1 - Questel

0 Demandeur(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATO-
MIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablis-
sement public— FR et ALCATEL LUGENT Société
anonyme— FR.
0 Date de dépôt :
17.07.14.
0
Priorité :
0 Inventeur(s) : ESCOFFIER RENE.
0
Date de mise à la disposition du public de la
demande :
22.01.16 Bulletin 16/03.
0
Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire :
Se reporter à la fin du
présent fascicule
0
Références à d'autres documents nationaux
apparentés :
Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATO-
MIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablis-
sement public, ALCATEL LUCENT Société anonyme.
0
Demande(s) d'extension :
0 Mandataire(s) : OPILEX Société à responsabilité limi-
tée.
RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
0 N ° de publication :
3 024 010
(à n'utiliser que pour les
INSTITUT NATIONAL
commandes de reproduction)
DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
N ° d'enregistrement national : 14 56916
COURBEVOIE
CI Int Cl é :
H 05 B 33/08
(2016.01), H 01 L 27/32
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Al
0 DISPOSITIF INCLUANT UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE ET UN TRANSFORMATEUR ASSOCIE.
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@ L'invention concerne
un dispositif d'éclairage (1),
comprenant:
-un convertisseur alternatif/continu abaisseur de tension
(3), comportant: -une interface d'entrée (11 12) de tension
alternative, et une interface de sortie (13,14);
-une diode électroluminescente (21) connectée entre
des bornes de l'interface de sortie;
-une résistance connectée pour former un diviseur de
tension avec la diode électroluminescente par rapport à une
tension appliquée à l'interface d'entrée;
-un circuit de régulation de tension;
-ladite résistance incluant un premier transistor à hetero-
jonction à effet de champ (301) et le circuit de régulation in-
cluant un second transistor à hétérojonction (304) à effet de
champ, les premier et second transistors comportant une
couche de GaN, une couche de AIGaN, et un gaz d'élec-
trons à l'interface entre ces couches, la diode électrolumi-
nescente étant formée sur ladite couche de AIGaN.
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DISPOSITIF INCLUANT UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE ET
UN TRANSFORMATEUR ASSOCIE
L'invention concerne l'éclairage par diodes électroluminescentes, et en
particulier les dispositifs d'éclairage à diodes électroluminescentes destinés à
5 être connectés à un réseau de distribution électrique public.
La diffusion de dispositifs d'éclairage à diodes électroluminescentes pour
l'éclairage domestique est en croissance, notamment du fait du rendement
énergétique relativement élevé procuré par de tels dispositifs.
Cependant, les diodes électroluminescentes sont usuellement conçues
10 pour être alimentées par des tensions continues comprises entre 5 et 15 V à
leurs bornes, alors que les niveaux de tension disponibles sur les réseaux
électriques publics sont usuellement soit de 110 V, soit de 220V en alternatif.
Par conséquent, les dispositifs d'éclairage à diodes électroluminescentes
diffusées incluent nécessairement des convertisseurs permettant de redresser
15 la tension et d'appliquer un niveau de tension approprié aux bornes de la diode
électroluminescente et permettant de protéger celle-ci.
Pour éviter l'utilisation de transformateurs, la conversion est
généralement réalisée en disposant une ou plusieurs diodes
électroluminescentes dans un diviseur de tension. La réalisation de
20 convertisseurs pour des dispositifs d'éclairage à diodes électroluminescentes
fait usuellement appel à une combinaison de composants montés en surface
connectés à la diode électroluminescente. Ces montages font appel à des
résistances de forte valeur ou à des condensateurs présentant une capacité de
plusieurs centaines de nF. De tels composants montés en surface constituent
25 un coût non négligeable pour le dispositif d'éclairage. Par ailleurs, les
condensateurs montés en surface sont les composants les plus sensibles au
vieillissement du dispositif d'éclairage. En outre, de tels dispositifs d'éclairage
nécessitent des radiateurs coûteux et volumineux pour évacuer la chaleur du
circuit de conversion et éviter la destruction de celui-ci.
30
L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients.
L'invention porte ainsi sur un dispositif d'éclairage, incluant:
-un convertisseur alternatif/continu abaisseur de tension, comportant :
- une interface d'entrée de tension alternative, et une interface de sortie ;
- une diode électroluminescente connectée entre des bornes de
35 l'interface de sortie;
- une résistance connectée pour former un diviseur de tension avec la
diode électroluminescente par rapport à une tension appliquée à l'interface
d'entrée ;
-un circuit de régulation de tension ;
40 -ladite résistance incluant un premier transistor à heterojonction à effet de
champ et le circuit de régulation incluant un second transistor à hétérojonction
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à effet de champ, les premier et second transistors comportant une couche de
GaN, une couche de AIGaN, et un gaz d'électrons à l'interface entre ces
couches, la diode électroluminescente étant formée sur ladite couche de AIGaN.
Selon une variante, les premier et second transistors comportent chacun
5 une grille, une source et un conducteur électrique raccordant cette grille et cette
source.
Selon une autre variante, ledit premier transistor à heterojonction
présente une tension de seuil négative.
Selon encore une variante, ladite résistance inclut un troisième transistor
10 à heterojonction à effet de champ connecté en série avec le premier transistor à
heterojonction et présentant une tension de seuil négative, les sources ou les
drains desdits premier et troisième transistors étant connectés ensemble.
Selon encore une autre variante, ledit premier transistor à heterojonction
présente deux grilles.
15 Selon une variante, ladite résistance est dimensionnée pour que la
tension entre les bornes de l'interface de sortie soit inférieure au tiers de la
tension sur l'interface d'entrée.
Selon une autre variante, le circuit de régulation est connecté en
parallèle de ladite diode électroluminescente.
20 Selon encore une variante, ledit deuxième transistor à heterojonction
présente une tension de seuil positive.
Selon encore une autre variante, le dispositif d'éclairage comprend
plusieurs diodes électroluminescentes connectées en parallèle entre les bornes
de ladite interface de sortie.
25 Selon une variante, le dispositif d'éclairage comprend en outre un circuit
de redressement comprenant des quatrième, cinquième, sixième et septième
transistors à hétérojonction à effet de champ comportant chacun une grille, une
source, un drain et un conducteur électrique raccordant leur grille et leur source
respectives, lesdits quatrième à septième transistors présentant une tension de
30 seuil nulle, lesdits quatrième à septième transistors étant connectés en pont de
diodes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement
35
limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un premier mode de
réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe d'un transistor à hétérojonction à effet
de champ pouvant être utilisé dans un convertisseur d'un dispositif selon
40 l'invention ;
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-
la figure 3 illustre des exemples de caractéristiques électriques de
transistors à heterojonction tels qu'illustrés à la figure 1 ;
-
la figure 4 est un schéma électrique simplifié d'un second mode de
réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention ;
5
-la figure 5 illustre une variante de transistor à heterojonction pouvant être
utilisé dans un dispositif d'éclairage selon l'invention ;
-
la figure 6 illustre un exemple de caractéristique électrique du transistor
de la figure 5 ;
-
la figure 7 est un schéma électrique simplifié d'un troisième mode de
10 réalisation d'un dispositif d'éclairage selon l'invention ;
- la figure 8 est une vue de dessus schématique d'un exemple
d'agencement des transistors à heterojonction du troisième mode de réalisation;
- la figure 9 est un exemple d'un circuit de redressement pouvant être
utilisé dans un dispositif d'éclairage selon l'invention ;
15 -la figure 10 est une vue de dessus schématique d'un exemple
d'agencement des transistors à heterojonction du circuit de redressement de la
figure 9.
La figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un premier mode de
20 réalisation d'un dispositif d'éclairage 1. Le dispositif d'éclairage 1 comporte un
module d'éclairage 2 incluant une diode électroluminescente ou LED 21. Le
dispositif d'éclairage 1 comporte par ailleurs un convertisseur abaisseur de
tension 3 entre une interface d'entrée et une interface de sortie. Le
convertisseur 3 présente ici également une fonction de régulation de tension
25 entre les bornes de l'interface de sortie. L'interface d'entrée inclut les bornes 11
et 12 et est destinée à recevoir une tension alternative entre ces bornes.
L'interface de sortie inclut les bornes 13 et 14 et est destinée à générer une
tension abaissée et régulée entre ces bornes. La LED 21 est connectée entre
les bornes 13 et 14.
30 Deux transistors à heterojonction à effet de champ 301 et 302 sont
connectés en série entre la borne 11 et le noeud 15, les transistors 301 et 302
étant connectés par leurs drains. Les transistors 301 et 302 sont configurés pour
se comporter comme une résistance entre la borne 11 et le noeud 15. Un
transistor à heterojonction à effet de champ 303 est connecté entre le noeud 15
35 et la borne 13. Le transistor 303 est configuré pour se comporter comme une
résistance unidirectionnelle en courant entre la borne 13 et le noeud 15.
Les bornes 12 et 14 sont au même potentiel. Des transistors à
heterojonction à effet de champ 304 et 305 sont connectés en parallèle, entre le
noeud 15 et la borne 14. Les transistors 304 et 305 sont configurés pour que
40 leur combinaison se comporte comme une diode Zener entre le noeud 15 et la
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borne 14, afin de réguler la tension entre le noeud 15 et la borne 14, et donc
également la tension sur l'interface de sortie.
Pour chacun des transistors 301 à 305, leur grille est connectée à leur
source, par exemple par l'intermédiaire d'un raccordement par un conducteur
5 électrique.
La figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de transistor à
heterojonction à effet de champ 9 pouvant être utilisé pour former l'un des
transistors 301 à 305 du dispositif d'éclairage de la figure 1. Le transistor 9 peut
10 être réalisé de façon connue en soi sur un substrat 91, revêtu d'une couche
tampon 92. La couche tampon 92 est recouverte d'une couche de GaN 93. La
couche de GaN 93 est recouverte d'une couche d'AIGaN 94, de sorte qu'une
couche de gaz d'électrons 95 est formée à l'interface entre les couches 93 et 94.
Le transistor 9 comporte de façon connue en soi une source 96, un drain 97 et
15 une grille de commande 98. La source 96, le drain 97 et la grille de commande
98 sont ici formés sur la couche d'AIGaN 94.
Afin de maintenir en permanence une même tension sur la grille 98 et sur
la source 96, un conducteur électrique 99 relie la source 96 et la grille 98. Le
conducteur électrique 99 est par exemple un élément métallique d'un seul
20 tenant. L'utilisation d'une même tension sur la grille 98 et sur la source 96
permet de simplifier le dispositif d'éclairage 1 en évitant d'avoir à générer des
tensions de commande pour les grilles des transistors à hétérojonction. Les
différents transistors à hétérojonction à effet de champ mentionnés en relation
avec l'invention présenteront avantageusement une source et une grille reliées
25
par un élément métallique.
Le substrat 91 peut être un isolant ou un semiconducteur de type silicium
intrinsèque ou dopé P. Le substrat 91 pourra par exemple être de type silicium à
maille (111). Le substrat 91 peut typiquement présenter une épaisseur comprise
entre 650 pm et 1 mm. Le substrat 91 peut également être réalisé en carbure de
30 silicium, ou en saphir.
La couche tampon 92 est avantageusement déposée sur le substrat 91
pour servir d'intermédiaire entre ce substrat et la couche de GaN 93, pour
permettre une adaptation de maille entre le substrat 91 et cette couche 93 et
pour limiter les contraintes mécaniques dans cette couche 93.
35 La couche 93 peut typiquement présenter une épaisseur comprise entre
100nm et 4pm. La couche 93 peut être formée de façon connue en soi par
épitaxie sur la couche tampon 92.
La figure 2 montre ici un exemple de cointégration du transistor 9 avec la
LED 21. La Led 21 est ici isolée du transistor 9 par l'intermédiaire d'une
40 tranchée d'isolation 100. La LED 21 inclut avantageusement un empilement de
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