Brevet FR3086035A1 — publié le 20200320

MODULE LUMINEUX POUR VÉHICULE L'invention concerne un module lumineux pour véhicule, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne également un dispositif lumineux pour véhicule et un véhicule comprenant un tel dispositif. On connait des projecteurs pour véhicules automobiles permettant d'afficher des informations sur la surface éclairée. Un tel projecteur comprend généralement un dispositif d'émission lumineuse comprenant une source de lumière monolithique multipixels, ou autrement appelée source lumineuse pixélisée, pour afficher une image. Un dispositif optique est monté sur le dispositif d'émission lumineuse, et comprend un système de projection pour guider les faisceaux lumineux issus de chaque pixel de la source de lumière multipixels. En pratique, ces différents pixels proviennent d'une source de lumière de type diode électroluminescente (LED). En raison de la forte puissante de telles sources et de leur faible taille, les matrices de LED utilisées chauffent beaucoup. Leur montée en température dégrade rapidement leur performance. Les densités de flux de chaleur à évacuer peuvent atteindre plusieurs centaines de Watts par centimètre carré. A l'heure actuelle, le refroidissement de telles sources lumineuses pixélisée est effectué par l'emploi d'au moins un radiateur, particulièrement un radiateur à convection forcée. Cette méthode de refroidissement met en oeuvre des techniques d'assemblage aux performance thermiques médiocres, ce qui limite les capacités et l'utilisation de ce type de sources de lumière, d'autant que ces dispositifs de refroidissement doivent être dimensionnés pour une évacuation importante de chaleur, dans l'hypothèse où tous ou presque tous les pixels seraient utilisés simultanément, générant une chaleur maximale. 2 Le but de l'invention est de fournir un module lumineux remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les modules lumineux existants. En particulier, le but de l'invention est de fournir une solution d'éclairage 5 pixélisé pour véhicule automobile au refroidissement amélioré, pour permettre de réaliser un module lumineux comprenant une source lumineuse pixélisée qui soit simple et fiable. À cet effet, l'invention porte sur un module lumineux, notamment de 10 véhicule automobile, comprenant, superposés l'un sur l'autre - au moins une source lumineuse pixélisée, - au moins un dispositif électronique apte à commander la source lumineuse pixélisée, puis - un système de répartition de chaleur. 15 Le système de répartition de chaleur est situé à une distance de moins de 2 mm de la source lumineuse pixélisée. Dans un mode de réalisation, le système de répartition de chaleur comprend au moins un micro-caloduc. 20 Dans un mode de réalisation, le au moins un micro-caloduc comprend un substrat comprenant un réseau capillaire. Dans un mode de réalisation, le réseau capillaire comprend des micro-25 gravures. Dans un mode de réalisation, le substrat du système de répartition de chaleur comprend du silicium. 3 Dans un mode de réalisation, le système répartition de chaleur comprend un support comprenant une superposition de trois couches dont une couche d'isolant empilée entre deux couches conductrices. 5 Dans un mode de réalisation, la couche d'isolant comprend une céramique métallisée telle qu'une céramique d'alumine ou qu'une céramique de nitrure d'alumine et/ou dans lequel les deux couches conductrices comprennent du cuivre. 10 Dans un mode de réalisation, l'au moins un micro-caloduc comprend un tube capillaire. Dans un mode de réalisation, ledit tube capillaire comprend une portion dans laquelle le tube capillaire forme une ou plusieurs boucles continues 15 formant une spirale. Dans un mode de réalisation, le module lumineux comprend un système de refroidissement pour le refroidissement du système de répartition de chaleur. 20 Dans un mode de réalisation, le module lumineux comprend, en outre, une feuille de répartition de chaleur par conduction tel qu'une feuille de graphite, de graphène ou de carbone pyrolytique. 25 Dans un mode de réalisation, la feuille de répartition de chaleur par conduction est disposée entre le dispositif électronique et le système de répartition de chaleur. L'invention porte également sur un dispositif lumineux, notamment de 30 véhicule automobile, comprenant un module lumineux selon l'invention. 4 L'invention porte enfin sur un véhicule, notamment un véhicule automobile comprenant un dispositif lumineux selon l'invention. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront 5 exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 est une vue de coupe schématique d'un module lumineux 10 selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un module lumineux selon un mode de réalisation alternatif de l'invention. 15 La figure 3 est une vue de coupe schématique d'un système de répartition de chaleur d'un module lumineux selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue éclatée du système de répartition de chaleur du 20 module lumineux selon le premier mode de réalisation. La figure 5 est une vue de trois plaques de silicium utilisées pour la fabrication d'un système de répartition de chaleur d'un module lumineux selon un deuxième mode de réalisation. 25 La figure 6 est une vue éclatée en perspective du système de répartition de chaleur du module lumineux selon le deuxième mode de réalisation. La figure 7 est une vue schématique en coupe d'un système de 30 répartition de chaleur selon un troisième mode de réalisation dans lequel il comprend deux systèmes comprenant chacun une couche de céramique disposé entre deux couches de cuivre. 5 La figure 8 est une vue éclatée du dessus du système de répartition de chaleur selon le troisième mode de réalisation. 5 La figure 9 est une vue en coupe du dessus d'un tube capillaire pour la réalisation d'un système de répartition de chaleur selon un quatrième mode de réalisation. Un exemple de module lumineux selon un mode de réalisation de 10 l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 1. Un module lumineux 1 comprend une source lumineuse pixélisée 2. La source lumineuse pixélisée 2 peut comprendre une matrice de diodes électroluminescentes (nommées « LED »). Un pixel est alors composé 15 d'une ou plusieurs LED. La source lumineuse intègre un nombre important de pixels dont uniquement une faible partie fonctionne à pleine puissance. Une LED allumée à pleine puissance génère un point chaud. La surface d'un pixel est préférentiellement inférieure à 1mm2. 20 La source lumineuse pixélisée 2 est montée directement ou indirectement sur un dispositif électronique 5. Le dispositif électronique 5 est apte à commander la source lumineuse pixélisée 2. Le dispositif électronique 5 permet de commander l'allumage de chaque pixel de la source lumineuse pixélisée 2. Le dispositif électronique 5 peut 25 comprendre un circuit intégré pour commander la source lumineuse pixélisée 2. Le module lumineux 1 comprend également un système de répartition de chaleur 6 monté sous le dispositif électronique 5. La source lumineuse 30 pixélisée 2, le dispositif électronique 5 puis le système de répartition de chaleur 6 sont superposés l'un sur l'autre. Dans un mode de réalisation, 6 le dispositif électronique 5 est empilé entre la source lumineuse pixélisée 2 et le système de répartition de chaleur 6. Par superposés l'un sur l'autre, on entend ici que chacun de la source 5 lumineuse pixélisée 2, du dispositif 5 et du système de répartition de chaleur 6 ont une épaisseur négligeable par rapport à leur largeur et leur longueur et que les composants sont empilés les uns sur les autres, directement ou indirectement, selon l'axe de l'épaisseur, représenté par un axe vertical V sur les figures. 10 Le système de répartition de chaleur 6 permet avantageusement d'étaler ou d'uniformiser la chaleur sous les pixels LED. Le système de répartition de chaleur 6 comprend préférentiellement un système de répartition de chaleur par convection, très préférentiellement par convection naturelle. 15 Par « convection naturelle », on entend ici une convection non-forcée » c'est-à-dire une convection sans moyen permettant une circulation artificielle d'un fluide tel une pompe, une turbine ou un ventilateur pour provoquer une convection plus rapide. 20 La convection du système de répartition de chaleur 6 se fait de manière latérale. Par « latérale », on entend ici que la convection effectuée selon l'axe vertical V (c'est-à-dire dans une direction d'empilement depuis la source lumineuse pixélisée 2 vers le système de répartition de chaleur 6) 25 est négligeable par rapport à la convection effectuée selon l'axe horizontal H (c'est-à-dire la direction parallèle au plan de contact entre le dispositif électronique 5 et le système de répartition de chaleur 6). Le système de répartition de chaleur 6 permet de créer un flux de chaleur 30 selon l'axe horizontal H du module lumineux 1. Le système de répartition de chaleur 6 est conçu pour prélever la chaleur arrivant depuis le 7 dispositif électronique 5 et la transporter vers un autre point sans utiliser de pompe ou d'autre artifice mécanique. L'intérêt de ce type de système de répartition de chaleur 6 est d'extraire 5 la chaleur d'un endroit difficilement accessible (le point chaud du dispositif électronique 5 situé sous la portion de LED allumée à pleine puissance) et de la répartir sur une plus grande surface, de sorte que cette chaleur sera plus facile à évacuer par la suite. Le système de répartition de chaleur 6 favorise ainsi le refroidissement global de la 10 source lumineuse pixélisée 2 (par la face du système de répartition de chaleur 6 opposée au dispositif électronique 5). Préférentiellement, le système de répartition de chaleur 6 est situé à moins de 2 mm, voire en variante à moins de 1 mm, de la source 15 lumineuse pixélisée 2 ou à moins de 2 mm, voire en variante à moins de 1 mm, du dispositif électronique 5. Très préférentiellement, le système de répartition de chaleur 6 est au contact direct avec le dispositif électronique 5. Plus précisément, le système de répartition de chaleur 6 comprend une surface supérieure sensiblement parallèle à la couche 20 formant la source lumineuse pixélisée 2, et positionnée à une distance inférieure ou égale à cette couche formant la source lumineuse pixélisée 2. Dans un mode de réalisation alternatif illustré par la figure 2, le module 25 lumineux 1 peut également comprendre au moins une feuille 8 de répartition de chaleur par conduction. Ladite feuille 8 peut être disposée entre le dispositif électronique 5 et le système de répartition de chaleur 6 et/ou être compris dans le système de répartition de chaleur 6. Cette feuille 8 de répartition de chaleur par conduction permet 30 avantageusement une première uniformisation de la chaleur selon un plan orthogonal à l'axe vertical V entre le dispositif électronique 5 et le système de répartition de chaleur 6. 8 Ladite feuille 8 peut comprendre une feuille de matériau métallique conducteur de manière à disperser par conduction la chaleur selon un axe horizontal H et selon un axe vertical V. Ladite feuille 8 peut 5 comprendre une couche de graphène, une couche de graphite ou une couche de carbone pyrolytique. L'avantage du carbone pyrolytique est sa très grande conductivité, sa faible épaisseur et sa flexibilité. Ladite feuille 8 peut comprendre une planche de graphène qui a été repliée sur elle-même une ou plusieurs fois de manière à créer une feuille 8 comprenant 10 plusieurs couches de graphène. Ladite feuille 8 comprend une épaisseur très faible, préférentiellement comprise entre lOpm et 200pm. Dans un mode de réalisation préférentiel, le système de répartition de chaleur 6 comprend un micro-caloduc. Un micro-caloduc est un système 15 qui, grâce à un changement de phase d'un fluide caloporteur, prélève la chaleur d'un point et la transporte vers un autre. Le micro-caloduc comprend un substrat. Le substrat forme une enceinte étanche dont les parois internes sont tapissées d'un réseau capillaire. L'enceinte étanche comprend un fluide caloporteur dont sa partie liquide est en équilibre 20 avec sa partie vapeur en absence d'air ou d'un autre gaz. Dans la zone chauffée, le liquide au contact du réseau capillaire s'évapore et la vapeur va se déplacer et venir se condenser dans une zone plus froide de l'enceinte étanche. Le fluide condensé retourne vers 25 la zone chauffée grâce à l'effet de capillarité développée dans le réseau capillaire qui tapisse la paroi interne. Ce réseau capillaire joue le rôle du moteur du micro-caloduc. Le principe de base d'un micro-caloduc est l'échange thermique entre 30 deux zones grâce à l'écoulement d'un fluide simultanément sous sa phase gazeuse dans un sens et sous sa phase liquide dans le sens opposé. 9 Le fluide peut être compris de manière non limitative parmi l'eau, le toluène un alcool tel que l'éthanol ou le méthanol, ou un mélange de ces composés. 5 Le réseau capillaire peut comprendre un milieu poreux. Préférentiellement, le réseau capillaire comprend des micro-gravures. Les micro-gravures sont réalisées dans le substrat. 10 La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel le substrat est en silicium. Le micro-caloduc représenté en figures 3 et 4 comprend un substrat 10 en silicium et des micro-rainures 11, constituant le réseau capillaire, 15 gravées dans le substrat 10. Le micro-caloduc comprend ainsi deux surfaces comprenant des micro-gravures 11 pour le déplacement de la phase liquide. Le substrat 10 en silicium forme une enceinte étanche entre les deux surfaces comprenant des micro-gravures 11 pour le déplacement de la phase gazeuse. Les micro-gravures 11 peuvent 20 comprendre des rainures de forme sensiblement rectangulaires. Comme illustré sur la figure 4, le micro-caloduc est réalisé à l'aide de trois plaques de silicium 13, 14, 15. Les micro-gravures 11 sont réalisées sur une face de la première plaque 13 et de la deuxième plaque 15. 25 L'espace pour le déplacement de la phase vapeur est réalisée par une cavité traversante 12 dans la troisième plaque 14. Le micro-caloduc est réalisé par le collage et une étape de scellement de la troisième plaque 14 entre la première plaque 13 et la deuxième plaque 15. 30 La troisième plaque 14 comprend préférentiellement au moins une encoche 16 pour relier hydrauliquement les rainures 11 de la première plaque 13 et les rainures 11 de la deuxième plaque 15. Un trou de 10 remplissage 17 peut ensuite être réalisé sur l'une des plaques pour le remplissage de l'enceinte 12, par exemple à l'aide d'un laser. À titre d'exemple, les rainures 11 de la micro-gravure ont une profondeur 5 comprise entre 100pm et 300pm et/ou une largeur comprise entre 75pm et 150pm. Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de réalisation d'un microcaloduc dont le substrat est le silicium. Dans cet exemple, l'enceinte est 10 formée à partir de trois plaques de silicium 13, 14, 15 superposées les unes sur les autres. Comme illustrée sur la figure 5, la plaque supérieure 13 est conçue pour l'écoulement de la vapeur et comprend des micro-gravures comprenant 15 des rainures radiales 19, préférentiellement de forme trapézoïdale. Ces rainures radiales 19 s'étendent du centre de la plaque à la périphérie de la plaque. La plaque inférieure 15 est conçue pour l'écoulement de la phase liquide 20 et comprend approximativement le même nombre et type de rainures 18, s'étendant depuis le centre de la plaque à la périphérie de la plaque. Les rainures 18 de la plaque inférieure 15 comprennent préférentiellement un réseau capillaire pour le déplacement de la phase liquide par capillarité. 25 La plaque intermédiaire 14 permet la séparation entre les phases liquide et vapeur et permet d'empêcher l'interaction entre les deux phases qui se déplacent en contrecourant. Au niveau du centre 17 et au niveau de la périphérie 16, la plaque intermédiaire 14 est trouée. Ces trous de la plaque intermédiaire 14 permette une communication locale entre la 30 plaque supérieure 13 et la plaque inférieure 15. Cette communication permet le passage du fluide de la phase vapeur à la phase liquide et inversement à travers les trous de la plaque intermédiaire 14. 11 Le système de répartition de chaleur 6 peut comprendre au moins un support 19, 22 comprenant une superposition de trois couches dont une couche d'isolant 24 empilée entre deux couches conductrices 23. La 5 couche d'isolant 24 comprend préférentiellement une céramique métallisée telle qu'une céramique d'alumine ou de nitrure d'aluminium. Les couches conductrices 23 sont préférentiellement des couches de cuivre. Un tel support 19 est communément dénommé substrat « DBC » pour « Direct Bonded Copper » et est régulièrement utilisé pour la 10 répartition de chaleur de composants électroniques. Le système de répartition de chaleur 6 peut comprendre au moins un substrat DBC 19 et un micro-caloduc. 15 Dans un mode de réalisation non-représenté, le micro-caloduc est intégré dans la couche isolante. Dans un mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 7, le système de répartition de chaleur 6 comprend un premier substrat DBC 19 destiné 20 à être en contact avec le dispositif électronique 5, un deuxième substrat DBC 22 et un micro-caloduc 26 disposé entre les deux substrats DBC 19, 22. Le micro-caloduc 26 comprend une couche 20 comprenant un réseau capillaire. 25 Comme illustré sur la figure 8, le système de répartition de chaleur 6 comprend également une ou plusieurs plaques de séparation 21 entre un des deux substrats DBC 19,22 et la couche 20 comprenant le réseau capillaire. La plaque de séparation 21 comprend une ou plusieurs cavités de manière à créer un espace libre entre le réseau capillaire de la couche 30 20 et un des deux substrats DBC 19,22 pour assurer le déplacement de la vapeur. 12 La plaque de séparation 21 peut comprendre un grillage métallique, préférentiellement une plaque de cuivre grillagé. La couche 20 de réseau capillaire comprend préférentiellement une couche de fibre de silicate d'alumine. 5 Dans un mode de réalisation alternatif non-représenté, l'au moins une plaque de séparation peut comprendre une plaque cadre formant une cavité dans laquelle est disposée le réseau capillaire. 10 Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 9, le substrat du micro- caloduc peut comprendre un tube capillaire 25 comprenant un fluide caloporteur. Le tube capillaire 25 comprend préférentiellement une portion dans lequel le tube capillaire 25 forme une ou plusieurs boucles continues formant une spirale. Le tube capillaire est préférentiellement un 15 tube métallique, très préférentiellement un tube métallique en cuivre. La chaleur du point chaud est transférée par les oscillation du fluide caloporteur selon la direction axiale du tube capillaire 25. Ces oscillations sont créées par des rapides fluctuations de pression dues à la génération 20 de bulles de vapeur 26 dans la zone plus chaude et la condensation de ces bulles de vapeur en liquide 27 dans la zone plus froide. Dans un mode de réalisation non-représenté, le micro-caloduc comprend un canal non circulaire comprenant une hauteur de section du même 25 ordre de grandeur que le rayon de l'interface liquide/vapeur. Le retour du liquide à la zone chauffée s'effectue alors dans les angles aigus qui constituent le canal non circulaire. Le micro-caloduc et/ou le système de répartition de chaleur 6 peut être 30 intégré dans le dispositif électronique 5, permettant ainsi de diminuer fortement les gradients thermiques entre les sources de chaleur. 13 Dans un mode de réalisation, le module lumineux 1 comprend au moins deux sources de lumière pixélisée 2 contigües et/ou au moins deux dispositifs électroniques 5. Chaque dispositif électronique 5 est apte à commander une ou plusieurs sources lumineuses pixélisées 2. 5 Le système de répartition de chaleur 6 peut être composé d'un seul tenant et permettre de répartir la chaleur issue de chacun des dispositifs électroniques 5, et plus exactement la chaleur provenant de chaque source lumineuse pixélisée 2. 10 Le module lumineux 1 peut comprendre un seul système de répartition de chaleur 6 d'un seul tenant et dont la surface est supérieure ou au moins sensiblement égale à la surface de la source lumineuse pixélisée 2 et/ou à la surface du dispositif électronique 5. Dans le cas où le module 15 lumineux 1 comprend plusieurs sources lumineuses pixélisées 2 contigües et/ou plusieurs dispositifs électroniques 5 contigus, la surface du système de répartition de chaleur 6 peut être supérieure ou sensiblement égale à la somme des surfaces des sources lumineuses 2 contigües ou à la somme des surfaces des dispositifs électroniques 5 20 contigus. Ce type de montage permet avantageusement de former une surface de sources lumineuses pixélisées 2 différente d'une forme carrée et de refroidir plus efficacement la portion de dispositifs lumineux et/ou de sources de lumière allumée à pleine puissance. Préférentiellement, la surface totale des sources lumineuses pixélisées 2 contigües est une 25 surface rectangulaire. Le rapport longueur sur largeur de ladite surface rectangulaire peut être compris entre 2 et 7. Comme illustré sur la figure 1, le module lumineux 1 peut comprendre également un circuit imprimé 3 connecté électriquement au dispositif 30 électrique 5 par des connexions 4. 14 Le module lumineux 1 comprend préférentiellement un système de refroidissement 7 en contact avec le système de répartition de chaleur 6 pour refroidir ledit système de répartition de chaleur 6 et indirectement refroidir la ou les sources lumineuses pixélisées 2. 5 Ledit système de refroidissement 7 est préférentiellement un système de refroidissement par conduction. Le système de refroidissement peut comprendre un radiateur, préférentiellement un radiateur à air. 10 Préférentiellement, le système de refroidissement 7 est couplé à un système de convection forcé (non-représenté). Par système de convection forcé, on entend un moyen permettant une circulation artificielle d'un fluide tel une pompe, une turbine ou un ventilateur pour provoquer une convection plus rapide que dans le cas de la convection 15 naturelle. Ledit système de refroidissement 7 peut comprendre un socle, préférentiellement en matériau conducteur. Préférentiellement, le système de convection forcée est disposé de sorte à provoquer une circulation artificielle d'un fluide contre la surface du système de refroidissement 7 opposée à la surface du système de refroidissement 7 20 au contact du système de répartition de chaleur 6. L'invention concerne également un dispositif lumineux pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins un module lumineux 1 selon un mode de réalisation de l'invention. 25 Ledit dispositif lumineux peut comprendre un projecteur avant, un feu arrière ou un système d'éclairage intérieur pour véhicule, notamment pour véhicule automobile. 30 L'invention concerne enfin un véhicule, REVENDICATIONS: 1. Module lumineux (1), notamment de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend, superposés l'un sur l'autre - au moins une source lumineuse pixélisée (2), - au moins un dispositif électronique (5) apte à commander la source lumineuse pixélisée (2), puis - un système de répartition de chaleur (6), dans lequel le système de répartition de chaleur (6) est situé à une distance de moins de 2 mm de la source lumineuse pixélisée (2). 2. Module lumineux (1) selon la revendication 1, dans lequel le système de répartition de chaleur (6) comprend au moins un micro- caloduc. Module lumineux (1) selon la revendication 2, dans lequel l'au moins un micro-caloduc comprend un substrat (10) comprenant un réseau capillaire. 4. Module lumineux (1) selon la revendication 3, dans lequel le réseau capillaire comprend des micro-gravures (11). 5. Module lumineux (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le substrat (10) du système de répartition de chaleur (6) comprend du silicium. 6. Module lumineux (1) selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel le système répartition de chaleur (6) comprend un support (19, 22) comprenant une superposition de trois couches dont une couche d'isolant (24) empilée entre deux couches conductrices (23). 16 7. Module lumineux (1) selon la revendication 6 dans lequel la couche d'isolant (24) comprend une céramique métallisée telle qu'une céramique d'alumine ou qu'une céramique de nitrure d'alumine et/ou dans lequel les deux couches conductrices comprennent du cuivre. 5 8. 10 15 10. 11. 20 12. 25 13. 30 14. Module lumineux (1) selon l'une 2 à 7, dans lequel l'au moins un micro-caloduc comprend un tube capillaire (25). Module lumineux (1) selon la revendication 8, dans lequel ledit tube capillaire (25) comprend une portion dans laquelle le tube capillaire (25) forme une ou plusieurs boucles continues formant une spirale. Module lumineux (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant un système de refroidissement (7) pour le refroidissement du système de répartition de chaleur (6). Module lumineux (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, une feuille (8) de répartition de chaleur par conduction tel qu'une feuille de graphite, de graphène ou de carbone pyrolytique. Module lumineux (1) selon la revendication précédente, dans lequel la feuille (8) de répartition de chaleur par conduction est disposée entre le dispositif électronique (5) et le système de répartition de chaleur (6). Dispositif lumineux, notamment de véhicule automobile comprenant un module lumineux (1) selon l'une des revendications précédentes Véhicule, notamment véhicule automobile comprenant un dispositif lumineux selon la revendication précédente.