FR2996905A1 - Luminous device e.g. road lighting device, for headlight of car, has heat sink including heat-exchange surface to exchange heat with ambient air, where surface exceeds perimeter of plate and/or transverse to mid plane of plate - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF LUMINEUX AVEC REFROIDISSEUR EN PLASTIQUE L'invention a trait à un dispositif lumineux notamment pour véhicule automobile, avec une ou plusieurs sources lumineuses du type diode à électroluminescence (LED) nécessitant un refroidissement.The invention relates to a luminous device, in particular for a motor vehicle, with one or more light sources of the electroluminescence diode (LED) type requiring cooling.
Le document de brevet FR2862424 Al a trait à un dispositif de refroidissement d'un composant électrique de puissance tel qu'une LED. Un organe métallique formant un radiateur est relié thermiquement à une masse métallique de la LED formant masse dissipante de chaleur de la LED. Le radiateur est relié thermiquement à la masse dissipante par au moins un drain thermique formé par une soudure autogène entre la masse dissipante et le radiateur. Cette solution est intéressante mais requiert, d'une part, la maitrise du procédé de soudure autogène, et, d'autre part, la réalisation et présence d'un radiateur métallique. Le document de brevet US 8,092,044 B1 divulgue un dispositif d'éclairage à LED comprenant essentiellement un support en matériau polymère conducteur de chaleur sur lequel est disposé un circuit électrique et une série de LED. Une glace transparente est disposée sur le support de manière à coiffer les LED. La glace transparente est en matériau polymère non conducteur de chaleur, c'est-à-dire présentant une conductivité thermique inférieure ou égale à 0.2 W rrilKl. Le support, lui, présente une conductivité thermique supérieure ou égale à 1 W éventuellement à 10 W rrilKl. Le circuit électrique et les LED peuvent être éventuellement disposés sur une platine qui est elle-même couplée thermiquement au support. Le dispositif d'éclairage forme un volume fermé allongé de section généralement rectangulaire. Il peut ainsi comprendre un grand nombre de LED de faible puissance, réparties latéralement et longitudinalement de manière à former un barreau lumineux tel que ceux installés sur le toit des véhicules de police. Le support est destiné notamment à être monté sur un autre support servant alors de radiateur. Dans un tel cas, la surface extérieure du support reste par ailleurs grande par rapport à la puissance thermique à dissiper si bien qu'elle peut dans certaines situations suffire à refroidir les LED par convection naturelle ou forcée.Patent document FR2862424 A1 relates to a device for cooling an electrical power component such as an LED. A metal member forming a radiator is thermally connected to a metal mass of the heat-dissipating LED of the LED. The radiator is thermally connected to the dissipating mass by at least one heat sink formed by an autogenous welding between the dissipating mass and the radiator. This solution is interesting but requires, on the one hand, the mastery of the autogenous welding process, and, on the other hand, the realization and presence of a metal radiator. U.S. Patent No. 8,092,044 B1 discloses an LED lighting device essentially comprising a support of a heat conducting polymer material on which is disposed an electrical circuit and a series of LEDs. A transparent ice is arranged on the support so as to cover the LEDs. The transparent ice is made of a non-heat conducting polymer material, that is to say having a thermal conductivity less than or equal to 0.2 W rrilKl. The support itself has a thermal conductivity greater than or equal to 1 W, possibly 10 W rrilKl. The electrical circuit and the LEDs may possibly be arranged on a plate which is itself thermally coupled to the support. The lighting device forms an elongated closed volume of generally rectangular section. It can thus include a large number of low power LEDs, distributed laterally and longitudinally so as to form a light bar such as those installed on the roof of police vehicles. The support is intended in particular to be mounted on another support then serving as a radiator. In such a case, the outer surface of the support also remains large relative to the thermal power to be dissipated so that in certain situations it can be sufficient to cool the LEDs by natural or forced convection.
L'invention a pour objectif de proposer un dispositif lumineux palliant au moins un des problèmes sus mentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer un dispositif lumineux avec un niveau de puissance d'éclairage satisfaisant et conférant davantage de liberté au niveau de la conception du dissipateur thermique. L'invention a pour objet un dispositif lumineux notamment pour véhicule automobile, comprenant: - au moins une source lumineuse du type diode à électroluminescence; - une platine supportant la ou les sources lumineuses, la platine comprenant un plan moyen délimité par un périmètre ; - un dissipateur thermique en matériau plastique dont la conductivité thermique est supérieure à 1 W m1K1, le dissipateur thermique étant couplé thermiquement à la platine; dans lequel le dissipateur thermique comprend au moins une surface d'échange avec l'air ambiant, qui dépasse le périmètre de la platine et/ou qui est transversale au plan moyen de la platine. Cela permet d'évacuer plus efficacement l'énergie générée par la ou les diodes électroluminescentes. On peut ainsi notamment employer des diodes électroluminescentes plus puissantes utilisables pour la génération de faisceaux de signalisation ou des diodes électroluminescentes encore plus puissantes utilisables pour les faisceaux d'éclairage de la route. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif lumineux est un dispositif d'illumination intérieure, d'éclairage de la route et/ou de signalisation. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif lumineux est un dispositif d'éclairage de la route et/ou de signalisation. En effet, la présente invention permet d'évacuer les calories générées par les diodes électroluminescentes de ces dispositifs.The object of the invention is to propose a light device that overcomes at least one of the aforementioned problems. More particularly, the invention aims to provide a light device with a satisfactory lighting power level and giving more freedom in the design of the heat sink. The subject of the invention is a luminous device, in particular for a motor vehicle, comprising: at least one light source of the electroluminescence diode type; a platen supporting the light source or sources, the platen comprising a mean plane delimited by a perimeter; a heat sink made of plastic material whose thermal conductivity is greater than 1 W m1K1, the heat sink being thermally coupled to the plate; wherein the heat sink comprises at least one exchange surface with the ambient air, which exceeds the perimeter of the plate and / or which is transverse to the middle plane of the plate. This makes it possible to evacuate more efficiently the energy generated by the light emitting diode (s). In particular, it is possible to use more powerful light-emitting diodes that can be used for the generation of signaling beams or even more powerful light-emitting diodes that can be used for the road lighting beams. According to one embodiment of the invention, the light device is a device for interior illumination, road lighting and / or signaling. According to a particularly advantageous embodiment, the light device is a road lighting and / or signaling device. Indeed, the present invention makes it possible to evacuate the calories generated by the light-emitting diodes of these devices.
Selon une réalisation de l'invention, les surfaces d'échange avec l'air ambiant forment des ailettes généralement parallèles et préférentiellement généralement perpendiculaires au plan moyen de la platine. Selon une réalisation de l'invention, le dissipateur thermique comprend une surface de contact avec la platine, la ou au moins une des surfaces d'échange s'étendant depuis la surface de contact.According to one embodiment of the invention, the exchange surfaces with the ambient air form generally parallel fins and preferably generally perpendicular to the average plane of the plate. According to one embodiment of the invention, the heat sink comprises a contact surface with the plate, the or at least one of the exchange surfaces extending from the contact surface.
Avantageusement, le dissipateur thermique, préférentiellement la surface de contact, est lié(e) thermiquement à la ou les sources lumineuses, préférentiellement par des liaisons thermiques traversant la platine, ces liaisons pouvant être des « vias ». Selon une réalisation de l'invention, la surface de contact avec la platine comprend une portion s'étendant au-delà du périmètre de la platine, la ou au moins une des surfaces d'échange s'étendant préférentiellement depuis ladite portion. Selon une réalisation de l'invention, la surface d'échange s'étend au-delà du périmètre de la platine, préférentiellement vers l'avant et/ou vers l'arrière, et est recouverte d'un revêtement métallique sur sa face dirigée vers la platine. Ce revêtement combine les avantages d'un effet esthétique intéressant pour un masque ainsi qu'un effet de rayonnement notamment vers des zones susceptibles de subir un givrage, telle que la glace d'un boîtier du dispositif. Selon une réalisation de l'invention, le dispositif comprend au moins un élément optique interagissant avec les rayons lumineux émis par la ou au moins une des sources lumineuses en vue de former un faisceau lumineux, le dissipateur thermique étant à distance de l'élément optique. Selon une réalisation de l'invention, la surface d'échange ou la somme des surfaces d'échange du dissipateur thermique est supérieure à 150%, préférentiellement 200%, plus préférentiellement 300% de la surface de la platine.Advantageously, the heat sink, preferably the contact surface, is thermally bonded to the light source (s), preferably by thermal bonds passing through the plate, these connections being "vias". According to one embodiment of the invention, the contact surface with the plate comprises a portion extending beyond the perimeter of the plate, the or at least one of the exchange surfaces preferably extending from said portion. According to one embodiment of the invention, the exchange surface extends beyond the perimeter of the plate, preferably towards the front and / or towards the rear, and is covered with a metal coating on its directed surface. towards the stage. This coating combines the advantages of an attractive aesthetic effect for a mask as well as a radiation effect especially towards areas likely to undergo icing, such as the ice of a housing of the device. According to one embodiment of the invention, the device comprises at least one optical element interacting with the light rays emitted by the or at least one of the light sources in order to form a light beam, the heat sink being at a distance from the optical element . According to one embodiment of the invention, the exchange surface or the sum of the exchange surfaces of the heat sink is greater than 150%, preferably 200%, more preferably 300% of the platinum surface.
Selon une réalisation de l'invention, les surfaces d'échange du dissipateur thermique forment un volume incluant préférentiellement totalement la platine et la ou les sources lumineuses. Selon une réalisation de l'invention, le dissipateur thermique et sa ou ses surfaces d'échange sont moulées d'un seul tenant.According to one embodiment of the invention, the exchange surfaces of the heat sink form a volume preferably including the plate and the light source or sources. According to one embodiment of the invention, the heat sink and its exchange surface (s) are molded in one piece.
Selon une réalisation de l'invention, le dispositif comprend un boîtier avec une ouverture à l'avant et une glace avec fermant l'ouverture, la platine et le dissipateur thermique étant logés dans le boîtier, la surface d'échange s'étendant au-delà du périmètre de la platine vers l'avant jusqu'à une portion inférieure de la glace et/ou vers l'arrière jusqu'à une portion arrière supérieure du boîtier.According to one embodiment of the invention, the device comprises a housing with an opening at the front and an ice-cream with closing the opening, the plate and the heat sink being housed in the housing, the exchange surface extending to beyond the perimeter of the plate forward to a lower portion of the ice and / or rearward to an upper rear portion of the housing.
L'invention a également pour objet un véhicule comprenant un dispositif lumineux, remarquable en ce que ledit dispositif est conforme à l'invention. Les mesures de l'invention sont avantageuses en ce qu'elles permettent d'assurer un refroidissement important avec une grande liberté en ce qui concerne la forme du dispositif. La mise en oeuvre du matériau notamment par moulage par injection permet de réaliser des dissipateurs thermiques à forme sensiblement plus complexe que celle des radiateurs classiques en aluminium extrudé. De plus, l'utilisation de matériau plastique conducteur thermiquement, en particulier dans un radiateur avec des ailettes, permet d'assurer une puissance de refroidissement intéressante et compatible avec les LED de puissance que l'on retrouve notamment dans les dispositifs d'éclairage pour véhicules. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une portion de dispositif lumineux conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue isométrique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention ; - la figure 3 est une vue isométrique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention ; - la figure 4 est une vue isométrique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une portion d'un dispositif lumineux 2, la portion comprenant une source lumineuse. On peut observer la source lumineuse du type LED 4 disposée sur une platine 6 en matériau isolant électrique. Le corps de la LED, plus particulièrement sa partie inférieure est en contact thermique tel qu'une brasure 12 avec un couche de cuivre 10 déposée sur une platine 6. La platine est en matériau isolant électrique tel que du FR-4 (acronyme de l'expression anglo- saxonne Flame Resistant 4), un composite de résine époxy renforcé de fibre de verre avec des propriétés de résistance au feu. La LED 4 est également reliée électriquement à des pistes électriques 8 sur la platine 6 via des pattes 14, ces dernières étant brasées auxdites pistes. La platine 6 comprend également une couche de cuivre 18 sur sa face opposée à celle en vis-à-vis de la LED. Cette couche de cuivre en contact thermique avec la couche de cuivre 10 située sous la LED 4 en vue de la refroidir. Le contact thermique est assuré par plusieurs ponts thermiques traversant la platine 6, ces ponts étant sous forme de trous 16 dont les parois sont recouvertes de cuivre à la manière de petits tubes depuis la couche de cuivre 10 située sous la LED 4 jusqu'à la couche de cuivre opposée 18. Ces ponts thermiques sont couramment désignés par l'expression anglo-saxonne « thermal vias ». Une couche de matériau plastique conducteur thermiquement 22 est disposée sur la couche de cuivre 18 via une couche intermédiaire 20 assurant une cohésion entre les deux ainsi qu'une conduction thermique. Le matériau plastique est un polymère optimisé de manière à présenter une conductivité thermique supérieure à égale à 1 vv K , préférentiellement 5 W1, plus préférentiellement 10W rrilKl. De tels polymères peuvent correspondre aux polymères désignés CoolPoly des séries D et E de la société Cool Polymers®. Le matériau plastique peut être également conducteur électriquement, en fonction notamment de sa composition et de la conductivité thermique désirée. Le matériau de base est avantageusement sous forme de granulés aptes à être mis en oeuvre dans des procédés d'injection plastique. La couche de matériau conducteur thermiquement 22 fait partie d'un dissipateur thermique (non représenté à la figure 1) pouvant s'étendre au-delà de la surface de contact 22 avec la platine 6. Le dissipateur thermique peut ainsi être moulé et prendre des formes complexes. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention. Il s'agit plus précisément d'un module d'éclairage notamment pour projecteur de véhicule automobile. Le module 102 comprend une platine 106 équipée de deux LED 104. La construction de la platine 106 est similaire à celle de la figure 1, les détails relatifs notamment aux couches de cuivre, aux ponts thermiques et aux connexions électriques ne sont pas illustrés à des fins de clarté d'exposé. Le module 102 comprend un double réflecteur 126 avec deux surfaces de réflexion 128 à profil parabolique. Une LED 104 est disposée sous chacune des surfaces de réflexion 128, approximativement à l'endroit du foyer du profil parabolique. Un dissipateur thermique 122 est disposé sur la face de la platine 106 opposée à celle recevant les LED 104. Le dissipateur thermique est en matériau plastique conducteur thermiquement, similairement à celui de la figure 1. Il comprend une surface de contact 130 avec la platine 106, cette surface s'étendant essentiellement sur la totalité de la surface de la platine. Le dissipateur thermique comprend également une surface d'échange 124 avec l'air ambiant, transversale au plan moyen de la platine 106. Cette surface d'échange est formée par une série d'ailettes de refroidissement 124 faisant saille de la surface de contact. Cette construction permet ainsi d'obtenir un module d'éclairage avec des moyens de refroidissement dans un matériau léger, apte à être moulé et potentiellement diélectrique. La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention similaire à celui de la figure 2 hormis le dissipateur thermique 222. Ce dernier comprend une surface de contact 230 avec la platine 206, cette surface de contact s'étendant au-delà du périmètre de la platine 206, pour former en partie une surface d'échange avec l'air ambiant transversale au plan moyen de la platine 106. Le dissipateur thermique 222 comprend également une série d'ailettes 224 s'étendant depuis l'extension de la surface de contact, et ce généralement transversalement par rapport à son plan moyen. Les ailettes 224 forment également en partie la surface d'échange avec l'air ambiant. La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention similaire à ceux des figures 2 et 3 hormis la construction du dissipateur thermique 322. En effet, ce dernier comprend, outre la surface de contact 330 avec la platine 306, une surface dépassant le périmètre de la platine 306 et formée par des parois formant une cavité 332 ouverte englobant le module 302. Ces parois peuvent ainsi former un boîtier assurant, outre une fonction de refroidissement, également une fonction de protection du module. La taille des parois est dimensionnée de manière à permettre un refroidissement satisfaisant compte tenu du débit de chaleur à évacuer. Bien que cela ne soit pas représenté, les parois 332 peuvent comporter des ailettes à certaines zones, notamment à des zones extérieures à la cavité.The invention also relates to a vehicle comprising a light device, remarkable in that said device is in accordance with the invention. The measures of the invention are advantageous in that they make it possible to ensure a high degree of cooling with great freedom as regards the shape of the device. The use of the material in particular by injection molding makes it possible to produce heat sinks with a shape that is substantially more complex than that of conventional extruded aluminum radiators. In addition, the use of thermally conductive plastic material, in particular in a radiator with fins, makes it possible to provide an interesting cooling power that is compatible with the power LEDs that are found in particular in lighting devices for vehicles. Other features and advantages of the present invention will be better understood from the description and drawings in which: - Figure 1 is a sectional view of a portion of light device according to the invention; FIG. 2 is an isometric view of a first embodiment of a light device according to the invention; FIG. 3 is an isometric view of a second embodiment of a light device according to the invention; FIG. 4 is an isometric view of a third embodiment of a light device according to the invention; - Figure 5 is a sectional view of a fourth embodiment of a light device according to the invention. Figure 1 is a sectional view of a portion of a light device 2, the portion comprising a light source. We can observe the LED light source 4 arranged on a plate 6 of electrical insulating material. The body of the LED, more particularly its lower part is in thermal contact such as a solder 12 with a copper layer 10 deposited on a plate 6. The plate is made of electrically insulating material such as FR-4 (acronym English expression Flame Resistant 4), a fiberglass reinforced epoxy resin composite with fire resistance properties. The LED 4 is also electrically connected to electrical tracks 8 on the plate 6 via tabs 14, the latter being brazed to said tracks. The plate 6 also comprises a copper layer 18 on its face opposite to that vis-à-vis the LED. This copper layer in thermal contact with the copper layer 10 located under the LED 4 for cooling. The thermal contact is provided by several thermal bridges crossing the plate 6, these bridges being in the form of holes 16 whose walls are covered with copper in the manner of small tubes from the copper layer 10 located under the LED 4 to the opposed copper layer 18. These thermal bridges are commonly referred to by the English expression "thermal vias". A layer of thermally conductive plastic material 22 is disposed on the copper layer 18 via an intermediate layer 20 ensuring a cohesion between the two and a thermal conduction. The plastic material is a polymer optimized to have a thermal conductivity greater than 1 vv K, preferably 5 W1, more preferably 10W rrilKl. Such polymers may correspond to the polymers designated CoolPoly of the D and E series of the company Cool Polymers®. The plastic material may also be electrically conductive, depending in particular on its composition and the desired thermal conductivity. The base material is advantageously in the form of granules that can be used in plastic injection processes. The layer of thermally conductive material 22 is part of a heat sink (not shown in FIG. 1) that can extend beyond the contact surface 22 with the plate 6. The heat sink can thus be molded and take complex shapes. FIG. 2 illustrates a first embodiment of a light device according to the invention. It is more specifically a lighting module including motor vehicle headlight. The module 102 comprises a plate 106 equipped with two LEDs 104. The construction of the plate 106 is similar to that of FIG. 1, the details relating in particular to the copper layers, to the thermal bridges and to the electrical connections are not illustrated in FIGS. for clarity of presentation. The module 102 comprises a double reflector 126 with two reflection surfaces 128 with a parabolic profile. An LED 104 is disposed under each of the reflection surfaces 128 approximately at the location of the parabolic profile focus. A heat sink 122 is disposed on the face of the plate 106 opposite to that receiving the LEDs 104. The heat sink is made of thermally conductive plastic material, similar to that of Figure 1. It comprises a contact surface 130 with the plate 106 this surface extending essentially over the entire surface of the plate. The heat sink also comprises an exchange surface 124 with the ambient air, transverse to the average plane of the plate 106. This exchange surface is formed by a series of cooling fins 124 protruding from the contact surface. This construction thus makes it possible to obtain a lighting module with cooling means in a light material that can be molded and potentially dielectric. FIG. 3 illustrates a second embodiment of the invention similar to that of FIG. 2 except heat sink 222. This latter comprises a contact surface 230 with plate 206, this contact surface extending beyond perimeter of the plate 206, to partly form an exchange surface with ambient air transverse to the average plane of the plate 106. The heat sink 222 also comprises a series of fins 224 extending from the extension of the surface of contact, and this generally transversely with respect to its mean plane. The fins 224 also partly form the exchange surface with the ambient air. FIG. 4 illustrates a third embodiment of the invention similar to those of FIGS. 2 and 3 except for the construction of the heat sink 322. In fact, the latter comprises, in addition to the contact surface 330 with the plate 306, a surface exceeding the perimeter of the plate 306 and formed by walls forming an open cavity 332 including the module 302. These walls can thus form a housing ensuring, in addition to a cooling function, also a protection function of the module. The size of the walls is sized to allow satisfactory cooling given the heat flow to be evacuated. Although not shown, the walls 332 may have fins in certain areas, including areas outside the cavity.
La figure 5 illustre une quatrième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'éclairage 402 est ici disposé dans un boîtier 432 refermé par une glace 434. Le dispositif d'éclairage 402 comprend, similairement aux modes de réalisation précédents, une source lumineuse 404 disposée sur une platine 406 similaire à celle de la figure 1. Un réflecteur 426 de profil ellipsoïdal est disposé sur la platine de manière à réfléchir les rayons lumineux émis par la source lumineuse 404 vers la lentille 438. Sur la face de la platine 406 opposée à la source lumineuse 404 est disposé un dissipateur thermique 422. Ce dernier comprend une surface de contact 430 avec la platine 406. Il comprend également une surface d'échange 424 s'étendant au-delà de la surface de la platine, jusqu'au bord inférieur de la glace 434 du boîtier 432. Cette surface d'échange peut également s'étendre vers le haut à l'arrière de la platine 406. Cette surface d'échange thermique 424 est formée par une paroi en matériau plastique conducteur thermiquement tel que décrit précédemment en relation avec les autres modes de réalisation de l'invention. Elle peut présenter un revêtement métallique 436 sur sa face dirigée vers la glace 434, de manière à former un masque esthétique. Ce revêtement peut être réalisé par dépôt électrolytique. Il peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à 5 pm.Figure 5 illustrates a fourth embodiment of the invention. The lighting device 402 is here disposed in a housing 432 closed by an ice 434. The lighting device 402 comprises, similar to the previous embodiments, a light source 404 disposed on a plate 406 similar to that of Figure 1 A reflector 426 of ellipsoidal profile is disposed on the plate so as to reflect the light rays emitted by the light source 404 to the lens 438. On the face of the plate 406 opposite the light source 404 is disposed a heat sink 422. The latter comprises a contact surface 430 with the plate 406. It also comprises an exchange surface 424 extending beyond the surface of the plate, to the lower edge of the window 434 of the housing 432. This surface The heat exchanger surface 424 is formed by a wall of thermally conductive plastic material and can also extend upwards at the rear of the plate 406. as described above in connection with the other embodiments of the invention. It may have a metal coating 436 on its face facing the ice 434, so as to form an aesthetic mask. This coating can be achieved by electrolytic deposition. It may have a thickness greater than or equal to 5 μm.
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