Brevet FR3005338A1 — publié le 20141107

La présente invention est du domaine des techniques de l'éclairage et plus particulièrement des ampoules à diode électroluminescente (LED). On connaît ces dispositifs à LED dont le flux émis a l'allure d'une courbe de Gauss avec une limite angulaire proche de 160°. Pour certaines applications cette limite angulaire est 5 recherchée, mais pour d'autres elle peut être néfaste, par exemple pour l'éclairage des enseignes lumineuses publicitaires en rétroéclairage (backlighting). Cette limitation angulaire en forme de courbe de Gauss du flux lumineux a pour conséquence de nécessiter un nombre élevé de ces dispositifs pour obtenir une surface éclairée uniforme ce qui est économiquement défavorable en termes de coût. Il en est de même 0 pour l'éclairage intérieur où l'éblouissement UGR de ces sources est gênant, nécessitant des dispositifs annexes anti éblouissement. On connaît par ailleurs des dispositifs à LED équipés de lentilles de correction que l'on place sur le parcours du flux lumineux afin d'«aplanir » la zone centrale à forte surbrillance du flux lumineux ce qui est une amélioration, mais par contre la zone éclairée par de tels dispositifs 15 est limité aux caractéristiques optique des lentilles convergentes ou divergentes. Ainsi la présente invention a pour objet de réaliser une ampoule à LED à flux lumineux à courbe omnidirectionnelle à décroissance linéaire en coordonnées polaires. A cette fin, un dispositif optique diffusant la lumière de forme demi pseudosphérique est placé dans le parcours du flux lumineux de la LED afin d'élargir la limite angulaire de celle-ci et 20 aussi de modifier la courbe Gaussienne de distribution spatiale de l'intensité lumineuse en une courbe à décroissance linéaire. Pour obtenir de tels résultats, le flux lumineux balistique de la LED se trouve associé à une composante de flux isotrope lors de son parcours physique dans l'espace. Un dispositif en composition thermoplastique à base de thermoplastique transparent et de particules diffusant la lumière (microbilles de verre creuses par exemple, permet de créer 25 cette composante lumineuse isotrope, le flux balistique directionnel lors de son trajet dans la paroi (3) est ainsi affecté d'une composante omnidirectionnelle dont le rapport d'intensité de flux balistique sur flux isotrope est dépendant à la variable « longueur du trajet » dans le milieu diffusant. Dans l'axe de la LED où le flux est maximum, la composante isotrope devra être maximale ce qui nécessite une épaisseur importante du milieu diffusant, par contre en dehors 30 de l'axe de la LED l'épaisseur du milieu diffusant diminuera suivant une courbe dépendant d'une part de la pente de la courbe de Gauss de la LED et d'autre part de la limite angulaire à atteindre à 6db (décibels) de l'intensité du flux linéaire pour les angles élevés, on peu aussi avoir une épaisseur variable de la paroi (3) entre le sommet et la base de la demi pseudosphère elliptique afin d'augmenter l'écart de longueur de trajet du flux balistique sous 35 des angles différents. -2- Dans le cas précis du backlighting, l'imbrication des flux de plusieurs sources lumineuses à LED doit s'opérer à la position angulaire où le flux de chaque source est à 50% (6db) du flux maximal pour obtenir une uniformité lumineuse de la surface éclairée. Plus cette position angulaire à 6db se trouve à des angles élevés plus la distance entre les sources est grande sachant que cette distance varie suivant le cosinus de l'angle. Pour une LED, sans le dispositif selon l'invention, l'angle de distribution spatiale ne dépasse pas 160° pour 6db d'intensité lumineuse, avec le dispositif selon l'invention cet angle peut dépasser les 180° à 6db, mais c'est surtout la linéarité de la courbe d'intensité lumineuse qui est le plus prépondérant dans l'homogénéité de la répartition du flux, au delà des 180° d'angle, l'intensité lumineuse est encore importante, permettant l'éclairement latéral. La présente invention propose donc des moyens pour réaliser un dispositif diffusant la lumière de façon ordonnée en réalisant une structure à hémisphère demi-pseudosphérique elliptique à paroi épaisse diffusante, il en résulte que le flux balistique de la LED qui traverse le milieu diffusant hétérogène parcourt un espace à épaisseur variable lorsque les angles d'incidence changent, une composante de flux isotrope est ainsi créée, le rapport du flux balistique sur le flux isotrope se modifie, et suivant la forme appliquée aux parois du dispositif on peut corriger la courbe d'intensité du flux lumineux de la LED. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaitront, à la description qui va être faite de formes particulières de réalisation, en relation avec les figures 20 des planches annexées dans lesquelles : La figure 1 représente en coupe, le dispositif diffusant selon l'invention. La figure 2 représente en vue filaire le dispositif diffusant selon l'invention. La figure 3 représente une variante du dispositif diffusant selon l'invention. La figure 4 représente en éclaté l'ampoule à LED selon l'invention. 25 En référence à ces dessins, le dispositif diffusant comporte à la Figure 1 un boitier diffusant (1) enveloppant la source de lumière (2) a paroi épaisse diffusante (3) dont l'arc (4) de la paroi (3) à une courbure dépendante de la flèche (5) dont son amplitude est fonction de la pente de la courbe de Gauss de l'intensité lumineuse de la LED. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le flux lumineux d'angle d'incidence (6) de la 30 source de lumière (2), traverse la paroi épaisse (3) sous des angles d'incidence différents ce qui détermine des longueurs de trajets qui changent en (7), (8), (9), (10), (11) du flux balistique modifiant ainsi la proportion de flux balistique et de flux isotrope que l'on retrouve de part et d'autre de la paroi (3) du dispositif selon l'invention, l'amplitude de la flèche (5) puis l'angle de la corde de la demi pseudosphère par rapport au plan de référence de la LED (2) viennent 35 compenser la courbe de Gauss de la dite LED et déterminent l'angle de pente du flux lumineux à décroissance linéaire. -3- La figure 2 est une vue filaire du dispositif diffusant (1) selon l'invention, on remarque que la face extérieure (12) de la paroi (3) de l'hémisphère demi-pseudosphérique a une révolution circulaire dont le sommet est en (14). La face intérieure (13) a une révolution circulaire dont le sommet de l'hémisphère demi-pseudosphérique est en (15). La figure 3 représente en perspective la variante du dispositif diffusant (1) on y voit la ligne de sommet (14) des faces demi-pseudo sphériques, et la ligne de LED (2) ainsi que les deux parois latérales épaisses diffusantes (3). La figure 4 représente un éclaté des éléments constituant l'ampoule diffusante à LED selon l'invention d'où en (1) est représenté le dispositif diffusant, en (2) le dispositif lumineux à LED fournissant une lumière rouge vert ou bleu ou l'ensemble de ces couleurs, un circuit imprimé (16) supportant la LED (2) équipée des résistances de limitation du courant de (17) et (18), la continuité électrique de la LED au réseau électrique alternatif est effectué via une borne isolée (19) du connecteur à vis (20). Le refroidissement de la LED s'effectue par le radiateur thermique (21). Le diffuseur de lumière (1) peut être teinté ou incorporer du phosphore afin de réaliser une source de lumière blanche lorsque le flux lumineux provient d'une LED bleu, mais lorsque la LED est déjà équipée de son filtre au phosphore, on peu disposer facilement une gamme étendue de températures de couleur de la lumière blanche émise par la lampe ce qui est un avantage économique. La présente invention est particulièrement destinée à l'éclairage non éblouissant des lieux publics ou privés, des enseignes publicitaires et caissons lumineux. REVENDICATIONS1) Dispositif d'éclairage à diode électroluminescente fournissant un flux lumineux omnidirectionnel à décroissance linéaire caractérisé en ce que, un boitier optique (1) de forme demi pseudosphérique elliptique à paroi épaisse diffusant la lumière (3) est placé dans le parcours du flux lumineux de la LED (2), créant ainsi une composante lumineuse isotrope au flux balistique de la LED, composante qui est dépendante de la longueur du trajet du flux balistique à travers la paroi du diffusant (3) longueur du trajet qui lui même dépend de son angle d'incidence (6) à (11) en sortie de la LED (2). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la courbure de l'arc (4) de la paroi (3) dépend de la flèche (5) dont l'amplitude est fonction de la pente de la courbe de Gauss d'intensité lumineuse de la LED, et l'angle de la corde de l'arc (4) par rapport au plan de la LED (2) détermine l'angle de pente du flux lumineux à décroissance linéaire du dispositif selon l'invention. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi (3) peut avoir une épaisseur variable entre le sommet et la base de la demi pseudosphère 15 elliptique afin d'augmenter l'écart de longueur de trajet du flux balistique sous des angles différents. 4) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la face intérieure de la paroi (3) est une demi pseudosphère elliptique. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier optique est une 20 composition thermoplastique à base de thermoplastique transparent et de particules diffusant la lumière. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le diffuseur de lumière (1) peut être teinté ou incorporer du phosphore afin d'étendre la gamme de température de couleur de la LED (2). 25 7) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif diffusant 3 de la figure 3 représente une variante du dispositif 1, une ligne de sommet 14, les faces demi-pseudo sphériques, et la ligne de LED (2) ainsi que les deux parois latérales épaisses diffusantes (3).