie les optiques primaires 11 des diodes électroluminescentes d'au moins un et, selon l'exemple illustré, de quatre rangs R1, R2, R3, R4 de diodes électroluminescentes 4. [28] Les diodes électroluminescentes 4 mise en oeuvre possèdent une puissance inférieure à 0,5 W et de préférence inférieure 0,2 W et de préférence de l'ordre de 0,15 W. La mise en oeuvre de diodes électroluminescentes 4 de faible puissance permet de les monter relativement proche les unes des autres sans risque de surchauffe ni problème d'évacuation de chaleur. [29] Chaque diode électroluminescente 4 comprend une optique primaire 11 qui possède un angle d'éclairage a inférieur à ou égal à 20° et de préférence inférieur ou égal à 25°. Selon l'exemple illustré, les diodes électroluminescentes possède un angle d'éclairage a de l'ordre de 15° réparti uniformément autour d'une direction d'éclairage D correspondant à l'axe longitudinal de l'optique primaire formée par le corps de la diode électroluminescente 4. [30] Les diodes électroluminescentes 4 sont soudées sur un substrat 15 formé selon l'exemple illustré par un circuit imprimé qui porte les conducteurs 16 d'alimentations des diodes électroluminescentes et éventuellement des composants, non représentés, de régulation de l'alimentation des diodes électroluminescentes. Le substrat 15 est plus particulièrement représenté à la figure 4, sur laquelle les emplacements des diodes sont repérés par les lettres A à F tandis que les conducteurs 16 aménagés sur la face supérieure du substrat 15 sont illustrés en traits continus et les conducteurs 16 aménagés sur la face inférieure du substrat 15 sont figurés en traits discontinus. [31] Chaque diode électroluminescente 4 d'un même rang est soudée sur le substrat 15 de manière que, d'une part, sa direction d'éclairage soit parallèle aux directions d'éclairage des autres diodes électroluminescentes du rang et, d'autre part, la distance entre son centre et le centre de la ou les diodes adjacentes soit inférieure ou égale à 2 cm et de préférence inférieure ou égale à 1,30 cm et par exemple de l'ordre de 1,25 cm de manière à atteindre 80 diodes par mètre linéaire. [32] Selon l'exemple illustré, la source de lumière 3 comprend quatre rangs R1, R2, R3, R4 de diodes électroluminescentes, qui sont montés sur le substrat 15 de manière que les directions D d'éclairage des diodes des différents rangs soient parallèles entrent-elles et forment donc un angle nul. Toutefois, afin d'augmenter l'étendue de la surface éclairée par le dispositif d'éclairage architectural selon l'invention, les diodes de deux rangs adjacents peuvent être montées de manière que leur direction d'éclairage D forment un angle compris entre 0° et 60°. L'inclinaison relative entre les directions d'éclairage D de rangs adjacents peut également résulter d'une flexion du substrat, transversalement à la direction d'extension des rangs de diodes électroluminescentes, réalisée préalablement à l'incorporation dans la résine constitutive du bloc. Dans le même sens chaque rang de diodes électroluminescentes peut être porté par un substrat indépendant qui peut alors être orienté différemment de ses voisins dans le bloc de résine. [33] Selon l'invention, l'un au moins des rangs de diodes électroluminescentes est un rang polychrome en ce sens que deux diodes consécutives ou adjacentes sont d'une couleur différente. Selon l'exemple illustré, le premier rang R1 et le troisième rang R3 sont des rangs polychromes tandis que le deuxième rang R2 et le troisième rang R3 sont des rangs monochromes dont toutes les diodes possèdent une même couleur E ou F. [34] Les couleurs des diodes électroluminescentes du premier rang R1 sont choisies parmi les trois couleurs primaires de la synthèse additive à savoir le rouge, le vert et le bleu. Les diodes du premier rang sont alors disposées selon une séquence de type A B C A B C A B C A B C où chaque lettre représente une couleur primaire différente. Dans ce cas, la distance maximale entre deux diodes électroluminescentes d'une même couleur se trouve inférieure ou égale à 6 cm et, selon l'exemple illustré, inférieure ou égale à 3,75 cm. Cette proximité permet d'obtenir une bonne uniformité de couleur à une distance relativement réduite de la source de lumière. [35] Les diodes électroluminescentes du troisième rang R3 sont choisies parmi quatre couleurs comprenant les trois couleurs primaires de la synthèse additive et un blanc par exemple un blanc chaud dont la température de couleur est inférieure à 3500 K et, par exemple, de l'ordre de 3000 K. Les diodes du deuxième rang sont alors disposées selon une séquence de type A B C D A B C D A B C D A B C D où chaque lettre représente une couleur différente parmi les quatre couleurs précitées. Dans ce cas, la distance maximale entre deux diodes électroluminescentes d'une même couleur se trouve inférieure ou égale à 8 cm et selon l'exemple illustré inférieur ou égal à 5 cm. La mise en oeuvre d'un blanc chaud en plus des quatre couleurs de la synthèse additive permet d'obtenir des couleurs pastel. Il doit être remarqué que la quatrième couleur pourrait également être la couleur ambre au lieu d'un blanc chaud. [36] Selon l'exemple illustré, le deuxième rang R2 est un rang monochrome dont toutes les diodes électroluminescentes E sont d'une même couleur telle que par exemple un bleu, étant entendu que toute autre couleur pourrait être choisie. [37] De la même manière, le quatrième rang R4 est un rang monochrome dont toutes les diodes électroluminescentes F sont d'une même couleur telle que par exemple un blanc froid d'une température de couleur de 6 000 K, étant entendu que toute autre couleur pourrait être choisie. [38] Après montage de l'ensemble des diodes électroluminescentes 4 sur le substrat 15, il est procédé au moulage de la résine. Afin, d'assurer un bon collage du bloc de résine 10 sur la platine 5 du châssis, la résine est de préférence coulée in situ. Il est utilisé une résine qui présente une conductivité thermique de l'ordre de 0,7 Wm-1K-1 et un allongement à la rupture de l'ordre de 10%. Cette résine présentant en outre la caractéristique de résister aux ultraviolets et donc à la lumière du soleil de sorte qu'elle peut être utilisée en extérieur sans protection particulière. [39] Le fait de couler la résine de manière à enchâsser : le substrat 15 , les conducteurs de raccordement des diodes 4 au substrat 15 et une partie de l'optique primaire de chaque diode, permet d'assurer une protection étanche aux projections de liquide voire à l'immersion et d'offrir un renfort mécanique qui limite les risques de rupture des soudures. De plus, la conductivité thermique de la résine permet une bonne évacuation de la chaleur produite par les diodes électroluminescentes tandis que ses caractéristiques mécaniques lui permettent de subir sans dégâts la dilatation résultant de la chaleur induite par le fonctionnement des diodes ou encore l'exposition au rayonnement solaire. Il est a noté que pour ne pas affecter la diffusion de la lumière émise par les diodes électroluminescentes 4, la partie avant de l'optique primaire de chacune d'elles s'étend en saillie de la face avant du bloc de résine 10 d'une hauteur h comprise entre 1 mm et 5 mm, [40] De plus, il doit être noté que dans la mesure où le châssis 2 supportant le bloc de résine 10 constitutif de la source de lumière 3 est réalisé en métal, le châssis 2 assure une fonction de radiateur. [41] Selon l'exemple illustré, le châssis 3 supporte également une unité 20 d'alimentation et de contrôle des rangs de diodes électroluminescentes. L'unité d'alimentation et de contrôle 20 est incluse dans un bloc 20' de résine de même nature que le bloc 10. Le bloc 20' est collé sur la face de la première branche 5 opposée à la source de lumière 3. L'unité d'alimentation et de contrôle 20 comprend des connecteurs, non représentés, permettant de la chainer avec des dispositifs d'éclairage architectural adjacents ou encore de le raccorder à une installation distante de pilotage. [42] Le dispositif d'éclairage architectural selon l'invention tel qu'ainsi constitué est, par exemple, fixé en saillie la paroi P comme illustrée à la figure 3. Cette fixation est, de préférence, réalisée de sorte que les directions d'éclairage D des diodes électroluminescentes 4 soient sensiblement parallèles à la paroi P. Toutefois, afin de permettre un ajustement de la zone éclairée par les diodes électroluminescentes sur la paroi P, le châssis comprend des moyens 21 de réglage de l'angle d'incidence de la lumière produite par les diodes électroluminescentes. Selon l'exemple illustré, ces moyens de réglage 21 comprennent deux vis de réglage 22 adaptées pour pousser ou tirer l'extrémité libre de la branche 5 supportant la source de lumière 3. L'élasticité de l'âme 6 est alors mise à profit pour faire varier l'assiette p de la branche 5 portant la source de lumière 3 et donc l'angle d'incidence, sur la paroi P, de la lumière produite. [43] Bien entendu, les moyens 21 de réglage de l'incidence de la lumière pourraient être réalisés de toute autre façon. De même, il peut être envisagé diverses variantes au dispositif d'éclairage architectural selon l'invention dans le cadre des revendications 25 annexées.