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WO 2014/009630 PCT/FR2013/051539
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VITRAGE LUMINEUX
La présente invention est relative à un vitrage lumineux (ou éclairant )
principalement destiné à être utilisé dans le bâtiment ou toute application de
lampe plane ou surfacique, ce vitrage pouvant également être utilisé dans
l'automobile le cas échéant. En particulier, il s'agit d'un vitrage à
éclairage par la
tranche, notamment à éclairage par diodes électroluminescentes.
Les diodes électroluminescentes ou DEL (LED en anglais) ont à l'origine
été employées pour constituer des lampes ou voyants d'appareils électriques et
électroniques, et assurent depuis quelques années l'éclairage de dispositifs
de
signalisation (feux de signalisation,...), de clignotants ou feux de position
de
véhicules automobiles, de lampes portatives ou de balisage. L'intérêt des
diodes
est leur longue durée de vie, leur efficacité lumineuse, leur robustesse, leur
faible
consommation énergétique et leur compacité, rendant les appareillages les
employant davantage pérennes, et nécessitant un entretien réduit.
Plus récemment, les diodes électroluminescentes ont été utilisées dans
des vitrages éclairants pour bâtiments ou pour l'automobile. Dans ce dernier
domaine, il est connu par exemple des toits panoramiques à éclairage par
diodes
électroluminescentes comme décrit dans le document W02010049638. La
lumière émise par les diodes est introduite dans le vitrage dans une partie de
son
épaisseur formant guide, par un ou plusieurs de ses bords latéraux formant la
tranche, la lumière étant extraite du vitrage en l'une et/ou l'autre de ses
faces
principales (face(s) lumineuse(s) ). La partie formant guide est
généralement
en forme de plaque mince constituée d'un matériau transparent, et l'extraction
en
une face ou surface du vitrage se fait en créant une surface d'extraction sur
une
face ou dans l'épaisseur du guide.
Cette surface d'extraction est généralement créée par sablage, attaque
acide ou gravure, ou par revêtement par une couche diffusante de type émail,
déposée par sérigraphie, comme celle décrite dans le document FR2809496.
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Néanmoins, dans le domaine du bâtiment ou le domaine automobile,
chacune de ces diverses méthodes présente des limites, les rendant le cas
échéant peu compatibles avec certaines productions ou exigences.
En particulier, le sablage, l'attaque acide ou la gravure ne conviennent
généralement qu'au traitement de petites surfaces et/ou nécessitent des temps
de
traitement longs incompatibles avec des lignes industrielles pour moyennes ou
grandes séries, ou encore peuvent poser des risques de fragilisation du verre
utilisé. L'émaillage, s'il conduit à une bonne homogénéité de la lumière, pose
lui
en revanche des problèmes d'adhésion et de dégradation de la couche d'émail
lorsqu'elle est en face extérieure et peut s'avérer incompatible ou interférer
avec
certaines fonctions recherchées, en particulier pose problème pour les
vitrages à
couches.
En outre, une partie de la lumière introduite dans le vitrage par son bord
est généralement absorbée par le verre, le rendu lumineux pouvant ainsi varier
en
intensité en différents points du substrat selon l'éloignement des sources
lumineuses.
La présente invention a donc cherché à mettre au point un nouveau vitrage
lumineux ou éclairant, en particulier à diodes électroluminescentes, plus
adapté
au domaine du bâtiment et des lampes planes notamment, en particulier un
vitrage efficace en terme d'extraction sans pour autant présenter les
inconvénients ou incompatibilités vues précédemment, ce vitrage étant simple,
offrant un éclairage homogène en intensité avec un bon rendu esthétique le cas
échéant en des zones ciblées, ce vitrage étant compatible avec les exigences
industrielles (facilité et rapidité de production, fiabilité,...) et
élargissant
avantageusement la gamme des applications possibles.
Ce but est atteint par le vitrage (se présentant sous forme d'un feuilleté)
selon l'invention comprenant :
- au moins deux éléments verriers (verre inorganique ou organique), en
particulier au moins deux feuilles de verre transparentes,
- éventuellement au moins un intercalaire de feuilletage (généralement en
matériau organique) entre les deux éléments verriers,
- au moins un élément guide d'onde, en particulier sur une face de
l'intercalaire de feuilletage et/ou entre les deux éléments verriers, ledit
élément
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guide d'onde (avantageusement en matériau organique) présentant un indice de
réfraction supérieur à l'indice de réfraction des éléments (intercalaire(s)
et/ou
verrier(s)) adjacents (c'est-à-dire ceux au contact de ses faces principales),
- au moins une source de rayonnement (en particulier dans le visible et/ou
dans l'ultraviolet), en particulier positionnée au bord du vitrage de manière
à
éclairer l'élément guide d'onde par la tranche de celui-ci,
- au moins un moyen d'extraction du rayonnement, formé par au moins une
structure fibreuse (ou au moins une structure fibreuse comme moyen
d'extraction), cette structure (formée de fibres) étant avantageusement sous
forme
d'au moins un textile (ou d'au moins une couche ou nappe textile), cette
structure
(ou ce moyen d'extraction) étant placée (ou positionnée ou intégrée) au coeur
de
l'élément guide d'onde.
Par placée au coeur de l'élément guide d'onde , on entend que la
structure fibreuse se trouve (essentiellement, c'est-à-dire à au moins 90% en
volume, voire 100%) dans l'épaisseur de l'élément guide d'onde (par opposition
à
(essentiellement) en surface de l'une ou l'autre de ses faces principales) ou
entre
deux (bords latéraux de deux) éléments guide d'onde (ou parties d'éléments
guide d'onde), voire se trouve essentiellement sur la tranche (c'est-à-dire au
moins l'un de ses bords latéraux) de l'élément guide d'onde (l'élément guide
d'onde aboutissant latéralement audit moyen d'extraction), en particulier sur
une
partie opposée au bord ou à l'un des bords recevant la ou les sources. En
particulier, la structure fibreuse ne dépasse pas avantageusement de
l'épaisseur
de l'élément guide d'onde (elle présente notamment une épaisseur inférieure ou
égale à celle de l'élément guide d'onde).
Par 'faces principales', on entend les faces de plus grande dimensions (par
opposition à la tranche).
Par 'textile', on entend une structure au moins bidimensionnelle formée de
fibres (et/ou fils), c'est-à-dire avec des fibres au moins suivant deux
directions
différentes, en particulier entrecroisées ou entremêlées, notamment sous forme
d'au moins un réseau de fibres entrecroisées ou de nappe(s) ou mat(s) ou
voile(s)
de fibres continues ou discontinues (coupées) disposées le cas échéant
aléatoirement et éventuellement solidarisées par aiguilletage ou collage
notamment (structures non tissées) ou sous forme de tissus ou tricots (fils
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entrelacés).
L'utilisation combinée du guide d'onde d'indice de réfraction supérieur à
celui des feuilles adjacentes (assurant notamment le convoyage, par réflexions
internes, de la lumière émise par la ou les sources, en minimisant les pertes
lumineuses par dispersion vers les couches adjacentes, jusqu'à la surface
d'extraction), de la structure fibreuse (en particulier formée d'au moins une
couche ou nappe textile) comme moyen d'extraction, et de la position
particulière
de ladite couche fibreuse au coeur du guide d'onde, permettent d'obtenir un
vitrage lumineux ou éclairant particulièrement performant et esthétique. Outre
un
rendu lumineux fibreux ainsi rendu possible (variable selon la transparence
des
couches entre la structure fibreuse et la face externe sur laquelle s'affiche
le ou
les motifs lumineux, et fonction le cas échéant de la différence d'indice de
réfraction entre la structure fibreuse et son milieu d'encapsulation), le
textile ainsi
positionné ne nuit pas à l'adhésion des autres couches de part et d'autre du
guide
d'onde (contrairement au cas où il se trouve en surface du guide d'onde,
risquant
dans ce dernier cas de faire perdre son caractère de verre de sécurité à un
vitrage) et peut plus facilement être intégré au sein du guide d'onde
(avantageusement en matériau organique, étant plus simple notamment d'inclure
le matériau fibreux dans un tel matériau plastique puis de laminer l'ensemble
entre deux verres et de bomber le tout, que de déposer le matériau fibreux sur
un
verre et de bomber l'ensemble avec des risques de déplacement du matériau
fibreux). Le vitrage selon l'invention est particulièrement efficace, tout en
étant
simple d'obtention et pérenne.
Le vitrage selon l'invention présente généralement une tranche, deux
faces principales et une épaisseur donnée. Il est formé de plusieurs feuilles
(feuilleté) dont au moins la partie formant guide pour guider (généralement
par
réflexions internes, en particulier totales, dans l'épaisseur de ladite
partie) le
rayonnement émis par la ou les sources lumineuses (sources de rayonnements),
conformément à la présente invention.
Le vitrage peut être plan, mais peut aussi être bombé ou galbé (cas
notamment des vitrages de véhicules). Il peut être parallélépipédique, avec
des
feuilles ou des faces principales rectangulaires, carrées ou même de toute
autre
forme (ronde, ovale, polygonale...). Il peut être de différentes tailles, et
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notamment de grande taille, par exemple de surface supérieure à 0,5 ou 1 m2.
Son épaisseur est généralement d'au moins 0.7 mm, notamment d'au moins 1
mm, en particulier de 2 à 20 mm, par exemple entre 3 et 5 mm, celle de la
partie
formant guide étant généralement d'au moins 0.3 mm, en particulier entre 0.7
et 3
5 mm, et n'excédant pas non plus 20 mm.
Le substrat (de même que le guide) est avantageusement formé d'éléments
(feuilles, verres, plaques, couches...) ou matériaux (notamment verriers,
minéraux
ou organiques) transparents, clairs ou teintés, pouvant être assemblés le cas
échéant à chaud ou à froid, notamment par laminage (on peut également parler
de 'laminé' pour un vitrage feuilleté), collage, etc. Par transparent (ou
(semi)-
transparent) on entend une transmission lumineuse TL d'au moins 3%, en
particulier d'au moins 40 % ou 50% (notamment pour les feuilles ou couches
internes du vitrage, en particulier les intercalaires de feuilletage ou le
guide
d'onde, ou pour la feuille externe par laquelle la lumière est destinée à
sortir), au
moins dans les domaines (utiles) de longueurs d'onde entre 400 nm et 800 nm,
la
transmission lumineuse étant mesurée (de façon connue, en particulier selon la
norme ISO 9050 :2003) sous illuminant D65.
Généralement, les (au moins deux) éléments verriers du vitrage sont des
feuilles (ou plaques) en verre minéral (d'épaisseur de l'ordre de 0.7 à 6 mm
ou
plus), le verre minéral présentant de multiples atouts, en particulier une
bonne
résistance à la chaleur (il peut ainsi être proche des sources de
rayonnements,
par exemple des diodes, malgré le fait qu'elles constituent des points chauds
; il
répond également aux besoins des normes de sécurité au feu) et une bonne
résistance mécanique (il présente ainsi une facilité de nettoyage et résiste à
la
rayure). Ce verre minéral peut (selon le rendu esthétique, l'effet optique
souhaité,
la destination du vitrage, etc.) être un verre clair (transmission lumineuse
TL
supérieure ou égale à 90% pour une épaisseur de 4 mm), par exemple un verre
de composition standard sodocalcique comme le Planilux0 de la société Saint-
Gobain Glass, ou extra-clair (TL supérieure ou égale à 91,5%), par exemple un
verre silico-sodo-calcique avec moins de 0,05% de Fe III ou de Fe203 comme le
verre Diamant de Saint-Gobain Glass, ou Optiwhite0 de Pilkington, ou 132700
de Schott, ou d'autre composition décrite dans le document W004/025334 ; le
verre peut également être plus sombre, de même qu'il peut être neutre (sans
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coloration), ou (légèrement) teinté ou coloré (verre VENUS ou TSA de la
société
Saint-Gobain Glass, etc) ; il peut être lisse ou texturé (verre Albarino de
la
société Saint-Gobain Glass, etc.), avoir subi un traitement chimique ou
thermique
du type durcissement, recuit ou trempe (pour une meilleure résistance
mécanique
notamment) ou bombage, et est généralement obtenu par procédé float. Il peut
aussi s'agir le cas échéant d'une vitrocéramique, de préférence faiblement
opaque, en particulier claire, par exemple la vitrocéramique KeraLite de la
société
Eurokera. Dans la présente description, en l'absence de précision, on entend
par
la suite par verre un verre minéral.
Outre les éléments en verre minéral précités (ou éventuellement
alternativement), le substrat peut également contenir des éléments à base de
matériaux organiques, par exemple en matière plastique transparente, par
exemple de type polycarbonate (PC), polyvinylbutyral (PVB), polyoléfine telle
que
polyéthylène ou polypropylène, poly(téréphtalate d'éthylène), polyuréthane
(PU),
polymère acrylique tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA),
polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), résine
ionomère, copolymère, etc. Le cas échéant, le vitrage pourrait être
essentiellement plastique (feuille(s) organique(s)), pour gagner en compacité
et/ou en légèreté, ou pour permettre des formes plus diverses, cependant il
comprend généralement au moins deux feuilles de verre minéral comme indiqué
précédemment.
Comme indiqué dans la définition de l'invention, le vitrage peut notamment
comprendre au moins un intercalaire (ou élément ou couche) de feuilletage,
avantageusement transparent et avantageusement en matériau organique (par
exemple un film plastique choisi dans les matières précitées, par exemple en
PVB
ou PU (souple) ou en thermoplastique sans plastifiant (copolymère
éthylène/acétate de vinyle (EVA), etc.), entre les (au moins deux) éléments
verriers, les différents éléments (verriers, organiques ou minéraux) ou
couches
du vitrage formant un vitrage feuilleté (voire éventuellement multiple si par
exemple l'ensemble est associé à une autre couche séparée par une lame d'air).
Le cas échéant, le vitrage comporte au moins deux desdits intercalaires entre
lesquels se situe l'élément guide d'onde. Chaque intercalaire présente par
exemple une épaisseur entre 0,2 mm et 1,1 mm, notamment 0,38 et 0,76 mm.
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A titre d'exemple, le vitrage peut être (ou comprendre) un feuilleté
formé (dans l'ordre) d'une première feuille transparente en verre minéral ou
éventuellement organique, d'un intercalaire organique (par exemple un PVB
transparent, teinté ou non), d'un élément guide d'onde (formé d'une ou
plusieurs
parties ou sections, en particulier planes, comme décrit ci-après) intégrant
(à
l'intérieur d'une partie ou à l'intersection de deux parties) au moins une
couche
fibreuse, éventuellement d'un autre intercalaire organique, et d'une deuxième
feuille en verre minéral ou organique, la feuille placée du côté prévu pour
l'extraction de lumière étant préférentiellement une feuille de verre claire,
l'autre
feuille et/ou le ou les intercalaires pouvant être clair(s) et/ou plus
sombre(s) ou
teinté(s) et/ou intégrer une couche décorative et/ou fonctionnelle comme
indiqué
ultérieurement (par exemple une couche anti infrarouge, etc.), notamment pour
préserver de la chaleur venant du soleil.
Dans le cas, éventuellement, d'un vitrage multiple (par exemple un vitrage
pour train), le vitrage présente un espace intérieur sous vide ou rempli avec
une
lame de gaz (air, gaz rare ou inerte, argon par exemple, etc), l'espace
interne
présentant par exemple une hauteur inférieure à 10 mm. Un espaceur, notamment
en périphérie du vitrage, délimite par exemple l'espace interne, cet espaceur
pouvant être un profilé, le cas échéant mononolithique, en particulier un
cadre
(notamment de section en C, fermée, carrée ou rectangulaire), et loger le cas
échéant un dessicant ; l'espace interne peut par ailleurs être délimité par un
système d'étanchéité périphérique, par exemple de type mastic combiné à du
butyle comme dans le brevet W00179644.
Conformément à l'invention, le vitrage comprend au moins un élément
guide d'onde (avantageusement transparent et en matériau organique), ledit
élément guide d'onde présentant un indice de réfraction supérieur à l'indice
de
réfraction des éléments (de feuilletage) adjacents, cet élément pouvant
présenter
plusieurs parties ou sections (notamment planes dans le cas d'un vitrage
plan),
chaque partie ayant notamment pour fonction d'acheminer la lumière et étant
avantageusement associée à au moins une source de rayonnement. Par exemple,
lorsque plusieurs motifs séparés sont destinés à être éclairés dans le vitrage
selon l'invention, on peut prévoir un élément guide d'onde sous forme d'une
feuille (continue) dans laquelle sont intégrés des structures fibreuses en
chaque
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zone à éclairer, ou on peut prévoir plusieurs portions (ou guides d'onde) sur
un
même plan (ou éventuellement sur plusieurs plans) ou dans la même couche du
feuilleté, chaque portion étant en particulier associée à au moins une source
lumineuse et débouchant sur un élément fibreux dans une zone à éclairer
(l'élément fibreux pouvant se trouver en bout d'une portion et/ou à
l'intersection
de deux portions).
L'élément guide d'onde est formé d'un matériau présentant un indice de
réfraction supérieur à l'indice de réfraction des éléments (de feuilletage)
adjacents. Par exemple et avantageusement (dans le cas notamment où les
éléments adjacents sont un ou des verres d'indice de réfraction inférieur à
1.58
et/ou un ou des intercalaires en PVB ou PU ou EVA ou PMMA), on utilise un
guide d'onde en polycarbonate (PC) ou polystyrène d'indice de réfraction de
l'ordre de 1.59 (on a par exemple un sandwich verre/PVB/PC/PVB/verre ou
verre/PMMA/PC/PMMA/verre). De préférence, la différence entre l'indice de
réfraction du guide et l'indice de réfraction de chacun des éléments adjacents
(sur
chacune de ses faces principales) est d'au moins 0.05, et de façon
particulièrement préférée est d'au moins 0.1, voire d'au moins 0.2, l'indice
de
réfraction étant mesuré à 550 nm (cette mesure étant effectuée de façon
classique, par spectro-éllipsométrie notamment).
Le guide est avantageusement constitué d'une feuille organique (ou
feuille plastique), mais il pourrait aussi le cas échéant être constitué d'au
moins
une feuille de verre, voire être feuilleté ou multiple, le guide ou chacune de
ses
couches (organiques ou inorganiques ou un ensemble des deux types de
couches) présentant avantageusement un indice de réfraction supérieur à
l'indice
de réfraction des éléments adjacents, ses couches présentant également par
exemple des indices optiques proches (notamment avec une différence entre les
indices n'excédant pas 0.03). Le guide peut être mince ou épais (notamment
jusqu'à 20 mm) et est préférentiellement transparent. Il peut être teinté,
mais est
de préférence clair ou extraclair. Pour limiter également les pertes du
rayonnement guidé, le guide peut être par exemple un verre ou une matière
organique présentant un coefficient d'absorption linéique inférieur à 2,5 m-1,
de
préférence inférieur à 0,7 m-1 à la longueur d'onde du rayonnement guidé. De
préférence, le facteur de transmission (perpendiculairement aux faces
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principales) du guide autour du pic du rayonnement est supérieur ou égal à
50%,
notamment supérieur ou égal à 70%, voire supérieur ou égal à 80%.
En l'absence d'intercalaire de feuilletage en plus du guide d'onde, ce
dernier (avantageusement en matière organique) peut le cas échéant également
jouer le rôle d'intercalaire de feuilletage (aidant à l'assemblage des
éléments
verriers inorganiques le cas échéant) entre les éléments verriers adjacents.
De
préférence cependant, le vitrage selon l'invention comprend au moins un
intercalaire de feuilletage, avantageusement au moins deux intercalaires de
feuilletage de part et d'autre du guide, en plus du guide d'onde et des
éléments
verriers mentionnés selon l'invention.
Comme défini selon l'invention, le vitrage comprend également au moins
une source de rayonnement (ou source lumineuse) couplée au guide pour une
propagation de la lumière (par réflexion totale interne) à l'intérieur du
guide (dans
l'épaisseur), avantageusement associée ou couplée à la tranche du guide, le
moyen d'extraction (de la lumière issue de la source/du rayonnement guidé)
étant
dans l'épaisseur du guide pour une sortie d'au moins une partie de la lumière
par
l'une (au moins) des faces principales).
On peut utiliser une ou plusieurs sources de lumière (identiques ou non),
par exemple électriques et/ou constituées de dispositif(s)
électroluminescent(s)
(DEL, ...). La ou les sources de lumière peuvent être mono- (émettant dans le
bleu, vert, rouge, etc) ou polychromatiques, ou être adaptées ou combinées
pour
produire par exemple une lumière blanche, etc; elles peuvent être continues ou
discontinues, etc.
Le ou les rayonnements, injectés dans le vitrage, peuvent notamment être
émis dans le visible et/ou l'UV (notamment proche UV), le rayonnement pouvant
être converti en visible dans ce dernier cas en utilisant des moyens de
conversion
de lumière UV en visible, par exemple par passage dans au moins une couche de
luminophores associée aux sources ou déposée sur la tranche ou une face
(notamment d'extraction) du substrat, au moins une source étant disposée afin
de
permettre (en combinaison avec les autres éléments du vitrage) l'éclairage
d'au
moins une zone d'une face (généralement principale) que l'on cherche à
éclairer.
Comme défini selon l'invention, le vitrage est avantageusement un vitrage
lumineux à éclairage par la tranche, la ou les sources lumineuses étant
disposées
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le long de la tranche (au bord) du vitrage (notamment de sa partie formant
guide),
cette ou ces sources pouvant être un tube néon classique, des diodes alignées
(DEL/LEDs), plus ou moins espacées, une ou des fibres optiques (le long du
bord
d'injection du guide avec injection de lumière par extraction latérale de la
fibre),
5 etc.
La tranche, le coin ou le bord d'une face du vitrage/du guide peut
comporter un évidement où sont placées les sources ou puces (on peut par
exemple découper (avant trempage) le bord d'une feuille pour y loger des
diodes)
et/ou celles-ci peuvent être collées, notamment sur la tranche (on choisit
alors
10 une colle avec un indice optique de réfraction intermédiaire entre
l'indice du guide
et celui du milieu externe ou de la lentille par exemple). La zone évidée peut
former une rainure le long du guide, pour loger une pluralité de sources,
rainure
non débouchante ou débouchante sur au moins un côté pour faciliter un montage
par le côté. Les sources peuvent être dans un moyen de protection et/ou de
maintien à l'intérieur de la zone évidée, notamment un profilé en U, fixé à la
tranche de couplage par collage, encliquetage, par des boulons etc, et occuper
une partie ou la majorité de la zone évidée.
La tranche peut être biseautée (angle d'au moins 45 , en particulier d'au
moins 800, et inférieur à 90 ) pour rediriger les rayonnements sur une plus
large
zone d'extraction, et/ou la tranche portant des sources et/ou celle opposée
peut
être rendue réfléchissante, par exemple grâce à un ruban adhésif métallique ou
à
un dépôt d'argent (protégé par un vernis contre l'oxydation) ou comporter un
miroir, pour assurer un recyclage optimal du rayonnement guidé.
Avantageusement (pour des raisons notamment de taille,
environnementales, de chauffe...), on utilise des sources de lumière quasi
ponctuelles (telles que LEDs), ces sources étant avantageusement placées le
long de la tranche du guide (de manière à éclairer le guide par sa tranche),
ce
mode étant simple, économique et performant.
Les diodes peuvent être de simples puces semi-conductrices (sans
encapsulation ou lentille de collimation), de taille par exemple de l'ordre de
la
centaine de pm ou d'un ou quelques millimètres (par exemple 1mm de largeur,
2,8 mm de longueur et 1,5 mm de hauteur). Elles peuvent aussi comprendre une
enveloppe protectrice, provisoire ou non, pour protéger la puce lors de
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manipulations ou pour améliorer la compatibilité entre les matériaux de la
puce et
d'autres matériaux et/ou être encapsulées (par exemple encapsulation de faible
volume de type `SMD' ( surface monted device ), avec une enveloppe, par
exemple en résine type époxy ou nylon ou PMMA, encapsulant la puce et ayant
des fonctions diverses : protection contre l'oxydation et l'humidité, rôle
diffusant,
de focalisation, ou collimation, conversion de longueur d'onde...).
Le nombre total de diodes est défini par la taille et la localisation des
zones à éclairer, par l'intensité lumineuse souhaitée et l'homogénéité de
lumière
requise.
Les diodes peuvent être par exemple avec l'une et/ou l'autre de ces
caractéristiques : avec des contacts électriques sur les faces opposées ou sur
une même face, à émission latérale (parallèlement aux contacts électriques), à
direction principale d'émission perpendiculaire ou oblique par rapport à la
face
émettrice de la puce pour favoriser le guidage, avec deux directions
principales
d'émission obliques par rapport à la face émettrice de la puce, donnant une
forme
d'aile de chauve-souris ( batwing ), les deux directions étant par exemple
centrées sur des angles entre 200 et 40 et entre -20 et -40 ou sur des
angles
entre 60 et 85 et entre -60 et -85 , inversées, de diagramme d'émission
lambertien, etc.
La puissance de chaque diode est généralement inférieure à 1 W,
notamment inférieure à 0,5 W. Chaque diode peut être de haute puissance
(supérieure à 0,2 W) et/ou de luminosité supérieure à 5 lumens, et/ou on peut
préférer éviter des points lumineux intenses et choisir par exemple une diode
de
type batwing .
Généralement, les diodes sont choisies avec la même direction principale
d'émission (pour plus de simplicité), et avec le même spectre, mono ou
polychromatique (pour un éclairage uniforme). Elles ont généralement (chacune)
une direction principale d'émission sensiblement parallèle aux faces
principales,
notamment jusqu'à -F5 ou -5 par rapport à la face d'extraction, le vitrage
pouvant
également comprendre au moins un réflecteur pour les diodes, agencé pour
rediriger de la lumière vers la couche extractrice et/ou sur les faces
internes ou
externes du vitrage.
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Les diodes peuvent être (pré)assemblées sur une ou des embases
(nommées PCB pour Printed Circuit Board en anglais) ou supports, avec des
pistes d'alimentation électrique, ces embases ou ces supports pouvant être
fixées
à d'autres supports (profilés, etc.). Chaque embase/support de diodes peut
s'étendre en bordure du vitrage et être fixé (notamment à une feuille du
vitrage
et/ou au guide) par pincement, chaussage, clipsage, vissage, colle ou ruban
adhésif double face, etc. L'embase/le support est généralement mince,
notamment d'épaisseur inférieure ou égale à 3 mm, voire 1 mm, voire 0,1 mm ou
inférieur le cas échéant à l'épaisseur d'un intercalaire de feuilletage.
Plusieurs
supports peuvent être prévus, notamment si les zones à éclairer sont très
distantes entre elles. L'embase peut être en matériau souple, diélectrique ou
électroconducteur (métallique tel qu'aluminium etc), être composite,
plastique,
etc. Les diodes peuvent être soudées sur des pistes isolées électriquement de
l'embase, et/ou sur des surfaces dissipatrices de chaleur ("thermal pad") sur
des
embases plastiques, ou un matériau isolant électrique et conducteur thermique
(colle, ruban, scotch, adhésif double face, thermiquement conducteur, graisse
thermique, etc.) peut être intercalé pour une meilleure dissipation et
efficacité
lumineuse et pour la pérennité des diodes. Pour une ou des embases (ou
supports) de diodes de longueur totale LO, la puissance totale du groupe de
diodes est préférentiellement inférieure ou égale à 30 [W/m] x L [m] pour
limiter la
chauffe et donc pérenniser les diodes. Pour une meilleure efficacité
lumineuse,
l'embase peut aussi porter une surface diffusante (plane ou inclinée) autour
des
diodes, par exemple laque ou peinture, et/ou un réflecteur blanc, etc.
Le vitrage peut aussi comprendre des moyens d'étanchéité au(x) fluide(s)
aptes à protéger les puces et/ou le support des puces peut être perforé pour
qu'une colle adhésive noie les puces.
Le vitrage peut comprendre plusieurs groupes de diodes (ainsi qu'une ou
plusieurs zones lumineuses). Des sources lumineuses identiques ou émettant
différentes longueurs d'ondes peuvent aussi être associées selon des
compositions et/ou concentrations variables, de manière à former des couleurs
différentes ou des zones lumineuses de formes diverses.
Le vitrage peut aussi comprendre une diode réceptrice de signaux de
commande (notamment dans l'infrarouge), pour télécommander les diodes
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d'éclairage, et/ou ces dernières peuvent être couplées à des moyens de
pilotage
permettant d'émettre en permanence ou par intermittence, avec différentes
intensités, une couleur donnée ou différentes couleurs, etc.
D'autres types de sources que les diodes peuvent éventuellement être
utilisées, le cas échéant dans un évidement à cet effet, ou sur un élément
rapporté. Ces autres sources de lumière peuvent être par exemple collées ou
feuilletées avec un autre substrat, notamment transparent (verre...), à l'aide
d'un
intercalaire de feuilletage, notamment extraclair.
Par exemple, ou peut utiliser une couche photoluminescente, notamment
sensiblement transparente, et excitable dans l'UV (en particulier proche UV -
environ 360 à 400 nm) ou dans le visible, de préférence associée à un
dispositif
électroluminescent (diodes DEL, couche électroluminescente...) producteur de
rayonnement excitateur, par exemple à base de particules luminophores (CaS:Eu,
Tm 2+ , SrA1204:Eu2+, Y3A15012:Ce, etc.), éventuellement associées pour
produire
une lumière blanche, ou de particules dites core-shell (par exemple ZnS
pour
la coquille et CdSe pour le coeur), ces particules pouvant être en suspension
dans une matrice (par exemple inorganique, comprenant un produit de
polymérisation d'alkoxyde de silicium tel que tétraéthoxysilane (TEOS),
tétraméthoxysilane (TMOS), méthyltriéthoxysilane (MTEOS), etc.), la couche
photoluminescente pouvant le cas échéant convertir la longueur d'onde
d'autre(s)
source(s) (par exemple UV des diodes en visible).
Quelle que soit la source lumineuse, l'épaisseur de la source est
avantageusement faible, pouvant descendre jusqu'à quelques nanomètres ou
dizaines de nanomètres notamment.
Dans un mode de réalisation avantageux, un ou plusieurs capteurs liés à
l'environnement et/ou au vitrage peuvent être associés aux sources de
rayonnement et/ou au système d'alimentation dudit vitrage. On peut utiliser
par
exemple un détecteur de luminosité (photodiode, etc.), un capteur de
température
(extérieur ou intégré, sur le verre ou les sources lumineuses), le capteur
utilisé
contrôlant par exemple l'alimentation des sources lumineuses via un
calculateur
ou unité centrale. On peut définir une valeur de mesure du capteur (luminosité
maximale par exemple) au-delà de laquelle le vitrage cesse d'opérer une de ses
fonctions (extraction de lumière ou activation des sources lumineuses
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notamment). Pour une valeur supérieure par exemple, l'alimentation du vitrage
est
bloquée et pour une valeur inférieure, le vitrage ou une de ses fonctions (par
exemple son niveau de luminosité) peut être contrôlé(e) via l'information
reçue du
ou de(s) capteurs. La fonction du vitrage peut aussi être forcée par
l'utilisateur
en désactivant les capteurs.
Les capteurs peuvent être à l'intérieur (par exemple d'un véhicule) ou à
l'extérieur. La gestion du vitrage en fonction de l'environnement extérieur
permet
par exemple d'améliorer la durabilité des sources lumineuses et autres
composants (polymères, composants électroniques...), la limitation de leur
fonctionnement dans des conditions de luminosité et/ou de température élevées
permettant notamment de réduire de manière significative (entre 10 et 20 C au
minimum) les températures maximales auxquelles peuvent être exposées les
sources lumineuses pendant l'utilisation du produit, tout en conservant les
fonctions du vitrage lumineux. Ce couplage permet également d'adapter
automatiquement l'intensité d'éclairage du vitrage aux conditions de
luminosité
extérieures, sans que l'utilisateur n'intervienne.
Pour un vitrage de véhicule, l'alimentation des sources de lumière peut être
par exemple contrôlée par le calculateur central du véhicule autorisant ou non
leur allumage en fonction de l'information reçue du capteur de lumière placé
par
exemple dans la partie haute du pare-brise ou sur un vitrage tel qu'un toit
éclairant. Par forte luminosité (jour), la valeur de luminosité dépasse la
valeur
maximale, n'entraînant pas l'allumage des sources de lumière ; en conditions
de
faible luminosité (nuit), la valeur maximale n'est pas atteinte, l'activation
des
sources est alors opérée. L'allumage des sources peut également être commandé
par un capteur de température (sur le vitrage ou sur les sources de lumière,
etc.).
Conformément à la définition de l'invention, outre les différentes feuilles ou
couches (ou éléments) formant la base du vitrage et la ou les sources
lumineuses
(ou de rayonnement) précitées, le vitrage se caractérise par la présence d'un
moyen d'extraction sous forme d'au moins une structure fibreuse (ou
"textile"),
ledit moyen d'extraction étant agencé de façon à créer une zone lumineuse sur
au
moins l'une des faces du substrat (en particulier face principale)), et se
trouvant
au coeur de l'élément guide d'onde (généralement sous la zone à éclairer).
Comme indiqué précédemment, cette structure peut se trouver dans l'élément
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guide d'onde, ou intercalé entre deux parties (distinctes mais non forcément
disjointes) de l'élément guide d'onde et/ou être sur une tranche d'une partie
de
l'élément guide d'onde.
Cette structure fibreuse comprend de préférence des fibres de verre et/ou
5 éventuellement des fibres polymères (ou plastiques). Le verre entrant
dans la
constitution des fibres peut être de tout type fibrable, notamment le verre E.
Dans
le cas de fibres polymères, il peut s'agir notamment de fibres de polyester ou
de
polyoléfine(s) telle que le polyéthylène ou le polypropylène. Les fibres
peuvent
être de même nature ou non, avoir ou non une même longueur et un même
10 diamètre, la densité et le grammage de la structure pouvant varier.
De manière avantageuse, la structure fibreuse a une masse surfacique
comprise entre 10 et 500 g/m2, de préférence entre 10 et 100 g/m2, et comprend
des fibres de diamètre compris entre 1 et 20 micromètres, notamment entre 5 et
15 micromètres. De préférence, la structure fibreuse a une épaisseur comprise
15 entre 10 micromètres et 1 millimètre et est constituée d'une couche de
fibres,
voire de plusieurs couches de fibres.
La structure fibreuse présente préférentiellement une transmission
lumineuse TL supérieure à 45 % et de préférence supérieure à 60 %, la
transmission lumineuse étant mesurée sous illuminant D65.
La structure fibreuse peut être tissée ou non tissée ou tricotée (en totalité
ou en partie, on peut par exemple tisser des motifs ou former des réseaux de
mailles différentes), voire gaufrée (pour avoir un effet 3D), les fibres
pouvant
former un réseau à maille hexagonale, carrée, en losange, etc. Dans un mode de
réalisation avantageux, la structure fibreuse est avantageusement un voile (ou
plusieurs voiles identiques ou différents, de même densité ou non, etc.), ce
qui
assure une distribution aléatoire des fibres dans la couche extractrice. De
manière classique, on entend par voile un non-tissé constitué de filaments
complètement dispersés. Avec un tel voile, les propriétés de la couche peuvent
être globalement homogènes, notamment en termes de transmission lumineuse.
De plus le voile (plus généralement la structure fibreuse) peut être coloré,
découpé pour épouser différentes formes (on peut notamment utiliser un emporte-
pièces pour couper rapidement un empilement de structures fibreuses, etc.), la
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surface extractrice pouvant ainsi être continue ou discrétisée, les motifs
éclairants
pouvant être disposés de manière régulière ou aléatoire d'une pièce à l'autre.
Un voile non tissé de fibres de verre contient généralement un liant
(pouvant intégrer un ou des additifs, tels que des pigments à effet dans le
visible,
l'infrarouge, ou phosphorescents, anti-UV, etc.) qui lie les fibres et confère
au
voile une rigidité suffisante pour pouvoir être manipulé facilement. Ce liant,
qui
comprend classiquement au moins un polymère (comme exemplifié ci-après) apte
à lier les fibres, est choisi avantageusement transparent (il peut également
comprendre un colorant le cas échéant) et peut être de tout type approprié
connu.
Ce liant ne recouvre préférentiellement qu'une surface limitée des fibres, de
telle
sorte qu'un rayonnement traversant la couche d'extraction rencontre des
interfaces entre les fibres et le liant ou autre milieu d'encapsulation des
fibres
notamment, comme évoqué par la suite. Le liant représente de préférence
environ
5 à 30% en poids du voile (pour un voile de verre notamment), de façon
particulièrement préférée de 5 à 20%. On entend par encapsulation des fibres,
le
fait d'enrober au moins une partie des fibres. Il existe ainsi des interfaces
entre le
matériau des fibres et le matériau du milieu d'encapsulation.
La structure fibreuse peut aussi éventuellement être formée par des fibres
déposées par exemple dans un milieu (notamment une matrice polymère) formant
un milieu d'encapsulation en s'emmêlant à la manière d'un voile, ce voile
étant
alors dépourvu de liant autre que le milieu d'encapsulation.
De façon générale, la structure fibreuse peut ainsi être associée à ou noyée
dans un liant et/ou milieu d'encapsulation pour permettre notamment sa
manipulation et la protection des fibres. La structure fibreuse et le cas
échéant
son liant ou milieu d'encapsulation forment un ensemble (semi-) transparent.
Pour
favoriser la diffusion et l'extraction, la valeur absolue de la différence
entre
l'indice de réfraction des fibres de la structure fibreuse et l'indice de
réfraction du
milieu d'encapsulation (pouvant être le cas échéant le guide d'onde comme
explicité ultérieurement) et/ou le cas échéant (l'indice de réfraction) du
liant
(lorsque celui-ci est d'épaisseur suffisante, notamment au moins de l'ordre de
celle de la ou des fibres de la structure) est alors de préférence supérieure
ou
égale à 0,05.
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Le milieu d'encapsulation des fibres peut être avantageusement un
matériau polymère. En particulier, il peut être à base de polybutyral de
vinyle
(PVB), d'éthylène vinylacétate (EVA), de polyuréthane, d'un ionomère ou d'un
adhésif à base de polyoléfine, ou à base de polymère(s) thermoplastique(s)
transparent(s) tel(s) que le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène
naphtalate (PEN), le polycarbonate, le polyméthacrylate de méthyle, les
polyamides, les polyimides, les polymères fluorés tels que l'éthylène
tétrafluoroéthylène (ETFE) et le polytétrafluoroéthylène (PTFE), etc. Selon
une
variante, ce milieu d'encapsulation peut être formé par de l'air ou par un
liquide d'indice de réfraction approprié, au lieu d'une matrice polymère.
Le milieu d'encapsulation incorporant les fibres le cas échéant se trouve
également avantageusement au coeur de l'élément guide d'onde. Il peut être de
matériau identique (il peut aussi s'agir du guide d'onde lui-même) ou
différent, ou
d'indice de réfraction identique ou différent de celui du guide d'onde.
Généralement, le milieu d'encapsulation est une matrice polymère, notamment
formée par le guide d'onde, un intercalaire de feuilletage polymère ou un
substrat
thermoplastique. De préférence, le milieu d'encapsulation des fibres est formé
du
même matériau que le ou les guides d'onde ou est le guide d'onde même. Le
milieu d'encapsulation présente généralement une épaisseur supérieure ou égale
à l'épaisseur de la structure fibreuse. Dans le cas d'un milieu
d'encapsulation
différent du guide d'onde, la structure fibreuse avec son milieu
d'encapsulation
(l'ensemble formant le cas échéant le moyen d'extraction) présentent
avantageusement une épaisseur inférieure ou égale à celle du guide d'onde, le
guide d'onde pouvant dépasser d'un côté ou des deux côtés de la structure
fibreuse (et de son milieu d'encapsulation le cas échéant).
Les propriétés d'extraction de la couche fibreuse peuvent être ajustées en
jouant sur un ou plusieurs paramètres parmi, notamment, la masse surfacique de
la structure fibreuse, le diamètre des fibres, la longueur des fibres, la
composition
des fibres et celle (le cas échéant) du milieu d'encapsulation. Un tissu peut
être
utilisé quand une bonne périodicité et régularité est recherchée.
Avantageusement, la couche extractrice a une transmission lumineuse totale
supérieure ou égale à 80%, la transmission lumineuse totale, comprenant la
transmission lumineuse directe et la transmission lumineuse diffuse, étant
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déterminée selon la norme ISO 9050:2003 comme précédemment indiqué. Le cas
échéant, la couche extractrice présente également une valeur de flou notamment
supérieure ou égale à 40%, la valeur de flou ("haze") d'un élément, exprimée
en
pourcentage, étant représentative de l'aptitude de cet élément à dévier un
rayonnement, les valeurs de flou étant mesurées dans ce cas au hazemeter selon
la norme ASTM D 1003.
La structure fibreuse utilisée selon l'invention (avec le cas échéant son
liant et/ou milieu d'encapsulation lorsqu'il est différent du guide d'onde)
peut être
insérée entre deux éléments guide d'onde (ou parties d'éléments) ou sur le
bord
d'un élément guide d'onde ou à l'intérieur d'un élément guide d'onde,
l'ensemble
étant ensuite feuilleté/laminé avec les autres éléments du vitrage. En
particulier,
la structure fibreuse peut-être déposée sur la feuille plastique devant former
le
guide d'onde, le cas échéant de taille supérieure au feuilleté prévu
(notamment
pour injecter plus facilement la lumière dans le guide d'onde), puis
l'ensemble
peut être chauffé jusqu'au ramollissement du plastique pour que les fibres
rentrent dans le polymère, l'ensemble étant ensuite simplement laminé dans un
processus usuel de laminage entre deux plaques de verre (ou au moins deux
éléments verriers) et un ou plusieurs intercalaires de feuilletage.
Alternativement,
la structure fibreuse peut être insérée dans un moule avant injection du
polymère
devant former le guide d'onde afin de former la couche incluant guide(s)
d'onde et
couche(s) fibreuse(s), ou la structure fibreuse peut être intercalée entre
deux
parties de guide d'onde ou sur la tranche d'un guide d'onde avant laminage
entre
des plaques de verre et le cas échéant des intercalaires de feuilletage.
Le moyen d'extraction peut comprendre une ou plusieurs couches
fibreuses jointes ou séparées (et le cas échéant au moins un liant et/ou au
moins
un milieu d'encapsulation autre que le guide d'onde notamment). Du fait que la
ou
les couches fibreuses sont agencées dans l'épaisseur du guide d'onde, elles
sont
protégées et les faces externes du vitrage en contact avec l'environnement
extérieur peuvent alors être lisses et aisément nettoyables. Le moyen
d'extraction
peut aussi comprendre une première couche fibreuse (diffusant dans le visible
et/ou l'UV) et une seconde couche, par exemple externe, à base de particules
diffusantes dans le visible et/ou de luminophores excités par l'UV et émettant
dans le visible. Des moyens d'extraction supplémentaires peuvent le cas
échéant
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être prévus, par exemple une face extractrice du verre peut aussi être matée,
sablée, sérigraphiée etc, ou l'épaisseur du guide peut également être gravée,
etc.
La ou les couches fibreuses utilisées comme moyen d'extraction peuvent
couvrir une ou des zones (ou parties) limitées ou plus ou moins importantes de
la
surface du vitrage selon l'éclairage ou l'effet recherché (elles peuvent être
sous
forme de bandes disposées en périphérie pour former un cadre lumineux, peuvent
former des logos ou motifs, etc.). Pour fournir un éclairage encore plus
homogène, la fraction surfacique recouverte par les fibres peut croître avec
l'éloignement de la source lumineuse, étant par exemple de 5% près de la
source
et de 16% à 55% loin de la source.
Comme déjà évoqué, le moyen d'extraction peut être en plusieurs
morceaux, par exemple des motifs, identiques ou distincts, continus ou
discontinus, peut être de toute forme géométrique (rectangulaire, carré, en
triangle, circulaire, ovale, etc.), et/ou peut former un dessin, un
signalétique
(flèche, lettre...). On peut facilement obtenir une délimitation des zones
contrôlable et reproductible industriellement. Le vitrage peut ainsi
comprendre
plusieurs zones (couches fibreuses) d'extraction pour former plusieurs zones
lumineuses sur le vitrage. Comme déjà évoqué, la ou les zones lumineuses
peuvent couvrir une partie ou l'ensemble de la surface (fonctionnelle,
visible) du
vitrage. Plusieurs zones peuvent être lumineuses simultanément ou non, être
pilotées indépendamment ou non. Le vitrage peut être à éclairage différencié,
par
exemple produisant à la fois un éclairage architectural et décoratif, ou un
éclairage architectural et de signalisation, ou un éclairage architectural et
un
affichage (par exemple du type dessin, logo, signalisation alphanumérique,
etc),
ou un éclairage de lecture, etc. Des jeux de couleurs peuvent en outre être
obtenus en fonction des sources de lumière (en particulier des LEDs) mais
également en colorant les fibres de la structure fibreuse.
De préférence, la majorité, voire au moins 80% ou 90% des rayons (en
particulier arrivant sur la zone de la couche fibreuse) sont extraits par la
couche
fibreuse. L'avantage d'une distribution discrète ou aléatoire des fibres est
d'obtenir un guide transparent lorsque la source lumineuse est éteinte, au
travers
duquel on peut voir distinctement (possibilité de reconnaître et d'identifier
des
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formes telles que des visages, des symboles), ceci étant particulièrement
intéressant pour les applications automobiles.
Dans un mode de réalisation, lorsque la source de lumière est éteinte, le
vitrage est transparent ou globalement (du fait du maillage des fibres)
5 transparent, notamment de transmission lumineuse TL supérieure à 20 %, de
préférence supérieure ou égale à 50 %, voire supérieure ou égale à 70 %, et de
réflexion lumineuse RL inférieure ou égale à 50 %, de préférence inférieure ou
égale à 30 % (cas par exemple d'une fenêtre éclairante, l'amélioration de
l'éclairage de la pièce n'étant pas réalisée au détriment de la transmission
10 lumineuse).
Dans un autre mode de réalisation, lorsque la source de lumière est
éteinte, le vitrage peut être semi réfléchissant ou réfléchissant, former un
miroir
(au moyen d'un miroir rapporté sur l'une des faces du substrat, feuille
métallique,
plaque en inox par exemple, ou d'une couche métallique, notamment en argent,
15 sur l'une des faces du substrat (généralement opposée à la face
lumineuse/extractrice), le vitrage pouvant aussi former un miroir lorsque la
source
est allumée.
Une ou plusieurs autres zones peuvent en effet être également présentes
sur l'un et/ou l'autre des éléments du vitrage, par exemple : une zone (semi)
20 transparente, et/ou une zone réfléchissante formant miroir (par dépôt
d'un
revêtement réfléchissant), avec le cas échéant un moyen diffusant
supplémentaire formé par attaque du miroir, et/ou une zone translucide,
satinée
(préservation de l'intimité, etc.) par exemple par texturation d'un élément
verrier,
et/ou une zone décorative, par un revêtement opaque et/ou coloré ou par un
élément verrier teinté dans la masse, etc.
Le vitrage selon la présente invention satisfait aux exigences industrielles
(en termes de rendement, de coût, de cadence, d'automatisation...), rendant
ainsi
possible une production bas coût sans sacrifier les performances. Il peut
être
utilisé aussi bien en extérieur qu'en intérieur.
Dans un mode de réalisation simple, le vitrage peut comporter par exemple
une structure feuilletée composée d'une feuille externe (destinée à être
éclairée),
d'une feuille centrale transparente de guidage de lumière (feuille guide
d'onde
telle que décrite selon l'invention) incorporant une couche interne de fibres,
et
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d'une autre feuille externe. La source de lumière est une pluralité de diodes
électroluminescentes montées sur un support latéral fixé à la tranche des
feuilles
du feuilleté, un trou étant le cas échéant pratiqué dans la feuille centrale
pour
loger les diodes.
Outre les éléments déjà cités, le vitrage peut également comporter
d'autres éléments et/ou couches, par exemple un réflecteur de lumière (une
pièce
fixée le cas échéant dans l'espace interne avec une surface réfléchissante,
les
rayons centraux étant renvoyés vers une face grâce au réflecteur, ceci
assurant le
cas échéant un meilleur rendement optique et/ou ce réflecteur recyclant la
lumière rétrodiffusée par des moyens diffusants et/ou réfléchie sur la ou les
embases des diodes et/ou réfléchie sur un espaceur. Le vitrage peut également
comprendre une ou des résines adhésives transparentes (pour le collage des
éléments, par exemple une couche formant un adhésif externe, notamment en un
matériau ramolli par chauffage pour devenir adhésif (PVB par exemple) ou en un
matériau avec des faces adhésives comme le PE, PU, PET), une couche (feuille,
film, dépôt...) protectrice (par exemple un film souple en PU, PE, silicone
éventuellement collé par acrylique) en bordure d'une face ou s'étendant sur
ladite
face, une couche (le cas échéant électroconductrice) avec une ou des fonctions
telles que : protection aux rayonnements (IR, UV), contrôle solaire, basse
émissivité, anti rayures, esthétique (teinte, motifs, etc), etc. Le vitrage
selon
l'invention présente l'avantage d'être compatible avec l'utilisation d'autres
couches, ceci étant particulièrement intéressant dans le cas des applications
automobiles.
Il peut ainsi être avantageux d'incorporer dans le vitrage ou sur un de ses
éléments un revêtement à fonction donnée, par exemple de blocage des
rayonnements dans l'infrarouge (par exemple à base de couches d'argent
entourées de couches en diélectrique, ou des couches en nitrures comme TiN ou
ZrN ou en oxydes métalliques ou en acier ou en alliage Ni-Cr), ou à fonction
basse émissivité (par exemple en oxyde de métal dopé comme Sn02:F ou oxyde
d'indium dopé à l'étain (ITO) ou une ou plusieurs couches d'argent), ou anti-
buée
(couche hydrophile), ou anti-salissures (revêtement photocatalytique
comprenant
du TiO2 au moins partiellement cristallisé sous forme anatase), ou encore un
empilement anti-reflet du type par exemple Si3N4/Si02/Si3N4/Si02, une couche
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hydrophobe/oléophobe, oléophile, un empilement réfléchissant le rayonnement
thermique (contrôle solaire) ou infra rouge (bas-émissif), etc. Le module peut
ainsi
intégrer toutes fonctionnalités connues dans le domaine du vitrage.
On peut également avoir des surfaces texturées, notamment sablées ou
acidées, sérigraphiées pour des raisons esthétiques ou fonctionnelles (par
exemple empêcher un éblouissement, etc.
Le vitrage selon l'invention peut être utilisé pour former un éclairage
décoratif, de lecture, architectural, de signalisation, d'affichage, etc. Il
peut être
par exemple :
- avantageusement destiné à un véhicule automobile ou de transport,
comme toit vitré lumineux ou fenêtre (lunette arrière, vitre latérale, pare-
brise)
lumineuse, porte vitrée lumineuse, notamment de transport en commun, train,
métro, tramway, bus ou de véhicule aquatique ou aérien (avion), à l'éclairage
routier ou urbain,
- destiné à former un vitrage de bâtiment, comme une façade éclairante (ou
lumineuse), une fenêtre éclairante, un plafonnier, une dalle de sol ou murale
lumineuse, une porte vitrée lumineuse, une cloison lumineuse, une marche
d'escalier,
- destiné au mobilier urbain, comme une partie vitrée lumineuse d'abribus,
de balustrade, de présentoir, d'une vitrine, un élément d'étagère, une serre,
un
étalage de bijouterie, un aquarium, un garde-corps, une contre marche, une
plinthe,
- destiné à l'ameublement intérieur, comme une paroi lumineuse de salle
de bains, un miroir lumineux, une partie vitrée lumineuse d'un meuble, un plan
de
travail de cuisine, une crédence, un fond de hotte, un carrelage de sol ou
mural,
un élément de réfrigérateur (tablette..),
- destiné à tout équipement domestique ou professionnel de réfrigération
ou de congélation ou de cuisson (comme des plaques de vitrocéramique), etc.
On peut également parler d'utilisation comme les lampes planes, ces
lampes planes pouvant être une source de lumière ou back-light utilisée
dans
des ordinateurs à écrans plats pour fournir l'éclairage d'un écran à cristaux
liquides, ou utilisées sur des plafonds, des sols, ou des murs, ou des lampes
pour
panneaux publicitaires ou des lampes pouvant constituer des étagères ou des
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fonds de vitrines d'exposition, etc. On parle généralement de lampe plane
lorsque
le vitrage est constitué de deux substrats substantiellement plans, tels que
des
feuilles de verre, sur lesquels sont déposées différentes couches
constitutives de
la lampe (par exemple des électrodes d'argent recouvertes d'un diélectrique,
des
couches d'alumine et de phosphore, etc).
L'éclairage/l'extraction peut être ajusté(e)) pour un éclairage d'ambiance,
de lecture, une signalisation lumineuse, un éclairage de nuit ou d'affichage
d'informations de toutes natures, de type dessin, logo, signalisation
alphanumérique ou autres signalétiques, et peut aussi être activé(e) par
télécommande (détection du véhicule dans un parking ou autre, indicateur de
(dé)verrouillage de portes), signalisation de sécurité, etc. La lumière peut
être
continue et/ou par intermittence, monochromatique et/ou plurichromatique,
blanche, etc.
Le vitrage présente un éclairage avec une bonne homogénéité et une
efficacité d'extraction satisfaisante. L'insertion du textile fournit une
délimitation
des zones aisément contrôlable et reproductible industriellement et une
extraction
plus facile à maitriser, la robustesse des diodes étant également intéressante
dans des utilisations intensives. Comme déjà signalé, l'utilisation de la
structure
fibreuse comme surface extractrice dans les applications vitrages automobiles
est
en outre compatible avec l'utilisation de couches minces sur le verre et avec
les
lignes de production ne disposant pas de sérigraphie, elle permet également
d'avoir un rendu et un esthétisme non réalisable avec d'autres moyens
d'extraction et est compatible avec les exigences de vitrages à surfaces
lisses
extérieures. Elle participe en outre au renforcement du vitrage si elle est
utilisée
sur une surface importante.
L'invention porte aussi sur un véhicule incorporant (ou comprenant) le
vitrage défini précédemment.
L'invention vise enfin un procédé de fabrication du vitrage tel que défini
précédemment comprenant l'ajout d'au moins une structure fibreuse (formant
un/le moyen d'extraction) au coeur d'au moins un élément guide d'onde et le
feuilletage de l'ensemble entre au moins deux éléments verriers et
éventuellement un intercalaire de feuilletage, ledit élément guide d'onde
présentant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction des
éléments,
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intercalaire(s) et/ou verrier(s), adjacents entre lesquels il est feuilleté.
Comme indiqué précédemment, la structure fibreuse peut être en
particulier encapsulée dans l'élément guide d'onde (ou dans une couche ou
feuille polymère/plastique d'encapsulation dans une étape préalable),
l'encapsulation de la structure fibreuse pouvant être réalisée au cours du
moulage de la couche concernée, en positionnant la structure fibreuse dans un
moule puis en injectant le polymère (en particulier thermoplastique, par
exemple
du carbonate dans le cas du guide d'onde) dans le moule. Alternativement, une
fois préparée, la couche fibreuse peut être encastrée dans la feuille/couche
(plastique) concernée, par compression de la couche fibreuse contre la feuille
plastique ou (l'ensemble formé par) la couche fibreuse déposée sur la feuille
plastique peut être chauffé jusqu'au ramollissement du plastique pour que les
fibres rentrent dans le polymère. Alternativement également, la structure
fibreuse
(et le cas échéant son liant et/ou milieu d'encapsulation) peut être ajoutée
(positionnée, collée...) entre deux parties de guide d'onde ou sur la tranche
d'un
guide d'onde. L'ensemble formé par chaque structure fibreuse (et le cas
échéant
son milieu d'encapsulation) et le(s) guide d'onde associé(s) est ensuite mis
en
place dans le vitrage, de la même manière que pour un intercalaire de
feuilletage
classique, et cette structure laminée est préférentiellement passée à l'étuve
(par
exemple à des températures de l'ordre de 120 C et sous pression) de manière à
obtenir une bonne cohésion entre les différentes couches constitutives du
vitrage.
Dans le cas de l'utilisation d'un voile de fibres de verre, ce voile peut être
formé selon un procédé opérant par voie sèche , ou selon un procédé opérant
par voie humide . De tels procédés de fabrication de voiles de fibres de
verre
étant bien connus de l'homme du métier, ils ne sont pas décrits plus en
détails ici.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails et
caractéristiques avantageuses de l'invention apparaitront à la lecture des
exemples de vitrages lumineux selon l'invention illustrés par les figures
suivantes :
- La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un vitrage dans
un premier mode de réalisation de l'invention.
- La figure 2 représente une vue schématique en coupe d'un vitrage dans
un second mode de réalisation de l'invention.
CA 02876060 2014-12-08
WO 2014/009630 PCT/FR2013/051539
- Les figures 3 a et 3b représentent respectivement des vues
schématiques de face d'un vitrage selon un mode de réalisation de l'invention.
On précise que par un souci de clarté les différents éléments des objets
représentés ne sont pas nécessairement reproduits à l'échelle. Les mêmes
5 références sont données d'une figure à l'autre pour les mêmes types
d'éléments.
Dans la figure 1, le vitrage selon l'invention est un vitrage feuilleté 1
comportant :
- une première feuille transparente 2, par exemple rectangulaire (de
dimensions 300X300 mm par exemple), en verre minéral, présentant une
10
première face principale 3 et une deuxième face principale 4, et une tranche 5
de
préférence arrondie (pour éviter les écailles), par exemple une feuille de
verre
silicosodocalcique de type planilux (commercialisée par la société Saint-
Gobain
Glass), d'épaisseur égale par exemple à 2,1 mm, présentant un indice de
réfraction de 1.51.
15 -
une deuxième feuille de verre 2', de même composition et
dimensions, ou éventuellement avec une composition pour une fonction de
contrôle solaire teintée (verre VENUS VG10 ou TSA 4+ commercialisée par la
société Saint-Gobain Glass par exemple) et/ou recouverte d'un revêtement de
contrôle solaire, présentant un indice de réfraction de 1.51, avec une face
20
principale 4' en regard de la face 4, et une autre face principale 3', et une
tranche
5',
- une feuille de polycarbonate 6 (présentant un indice de réfraction de
l'ordre de 1.59) constituant un élément guide d'onde, et de dimensions
supérieures à celles des autres éléments du feuilleté, cette feuille
présentant une
25
première face principale 7 et une deuxième face principale 8, et une tranche
9,
ladite feuille incorporant à coeur une structure fibreuse 10 présentant un
indice de
réfraction de 1.57 et portant à chacune de ses deux extrémités latérales
dépassant du feuilleté une ou des sources lumineuses 11 formée(s) de diodes
électroluminescentes.
Les feuilles de verre du vitrage présentent de préférence un coefficient
d'absorption linéique inférieur ou égal à 2,5 m1 dans le visible (par exemple
verre
sodocalcique extraclair, de coefficient d'absorption linéique inférieur à 0,7
m-1
dans le visible ou le proche UV).
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Le profilé support des diodes électroluminescentes 11 s'étend en bordure
du vitrage et est fixé à la feuille guide d'onde (comportant le cas échéant
une
encoche) sur la tranche 9 (la face émettrice des sources étant en vis à vis de
la
tranche et une colle étant déposée le cas échéant sur les puces pour assurer
l'étanchéité lors de l'encapsulation). Ce support peut être monolithique
métallique
(inox, aluminium) ou par exemple en polyimide avec couches, mince, d'épaisseur
égale à 0,2 mm. Les diodes de chaque groupe ont chacune une direction
principale d'émission donnée sensiblement parallèle à la première face, par
exemple à équidistance des première et troisième faces. A titre d'exemple, les
diodes (une vingtaine) ont une puissance individuelle de 0,4 W (environ), sur
une
longueur LO de 450 mm, soit une puissance de 20,5 W/m.
Le rayonnement est guidé dans l'épaisseur du guide d'onde (ou des parties
du guide d'onde ou dans chacun des guides d'onde le cas échéant) par
réflexions
et est extrait de la première face 3 au moyen de la couche fibreuse 10. La
couche
fibreuse est avantageusement un voile transparent de fibres de verre de type
E.
Un exemple de voile de fibres de verre susceptible d'être utilisé pour le
voile est
un voile du type U50 commercialisé par Saint-Gobain Technical Fabrics, qui
présente un grammage, ou masse surfacique, de 50 g/m2.
Le vitrage de la figure 1 peut former par exemple un toit panoramique fixe
de véhicule terrestre, monté par l'extérieur, la première feuille étant du
côté
intérieur du véhicule, et l'extraction étant de préférence par la face 3
(orientée par
exemple vers l'habitacle d'un véhicule). Lorsque les diodes sont éteintes, le
vitrage lumineux est globalement transparent (figure 3a), de transmission
lumineuse globale TL de l'ordre de 85% et de réflexion lumineuse RL de l'ordre
de
15%. Lorsque les diodes sont allumées, l'extraction peut former un dessin
lumineux 12 (avec le cas échéant un rendu esthétique fibreux), par exemple un
logo ou une marque, comme représenté en figure 3b, le voile étant en effet
taillé
suivant le motif voulu pour créer la signalétique désirée.
La structure fibreuse formant le moyen d'extraction est ici insérée (par
exemple à chaud comme vu précédemment) dans l'épaisseur de la feuille guide
d'onde 6 à l'endroit souhaité pour former une zone lumineuse et son épaisseur
n'excède pas celle de la feuille guide d'onde (cette structure fibreuse est
utilisée
seule ou avec un liant ou le cas échéant déjà encapsulée ou noyée dans un
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polycarbonate ou un autre polymère, la valeur absolue de la différence entre
l'indice de réfraction des fibres de la structure fibreuse et l'indice de
réfraction du
liant et/ou du milieu d'encapsulation étant le cas échéant supérieure ou égale
à
0,05). Le voile, et le cas échéant son matériau initial d'enrobage (liant,
milieu
d'encapsulation), formant le moyen d'extraction, peut être encapsulé dans une
partie seulement de l'épaisseur du guide d'onde ou peut être de même
épaisseur.
La différence d'indice de réfraction entre les fibres du voile et la matrice
d'encapsulation (guide ou autre milieu intermédiaire) contribue à l'extraction
du
rayonnement à l'interface entre les fibres du voile et la matrice.
L'extraction liée
au voile en même temps que la bonne transmission lumineuse de la couche au
repos peuvent être ajustées en jouant sur un ou plusieurs paramètres parmi,
notamment, le grammage du voile, le diamètre des fibres du voile, la
composition
des fibres du voile, la composition de la matrice polymère, de manière à
obtenir
une couche réalisant un compromis avantageux entre flou et transmission
lumineuse.
En variante, le vitrage peut également comprendre plusieurs portions de
guide d'onde ou plusieurs guides d'onde distincts 6a, 6b, à l'intersection
desquels
(ou sur la tranche 9', opposée à la tranche recevant les sources, desquels) se
trouve la structure fibreuse 10, et se trouvant notamment sur un même plan
(ainsi
que la structure fibreuse). Le vitrage peut aussi en variante avoir une
pluralité de
zones de lumière, la ou les zones lumineuses occupant par exemple au moins
50 %, voire 80 % de la surface d'au moins une face, étant de géométrie donnée
(rectangulaire, carré, rond ...) et/ou régulièrement réparties pour fournir un
éclairage décoratif. Le vitrage a généralement avantageusement une seule face
éclairante 3, constituant par exemple un luminaire. On peut aussi disposer un
miroir en regard du contre verre. Le vitrage peut ainsi servir de miroir
(notamment
lorsque le vitrage est destiné à des applications bâtiments) le jour et de
source
d'éclairement la nuit.
Dans la figure 2 le vitrage diffère du précédent par les caractéristiques
techniques suivantes : le verre 2 est feuilleté avec le verre 2'
(éventuellement de
dimensions ou formes différentes), au moyen de deux intercalaires 13, 13' (ou
parties d'intercalaire) de feuilletage tels que du PVB, de préférence
(extra)clair
(ou un clair et un teinté), et d'épaisseur par exemple de 0.38 mm chacun, ces
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intercalaires présentant en outre un indice de réfraction de 1.48, entre
lesquels se
trouve le guide d'onde 6 et la structure fibreuse 10.
Le vitrage selon l'invention peut servir dans de multiples applications, en
particulier dans l'automobile (généralement sous forme d'un vitrage feuilleté
ou
monolithique), mais aussi éventuellement dans le bâtiment, intérieur comme
extérieur (en particulier sous forme d'un vitrage isolant multiple, par
exemple pour
l'éclairage de façades de bâtiments ...), les lampes planes, etc.
