Brevet FR3006423A1 — publié le 20141205

DECORATION LUMINEUSE ET SA METHODE D'ECLAIRAGE Description Domaine technique de l'invention. L'invention concerne une décoration lumineuse ainsi que sa méthode d'éclairage. L'invention concerne le domaine technique des décorations lumineuses comportant une structure volumique creuse à l'intérieur de laquelle est insérée au moins une diode électroluminescente. État de la technique. Actuellement, la plupart des décorations lumineuses utilisent des diodes électroluminescentes (ci-après LED) pour leur faible consommation énergétique. Il est courant que ces décorations lumineuses comportent une structure volumique creuse se présentant par exemple sous forme d'abat-jour, de sphère, de cube, de personnage, ou autre. Au moins une LED est généralement insérée dans cette structure pour l'éclairer depuis l'intérieur. On obtient ainsi un effet lumineux particulièrement attractif, qui met en valeur la structure ainsi illuminée. Pour augmenter la brillance de la structure et limiter les pertes de flux lumineux, ladite structure peut être imprégnée ou revêtue d'un agent phosphorescent qui absorbe la lumière engendrée par la LED et la convertit en lumière visible. Cette technique est par exemple décrite dans le document brevet US 7.828.453 (TRAN). Bien qu'efficaces, les LED sont toutefois perçues comme des points lumineux plus brillants que la lumière émise par la structure phosphorescente. En outre, si plusieurs structures sont illuminées pendant de nombreuses heures, sur une longue période de l'année (par exemple des structures lumineuses urbaines), la consommation énergétique globale est loin d'être négligeable. Face à cet état des choses, un objectif de l'invention est de proposer une décoration dont l'illumination est homogène, sans point lumineux plus brillant que d'autres. Un autre objectif de l'invention est de proposer une décoration lumineuse qui procure un effet lumineux original avec, en plus, une réelle économie d'énergie. Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est une décoration lumineuse comportant une structure volumique creuse à l'intérieur de laquelle est insérée au moins une LED, ladite structure étant imprégnée ou revêtue d'un agent phosphorescent qui absorbe la lumière engendrée par la LED et la convertie en lumière visible. Cette décoration est remarquable en ce que la LED émet dans une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 430 nm, et en ce que l'éclairement de la LED est mis en oeuvre par une alimentation à fonctionnement temporisé permettant d'alterner les périodes actives d'éclairement de la diode et les périodes inactives de non éclairement de la diode, - 3 - l'alternance de ces périodes actives et inactives étant réglée en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. La LED utilisée émet un rayonnement UV qui n'est pas forcément visible pour un spectateur. Cette LED n'est donc pas susceptible de générer un point lumineux plus brillant que la lumière visible émise par la structure. De plus, l'alternance des périodes actives d'éclairement et des périodes inactives de non éclairement permet de diminuer la consommation d'énergie de plus de 50%. En effet, grâce à la rémanence de l'agent phosphorescent, l'intensité du flux lumineux émis par la structure est quasi-constante dans le temps. Ce n'est que lorsque l'intensité de ce flux lumineux diminue que la LED est éclairée, de façon à exciter et recharger l'agent phosphorescent. Enfin, il a été constaté que l'agent phosphorescent est excité de manière optimale lorsqu'il est soumis à un rayonnement dont la longueur d'onde est inférieure ou égale à 430 nm. Toutefois, de bons résultats sont également constatés pour une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm. L'ensemble de ces caractéristiques remarquables agit donc en synergie pour procurer un effet lumineux homogène, particulièrement original, et ne nécessitant qu'une faible quantité d'énergie. Un autre aspect de l'invention concerne une méthode pour éclairer une décoration lumineuse comportant une structure volumique creuse imprégnée ou revêtue d'un agent phosphorescent, cette méthode consistant à : - éclairer l'intérieur de la structure, avec une lumière ayant une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 430 nm, - temporiser cet éclairage en alternant les périodes actives d'éclairement et les périodes inactives de non éclairement, laquelle alternance est réglée en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. Description des figures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une décoration lumineuse objet de l'invention, - la figure 2 montre la décoration de la figure 1, vue selon la direction D, - la figure 3 est une variante de réalisation de la figure 2, - la figure 4 est une autre variante de réalisation de la figure 2, - la figure 5a est une vue en coupe selon A-A de la figure 1, - la figure 5b est une vue en coupe selon A-A de la figure 1, dans une variante de réalisation, - la figure 6 illustre différentes étapes du procédé de fabrication permettant de réaliser la structure volumique creuse, - la figure 7 est un diagramme qui schématise l'alternance des périodes d'éclairement et d'extinction de la LED. Modes préférés de réalisation de l'invention. La décoration lumineuse objet de l'invention est utilisable de jour comme de nuit, de manière temporaire ou permanente. Elle peut être utilisée à l'intérieur d'une habitation, d'un magasin, d'une zone commerciale, etc. Ou être utilisée en extérieur pour décorer des jardins, des façades de bâtiments, des rues, des ronds-points, etc. En se rapportant à la figure 1, la décoration comprend une structure volumique creuse 1 à l'intérieur de laquelle est insérée au moins une diode électroluminescente, ou LED, 2a, 2b. Sur l'exemple illustré, la structure 1 se présente sous la forme d'une sphère, dont le diamètre varie de 20 cm à 50 cm par exemple. Dans le but de simplifier la conception, cette sphère est avantageusement constituée de deux demi-sphères fixées entre elles. On peut toutefois envisager d'autres formes en 3D telle que : cube, ovoïde, cylindre, cône, étoile, personnage, etc. En se rapportant à la figure 5a, la structure 1 peut être réalisée à partir de fibres 10 mises en parallèle et imprégnées de résine 11 de manière à les rigidifier et les maintenir sous forme de faisceaux 12 d'environ 2 mm à 10 mm de diamètre par exemple. La résine 11 utilisée est par exemple une résine polyester, vinylester, ou époxy. Cette résine est mélangée à un agent phosphorescent, lequel agent se présente sous la forme de poudre ou de peinture. Le faisceau 12 est de cette façon imprégné à coeur de l'agent phosphorescent et on peut utiliser aussi bien des fibres transparentes ou translucides, perméables à la lumière émise par la LED 2a, 2b et notamment aux UV, que des fibres opaques. On utilise par exemple une peinture à base de pigments photoluminescents (pigments 11 jaune-vert haute intensité 400/30 MCD/m2) commercialisés par la société ATS COLOR'S®. Dans la variante de réalisation de la figure 5b, la structure 1 est réalisée à partir de fibres 10', ayant par exemple un diamètre d'environ 2 mm à 10 mm, lesquelles fibres sont revêtues d'une peinture phosphorescente 13. Dans ce cas, on utilise préférentiellement des fibres transparentes ou translucides, perméables à la lumière émise par la LED 2a, 2b et notamment aux UV. Des fibres opaques - 6 - peuvent également être employées, mais l'effet lumineux obtenu n'est pas idéal, car la peinture phosphorescente qui est située sur la face de la fibre qui n'est pas directement éclairée par la LED, n'est pas excitée et chargée de manière optimale. Les fibres 10, 10' peuvent être choisies dans la famille suivante : fibres de verre, fibres de lin, fibres de chanvre, fibres de coton, fibres de jonc mer, fibres de coco, fibres de soie, fibres de palmier, fibres de rotin, fibres de banane, fibres de cristal, fibres de silice, fibres de basalte. En se rapportant à la figure 6, la structure volumique creuse 1 est préférentiellement réalisée à partir de brins 10 de roving (fibres de verre) mis en parallèle et imprégnés de résine, laquelle résine est mélangée à un agent phosphorescent. Ces brins 10 sont passés en immersion dans un bain de résine 11. La résine de ce bain est mélangée de manière intime et homogène avec un agent réfléchissant se présentant initialement sous forme de poudre ou de peinture. Après l'imprégnation et l'essuyage par un racleur 110, les brins 10 sont réunis sous une faible pression en un seul faisceau 10 de fibres de verre qui est acheminé à la fabrication. La transformation en structure ornementale de forme volumique se fait de la façon suivante : le faisceau 12 est enroulé sous tension sur un dispositif tendeur 120, en particulier un cadre tendeur, ou sur des disques de forme géométrique ou libre ou sur des supports polygonaux d'anneaux en partant d'un point de fixation défini en alternant sur des points de renvoi diamétralement opposés, jusqu'à ce que le dessin prévu et l'objet volumique doté de sa structure de maillage ou ornementale, par exemple une demie-sphère, soit terminé. Une fois le produit fini, le durcissement définitif de la résine se fait à température ambiante, à l'aide d'air chaud ou à l'aide du rayonnement de chaleur d'une source de lumière, infrarouge ou UV. Cette technique est bien connue et par exemple décrite en détail dans le document brevet DE 10.2005.060.554 (MASSON WAWER), auquel l'homme du métier pourra se référer. - 7 - Dans une autre variante de réalisation non représentée, la structure 1 peut être réalisée à partir d'une résine plastique translucide, par exemple une résine acrylique ou époxy. La ou les LED 2a, 2b utilisées émettent dans une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm, de préférence inférieure ou égale 430 nm, avantageusement inférieure à 400 nm, préférentiellement encore inférieure à 360 nm. De telles longueurs d'onde permettent d'exciter et de charger l'agent phosphorescent de manière optimale, c'est-à-dire que le rapport : (temps d'éclairement Te de la LED) / (intensité lumineuse maximale Lmax), est le plus faible. Sur l'exemple illustré sur les figures 1 à 4, une platine 2 est agencée à l'intérieur de la structure volumique creuse 1. De part et d'autre de cette platine 2, est disposée au moins une LED 2a, 2b. On obtient ainsi un éclairement optimal de la surface interne de la structure 1 sur 360°. Cette platine 2 se présente préférentiellement sous la forme d'un circuit imprimé, de 5 cm de côté par exemple, et sur lequel sont disposés différents composants électriques et/ou électroniques permettant de faire fonctionner correctement les LED 2a, 2b. Sur les figures 1 et 2, la platine 2 est maintenue à l'intérieur de la structure volumique creuse 1 par l'intermédiaire de liens élastiques 24. Ces derniers sont agencés en croix et comprennent chacun une extrémité fixée à un des bords de la platine 2, l'autre extrémité étant fixée sur la structure 1. Cette conception offre l'avantage de centrer aisément la platine 2 au centre de la structure 1, les liens élastiques 24 lui offrant une certaine souplesse et/ou une possibilité d'amortissement en cas de choc ou de manutention. D'autres modes de fixation sont bien évidemment envisageables. Sur la figure 3, la platine 2 est par exemple suspendue à l'intérieur de la structure 1 au - 8 - moyen d'un crochet 24'. Et sur la figure 4, la platine 2 est supportée par une tige verticale 24" fixée à la base de la structure 1. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention permettant d'obtenir un éclairement maximal de la surface interne de la structure 1, au moins cinq LED 2a, 2b sont disposées de part et d'autre de la platine 2. Un nombre supérieur ou inférieur de LED peut bien évidemment être prévu en fonction des dimensions de la structure 1. Ces LED 2a, 2b sont connectées de manière classique sur la platine 2, par exemple par brochage ou soudage. Les LED 2a, 2b comportent chacune une anode et une cathode reliées par un micro-filament alimentant une puce électronique émettrice de lumière lors du passage du courant entre ladite anode et ladite cathode. Une enveloppe cylindrique transparente, protège l'anode, la cathode et le micro-filament. Cette enveloppe cylindrique, colorée ou transparente, peut être surmontée d'un dôme hémisphérique convexe transparent s'étendant vers le haut. On peut également utiliser des LED issues de la technologie CMS (pour l'acronyme : Composants Montés en Surface). On préfère toutefois utiliser des LED ayant un cône concave conique et transparent, s'étendant vers le bas. Cette conicité inversée a pour effet de diffuser la lumière de manière quasi multidirectionnelle, avec un angle solide de l'ordre de 3600 ce qui contribue à améliorer l'éclairement de la surface interne de la structure 1. Pour améliorer davantage cet éclairement, on utilise des LED de puissance, c'est-à-dire dont la puissance électrique est supérieure ou égale à 0,1 Watt, préférentiellement supérieure à 2 Watt. Les LED de puissance peuvent fonctionner à très basse tension, typiquement à 24 Volts, mais également à 230 Volts. La platine 2 peut directement intégrer une batterie 22 de 24 Volts, et/ou être pourvue d'une connectique 23 permettant de la relier au secteur, via un transformateur et/ou un redresseur de tension. La batterie 22 peut également être du type rechargeable par cellules ou panneaux solaires. On peut utiliser des LED commercialisées sous la référence UV3TZ-395-30 par la société BIVAR®. D'autres LED UV de puissance à cône inversé peuvent bien évidemment être employées par l'homme du métier. Conformément à l'invention, l'éclairement des LED 2a, 2b est mis en oeuvre par une alimentation à fonctionnement temporisé permettant d'alterner les périodes actives d'éclairement et les périodes inactives de non éclairement. L'alternance de ces périodes actives et inactives est réglée en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. En effet, cet agent phosphorescent est capable d'absorber la lumière émise par les LED 2a, 2b et de la convertir en lumière visible pendant une période déterminée. Selon l'invention, la rémanence de l'agent phosphorescent est définie comme la durée nécessaire, à partir de la disparition du stimulus lumineux (éclairement des LED), pour que la lumière émise par l'agent atteigne une intensité correspondant à Lmm = Lmax x k, avec k e [0,1], et où Lmax est l'intensité lumineuse maximale au moment où le stimulus lumineux cesse. Le facteur k est une constante prédéterminée au moment de la conception de la décoration lumineuse, dont la valeur est préférentiellement comprise entre 0,7 et 0,9. En d'autres termes, la période de rémanence de l'agent phosphorescent cesse lorsque, après l'avoir chargé et excité, on éteint les LED 2a, 2b, et que l'intensité lumineuse émise par la structure 1 atteint 70% à 90% de l'intensité maximale. L'intensité lumineuse est mesurable physiquement à l'aide d'un détecteur adapté, notamment au moyen d'une mesure de rayonnement ou d'intensité lumineuse, par exemple. Cette méthode d'éclairage est schématisée sur la figure 7. L'axe des abscisses est un axe temporel. L'axe des ordonnées représente l'intensité lumineuse L émise par la structure 1, et plus particulièrement par l'agent phosphorescent. - 10 - Sur l'intervalle [t1, t2], les LED 2a, 2b sont éclairées (éclairement E). L'agent phosphorescent est excité et se charge de manière optimale. La lumière qu'il émet a une intensité maximale correspondant à Lmax. Cet intervalle [t1, t2] est définit de manière empirique, et dépend de nombreux paramètres et en particulier : de la configuration de la structure 1 et de son matériau constitutif, de la nature de l'agent phosphorescent, des caractéristiques des LED 2a, 2b employées (leur puissance, leur longueur d'onde, ...). A l'instant t2, et jusqu'à l'instant t3, les LED 2a, 2b sont éteintes. Sur cet intervalle [t2, t3], l'intensité lumineuse de l'agent phosphorescent décroit progressivement, jusqu'à atteindre la valeur Lmm précitée. Lmm = 70% Lmax, par exemple. Sur l'intervalle [t3, t4], les LED 2a, 2b sont à nouveau éclairées pour exciter et charger de manière optimale l'agent phosphorescent. On réitère ces phases d'éclairage E sur les intervalles [t5, t6] et [t7, t8], tandis que les LED 2a, 2b sont éteintes sur les intervalles [t4, t5] et [t6, t7]. Cette alimentation des LED 2a, 2b à fonctionnement temporisé consiste préférentiellement en une unité de commande configurée pour générer des instructions permettant de hacher l'éclairement desdites LED, en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. En se rapportant aux figures 1 à 4, l'unité 25 est préférentiellement fixée sur la platine 2, bien qu'elle puisse être déportée. L'unité de commande 25 se présente avantageusement sous la forme d'un processeur ou microprocesseur associé à une zone mémoire dans laquelle sont enregistrées une ou plusieurs applications informatiques, ou programmes, assurant la mise en oeuvre des différentes fonctionnalités évoquées dans la présente description. En particulier, les programmes intègrent des instructions, qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur ou microprocesseur, génèrent des instructions d'éclairage ou d'extinction des LED 2a, 2b. A titre d'exemple, l'unité de commande 25 peut générer des instructions pour éclairer les LED 2a, 2b pendant une durée comprise entre 10 secondes et 30 secondes puis pour les éteindre pendant une durée comprise entre 100 secondes et 300 secondes. Comme cela a été précisé précédemment, la durée de ces périodes actives et inactives est définie de manière empirique.10 REVENDICATIONS1. Décoration lumineuse comportant une structure volumique creuse (1) à l'intérieur de laquelle est insérée au moins une diode électroluminescente (2a, 2b), ladite structure étant imprégnée ou revêtue d'un agent phosphorescent qui absorbe la lumière engendrée par la diode électroluminescente (2a, 2b) et la convertie en lumière visible, se caractérisant par le fait que : - la diode électroluminescente (2a, 2b) émet dans une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 430 nm, - l'éclairement de la diode électroluminescente (2a, 2b) est mis en oeuvre par une alimentation à fonctionnement temporisé permettant d'alterner les périodes actives d'éclairement de la diode et les périodes inactives de non éclairement de la diode, l'alternance de ces périodes actives et inactives étant réglée en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. 2. Décoration selon la revendication 1, dans laquelle l'alimentation à fonctionnement temporisé consiste en une unité de commande (25) générant des instructions pour hacher l'éclairement de la diode électroluminescente (2a, 2b) en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent. 3. Décoration selon la revendication 2, dans laquelle l'unité de commande génère (25) des instructions pour éclairer la diode électroluminescente (2a, 2b) pendant une durée comprise entre 10 secondes et 30 secondes puis pour l'éteindre pendant une durée comprise entre 100 secondes et 300 secondes. 4. Décoration selon l'une des revendications précédentes, comportant une platine (2) sur laquelle est disposée, de part et d'autre de ladite platine, au moins une diode électroluminescente (2a, 2b) émettant dans une longueur d'onde- 13 - inférieure à 430 nm, laquelle platine (2) est agencée à l'intérieur de la structure volumique creuse (1). 5. Décoration selon la revendication 3, dans laquelle au moins cinq diodes électroluminescentes (2a, 2b) sont disposées de part et d'autre de la platine (2). 6. Décoration selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle les diodes électroluminescentes (2a, 2b) sont des diodes de puissance à cône inversé. 7. Décoration selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle les diodes électroluminescentes (2a, 2b) sont issues de la technologie CMS. 8. Décoration selon l'une des revendications 3 à 7, comportant une unité de commande (25) générant des instructions pour hacher l'éclairement des diodes électroluminescentes (2a, 2b), laquelle unité de commande est fixée sur la platine (2). 9. Décoration selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la platine (2) est maintenue à l'intérieur de la structure volumique creuse (1) par l'intermédiaire de liens élastiques (24). 10. Décoration selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la structure volumique creuse (1) est réalisée à partir de brins (10) de roving mis en parallèle et imprégnés de résine, laquelle résine est mélangée à un agent phosphorescent. 11. Décoration selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la structure volumique creuse (1) est réalisée à partir de fibres (10) mises en parallèle et imprégnés de résine (11), laquelle résine est mélangée à un agent phosphorescent.- 14 - 12. Décoration selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la structure volumique creuse (1) est réalisée à partir de fibres (10') revêtues d'une peinture phosphorescente (13). 13. Décoration selon l'une des revendications 11 ou 12, dans laquelle les fibres (10, 10') sont choisies dans la famille suivante : fibres de verre, fibres de lin, fibres de chanvre, fibres de coton, fibres de jonc mer, fibres de coco, fibres de soie, fibres de palmier, fibres de rotin, fibres de banane, fibres de cristal, fibres de silice, fibres de basalte. 14. Méthode pour éclairer une décoration lumineuse comportant une structure volumique creuse (1) imprégnée ou revêtue d'un agent phosphorescent, se caractérisant par le fait que la méthode consiste à: - éclairer l'intérieur de la structure, avec une lumière ayant une longueur d'onde inférieure ou égale à 600 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 430 nm, - temporiser cet éclairage en alternant les périodes actives d'éclairement et les périodes inactives de non éclairement, laquelle alternance est réglée en fonction de la rémanence de l'agent phosphorescent.