EP4634569A1 - Dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière muni d'une structure multicouche - Google Patents

Dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière muni d'une structure multicouche

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EP4634569A1
EP4634569A1 EP23836730.4A EP23836730A EP4634569A1 EP 4634569 A1 EP4634569 A1 EP 4634569A1 EP 23836730 A EP23836730 A EP 23836730A EP 4634569 A1 EP4634569 A1 EP 4634569A1
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EP
European Patent Office
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light
layer
light guide
core
electrodes
Prior art date
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Pending
Application number
EP23836730.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eduardo ALVEAR
Mickael MIMOUN
Rabih TALEB
Hafid El-Idrissi
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Valeo Vision SAS
Original Assignee
Valeo Vision SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Vision SAS filed Critical Valeo Vision SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • F21W2104/00—Exterior vehicle lighting devices for decorative purposes

Definitions

  • the present invention belongs to the field of lighting, in particular lighting for motor vehicles.
  • the invention relates in particular to a vehicle lighting device comprising a light guide that is at least partially transparent or translucent, as well as a method for controlling such a lighting device.
  • the light device can be mounted in a motor vehicle headlight.
  • the present invention also finds applications in light devices intended for photometric lighting and/or signaling functions of a vehicle, for the interior lighting of the latter (mounted for example in the ceiling light of the vehicle), or even in light devices producing a signature or visual animations on the vehicle.
  • the light beam can be a lighting beam with a scrolling effect, known as a “tracer” effect.
  • a light device conventionally comprising a light guide at least partially transparent or translucent, two essentially point light sources, of the electroluminescence diode type, arranged at the ends of the light guide, and a device for controlling the two sources luminous.
  • the control device present within the light device is configured to control the ignition of each of the light sources. More precisely, during the process of controlling the ignition of the light sources, the two light sources are controlled according to different control laws so as to create a lighting effect of the scrolling or "tracer" type on one side of the guide of light towards the other side of the light guide. In other words, the light appears to move in the light guide from the first light source to the second light source until the light guide is fully illuminated.
  • the light device described in this patent document requires two light sources, arranged at both ends of the light guide. In addition, it does not allow segmentation (also called pixelation) of the light emitted by the light guide.
  • segmentation also called pixelation
  • a solution is unsuitable when one wishes to obtain a flexible light guide and/or having a particular geometry, due to the arrangement of all the light sources along the light guide.
  • such a solution requires choosing a particular inter-light source distance, which is restrictive, and also entails significant costs due to the multiplicity of light sources.
  • the present invention improves the situation.
  • An objective of the invention is to propose a vehicle lighting device comprising a light guide at least partially transparent or translucent, which allows segmentation (or pixelation) of the light guide using only a single light source arranged at one end of the light guide, while alleviating constraints and reducing costs. Another objective is to propose such a light device allowing the use of a flexible light guide and/or presenting any type of geometry.
  • a first aspect of the invention relates to a vehicle lighting device comprising a light guide at least partially transparent or translucent, and a light source arranged at one end of the light guide, the light guide comprising a transparent core or translucent, the light source being configured to emit a source beam into the core of the light guide.
  • the term “light guide” means any optical part capable of guiding light over its length by total internal reflection of this light, for example from an entry zone to an exit zone.
  • the light guide core is configured so as to allow the light to exit this part via at least one lateral side thereof, that is to say via a face of the optical part whose normal is perpendicular to the longitudinal axis of the part along which the part extends.
  • the light guide core may include return elements making it possible to reflect light rays towards the lateral side.
  • the return elements can be microstructures, prisms, or even suspended particles integrated into the light guide core.
  • the light guide is typically a cylindrical light guide or a surface light guide.
  • the light guide is an optical fiber, typically a diffusing and/or flexible optical fiber.
  • the light source is preferably an essentially point light source, of the electroluminescence diode type.
  • the light guide further comprises a multilayer structure attached to the core and comprising a substrate, a reflective layer, and a layer of electrochromic material structured into a plurality of elements, each element being encapsulated in a layer of electrolyte and being connected to a pair of electrodes capable of receiving an electrical voltage, each element being capable of receiving light rays incident by a surface and of returning light rays among the light rays incident from said surface, said returned light rays having a wavelength included in an interval defined at least by properties of the electrochromic material of said layer and/or by a thickness of the layer of electrochromic material, and the light device further comprises an electrical control circuit configured to control the electrical voltage across each pair of electrodes, such that when the electrical control circuit imposes a predefined electrical voltage value across the terminals of at least one of the pairs of electrodes, the light coming from the source beam and reflected by the reflective layer passes through the corresponding element and emerges into the core of the light guide with a predetermined wavelength in the visible spectrum,
  • the light device according to the invention allows segmentation (or pixelation) of the light guide using only a single light source arranged at one end of the light guide, and which helps to alleviate constraints and reduce costs. Furthermore, the light device according to the invention allows the use of a flexible light guide and/or having any type of geometry, unlike the solution of the prior art consisting of having numerous light sources throughout the guide. light.
  • the light device according to the invention is finally particularly compact, allows a variable inter-element distance, and imposes fewer limitations as to the number of frames in the generated visual animation.
  • the radiation of the source beam is partially or entirely in the visible spectrum.
  • all the elements of the layer of electrochromic material are identical (in other words of the same dimensions when not electrically powered).
  • the light source is configured to emit a monochrome source beam having said predetermined wavelength in the visible spectrum.
  • This makes it possible to obtain better efficiency in terms of light intensity restored at the output of the light guide, in other words downstream of the layer of electrochromic material (the upstream and downstream being defined relative to the direction of travel of the light emitted by the light source and reflected by the reflective layer).
  • a light source configured to emit red light, the elements of the layer of electrochromic material then being electrically powered so as to only emit red light rays downstream.
  • Such a light guide thus configured allows the light device to perform a signaling function of the flashing or stop light type.
  • a light source configured to emit blue colored light
  • the elements of the layer of electrochromic material each encapsulated in the electrolyte layer then being electrically powered so as to only bring out downstream blue light rays. This makes it possible to obtain very high luminous efficiency restored at the output of the light guide (large quantity of blue rays obtained at the output).
  • the light source is a laser source or a light-emitting diode.
  • the electrochromic material belongs to the family of organic transparent conductive oxide materials, in particular a transparent conductive polymer of the PEDOT:PSS, PEDOT:Tos, T34bT, or cellulose type.
  • a transparent conductive polymer of the PEDOT:PSS, PEDOT:Tos, T34bT, or cellulose type makes it possible to create a Fabry-Pérot cavity, which is flexible and transparent.
  • an electrochromic material is in contact with the electrolyte layer so that under electrical stimulation, for example when applying an electrical voltage to the electrolyte layer, the ions of the electrolyte layer electrolyte migrate into the layer of electrochromic material.
  • the quantity of “migrating” ions depends on the value of the applied electrical quantity. The more “migrating” ions there are, the thicker the layer of electrochromic material becomes.
  • Oxidation-reduction reactions can occur between the layer of electrochromic material and the “migrating” ions so as to modify the thickness and/or the properties of this layer.
  • the layer of electrochromic materials is electrochemically adjustable.
  • the light guide is a diffusing and/or flexible optical fiber.
  • an optical fiber includes a core part and a cladding surrounding the core.
  • the sheath is transparent while the core part allows total internal reflection.
  • the refractive index of the core part is then slightly higher than the refractive index of the sheath enveloping the core.
  • Fiber optic light guides allow light to be guided from a light source to various locations without having to suffer from significant transmission losses.
  • Such an optical fiber has the advantage, in addition to its flexibility which makes it suitable for certain applications, of presenting a homogeneous structure (unlike rigid and extruded light guides for example, which have rough edges).
  • the electrical voltage across each pair of electrodes is between -1 V and + 1 V.
  • Such control can be ensured in practice by low electrical voltage levels, less than 1 V in absolute value for the layer of electrochromic material, which results in low energy consumption.
  • the pair of electrodes comprises a working electrode (called a “working electrode” in English) and a system of electrodes comprising a counter electrode (called a “counter electrode” in English) and a reference electrode. (called “reference electrode” in English).
  • the light guide further comprises a layer of phosphor material attached to the heart of the light guide, opposite the multilayer structure.
  • the electrical control circuit imposes a predefined electrical voltage value corresponding to a blue color reflected at the output of the layer of electrochromic material, such a characteristic makes it possible to obtain light radiation of white color at the output of the light guide.
  • the light guide thus configured allows the light device to perform, for example, a daytime running light type automobile signaling function, or a decorative function for a welcome scenario, with the possibility of creating light animations .
  • the light guide further comprises a photoluminescent layer of nano-materials with quantum dots, said photoluminescent layer being attached to the heart of the light guide, opposite the multilayer structure.
  • quantum box means an electronic structure obtained from a semiconductor nanocrystal, of a size such that its electrons and holes are confined in the three dimensions of space. Depending on the particular size of the quantum dot, it emits light in a particular wavelength (band gap) when excited, either electrically or by luminescence. Quantum dots are generally deposited within a nanoscale layer using homogeneous thin film deposition technology. By controlling the quantity and density of quantum dots, this layer may not be visible when not excited by an electrical or luminescent stimulator.
  • the size of the quantum dots is chosen such that the light from the multilayer structure passes through the photoluminescent layer with a first predetermined wavelength in the visible spectrum, and emerges from the photoluminescent layer with a second wavelength. predetermined in the visible spectrum.
  • the first predetermined wavelength in the visible spectrum is substantially equal to 450 nm and corresponds to a monochrome source beam in the blue region of the visible spectrum.
  • the light guide further comprises a layer encapsulating the photoluminescent layer.
  • the substrate of the multilayer structure is provided with a power supply layer connected on the one hand to the electrical control circuit and on the other hand to the terminals of each pair of electrodes.
  • the power supply sheet consists of a flexible printed circuit board or a film on which electronic components are printed.
  • Another object of the invention relates to a vehicle headlight, in particular a motor vehicle, comprising a light device according to the invention.
  • Another object of the invention relates to a vehicle comprising a lighting device according to the invention.
  • vehicle means any type of vehicle such as a motor vehicle, a moped, a motorcycle, a storage robot in a warehouse, or any other vehicle capable of carrying at least one passenger or intended for the transport of people. or objects.
  • Another object of the invention relates to a method of controlling a vehicle lighting device according to the invention, the method being implemented by the electrical control circuit and comprising a step of controlling at least one voltage electrical across the pair of electrodes of an element of the multilayer structure, as a function of a setpoint, said setpoint being such that the light coming from the source beam and reflected by the reflective layer passes through said element and comes out into the core of the light guide with said predetermined wavelength in the visible spectrum.
  • Another object of the invention relates to a use of a light device according to the invention to perform a photometric lighting and/or signaling function of a vehicle, in particular a vehicle direction indicator function.
  • FIG. 1 is a schematic representation, in side view, of a lighting device according to the invention, the lighting device comprising a light source and an electrical control circuit;
  • FIG. 1 is a schematic representation, in longitudinal section view, of the light device of the according to a first embodiment of the invention, the light device comprising a layer of electrochromic material structured into a plurality of elements and being in an operating mode in which none of the elements of the layer is electrically powered by the circuit electric control;
  • FIG. 1 is a schematic representation, in longitudinal section view, of the light device of the according to a third embodiment of the invention.
  • the terms “horizontal”, “vertical” or “transverse”, “lower”, “upper”, “top”, “bottom”, “side” are defined in relation to the orientation of the light device or a part forming part of the light device according to the invention in which it is intended to be mounted in the vehicle.
  • the term “vertical” designates an orientation perpendicular to the horizon while the term “horizontal” designates an orientation parallel to the horizon.
  • the light device 1 comprises a light guide 6 at least partially transparent or translucent, a light source 8A, and an electrical control circuit 4.
  • the electrical control circuit 4 is for example connected to the electrical network of the vehicle.
  • the light guide 6 comprises a transparent or translucent core 10 and a sheath (not shown) enveloping the core 10.
  • the light guide 6 further comprises a multilayer structure 12 attached to the core 10.
  • the light guide 6 is elongated in a principal direction of extension D1 that is substantially horizontal.
  • the light guide 6 is typically a cylindrical light guide or a surface light guide, for example of square or round section.
  • the light guide 6 is a diffusing linear optical fiber, folded or not, and made of a flexible material, without this being limiting in the context of the present invention.
  • the optical fiber 6 is advantageously made of a plastic material that is at least partially transparent or translucent, in particular polycarbonate (also called PC) or polymethyl methacrylate (also called PMMA).
  • the optical fiber 6 is for example made of a material close to PMMA for the core of the fiber, and of another material close to a fluoro-polymer for the sheath.
  • the optical fiber 6 is for example obtained via a prior extrusion process, or via any other known manufacturing process.
  • the multilayer structure 12 is composed of the stack of a substrate 14, a reflective layer 16, and a layer of electrochromic material 18.
  • Substrate 14 is typically a flexible substrate.
  • the flexible substrate 14 is made of silicone, polycarbonate or PMMA.
  • the substrate 14 has for example a thickness of 500 microns.
  • the substrate 14 is for example provided with a power supply layer connected to the electrical control circuit 4.
  • the power supply layer is typically made up of a flexible printed circuit board or a film on which electronic components are printed .
  • the reflective layer 16 is typically a metallic layer.
  • the metal layer 16 is delimited by a first face and a second face.
  • the first face of the metal layer 16 is in contact with one face of the substrate 14.
  • the metal layer 16 may consist of aluminum, chromium or gold, or also of an alloy of at least two metals among the three metals mentioned above.
  • the metal layer 16 has, for example, a thickness of between 70 and 100 nm.
  • the layer of electrochromic material 18 is delimited by a third face 18A and a fourth face 18B.
  • Electrochromic means a material that changes color when an electrical voltage is applied to it for a short period of time. The color change is due to the fact that only one specific type of wavelengths, for example wavelengths of a specific value or in a specific visible color spectrum, can come out of the electrochromic material layer 18 depending on the value of the applied electrical quantity. These specific wavelengths correspond to a color in the visible spectrum and arrive at the eyes of an observer. This therefore has the impression that the layer of material 18 has changed color. The material retains the new color after application as long as electrical voltage is applied to it.
  • the third and fourth faces 18A, 18B of the layer of electrochromic material 18 are substantially parallel to each other.
  • the third face 18A of the layer of electrochromic material 18 is in contact with the second face of the metal layer 16.
  • An incident light wave having a given spectrum of wavelengths, enters through the fourth face 18B then interferes with the material electrochrome 18.
  • the interference phenomenon leads to the electrochromic material 18 returning light rays through the fourth face 18B, only in a restricted range of wavelengths, or more simply, according to a given color.
  • the color returned by the layer of electrochromic material 18 is conditioned by the thickness of the cavity and/or by the intrinsic properties of the electrochromic material 18, its permittivity in particular, as well as by the reflective layer 16 used.
  • the electrochromic material is for example a polymer, such as a PEDOT type polymer (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)).
  • the PEDOT material used can be for example PEDOT:PSS, also called poly(3,4 ethylenedioxythiophene): poly(sodium styrene sulfonate, or PEDOT:Tos, also called poly(3,4 ethylenedioxythiophene):Tosylate.
  • D Other examples of organic transparent conductive oxide materials that can be used for the electrochromic material are cellulose. Such a family of organic transparent conductive oxide materials, also called TCO for “Transparent Conductive Oxide” in English, makes it possible to produce.
  • a Fabry-Pérot cavity which is flexible and transparent.
  • electrochromic material is electrochemically adjustable to the extent that oxidation-reduction reactions (also commonly called “redox”) can occur between this type of material and the. electrolyte under electrical stimulation (for example under electrical voltage.
  • redox oxidation-reduction reactions
  • other materials can be used as long as they have the properties suitable for an automotive application such as high ionic conductivity, transparent or colorless physical appearance).
  • the material in a resting state, flexible, as well as the electro-optical properties to form a Fabry-Pérot cavity in an excited state.
  • the material can be packaged as a solid cell. No restriction is attached to the electrochromic material used in the electrochromic material layer 18.
  • the electrochromic material may in particular be an organic material or an inorganic material.
  • the layer of electrochromic material 18 is here structured into N elements or pixels.
  • pixel a cell or individual element of the layer of electrochromic material 18.
  • a portion of the multilayer structure with N pixels P 1 , P 2 , P 3 ,... and P N is represented in the figures 2 to 6, with N equal to 6.
  • the layer of electrochromic material 18 is structured in a row of N pixels.
  • the row of N pixels extends along the main direction of extension D1.
  • Each pixel among the N pixels is encapsulated in an electrolyte solution or gel, to which is connected a pair of electrodes intended to polarize the corresponding pixel in electrical voltage.
  • the encapsulation and arrangement of the N pixels and the arrangement of the N pairs of corresponding electrodes on each pixel are carried out similar to those of a liquid crystal plate. All of the N pairs of electrodes are connected to a low voltage battery (not shown) and connected to the electrical control circuit 4 via the power supply layer of the substrate 14.
  • Such a pixel acts as a Fabry-Pérot cavity formed by the portion of the third face 18A and the portion of the corresponding fourth face 18B.
  • This cavity produces, from the light it receives, interference of a specific wavelength.
  • This interference results in multiple reflections of rays of a given wavelength propagating inside the cavity.
  • it is through a phenomenon of interference, and not absorption as when pigments or dyes are used, that the pixel produces, for an observer, a colored rendering.
  • Such a color is called “structural”, because it is obtained by interference of incident light rays with the electrochromic material.
  • the layer of electrochromic material 18 is thin at a sub-wavelength scale, for example of the order of a few nanometers thick or between 50 and 800 nm, for example between 75 and 300 nm, and therefore at the both space-saving and lightweight.
  • the display function being structurally linked to the layer of electrochromic material, the light device 1 is also very robust, in particular to mechanical shocks and temperature variations.
  • a Fabry-Pérot cavity can return approximately between 60% and 90% of the incident light intensity, which allows good visibility of the light device 1 in sunny weather.
  • Each element or pixel P 1 , P 2 , P 3 ,... and P N of the layer of electrochromic material 18 is thus capable of receiving light rays incident by a surface corresponding to the fourth face 18B of the layer of electrochromic material 18, and to return light rays among the light rays incident from this surface 18B.
  • the returned light rays have a wavelength included in an interval defined at least by properties of the electrochromic material and/or by a thickness of the layer of electrochromic material 18.
  • the light source 8A is arranged at one end of the light guide 6 and is configured to emit a source beam in the core 10 of the light guide 6.
  • the light source 8A is advantageously an essentially point light source, in particular of the semiconductor type. , for example of the electroluminescence diode type or even a laser source.
  • the light source 8A is configured to emit a monochrome source beam having a predetermined wavelength in the visible spectrum.
  • the electrical control circuit 4 makes it possible to control the electrical voltage across the N elements or pixels of the layer of electrochromic material 18.
  • a correspondence table between the desired color and the electrical voltage to be applied to the terminals of a pair of electrodes allows you to control the color change of the corresponding pixel using electrical voltage.
  • the correspondence table depends on the electrochromic material used. For example, the electrical voltage across a pair of electrodes varies between a minimum electrical voltage of – 1 Volts and a maximum electrical voltage of + 1 Volts.
  • the thickness of the layer of electrochromic material 18 has an influence on the color perceived by an observer. For example, a layer of PEDOT with a thickness equal to 220 nm, when it receives light with a broad band light spectrum, produces a red color by reflection.
  • all the elements P 1 , P 2 , P 3 ,... and P N of the layer of electrochromic material 18 are identical (therefore of the same thickness when no electrical voltage is applied to them), but the thickness of the layer of electrochromic material 18 is a function of the electrical supply voltage supplied by the electrical control circuit 4, which therefore influences the color perceived by an observer.
  • a layer 18 of PEDOT material produces by reflection a blue color (of wavelength substantially equal to 450 nm ) ; for an electrical supply voltage across a pair of electrodes substantially equal to 0.6 Volts, a layer 18 of PEDOT material produces a green color by reflection; for an electrical supply voltage across a pair of electrodes substantially equal to 0.9 Volts, a layer 18 of PEDOT material produces by reflection a red color (with a wavelength between 620 nm and 630 nm) .
  • the electrical control circuit 4 by receiving an instruction sent for example by a user, makes it possible to control the electrical voltage across each pair of electrodes in order to control the color of the corresponding pixel. More precisely, when the electrical control circuit 4 imposes a predefined electrical voltage value across one of the pairs of electrodes, the light coming from the source beam (emitted by the light source 8A) and reflected by the reflective layer 16 passes through the corresponding element or pixel P 1 , P 2 , P 3 ,...P N , and emerges in the core 10 of the light guide 6 with a predetermined wavelength in the visible spectrum. This predetermined wavelength is a function of the predefined electrical voltage value imposed across the terminals of the corresponding pair of electrodes.
  • the wavelength of the monochrome source beam emitted by the light source 8A is the same as this predetermined wavelength. This makes it possible to obtain better efficiency in terms of light intensity restored at the output of the light guide 6, in other words downstream of the layer of electrochromic material 18.
  • the photometric lighting and/or signaling function, or the signature or visual animation, produced by the light device 1 is thus made up of N pixels whose color is controlled by the electrical voltages ordered by the electrical control circuit 4.
  • This photometric lighting and/or signaling function, or this signature or visual animation, is thus customizable.
  • Figures 2 to 4 represent the light device 1 according to a first embodiment of the invention, in which the light guide 6 further comprises a layer of phosphor material 20 attached to the core 10 of the light guide 6, at the opposite the multilayer structure 12.
  • the light source 8A emits a monochrome source beam in the blue zone of the visible spectrum (and the electrical control circuit 4 imposes a predefined electrical voltage value corresponding to a blue color reflected at the output of the layer of electrochromic material 18)
  • the presence of such a layer of phosphor material 20 makes it possible to obtain white light radiation at the output of the light guide 6.
  • the light guide 6 further comprises a photoluminescent layer 22 of nano-materials with quantum dots, attached to the core 10 of the light guide 6, at the opposite the multilayer structure 12.
  • the light guide 6 further comprises a layer 24 for encapsulating the photoluminescent layer 22, such an encapsulation layer 24 being intended to protect a user with respect to the photoluminescent layer 22.
  • the size quantum dots of the photoluminescent layer 22 is chosen such that the light from the multilayer structure 12 passes through the photoluminescent layer 22 with a first predetermined wavelength in the visible spectrum, and emerges from the photoluminescent layer 22 with a second predetermined wavelength in the visible spectrum.
  • the first predetermined wavelength is substantially equal to 450 nm (which corresponds to a blue color), which means that the electrical control circuit 4 imposes a predefined electrical voltage value corresponding to a wavelength of 450 nm for the reflected radiation leaving the layer of electrochromic material 18.
  • the light device 1 there represents the light device 1 according to a third embodiment of the invention, in which the light guide 6 comprises neither layer of phosphor material 20, nor photoluminescent layer 22 of nano-materials with quantum dots.
  • the electrical control circuit 4 When a user or a third party system of the vehicle wishes to generate a visual animation on the light device 1, the latter sends an instruction to the electrical control circuit 4.
  • This instruction is representative of a set of electrical voltages to be applied to the elements or pixels of the layer of electrochromic material 18 (via their respective pairs of electrodes).
  • the set of electrical voltages translates a colored pattern to be displayed on the light guide 6 via the elements or pixels P 1 , P 2 , P 3 ,...P N.
  • the electrical control circuit 4 can selectively turn off or turn on the elements or pixels P 1 , P 2 , P 3 ,...P N , and control the electrical supply voltage of the latter to modify the color emitted by them.
  • the electrical control circuit 4 controls at high frequency the electrical voltage across each pair of electrodes, typically at a frequency substantially comprised between 10 Hz and 50 Hz.
  • the lighting beam generated by the light guide 6 of the light device 1 can be used advantageously to perform a regulatory photometric function, in particular a photometric lighting and/or signaling function of a vehicle, and preferably a function direction indicator of the vehicle.
  • the lighting beam generated by the light device 1 can also be used to perform a photometric function of the "daytime running light" type, or even be used within interior lighting of a vehicle (the light module being for example mounted in the vehicle's ceiling light), or to produce a signature or visual animations on the vehicle .

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Abstract

L'invention concerne un dispositif lumineux (1) de véhicule comportant un guide de lumière (6) au moins partiellement transparent ou translucide, et une source lumineuse (8A) disposée à une extrémité du guide de lumière (6), le guide de lumière (6) comprenant un cœur transparent ou translucide (10), la source lumineuse (8A) étant configurée pour émettre un faisceau source dans le cœur (10) du guide de lumière. Selon l'invention, le guide de lumière (6) comporte en outre une structure multicouche (12) accolée au cœur (10) et comprenant un substrat (14), une couche réfléchissante (16), et une couche de matériau électrochrome (18) structurée en une pluralité d'éléments (P1, P2, P3,…P6), chaque élément étant encapsulé dans une couche d'électrolyte et étant connecté à une paire d'électrodes apte à recevoir une tension électrique, et le dispositif lumineux (1) comporte en outre un circuit électrique de commande (4) configuré pour piloter la tension électrique aux bornes de chaque paire d'électrodes.

Description

    Dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière muni d’une structure multicouche
  • La présente invention appartient au domaine de l’éclairage, en particulier de l’éclairage pour véhicule automobile. L’invention vise notamment un dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière au moins partiellement transparent ou translucide, ainsi qu’un procédé de commande d’un tel dispositif lumineux. Sans que cela ne soit limitatif dans la cadre de la présente invention, le dispositif lumineux peut être monté dans un projecteur de véhicule automobile. La présente invention trouve également des applications dans des dispositifs lumineux destinés à des fonctions photométriques d’éclairage et/ou de signalisation d’un véhicule, à l’éclairage intérieur de ce dernier (montés par exemple dans le plafonnier du véhicule), ou encore dans des dispositifs lumineux produisant une signature ou des animations visuelles sur le véhicule.
    •  Etat de la technique
  • Dans le domaine de l’éclairage automobile, il est généralement connu des dispositifs lumineux montés dans un projecteur du véhicule pour projeter des faisceaux lumineux réalisant des fonctions photométriques d’éclairage et/ou de signalisation. En particulier, pour réaliser une fonction d’indicateur de direction du véhicule, le faisceau lumineux peut être un faisceau d’éclairage à effet défilant, dit effet « traceur ». Ce dernier est obtenu en utilisant un dispositif lumineux comportant classiquement un guide de lumière au moins partiellement transparent ou translucide, deux sources lumineuses essentiellement ponctuelles, du type diodes à électroluminescence, disposées aux extrémités du guide de lumière, et un dispositif de pilotage des deux sources lumineuses.
  • Le document de brevet publié US 10 436 413 B2 divulgue un tel dispositif lumineux. Le dispositif de pilotage présent au sein du dispositif lumineux est configuré pour effectuer la commande d’allumage de chacune des sources lumineuses. Plus précisément, au cours du procédé de commande d’allumage des sources lumineuses, les deux sources lumineuses sont pilotées selon des lois de commande différentes de sorte à créer un effet d’éclairage du type défilant ou « traceur » d’un côté du guide de lumière vers l’autre côté du guide de lumière. Autrement dit, la lumière semble se déplacer dans le guide de lumière depuis la première source lumineuse jusqu’à la seconde source lumineuse, et ce jusqu’à ce que le guide de lumière soit entièrement éclairé.
  • Cependant, le dispositif lumineux décrit dans ce document brevet requiert deux sources lumineuses, disposées aux deux extrémités du guide de lumière. En outre, il ne permet pas une segmentation (aussi appelée pixellisation) de la lumière émise par le guide de lumière. A cet effet, il est connu d’utiliser un dispositif lumineux comprenant un guide de lumière, et plusieurs sources lumineuses essentiellement ponctuelles, du type diodes à électroluminescence, disposées tout au long du guide de lumière. Chaque source lumineuse est alors configurée pour émettre de la lumière dans le cœur du guide de lumière, et correspond à un pixel distinct. Toutefois, une telle solution est inadaptée lorsque l’on souhaite obtenir un guide de lumière flexible et/ou présentant une géométrie particulière, du fait de la disposition de l’ensemble des sources lumineuses le long du guide de lumière. En outre, une telle solution impose de choisir une distance inter-sources lumineuses particulière, ce qui est contraignant, et entraîne par ailleurs des coûts importants du fait de la multiplicité des sources lumineuses.
    •
  • La présente invention vient améliorer la situation.
  • Un objectif de l’invention est de proposer un dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière au moins partiellement transparent ou translucide, qui permette une segmentation (ou pixellisation) du guide de lumière en n’utilisant qu’une seule source lumineuse disposée à une extrémité du guide de lumière, et ce tout en allégeant les contraintes et en réduisant les coûts. Un autre objectif est de proposer un tel dispositif lumineux permettant d’utiliser un guide de lumière flexible et/ou présentant tout type de géométrie.
  • A cet effet un premier aspect de l’invention concerne un dispositif lumineux de véhicule comportant un guide de lumière au moins partiellement transparent ou translucide, et une source lumineuse disposée à une extrémité du guide de lumière, le guide de lumière comprenant un cœur transparent ou translucide, la source lumineuse étant configurée pour émettre un faisceau source dans le cœur du guide de lumière. Ici, on entend par « guide de lumière » toute pièce optique apte à guider de la lumière sur sa longueur par réflexion interne totale de cette lumière, par exemple d'une zone d'entrée à une zone de sortie.
  • En outre, le cœur de guide de lumière est configuré de manière à permettre à la lumière de sortir de cette pièce par au moins un côté latéral de celle-ci, c’est-à-dire par une face de la pièce optique dont la normale est perpendiculaire à l’axe longitudinal de la pièce selon lequel s’étend la pièce. Pour ce faire, à titre d’exemple, le cœur de guide de lumière peut comprendre des éléments de renvoi permettant de réfléchir des rayons lumineux vers le côté latéral. Les éléments de renvoi peuvent être des microstructures, des prismes, ou encore des particules en suspension intégrées dans le cœur de guide de lumière.
  • Le guide de lumière est typiquement un guide de lumière cylindrique ou un guide de lumière surfacique. De manière optionnelle, mais préférentiellement, le guide de lumière est une fibre optique, typiquement une fibre optique diffusante et/ou flexible. La source lumineuse est de préférence une source lumineuse essentiellement ponctuelle, du type diode à électroluminescence.
  • Selon l’invention, le guide de lumière comporte en outre une structure multicouche accolée au cœur et comprenant un substrat, une couche réfléchissante, et une couche de matériau électrochrome structurée en une pluralité d’éléments, chaque élément étant encapsulé dans une couche d’électrolyte et étant connecté à une paire d’électrodes apte à recevoir une tension électrique, chaque élément étant apte à recevoir des rayons lumineux incidents par une surface et à renvoyer des rayons lumineux parmi les rayons lumineux incidents depuis ladite surface, lesdits rayons lumineux renvoyés ayant une longueur d’onde comprise dans un intervalle défini au moins par des propriétés du matériau électrochrome de ladite couche et/ou par une épaisseur de la couche de matériau électrochrome,
    et le dispositif lumineux comporte en outre un circuit électrique de commande configuré pour piloter la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes, de telle sorte que lorsque le circuit électrique de commande impose une valeur de tension électrique prédéfinie aux bornes d’au moins une des paires d’électrodes, la lumière issue du faisceau source et réfléchie par la couche réfléchissante traverse l’élément correspondant et ressort dans le cœur du guide de lumière avec une longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible, ladite longueur d’onde étant fonction de ladite valeur de tension électrique prédéfinie aux bornes de ladite au moins une paire d’électrodes.
  • Grâce à la présence d’une telle structure multicouche ainsi configurée, le dispositif lumineux selon l’invention autorise une segmentation (ou pixellisation) du guide de lumière en n’utilisant qu’une seule source lumineuse disposée à une extrémité du guide de lumière, et ce qui contribue à alléger les contraintes et à réduire les coûts. En outre, le dispositif lumineux selon l’invention permet d’utiliser un guide de lumière flexible et/ou présentant tout type de géométrie, contrairement à la solution de l’art antérieur consistant à disposer de nombreuses sources lumineuses tout au long du guide de lumière. Le dispositif lumineux selon l’invention est enfin particulièrement compact, autorise une distance inter-éléments variable, et impose moins de limitations quant au nombre de trames dans l’animation visuelle générée.
  • De préférence, le rayonnement du faisceau source est partiellement ou en totalité dans le spectre visible.
  • Avantageusement, tous les éléments de la couche de matériau électrochrome sont identiques (autrement dit de mêmes dimensions lorsque non alimentés électriquement).
  • Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la source lumineuse est configurée pour émettre un faisceau source monochrome présentant ladite longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible. Ceci permet d’obtenir une meilleure efficacité en termes d’intensité lumineuse restituée en sortie du guide de lumière, autrement dit en aval de la couche de matériau électrochrome (l’amont et l’aval étant définis relativement au sens de parcours de la lumière émise par la source lumineuse et réfléchie par la couche réfléchissante). Par exemple, il est possible d’utiliser une source lumineuse configurée pour émettre une lumière de couleur rouge, les éléments de la couche de matériau électrochrome étant alors alimentés électriquement de sorte à ne faire ressortir en aval que des rayons lumineux rouges. Un tel guide de lumière ainsi configuré permet au dispositif lumineux de réaliser une fonction de signalisation de type clignotant ou feu d’arrêt. Par exemple encore, il est possible également d’utiliser une source lumineuse configurée pour émettre une lumière de couleur bleue, les éléments de la couche de matériau électrochrome encapsulés chacun dans la couche électrolyte étant alors alimentés électriquement de sorte à ne faire ressortir en aval que des rayons lumineux bleus. Ceci permet d’obtenir une très grande efficacité lumineuse restituée en sortie du guide de lumière (grande quantité de rayons bleus obtenue en sortie).
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, la source lumineuse est une source laser ou une diode électroluminescente.
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, le matériau électrochrome appartient à la famille des matériaux d’oxyde conducteur transparent organique, notamment un polymère conducteur transparent de type PEDOT:PSS, PEDOT:Tos, T34bT, ou cellulose. Un tel matériau permet de réaliser une cavité Fabry-Pérot, qui est flexible et transparente. Par ailleurs, un tel matériau électrochrome est au contact avec la couche d’électrolyte de façon que sous une stimulation électrique, par exemple lors de l’application d’une tension électrique à la couche d’électrolyte, les ions de la couche d’électrolyte migrent dans la couche de matériau électrochrome. La quantité des ions « migrants » dépend de la valeur de la grandeur électrique appliquée. Plus les ions « migrants » sont nombreux, plus la couche de matériau électrochrome s’épaissit.
  • Des réactions oxydo-réduction peuvent se produire entre la couche de matériau électrochrome et les ions « migrants » de manière à modifier l’épaisseur et/ou les propriétés de cette couche. Ainsi, la couche de matériaux électrochrome est réglable électrochimiquement.
  • De manière optionnelle, le guide de lumière est une fibre optique diffusante et/ou flexible. Par définition, une fibre optique comprend une partie de cœur et une gaine enveloppant le cœur. De manière générale, la gaine est transparente tandis que la partie de cœur permet une réflexion totale interne. L’indice de réfraction de la partie de cœur est alors légèrement plus élevé que l’indice de réfraction de la gaine enveloppant le cœur. Les guides de lumière de type fibre optique permettent de guider la lumière depuis une source de lumière vers des emplacements divers sans avoir à souffrir de pertes de transmission importantes. Une telle fibre optique a pour avantage, outre sa flexibilité qui la rend adaptée à certaines applications, de présenter une structure homogène (contrairement à des guides de lumière rigides et extrudés par exemple, qui présentent des aspérités).
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes est comprise entre -1 V et + 1 V. Un tel contrôle peut être assuré en pratique par des niveaux de tension électrique bas, inférieur à 1 V en valeur absolue pour la couche de matériau électrochrome, ce qui induit une faible consommation énergétique.
  • A titre d’exemple, la paire d’électrodes comprend une électrode de travail (appelée « working electrode » en anglais) et un système d’électrodes comportant une contre-électrode (appelée « counter electrode » en anglais) et une électrode de référence (appelée « reference electrode » en anglais).
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, le guide de lumière comporte en outre une couche de matériau phosphore accolée au cœur du guide de lumière, à l’opposé de la structure multicouche. Lorsque le circuit électrique de commande impose une valeur de tension électrique prédéfinie correspondant à une couleur bleue réfléchie en sortie de la couche de matériau électrochrome, une telle caractéristique permet d’obtenir un rayonnement lumineux de couleur blanche en sortie du guide de lumière. Le guide de lumière ainsi configuré permet au dispositif lumineux de réaliser par exemple une fonction de signalisation automobile de type feu diurne, ou une fonction décorative pour un scénario de bienvenue (« welcome scenario » en anglais), avec une possibilité de créer des animations lumineuses.
  • Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le guide de lumière comporte en outre une couche photoluminescente de nano-matériaux à boîtes quantiques, ladite couche photoluminescente étant accolée au cœur du guide de lumière, à l’opposé de la structure multicouche. Ceci permet d’obtenir une illuminance élevée ainsi qu’une bonne visibilité en sortie du guide de lumière, tout en minimisant la consommation énergétique du dispositif lumineux.
  • Ici, on entend par « boîte quantique » une structure électronique obtenue à partir d'un nanocristal semi-conducteur, d'une taille telle que ses électrons et ses trous sont confinés dans les trois dimensions de l'espace. Selon la taille particulière de la boîte quantique, cette dernière émet de la lumière dans une longueur d'onde particulière (bande interdite) lorsqu'elle est excitée, soit électriquement, soit par luminescence. Des boîtes quantiques sont généralement déposées au sein d’une couche nanométrique à l'aide d'une technologie de dépôt homogène de couches minces. En contrôlant la quantité et la densité des boîtes quantiques, cette couche peut ne pas être visible lorsqu'elle n'est pas excitée par un stimulateur électrique ou luminescent.
  • Avantageusement, la taille des boîtes quantiques est choisie de telle sorte que la lumière issue de la structure multicouche traverse la couche photoluminescente avec une première longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible, et ressort de la couche photoluminescente avec une seconde longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible. Ceci permet d’obtenir un rayonnement lumineux dans le spectre visible en sortie du guide de lumière, dont la longueur d’onde correspond à la seconde longueur d’onde prédéterminée et peut être avantageusement choisie en adaptant la taille des boîtes quantiques. De préférence, la première longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible est sensiblement égale à 450 nm et correspond à un faisceau source monochrome dans la zone du bleu du spectre visible.
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, le guide de lumière comporte en outre une couche d’encapsulation de la couche photoluminescente.
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, le substrat de la structure multicouche est muni d’une nappe d’alimentation reliée d’une part au circuit électrique de commande et d’autre part aux bornes de chaque paire d’électrodes.
  • Avantageusement, la nappe d’alimentation est constituée d’une carte de circuit imprimé flexible ou d’un film sur lequel des composants électroniques sont imprimés.
  • Un autre objet de l’invention concerne un projecteur de véhicule, notamment de véhicule automobile, comprenant un dispositif lumineux selon l’invention.
  • Un autre objet de l’invention concerne un véhicule comprenant un dispositif lumineux selon l’invention.
  • Ici, on entend par « véhicule » tout type de véhicule tel qu’un véhicule automobile, un cyclomoteur, une motocyclette, un robot de stockage dans un entrepôt, ou toute autre engin apte à embarquer au moins un passager ou destiné au transport de personnes ou d’objets.
  • Un autre objet de l’invention concerne un procédé de commande d’un dispositif lumineux de véhicule selon l’invention, le procédé étant mis en œuvre par le circuit électrique de commande et comportant une étape de commande de pilotage d’au moins une tension électrique aux bornes de la paire d’électrodes d’un élément de la structure multicouche, en fonction d’une consigne, ladite consigne étant telle que la lumière issue du faisceau source et réfléchie par la couche réfléchissante traverse ledit élément et ressort dans le cœur du guide de lumière avec ladite longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible.
  • Un autre objet de l’invention concerne une utilisation d’un dispositif lumineux selon l’invention pour réaliser une fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation d’un véhicule, en particulier une fonction d’indicateur de direction du véhicule.
    •
  • D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
  • est une représentation schématique, en vue latérale, d’un dispositif lumineux selon l’invention, le dispositif lumineux comprenant une source lumineuse et un circuit électrique de commande ;
  • est une représentation schématique, en vue en coupe longitudinale, du dispositif lumineux de la selon un premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif lumineux comprenant une couche de matériau électrochrome structurée en une pluralité d’éléments et étant dans un mode de fonctionnement dans lequel aucun des éléments de la couche n’est alimenté électriquement par le circuit électrique de commande ;
  • est une vue analogue à celle de la , dans un mode de fonctionnement du dispositif lumineux dans lequel deux des éléments de la couche sont alimentés électriquement par le circuit électrique de commande ;
  • est une vue analogue à celle de la , dans un mode de fonctionnement du dispositif lumineux dans lequel tous les éléments de la couche sont alimentés électriquement par le circuit électrique de commande ;
  • est une représentation schématique, en vue en coupe longitudinale, du dispositif lumineux de la selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et
  • est une représentation schématique, en vue en coupe longitudinale, du dispositif lumineux de la selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
  • Dans ce document, les termes « horizontal », « vertical » ou « transversal », « inférieur », « supérieur », « haut », « bas », « côté » sont définis par rapport à l’orientation du dispositif lumineux ou une pièce faisant partie du dispositif lumineux selon l’invention dans laquelle elle est destinée à être montée dans le véhicule. En particulier, dans cette demande, le terme « vertical » désigne une orientation perpendiculaire à l’horizon tandis que le terme « horizontal » désigne une orientation parallèle à l’horizon.
    •  Description détaillée
  • La est une représentation schématique, en vue latérale, d’un dispositif lumineux 1 de véhicule selon l’invention. Le dispositif lumineux 1 comprend un guide de lumière 6 au moins partiellement transparent ou translucide, une source lumineuse 8A, et un circuit électrique de commande 4. Le circuit électrique de commande 4 est par exemple connecté au réseau électrique du véhicule.
  • Comme illustré sur les figures 2 à 6, le guide de lumière 6 comporte un cœur 10 transparent ou translucide et une gaine (non représentée) enveloppant le cœur 10. Le guide de lumière 6 comporte en outre une structure multicouche 12 accolée au cœur 10.
  • Le guide de lumière 6 est allongé selon une direction principale d’extension D1 sensiblement horizontale. Le guide de lumière 6 est typiquement un guide de lumière cylindrique ou un guide de lumière surfacique, par exemple de section carrée ou ronde. Selon un exemple, le guide de lumière 6 est une fibre optique linéaire diffusante, pliée ou non, et constituée d’un matériau flexible, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. La fibre optique 6 est avantageusement constituée d’un matériau plastique au moins partiellement transparent ou translucide, notamment du polycarbonate (aussi appelé PC) ou encore du polyméthacrylate de méthyle (aussi appelé PMMA). La fibre optique 6 est par exemple constituée d'un matériau proche du PMMA pour le cœur de la fibre, et d’un autre matériau proche d'un fluoro-polymère pour la gaine. La fibre optique 6 est par exemple obtenue via un processus préalable d’extrusion, ou via tout autre processus de fabrication connu.
  • Comme illustré sur les figures 2 à 6, la structure multicouche 12 est composée de l’empilement d’un substrat 14, d’une couche réfléchissante 16, et d’une couche de matériau électrochrome 18.
  • Le substrat 14 est typiquement un substrat flexible. Par exemple, le substrat flexible 14 est en silicone, en polycarbonate ou en PMMA. Le substrat 14 a par exemple une épaisseur de 500 microns. Le substrat 14 est par exemple muni d’une nappe d’alimentation reliée au circuit électrique de commande 4. La nappe d’alimentation est typiquement constituée d’une carte de circuit imprimé flexible ou d’un film sur lequel des composants électroniques sont imprimés.
  • La couche réfléchissante 16 est typiquement une couche métallique. La couche métallique 16 est délimitée par une première face et une deuxième face. La première face de la couche métallique 16 est en contact avec une face du substrat 14. Par exemple, la couche métallique 16 peut être constituée d’aluminium, de chrome ou d’or, ou également d’un alliage d’au moins deux métaux parmi les trois métaux cités précédemment. La couche métallique 16 a par exemple une épaisseur comprise entre 70 et 100 nm.
  • La couche de matériau électrochrome 18 est délimitée par une troisième face 18A et une quatrième face 18B. Par électrochrome, il est entendu un matériau qui change de couleur lorsqu’une tension électrique lui est appliquée pendant une durée courte. Le changement de couleur est dû au fait qu’un seul type spécifique de longueurs d’onde, par exemple les longueurs d’onde d’une valeur spécifique ou dans un spectre de couleur visible spécifique, peut sortir de la couche de matériau électrochrome 18 en fonction de la valeur de la grandeur électrique appliquée. Ces longueurs d’onde spécifiques correspondent à une couleur dans le spectre visible et arrivent aux yeux d’un observateur. Celui-ci a donc l’impression que la couche de matériau 18 a changé de couleur. Le matériau conserve la nouvelle couleur après l’application tant que de la tension électrique lui est appliquée. Les troisième et quatrième faces 18A, 18B de la couche de matériau électrochrome 18 sont sensiblement parallèles l’une à l’autre. La troisième face 18A de la couche de matériau électrochrome 18 est en contact avec la deuxième face de la couche métallique 16. Une onde lumineuse incidente, ayant un spectre donné de longueurs d’onde, entre par la quatrième face 18B puis interfère avec le matériau électrochrome 18. Le phénomène d’interférence conduit à ce que le matériau électrochrome 18 renvoie des rayons lumineux par la quatrième face 18B, uniquement dans une gamme de longueurs d’onde restreinte, ou plus simplement, selon une couleur donnée. La couleur renvoyée par la couche de matériau électrochrome 18 est conditionnée par l’épaisseur de la cavité et/ou par les propriétés intrinsèques du matériau électrochrome 18, sa permittivité notamment, ainsi que par la couche réfléchissante 16 utilisée.
  • Le matériau électrochrome est par exemple un polymère, tel qu’un polymère de type PEDOT (poly(3,4-éthylènedioxythiophène)). Le matériau PEDOT utilisé peut être par exemple du PEDOT:PSS, aussi appelé poly(3,4 éthylènedioxythiophène) : poly(styrène-sulfonate de sodium, ou du PEDOT:Tos, aussi appelé poly(3,4 éthylènedioxythiophène) :Tosylate. D’autres exemples de matériaux d’oxyde conducteur transparent organique pouvant être utilisés pour le matériau électrochrome sont de la cellulose. Une telle famille de matériaux d’oxyde conducteur transparent organique, aussi appelés TCO pour « Transparent Conductive Oxide » en anglais, permet de réaliser une cavité Fabry-Pérot, qui est flexible et transparente. Par ailleurs, un tel matériau électrochrome est réglable électrochimiquement dans la mesure où des réactions oxydo-réductions(encore communément appelé « redox ») peuvent se produire entre ce type de matériau et l’électrolyte sous une stimulation électrique (par exemple sous une tension électrique). Bien entendu, d’autres matériaux peuvent être utilisés tant qu’ils présentent les propriétés adaptées à une application automobile telles qu’une conductivité ionique élevée, un aspect physique transparent ou incolore dans un état de repos, flexible, ainsi que les propriétés électro-optiques pour former une cavité Fabry-Pérot dans un état excité. En outre, le matériau peut être emballé comme une cellule solide. Aucune restriction n’est attachée au matériau électrochrome utilisé dans la couche de matériau électrochrome 18. Le matériau électrochrome peut notamment être un matériau organique ou un matériau inorganique.
  • La couche de matériau électrochrome 18 est ici structurée en N éléments ou pixels. On entend en effet ici par « pixel » une cellule ou élément individuel de la couche de matériau électrochrome 18. Une portion de la structure multicouche avec N pixels P1, P2, P3,… et PN, est représentée sur les figures 2 à 6, avec N égal à 6. Par exemple, la couche de matériau électrochrome 18 est structurée en une rangée de N pixels. Dans l’exemple illustré, la rangée de N pixels s’étend suivant la direction principale d’extension D1. Chaque pixel parmi les N pixels est encapsulé dans une solution ou un gel d’électrolyte, auquel est connectée une paire d’électrodes prévue pour polariser en tension électrique le pixel correspondant. L’encapsulation et l’agencement des N pixels et l’agencement des N paires d’électrodes correspondantes sur chaque pixel sont effectués similairement à ceux d’une plaque de cristaux liquides. L’ensemble des N paires d’électrodes est connecté à une batterie basse tension (non représentée) et relié au circuit électrique de commande 4 via la nappe d’alimentation du substrat 14.
  • On décrit ci-après comment est pilotée la couleur d’un pixel parmi les N pixels de la couche de matériau électrochrome 18. Un tel pixel agit comme une cavité Fabry-Pérot formée par la portion de la troisième face 18A et la portion de la quatrième face 18B correspondantes. Cette cavité produit, à partir de la lumière qu’elle reçoit, des interférences de longueur d’onde déterminée. Ces interférences se traduisent par des réflexions multiples de rayons d’une longueur d’onde donnée se propageant à l’intérieur de la cavité. De fait, c’est par un phénomène d’interférences, et non d’absorption comme lorsque des pigments ou des colorants sont utilisés, que le pixel produit, pour un observateur, un rendu coloré. On appelle une telle couleur “structurelle”, car obtenue par interférence de rayons lumineux incidents avec le matériau électrochrome. La couche de matériau électrochrome 18 est fine à une échelle sub-longueur d’onde, par exemple de l’ordre de quelques nanomètres d’épaisseur ou comprise entre 50 et 800 nm, par exemple entre 75 et 300 nm, et donc à la fois peu encombrante et légère. La fonction d’affichage étant structurellement liée à la couche de matériau électrochrome, le dispositif lumineux 1 est également très robuste, notamment aux chocs mécaniques et aux variations de température. Une cavité Fabry-Pérot peut renvoyer environ entre 60% et 90 % de l’intensité lumineuse incidente, ce qui permet une bonne visibilité du dispositif lumineux 1 par temps ensoleillé. Davantage de détails sur une telle couche de matériau électrochrome 18, ainsi que sur la manière de choisir une couleur à partir du traitement UV qui est appliqué au matériau électrochrome, de l’intensité du traitement et de sa durée notamment, en fonction du matériau électrochrome et en fonction de la couche réfléchissante 16, sont détaillés dans l’article “Tunable Structural Color Images by UV-Patterned Conducting Polymer Nanofilms on Metal Surfaces”, de Shangzi Chen et Al, Advanced Materials, 2021, 33, 2102451, publié par Wiley-VCH GmBH.
  • Chaque élément ou pixel P1, P2, P3,… et PNde la couche de matériau électrochrome 18 est ainsi apte à recevoir des rayons lumineux incidents par une surface correspondant à la quatrième face 18B de la couche de matériau électrochrome 18, et à renvoyer des rayons lumineux parmi les rayons lumineux incidents depuis cette surface 18B. Comme indiqué plus haut, les rayons lumineux renvoyés ont une longueur d’onde comprise dans un intervalle défini au moins par des propriétés du matériau électrochrome et/ou par une épaisseur de la couche de matériau électrochrome 18.
  • La source lumineuse 8A est disposée à une extrémité du guide de lumière 6 et est configurée pour émettre un faisceau source dans le cœur 10 du guide de lumière 6. La source lumineuse 8A est avantageusement une source lumineuse essentiellement ponctuelle, notamment du type semi-conducteur, par exemple du type diode à électroluminescence ou encore une source laser. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la source lumineuse 8A est configurée pour émettre un faisceau source monochrome présentant une longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible.
  • Le circuit électrique de commande 4 permet de commander la tension électrique aux bornes des N éléments ou pixels de la couche de matériau électrochrome 18. Une table de correspondance entre la couleur souhaitée et la tension électrique à appliquer aux bornes d’une paire d’électrodes permet de commander en tension électrique le changement de couleur du pixel correspondant. La table de correspondance dépend du matériau électrochrome utilisé. Par exemple, la tension électrique aux bornes d’une paire d’électrodes varie entre une tension électrique minimale de – 1 Volts et une tension électrique maximale de + 1 Volts. L’épaisseur de la couche de matériau électrochrome 18 a une influence sur la couleur perçue par un observateur. Par exemple, une couche de PEDOT d’épaisseur égale à 220 nm, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux à large bande, produit par réflexion une couleur rouge. Une couche de PEDOT d’épaisseur égale à 170 nm, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux à large bande, produit par réflexion une couleur verte. Une couche de PEDOT d’épaisseur égale à 130 nm, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux à large bande, produit par réflexion une couleur bleue. Dans la présente invention, tous les éléments P1, P2, P3,… et PN de la couche de matériau électrochrome 18 sont identiques (donc de même épaisseur lorsqu’aucune tension électrique ne leur est appliquée), mais l’épaisseur de la couche de matériau électrochrome 18 est fonction de la tension électrique d’alimentation fournie par le circuit électrique de commande 4, ce qui influence donc la couleur perçue par un observateur. Par exemple, pour une tension électrique d’alimentation aux bornes d’une paire d’électrodes sensiblement égale à 0,3 Volts, une couche 18 de matériau PEDOT produit par réflexion une couleur bleue (de longueur d’onde sensiblement égale à 450 nm) ; pour une tension électrique d’alimentation aux bornes d’une paire d’électrodes sensiblement égale à 0,6 Volts, une couche 18 de matériau PEDOT produit par réflexion une couleur verte ; pour une tension électrique d’alimentation aux bornes d’une paire d’électrodes sensiblement égale à 0,9 Volts, une couche 18 de matériau PEDOT produit par réflexion une couleur rouge (de longueur d’onde comprise entre 620 nm et 630 nm).
  • Ainsi, le circuit électrique de commande 4, par réception d’une consigne envoyée par exemple par un utilisateur, permet de piloter la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes afin de contrôler la couleur du pixel correspondant. Plus précisément, lorsque le circuit électrique de commande 4 impose une valeur de tension électrique prédéfinie aux bornes d’une des paires d’électrodes, la lumière issue du faisceau source (émis par la source lumineuse 8A) et réfléchie par la couche réfléchissante 16 traverse l’élément ou pixel correspondant P1, P2, P3,…PN, et ressort dans le cœur 10 du guide de lumière 6 avec une longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible. Cette longueur d’onde prédéterminée est fonction de la valeur de tension électrique prédéfinie imposée aux bornes de la paire d’électrodes correspondante. Avantageusement, la longueur d’onde du faisceau source monochrome émis par la source lumineuse 8A est la même que cette longueur d’onde prédéterminée. Ceci permet d’obtenir une meilleure efficacité en termes d’intensité lumineuse restituée en sortie du guide de lumière 6, autrement dit en aval de la couche de matériau électrochrome 18.
  • La fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation, ou la signature ou l’animation visuelle, produite par le dispositif lumineux 1, est ainsi constituée des N pixels dont la couleur est pilotée par les tensions électriques ordonnées par le circuit électrique de commande 4. Cette fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation, ou cette signature ou animation visuelle, est ainsi personnalisable.
  • Les figures 2 à 4 représentent le dispositif lumineux 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel le guide de lumière 6 comporte en outre une couche de matériau phosphore 20 accolée au cœur 10 du guide de lumière 6, à l’opposé de la structure multicouche 12. Lorsque la source lumineuse 8A émet un faisceau source monochrome dans la zone du bleu du spectre visible (et que le circuit électrique de commande 4 impose une valeur de tension électrique prédéfinie correspondant à une couleur bleue réfléchie en sortie de la couche de matériau électrochrome 18), la présence d’une telle couche de matériau phosphore 20 permet d’obtenir un rayonnement lumineux de couleur blanche en sortie du guide de lumière 6.
  • Sur la aucun des éléments ou pixels P1, P2, P3,…PNde la couche de matériau électrochrome 18 n’est alimenté électriquement par le circuit électrique de commande 4. Sur la deux éléments ou pixels P3, P4 de la couche de matériau électrochrome 18 sont alimentés électriquement (via leurs paires d’électrodes respectives) par le circuit électrique de commande 4. Sur la enfin, tous les éléments ou pixels P1, P2, P3,…PNsont alimentés électriquement (via leurs paires d’électrodes respectives) par le circuit électrique de commande 4.
  • La représente le dispositif lumineux 1 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel le guide de lumière 6 comporte en outre une couche photoluminescente 22 de nano-matériaux à boîtes quantiques, accolée au cœur 10 du guide de lumière 6, à l’opposé de la structure multicouche 12. De préférence, comme illustré sur la , le guide de lumière 6 comporte en outre une couche 24 d’encapsulation de la couche photoluminescente 22, une telle couche d’encapsulation 24 étant destinée à protéger un utilisateur vis-à-vis de la couche photoluminescente 22. De préférence, la taille des boîtes quantiques de la couche photoluminescente 22 est choisie de telle sorte que la lumière issue de la structure multicouche 12 traverse la couche photoluminescente 22 avec une première longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible, et ressort de la couche photoluminescente 22 avec une seconde longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible. De cette manière, en jouant sur la taille des boîtes quantiques, il est possible d’obtenir un rayonnement lumineux en sortie du guide de lumière 6 dont la couleur est sélectivement personnalisable. Avantageusement, la première longueur d’onde prédéterminée est sensiblement égale à 450 nm (ce qui correspond à une couleur bleue), ce qui signifie que le circuit électrique de commande 4 impose une valeur de tension électrique prédéfinie correspondant à une longueur d’onde de 450 nm pour le rayonnement réfléchi en sortie de la couche de matériau électrochrome 18.
  • La représente le dispositif lumineux 1 selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans lequel le guide de lumière 6 ne comporte ni couche de matériau phosphore 20, ni couche photoluminescente 22 de nano-matériaux à boîtes quantiques.
  • On décrit ci-après un procédé de commande du dispositif lumineux 1 précédemment décrit, mis en œuvre par le circuit électrique de commande 4.
  • Lorsqu’un utilisateur ou un système tiers du véhicule souhaite générer une animation visuelle sur le dispositif lumineux 1, celui-ci envoie une consigne au circuit électrique de commande 4. Cette consigne est représentative d’un ensemble de tensions électriques à appliquer aux éléments ou pixels de la couche de matériau électrochrome 18 (via leurs paires d’électrodes respectives). L’ensemble de tensions électriques traduit un motif coloré à faire afficher sur le guide de lumière 6 via les éléments ou pixels P1, P2, P3,…PN. Le circuit électrique de commande 4 peut éteindre ou allumer sélectivement les éléments ou pixels P1, P2, P3,…PN, et piloter la tension électrique d’alimentation de ces derniers pour modifier la couleur émise par ceux-ci. Dans le but de générer une animation visuelle ou de voir au besoin le guide de lumière 6 illuminé en continu, le circuit électrique de commande 4 pilote à haute fréquence la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes, typiquement à une fréquence sensiblement comprise entre 10 Hz et 50 Hz.
  • Le faisceau d’éclairage généré par le guide de lumière 6 du dispositif lumineux 1 peut être utilisé avantageusement pour réaliser une fonction photométrique réglementaire, en particulier une fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation d’un véhicule, et de préférence une fonction d’indicateur de direction du véhicule. Le faisceau d’éclairage généré par le dispositif lumineux 1peut également être utilisé pour réaliser une fonction photométrique de type « feu de jour », ou encore être utilisé sein d’un éclairage intérieur d’un véhicule (le module lumineux étant par exemple monté dans le plafonnier du véhicule), ou encore pour produire une signature ou des animations visuelles sur le véhicule.

Claims (15)

  1. Dispositif lumineux (1) de véhicule comportant un guide de lumière (6) au moins partiellement transparent ou translucide, et une source lumineuse (8A) disposée à une extrémité du guide de lumière (6), le guide de lumière (6) comprenant un cœur transparent ou translucide (10), la source lumineuse (8A) étant configurée pour émettre un faisceau source dans le cœur (10) du guide de lumière (6), le cœur (10) du guide de lumière (6) s’étendant selon un axe longitudinal (D1) et les rayons lumineux issus de la source lumineuse (8A) se propageant dans ledit cœur (10) selon ledit axe longitudinal (D1) par réflexion interne totale, ledit cœur (10) étant configuré de sorte à permettre aux rayons lumineux de sortir du cœur (10) par une face latérale de sortie dont la normale est perpendiculaire audit axe longitudinal (D1),
    caractérisé en ce que le guide de lumière (6) comporte en outre une structure multicouche (12) accolée au cœur (10) et comprenant un substrat (14), une couche réfléchissante (16), et une couche de matériau électrochrome (18) structurée en une pluralité d’éléments (P1, P2, P3,…P6), chaque élément (P1, P2, P3,…P6) étant encapsulé dans une couche d’électrolyte et étant connecté à une paire d’électrodes apte à recevoir une tension électrique, chaque élément (P1, P2, P3,…P6) étant apte à recevoir des rayons lumineux incidents par une surface (18B) et à renvoyer des rayons lumineux parmi les rayons lumineux incidents depuis ladite surface (18B), lesdits rayons lumineux renvoyés ayant une longueur d’onde comprise dans un intervalle défini au moins par des propriétés du matériau électrochrome de ladite couche (18) et/ou par une épaisseur de la couche de matériau électrochrome,
    et en ce que le dispositif lumineux (1) comporte en outre un circuit électrique de commande (4) configuré pour piloter la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes, de telle sorte que lorsque le circuit électrique de commande (4) impose une valeur de tension électrique prédéfinie aux bornes d’au moins une des paires d’électrodes, les rayons lumineux issus du faisceau source et réfléchis par la couche réfléchissante (16) ressortent de l’élément correspondant (P1, P2, P3,…P6) dans le cœur (10) du guide de lumière (6) avec une longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible, ladite longueur d’onde étant fonction de ladite valeur de tension électrique prédéfinie aux bornes de ladite au moins une paire d’électrodes.
  2. Dispositif lumineux (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source lumineuse (8A) est configurée pour émettre un faisceau source monochrome présentant ladite longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible.
  3. Dispositif lumineux (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source lumineuse (8A) est une source laser ou une diode électroluminescente.
  4. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau électrochrome appartient à la famille des matériaux d’oxyde conducteur transparent organique, notamment un polymère conducteur transparent de type PEDOT:PSS, PEDOT:Tos, T34bT, ou cellulose.
  5. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le guide de lumière (6) est une fibre optique diffusante et/ou flexible.
  6. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tension électrique aux bornes de chaque paire d’électrodes est comprise entre -1 V et + 1 V.
  7. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le guide de lumière (6) comporte en outre une couche de matériau phosphore (20) accolée au cœur (10) du guide de lumière (6), à l’opposé de la structure multicouche (12).
  8. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le guide de lumière (6) comporte en outre une couche photoluminescente (22) de nano-matériaux à boîtes quantiques, ladite couche photoluminescente (22) étant accolée au cœur (10) du guide de lumière (6), à l’opposé de la structure multicouche (12).
  9. Dispositif lumineux (1) selon la revendication 8, dans lequel la taille des boîtes quantiques est choisie de telle sorte que la lumière issue de la structure multicouche (12) traverse la couche photoluminescente (22) avec une première longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible, et ressort de la couche photoluminescente (22) avec une seconde longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible.
  10. Dispositif lumineux (1) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le guide de lumière (6) comporte en outre une couche (24) d’encapsulation de la couche photoluminescente (22).
  11. Dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le substrat (14) de la structure multicouche (12) est muni d’une nappe d’alimentation reliée d’une part au circuit électrique de commande (4) et d’autre part aux bornes de chaque paire d’électrodes.
  12. Dispositif lumineux (1) selon la revendication 11, dans lequel la nappe d’alimentation est constituée d’une carte de circuit imprimé flexible ou d’un film sur lequel des composants électroniques sont imprimés.
  13. Véhicule comprenant un dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications précédentes.
  14. Procédé de commande d’un dispositif lumineux (1) de véhicule selon l’une des revendications 1 à 12, le procédé étant mis en œuvre par le circuit électrique de commande (4) et étant caractérisé en ce qu’il comporte une étape de commande de pilotage d’au moins une tension électrique aux bornes de la paire d’électrodes d’un élément (P1, P2, P3,…P6) de la structure multicouche (12), en fonction d’une consigne, ladite consigne étant telle que la lumière issue du faisceau source et réfléchie par la couche réfléchissante (16) traverse ledit élément (P1, P2, P3,…P6) et ressort dans le cœur (10) du guide de lumière (6) avec ladite longueur d’onde prédéterminée dans le spectre visible.
  15. Utilisation d’un dispositif lumineux (1) selon l’une des revendications 1 à 12 pour réaliser une fonction photométrique d’éclairage et/ou de signalisation d’un véhicule, en particulier une fonction d’indicateur de direction du véhicule.
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