EP4642638A1 - Vitrage lumineux - Google Patents

Vitrage lumineux

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Publication number
EP4642638A1
EP4642638A1 EP23841302.5A EP23841302A EP4642638A1 EP 4642638 A1 EP4642638 A1 EP 4642638A1 EP 23841302 A EP23841302 A EP 23841302A EP 4642638 A1 EP4642638 A1 EP 4642638A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
light
glazing
glazing according
luminous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23841302.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Corentin MONMEYRAN
Nariaki SAKAI
Mathieu Berard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Sekurit France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Sekurit France SAS filed Critical Saint Gobain Sekurit France SAS
Publication of EP4642638A1 publication Critical patent/EP4642638A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12

Definitions

  • Luminous glazing is glazing that emits light. It comprises a light source and a substrate comprising on one of its main faces a light extracting element such as a diffusing layer forming a pattern.
  • the light source is optically coupled to the substrate, for example via the edge.
  • the light injected at the edge of the substrate propagates in the substrate by total internal reflection.
  • the substrate acts as a light guide. We therefore refer to “guided mode”.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the production of glazing for vehicles or buildings.
  • the mode of propagation of light in the substrate by total internal reflection is called “guided mode”.
  • the guided mode therefore corresponds to the use of light with grazing incidence inside a substrate.
  • the critical parameter for guided mode is the critical total internal reflection angle. It corresponds to the angle relative to the normal to the substrate above which any light ray arriving on a separation surface or interface, from a medium of higher optical index to a medium of lower optical index, is reflected entirely by said surface or interface.
  • the critical angle (0c) is determined by applying the Snell-Descartes equation. It corresponds to the angle (in the substrate) for which the light ray is refracted at 90° (in the medium with a lower index than the substrate).
  • the surrounding environment may be air, another substrate or a polymeric interlayer.
  • the critical angle of total internal reflection at the interface between a glass substrate of refractive index 1.51 and air is approximately 40°.
  • the critical angle is approximately 80°. All light rays injected into the substrate having an angle of incidence:
  • the light sources used are preferably inorganic light-emitting diodes (“LED” in English as opposed to “OLED”). Light is extracted at the extractor layer, which forms a light pattern.
  • LED inorganic light-emitting diodes
  • These luminous glazings essentially have an ambient lighting or light signaling function which is obtained with low-power diodes.
  • the light output of such edge-lit glazing is generally limited due to light losses due to the absorption of light by the glass serving as a waveguide and/or the materials in the vicinity thereof.
  • the light emitted by the diodes is injected into the glass sheet through an additional slice formed by the hole. The light then bounces between the two main faces of the glass sheet until it reaches the extractor element.
  • luminous glazings do not have a functional coating (low emissive, anti-solar or absorbent). There are many applications where the glazing has a functional coating. In the remainder of the description, the term “functional” describing a coating or layer means “being able to act on solar radiation and/or infrared radiation”.
  • This may be a coating with a low emissive, absorbent, or solar control function.
  • the “low emissive” function or property corresponds to the ability of glazing to prevent heat from escaping by reflecting infrared radiation.
  • functional coatings with infrared (IR) radiation reflection properties are used.
  • the function or property of “solar control” corresponds to the ability of glazing to reduce the heat gain due to solar radiation, while maximizing the contribution of visible light. This capacity is also provided by the addition to the glazing of a functional coating reflecting infrared radiation, on the same principle as the low emissive function.
  • Glazing with a functional coating is used both for automotive applications, for example for automobile roofs, and for building applications.
  • dielectric coating comprising dielectric layers such as layers of silicon nitride and/or silicon oxide,
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • dielectric coating comprising dielectric layers such as layers of silicon nitride and silicon oxide.
  • the absorption of visible light by the functional layers based on conductive oxide of these functional coatings is significant, particularly in the red.
  • the absorption of visible light at normal incidence remains low because the light passes perpendicularly through the functional layer based on conductive oxide.
  • the interaction between the radiation and the functional layer takes place only on the thickness of the functional layer.
  • guided mode the mode of propagation of light in the substrate by total internal reflection.
  • the functional coatings When the functional coatings are placed near the substrate in which the light propagates in guided mode, the light propagating in the substrate is likely to interact with the functional layer.
  • the interaction angles between the guided mode light and the substrate are defined directly in the substrate into which light is injected.
  • the rays of the guided mode are therefore largely “grazing” (0 greater than 80°) compared to the normal to the substrate in which it propagates.
  • the substrate in which the light propagates comprises or is in contact with a functional coating
  • a significant part of the light comes into contact with this functional coating at a grazing angle and is therefore likely to be absorbed when the functional covering includes absorbent layers.
  • This problem is particularly marked at long wavelengths in the visible because the absorption by the conductive oxide layers and in particular by the ITO increases with the wavelength.
  • the optical properties in guided mode of the functional coating are therefore decisive.
  • This phenomenon is not limited to functional coatings comprising conductive oxide layers but can also occur for other functional coatings, such as absorbent or solar control coatings.
  • red LED red LED
  • the absorption in guided mode of the wavelengths corresponding to red results in a color (or brightness) which attenuates along the pattern (when moving away from the light source).
  • white light the guided absorption of wavelengths corresponding to red results in a color that alters and a light intensity that attenuates along the pattern .
  • the present invention aims to remedy at least one of the disadvantages which have just been mentioned.
  • this goal is achieved by providing luminous glazing comprising:
  • a light source (7) comprising an emitting surface, optically coupled with the substrate such that the light enters the substrate through an entrance face and the substrate forms a light guide;
  • the glazing being characterized in that it comprises at least one light polarizer located between the emitting surface of the light source (7) and the light entry face into the substrate.
  • a polarizer is an optical instrument well known to those skilled in the art. It filters, in an incident light wave, a direction of preferential polarization. THE polarizer comes, for example, in the form of a semi-transparent plastic film or sheet. Polarizers are available on the market, for example from Techspec or 3M brands.
  • the term “transparent” means that the light transmission in the visible range is greater than 50%. However, in applications where visibility through the glazing is not a determining factor, the light transmission may be much lower, for example greater than 5%.
  • substantially orthogonal means an angle between 85° and 95°.
  • the light entry face into the substrate is the edge (8) of the substrate.
  • the substrate comprises a hole and the light entry face in the substrate is a wall delimiting the hole.
  • the light source (7) is an inorganic light-emitting diode (LED).
  • LED inorganic light-emitting diode
  • a large number of diodes for example at least three, preferably at least five and more preferably at least ten diodes are placed facing the face (or faces) of waveguide light input.
  • the entry face can be:
  • the polarizer can be:
  • the polarizer (9) is glued to the emitting surface of the light source (7) or glued to the light entry face in the substrate.
  • the substrate is coated with a low-emissive functional coating (5), in particular comprising a layer of transparent conductive oxide.
  • transparent conductive oxide Such conductive layers are known under the name TCO (“transparent conductive oxide”), they can be composed of mixed indium and tin oxide (ITO), tin oxide doped with fluorine or the oxide of tin doped with antimony.
  • the polarizer is of type S.
  • the polarizer is of type P.
  • the type of polarizer, S or P, must be chosen depending on the coating present on the substrate.
  • the coating has low emissive properties, for example a coating comprising a TCO layer and the polarizer is of type S.
  • the light glazing is single glazing.
  • the luminous glazing is laminated glazing. It further comprises a second substrate (10, 20) and a lamination insert (30), in particular in PVB, placed between the two substrates to form laminated glazing, the different faces of the substrates being numbered from 1 to 4 of the from the outside towards the inside of the passenger compartment or building.
  • the faces of a glazing are designated from the outside by numbering the faces of the substrates from the outside towards the inside of the passenger compartment or the room it equips. This means that incident sunlight passes through the faces in increasing order of their number.
  • the first coated substrate (10) is located further inside the building or passenger compartment than the second substrate.
  • laminated glazing In the case of laminated glazing according to the invention, it comprises a face 1 located outside the building or vehicle it equips, faces 2 and 3 in contact with the lamination interlayer and a face 4 inside the building or vehicle.
  • the functional covering is preferably positioned on face 4.
  • the extractor element (6) is preferably arranged on face 3 or 4, more preferably on face 3.
  • the light entry face into the substrate (10) is preferably the edge (8) of the substrate coated with the functional coating (5).
  • the glazing further comprises a second glass substrate, spaced from the first by a gas blade so as to form double glazing.
  • the invention also relates to:
  • a vehicle comprising luminous glazing according to the invention.
  • the luminous glazing according to the invention is preferably automobile glazing such as automobile roof glazing.
  • the luminous glazing of the invention can be chosen from a side window, a rear window, a roof window or a windshield.
  • the light source can be linear such as a diode array.
  • the light source can be coupled directly to the substrate material or via a guide, collimation optics.
  • the light source is preferably optically coupled to the substrate of the material according to the invention.
  • Optical coupling can be done:
  • a wall delimiting a hole, preferably through, in the substrate of the material, or
  • the source can be located on side F4 (offset or opposite face F4) and a light redirection element such as a reflective prismatic film is positioned on face F3.
  • the light source capable of emitting light is preferably an electroluminescent element such as light-emitting diodes (LED in English or DEL in French).
  • the light source can be polychromatic (white light) or monochromatic, particularly red.
  • the power of the light source located facing said polarizer is reduced, in particular almost by a factor of 2.
  • a first possibility consists of doubling the number of light-emitting diodes used.
  • White light-emitting diodes are generally obtained by combining three primary color LEDs: red + green + blue. According to the invention, one could consider manufacturing "white" LED lamps comprising twice as many LEDs of the color which is absorbed in guided mode and placing polarizers only in relation to these LEDs presenting the color which is absorbed in guided mode. guide. For example, in the case of a functional coating based on conductive oxide absorbing in red in guided mode, the number of red diodes could be doubled and each coupled to a polarizer.
  • the light source can be located facing or near the edges of the substrate to be coupled by the edge of the substrate.
  • the light source can also be placed in a hole made in the glazing (circular or oblong).
  • a hole made in the glazing circular or oblong.
  • the light source may be located nearby, for example on the face 4 side (offset or opposite face 4) and a light redirection element such as a reflective prismatic film is positioned to redirect the light (for example opposite 3).
  • a light redirection element such as a reflective prismatic film is positioned to redirect the light (for example opposite 3).
  • Several light sources can be used, for example near opposite edges of the substrate.
  • the diode(s) can be top-emitting LED or side-emitting LED.
  • the diode(s) are preferably on a diode support such as an electronic circuit board, for example a printed circuit board (PCB for “Printed Circuit Board” in English).
  • the diode support is preferably common to several diodes.
  • the diode support can be opaque, for example by being covered with a layer of varnish or paint, and even hide the diodes. It may include a substrate made of a plastic material.
  • the diode holder with side-emitting diodes can follow the general shape of the hole and have a main face attached to the bottom of the through-hole, directly or indirectly, for example via a mounting bracket.
  • the diode support common to several side-emitting diodes may be a disk (or be oblong) or a ring in the circular (or oblong) hole.
  • the diodes are supplied with electricity by means of a current supply integrated into the laminated glazing.
  • a current supply integrated into the laminated glazing.
  • an electric wire can be incorporated into the lamination interlayer.
  • the substrates may be mineral glass substrates or transparent polymer material substrates.
  • the substrates are preferably mineral glass.
  • the mineral glass substrates which constitute the glazing can be soda-lime, aluminosilicate or borosilicate glass.
  • the substrates may be of transparent polymer material which include poly(methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polyurethane or polyurea (PU) or poly(ethylene terephthalate) (PET) substrates.
  • PMMA poly(methyl methacrylate)
  • PC polycarbonate
  • PU polyurethane or polyurea
  • PET poly(ethylene terephthalate)
  • the first substrate is made of colorless soda-lime mineral glass such as clear or extraclear glass such as Planiclear® marketed by the Applicant.
  • the first substrate is preferably made of glass and has a thickness preferably between 1 mm and 6 mm.
  • the thickness of the first substrate, preferably glass is preferably between 0.6 mm and 3.2 mm, and more preferably between 1.4 mm and 2.2 mm.
  • the second substrate can of course be as transparent and colorless as the first substrate.
  • laminated glazing according to the invention is made up of two colorless Planiclear® substrates.
  • the second substrate is made of tinted glass, for example of tinted glass having in particular a light absorption greater than 10% such as Vénus®, TSA3+ or TSA4+ also marketed by the Applicant.
  • the second substrate has a thickness preferably between 1.4 mm and 2.1 mm.
  • the luminous glazing according to the invention can be curved.
  • the lamination interlayers comprise one or more sheets of organic polymers.
  • the organic polymers are chosen from polyvinyl butyral (PVB), polyurethanes (PU), polyureas, ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefins (including polyethylene (PE), polypropylene (PP) or polyisobutylene (P -IB)), polyvinyl chloride and its derivatives (e.g. poly(vinyl dichloride) (PVDC)), styrenic polymers (e.g.
  • polystyrene PS
  • ABS acrylostyrene butadiene
  • SAN styrene acrylonitrile
  • polyacrylics including polyacrylonitrile (PAN) and poly(methyl methacrylate) (PMMA)
  • polyesters including poly(ethylene terephthalate) (PET) and poly(butylene terephthalate) (PBT)
  • POM polyoxymethylene
  • PA fluoropolymers
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PCTFE polycarbonates
  • PC aromatic polysulfones including polysulfone (PSU), polyphenylene ether (PPE), epoxies (EP) alone or in mixture and/or copolymer of several of them.
  • the lamination interlayer can be tinted.
  • the lamination interlayer has a thickness preferably between 0.2 mm and 1.1 mm.
  • the lamination interlayer is transparent.
  • the lamination interlayer can be colorless or tinted.
  • the invention comprises a light extracting element, preferably a layered pattern-forming diffusing element.
  • the layered diffusing element may be an enamel in contact with the substrate or formed on the face of a substrate of the luminous glazing by a surface treatment of the sandblasting type, by an acid attack, by deposition of a diffusing layer.
  • the extractor element (6) can be a diffusing, layered element, in particular a pattern-forming enamel.
  • diffusing layer elements include acid-treated frosted glass, Satinovo® glass from SAINT-GOBAIN GLASS and glass with the Smoothlite® diffusing layer from SAINT-GOBAIN GLASS.
  • the layered diffusing element can be formed in the mass of a substrate or the interlayer, for example by a laser engraving type treatment.
  • the layered diffusing element in the form of a substrate or interlayer is then attached to the surface of the substrate of the material according to the invention, for example by lamination.
  • the layered diffusing element can be placed on the substrate of the material according to the invention, in particular on the face opposite to that of the functional coating.
  • the functional coating will be on face 4 and the diffusing element on face 3.
  • the functional coating can be on face 3 and the diffusing element on face 4.
  • the covering and the diffusing element can then each be located on face 1 or 2.
  • the layered diffusing element may be a self-supporting diffusing film, preferably bonded to a substrate of the glazing.
  • the layered diffusing element may be a layer deposited on a substrate.
  • the layer may be based on a diffusing enamel. It can be deposited discontinuously on one face of a substrate so as to form a pattern.
  • the layer may be a diffusing ink printed on a substrate or an interlayer.
  • the diffusing layer may comprise an organic or mineral matrix and diffusing particles, for example metal oxide such as titanium dioxide.
  • metal oxide such as titanium dioxide.
  • a transparent mineral diffusing layer we can cite transparent enamel as described in application FR3084355.
  • an organic transparent diffusing layer we can cite the transparent layer as described in application WO2022023638
  • the diffusing elements are placed at the desired light extraction locations. It is thus possible to trace the path of the light on the surface of the glazing by diffusing it through diffusing surfaces with well-defined areas and contours, for example according to geometric or even text patterns.
  • the layered diffusing element may be opaque or transparent.
  • the diffusing layer may comprise a matrix (organic or mineral) and diffusing particles, for example metal oxide (TiO2 etc.).
  • Fig. 1 very schematically represents a luminous laminated glazing according to one embodiment of the invention.
  • the glazing comprises two sheets of glass or substrate.
  • the lower substrate 10 is directed towards the interior of the passenger compartment or the building and the upper substrate 20 is placed towards the outside of the passenger compartment or the building.
  • the two substrates 10, 20 are separated by a PVB type lamination interlayer 30.
  • the different faces of the substrates are conventionally numbered from the outside to the inside, 1, 2, 3, 4.
  • a functional coating 5 is placed on face 4.
  • a light extraction means 6 is placed on face 3. It is a layer forming a pattern.
  • a light-emitting diode 7 is shown schematically. Its emitting surface faces the edge 8 of the lower substrate 10.
  • a polarizer 9 is placed between the emitting surface of the diode 7 and the edge 8 of the lower substrate 10.
  • the glass substrates are aluminosilicate type glass substrates.
  • the lamination spacers are 0.76 mm Poly(vinyl butyral) (“PVB”) spacers.
  • PVB Poly(vinyl butyral)
  • Functional coatings include a functional layer located between two dielectric coatings.
  • the functional layers (F) are layers of indium tin oxide.
  • Dielectric coatings include:
  • ITO means: Indium Tin Oxide (ln ⁇ 2:Sn)
  • the thicknesses of the layers of this coating were chosen to optimize the optical properties when using an S-type polarizer.
  • the thicknesses of the layers of this coating were chosen to optimize the optical properties when using a P-type polarizer. 2. Description of the luminous laminated glazing tested
  • the laminated glazing tested includes:
  • the functional coating is located on the first substrate and positioned on face 4.
  • the first substrate according to the invention is the substrate located furthest inside the passenger compartment or the building.
  • the first substrate further comprises on face 3 a layered diffusing element forming a pattern (6).
  • a polarizer film 9 marketed by Spechtech was used. This is a linear polarizing laminated film. It is part of the category of absorbing polymer polarizers.
  • It can be attached to it by any means, in particular by gluing or by the use of mechanical means.
  • the light source 8 is a white LED lamp capable of injecting light into the first substrate through the edge. The light therefore first passes through the polarizer before entering the first substrate. The entry face is therefore the edge of the substrate.
  • the simulation calculates the change in the light ray, in polarized light or not, after reflection on the surface of the functional coating. In particular, it calculates the level of reflection and absorption of light, at all wavelengths. Estimating these levels makes it possible to predict the brightness and color of the light extracted by the extractor elements, at any point of the glazing.
  • the parameters Rgm, a*gm and b*gm correspond to the reflections and colors a* and b* in guided mode reflection at the substrate/functional coating interface at an angle of 80° in the glass substrate.
  • the light absorption characteristics are obtained by simulation by considering the illuminant D65 at 80° perpendicular to the mounted material, and after reflection on the functional coating of the interior of the glass in single or laminated glazing (unless otherwise indicated):
  • - a*abs and b*abs correspond to the absorption colors a* and b* by the coating - L*a*b*observer inside the glass.
  • the Rgm, a*gm and b*gm values in guided mode reflection at the substrate/functional coating interface were determined. This reflection corresponds to an angle of incidence of 80° in the glass substrate.
  • the guided mode whose propagation angle is greater than the value of the critical angle of the system, light cannot be transmitted through the coating. What is not reflected is therefore absorbed.
  • it is very useful to have the highest possible Rgm because this parameter denotes low absorption. Indeed, the conservation of the energy of a guided mode imposes Rgm + Agm 1, with Agm the absorption of the guided mode. Low absorption results in high Rgm values.
  • a high Rgm value reflects both lower absorption, particularly in the red, in guided mode and better preservation of the guided mode in the sense of its total intensity.
  • the parameters a*gm and b*gm indicate the change in the colorimetric parameters of the light upon reflection, for white incident light, of illuminant type D65.
  • a positive a*gm means that the reflection becomes redder than the incident ray.
  • a negative a*gm means that the reflection becomes greener than the incident ray.
  • a positive b*gm means that the reflection becomes more yellow than the incident ray.
  • a negative b*gm means that the reflection becomes bluer than the incident ray.
  • a reflection of a certain color indicates light absorption of the complementary color. So, for example, a negative a*gm is synonymous with green reflection and absorption in the red.
  • the optical properties and colors are improved with the use of a P-type polarizer.
  • a type of polarizer it is appropriate to choose a type of polarizer and thus improve the intensity and colors of the light pattern.
  • the invention also applies to other glazing structures, for example single or double glazing.
  • the critical angle of total internal reflection is no longer 80° but around 40°
  • RGB type LEDs With the use of RGB type LEDs, it could be considered to place the polarizer in front of the red light emission only. This arrangement would have the advantage of further reducing the color variation and increasing the power of the light.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un vitrage lumineux comportant : ‐ un premier substrat revêtu d'un revêtement fonctionnel, ledit substrat comportant deux faces et une tranche; ‐ une source de lumière comprenant une surface émettrice, couplée optiquement avec le substrat de telle sorte que la lumière pénètre dans le substrat par une face d'entrée et que le substrat forme un guide de lumière; ‐ un élément extracteur de lumière pour extraire la lumière et former un motif lumineux; le vitrage étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un polariseur de lumière situé entre la surface émettrice de la source de lumière et la face d'entrée de la lumière dans le substrat.

Description

VITRAGE LUMINEUX
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
Le domaine technique de l'invention est celui des vitrages lumineux ou éclairants. Un vitrage lumineux est un vitrage qui émet de la lumière. Il comprend une source de lumière et un substrat comprenant sur une de ses faces principales un élément extracteur de lumière telle qu'une couche diffusante formant un motif. La source de lumière est couplée optiquement au substrat, par exemple par la tranche. La lumière injectée au niveau de la tranche du substrat se propage dans le substrat par réflexion interne totale. Le substrat joue le rôle de guide de lumière. On se réfère donc au « mode guidé ».
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de vitrages de véhicules ou de bâtiments.
INTRODUCTION
Selon la présente invention, on appelle « mode guidé » le mode de propagation de la lumière dans le substrat par réflexion totale interne. Le mode guidé correspond donc à l'utilisation d'une lumière à incidence rasante à l'intérieur d'un substrat. Le paramètre critique pour le mode guidé est l'angle critique de réflexion total interne. Il correspond à l'angle par rapport à la normal au substrat au-dessus duquel tout rayon lumineux arrivant sur une surface de séparation ou interface, depuis un milieu d'indice optique plus élevé vers un milieu d'indice optique moins élevé, est réfléchi intégralement par ladite surface ou interface. L'angle critique (0c) est déterminé en appliquant l'équation de Snell-Descartes. Il correspond à l'angle (dans le substrat) pour lequel le rayon lumineux est réfracté à 90° (dans le milieu d'indice plus faible que le substrat).
Pour les vitrages lumineux, le milieu environnant peut être l'air, un autre substrat ou un intercalaire polymérique. Par exemple, l'angle critique de réflexion totale interne à l'interface entre un substrat de verre d'indice de réfraction de 1,51 et l'air est d'environ 40 °. Dans le cas d'une interface verre / intercalaire polymère en polyvinylbutyral (PVB), l'angle critique est d'environ 80°. Tous rayons lumineux injectés dans le substrat présentant un angle d'incidence :
- au-dessus de cet angle critique sont réfléchis et continuent à se propager dans le substrat,
- en dessous de cet l'angle critique sont partiellement réfractés et sortent progressivement du substrat.
Dans le cas d'un vitrage lumineux, les sources lumineuses utilisées sont de préférence des diodes électroluminescentes inorganique (« LED » en anglais par opposition aux « OLED »). La lumière est extraite au niveau de la couche extractrice ce qui permet de former un motif lumineux.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Il est connu d'intégrer des diodes électroluminescentes inorganiques, également appelées DEL ou LED pour « Light-Emitting Diode », au niveau du bord de vitrages simples ou feuilletés, de manière à ce que la lumière émise par les diodes entre par la tranche d'une feuille de verre et soit guidée par cette dernière jusqu'à un élément diffusant, également appelé couche extractrice de la lumière. On peut se référer à la demande de brevet W02010049638.
Ces vitrages lumineux ont essentiellement une fonction d'éclairage d'ambiance ou de signalisation lumineuse qui est obtenue avec des diodes de faible puissance. Le rendement lumineux de tels vitrages éclairés par la tranche est généralement limité en raison des pertes de lumière dues à l'absorption de la lumière par le verre servant de guide d'onde et/ou les matériaux à proximité de celui-ci.
Il est également connu, notamment des documents WO 2013/110885 et WO 2018/178591, de percer un trou dans la feuille de verre et d'y disposer les diodes. Ce trou est réalisé proche du moyen d'extraction notamment de manière à raccourcir le chemin optique parcouru par la lumière entre les diodes et le moyen d'extraction. Il est ainsi possible de diminuer les pertes liées à l'absorption de la lumière.
La lumière émise par les diodes est injectée dans la feuille de verre par une tranche additionnelle formée par le trou. La lumière rebondit ensuite entre les deux faces principales de la feuille de verre jusqu'à atteindre l'élément extracteur.
Ces vitrages lumineux ne comportent pas de revêtement fonctionnel (bas émissif, antisolaire ou absorbant). Il existe de nombreuses applications où le vitrage présente un revêtement fonctionnel. Dans la suite de la description, le terme « fonctionnel » qualifiant un revêtement ou une couche signifie « pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge ».
Il peut s'agir d'un revêtement à fonction bas émissive, absorbante, ou de contrôle solaire.
La fonction ou propriété « bas émissive » correspond à la capacité d'un vitrage à empêcher la chaleur de sortir en réfléchissant le rayonnement infrarouge. A cette fin, des revêtements fonctionnels présentant des propriétés de réflexion des rayonnements infrarouges (IR) sont utilisés.
La fonction ou propriété de « contrôle solaire » correspond à la capacité d'un vitrage à diminuer l'apport de chaleur dû au rayonnement solaire, tout en maximisant l'apport de la lumière visible. Cette capacité est aussi apportée par l'ajout au vitrage d'un revêtement fonctionnel réfléchissant le rayonnement infrarouge, sur le même principe que la fonction bas émissive.
Des vitrages comportant un revêtement fonctionnel sont utilisés aussi bien pour des applications automobiles, par exemple pour les toits automobiles, que pour des applications de bâtiments.
Il existe une demande croissante de vitrages lumineux. Il peut s'agir de vitrages simples, doubles ou feuilletés.
A titre de revêtement pouvant agir sur le rayonnement solaire, on peut également citer les revêtements fonctionnels comprenant une couche absorbant dans le visible.
A titre de revêtement fonctionnel réfléchissant les IR, on peut citer par exemple les revêtements fonctionnels comprenant une couche d'oxyde conductrice disposée entre deux revêtements diélectriques, tels que décrits dans la demande de brevet WO2018/206236. Cette demande divulgue en partant du substrat des revêtements fonctionnels comprenant :
- un revêtement diélectrique comprenant des couches diélectriques telles que des couches de nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium,
- une couche fonctionnelle à base d'un oxyde conducteurtransparent (TCO) telle qu'une couche à base d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), - un revêtement diélectrique comprenant des couches diélectriques telles que des couches de nitrure de silicium et d'oxyde de silicium.
L'absorption de la lumière visible par les couches fonctionnelles à base d'oxyde conducteur de ces revêtements fonctionnels est non négligeable notamment dans le rouge. Toutefois, l'absorption de la lumière visible à incidence normale demeure faible car la lumière traverse perpendiculairement la couche fonctionnelle à base d'oxyde conducteur. L'interaction entre le rayonnement et la couche fonctionnelle se fait uniquement sur l'épaisseur de la couche fonctionnelle.
La situation est différente pour la lumière du mode guidé. Comme expliqué plus haut, on appelle « mode guidé » le mode de propagation de la lumière dans le substrat par réflexion totale interne.
Lorsque les revêtements fonctionnels sont placés à proximité du substrat dans lequel se propage la lumière en mode guidé, la lumière se propageant dans le substrat est susceptible d'interagir avec la couche fonctionnelle. Les angles d'interaction entre la lumière du mode guidé et le substrat sont définis directement dans le substrat dans lequel on injecte de la lumière. Les rayons du mode guidé sont donc en grande partie « rasants » (0 supérieur à 80°) par rapport à la normal au substrat dans lequel il se propage.
Un rayon du mode guidé traverse donc la couche fonctionnelle sur une distance correspondant à : Epaisseur de la couche fonctionnelle (ef) / cos (0). Plus l'angle est rasant, plus cos (0) est faible, plus les rayons du mode guidé interagissent avec la couche fonctionnelle sur une grande distance et donc plus les proportions de rayons absorbés sont aussi importantes.
En conclusion, lorsque le substrat dans lequel se propage la lumière comprend ou est au contact d'un revêtement fonctionnel, une partie importante de la lumière rentre en contact avec ce revêtement fonctionnel avec un angle rasant et est donc susceptible d'être absorbée lorsque le revêtement fonctionnel comprend des couches absorbantes. C'est pourquoi on observe, en fonction de la lumière injectée, une altération, un changement chromatique, une diminution voire un effacement du motif au fur et à mesure que l'on s'éloigne du point d'injection de lumière due à l'absorption élevée en mode guidé aux angles rasants de la couche fonctionnelle. Ce problème est particulièrement marqué aux grandes longueurs d'onde dans le visible car l'absorption par les couches d'oxyde conductrices et en particulier de l'ITO va croissant avec la longueur d'onde. Dans le cas des vitrages lumineux, les propriétés optiques en mode guidé du revêtement fonctionnel sont donc déterminantes.
Ce phénomène n'est pas limité aux revêtements fonctionnels comprenant des couches d'oxyde conductrices mais peut également se produire pour d'autres revêtements fonctionnels, tels que des revêtements absorbants, ou de contrôle solaire.
Lorsque l'on utilise des sources de lumière émettant de la lumière rouge (LED rouge), l'absorption en mode guidé des longueurs d'ondes correspondant au rouge se traduit par une couleur (ou luminosité) qui s'atténue le long du motif (lorsque l'on s'éloigne de la source lumineuse). Lorsque l'on utilise des sources de lumière émettant de la lumière blanche, l'absorption en mode guidé des longueurs d'ondes correspondant au rouge se traduit par une couleur qui s'altère et une intensité lumineuse qui s'atténue le long du motif.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à l'un au moins des inconvénients qui viennent d'être mentionnés.
Selon l'invention ce but est atteint en prévoyant un vitrage lumineux comportant :
- un premier substrat revêtu d'un revêtement fonctionnel (5), ledit substrat comportant deux faces et une tranche (8);
- une source de lumière (7) comprenant une surface émettrice, couplée optiquement avec le substrat de telle sorte que la lumière pénètre dans le substrat par une face d'entrée et que le substrat forme un guide de lumière ;
- un élément extracteur (6) de lumière pour extraire la lumière et former un motif lumineux ; le vitrage étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un polariseur de lumière situé entre la surface émettrice de la source de lumière (7) et la face d'entrée de la lumière dans le substrat.
Il s'agit donc du mode guidé dans lequel la lumière injectée dans le substrat se propage dans le substrat par réflexion interne totale en formant un faisceau de lumière guidée. Un polariseurest un instrument optique bien connu de l'homme du métier. Il filtre, dans une onde lumineuse incidente, une direction de polarisation préférentielle. Le polariseur se présente, par exemple, sous forme d'un film ou feuille en plastique semi- transparente. Des polariseurs sont disponibles sur le marché par exemple de marques Techspec ou 3M.
Dans le contexte de l'invention, le terme « transparent » signifie que la transmission lumineuse dans le domaine du visible est supérieure à 50%. Cependant, dans des applications où la visibilité à travers le vitrage n'est pas un facteur déterminant, la transmission lumineuse peut être beaucoup plus faible, par exemple supérieure à 5%.
Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « sensiblement orthogonal » un angle compris entre 85° et 95°.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la face d'entrée de la lumière dans le substrat est la tranche (8) du substrat.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le substrat comporte un trou et la face d'entrée de la lumière dans le substrat est une paroi délimitant le trou.
De préférence, la source de lumière (7) est une diode électroluminescente inorganique (LED).
Dans le vitrage éclairant de la présente invention, de préférence, un grand nombre de diodes, par exemple au moins trois, de préférence au moins cinq et plus préférentiellement au moins dix diodes sont placées en regard de la face (ou des faces) d'entrée de lumière du guide d'onde.
La face d'entrée peut être :
- espacée du polariseur, notamment de plusieurs centimètres, d'au plus 10 mm, d'au plus 5 mm ou d'au plus 1 mm, ou
- en contact optique avec le polariseur par une colle ou
- en contact physique avec le polariseur.
Le polariseur peut être :
- espacé de la surface émettrice de la lumière, notamment de plusieurs centimètres, d'au plus 10 mm, d'au plus 5 mm ou d'au plus 1 mm, ou
- en contact optique avec de la surface émettrice, par une colle ou
- en contact physique avec de la surface émettrice.
Selon des modes préférés de l'invention, le polariseur (9) est collé à la surface émettrice de la source de lumière (7) ou collé à la face d'entrée de la lumière dans le substrat. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le substrat est revêtu d'un revêtement fonctionnel bas émissif (5), en particulier comportant une couche d'oxyde conducteur transparent. De telles couches conductrices sont connues sous le nom TCO (« transparent conductive oxide »), elles peuvent être composées d'oxyde mixte d'indium et d'étain (ITO), d'oxyde d'étain dopé au fluor ou l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le polariseur est de type S.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le polariseur est de type P.
Le type de polariseur, S ou P, doit être choisi en fonction du revêtement présent sur le substrat.
Selon un mode de réalisation particulier, le revêtement présente des propriétés bas émissives, par exemple un revêtement comportant une couche TCO et le polarisateur est de type S.
Selon un mode de réalisation, le vitrage lumineux est un simple vitrage.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le vitrage lumineux est un vitrage feuilleté. Il comporte en outre un deuxième substrat (10, 20) et un intercalaire de feuilletage (30), en particulier en PVB, disposé entre les deux substrats pour former un vitrage feuilleté, les différentes faces des substrats étant numérotées de 1 à 4 de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du bâtiment.
De manière conventionnelle, les faces d'un vitrage sont désignées à partir de l'extérieur en numérotant les faces des substrats de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du local qu'il équipe. Cela signifie que la lumière solaire incidente traverse les faces dans l'ordre croissant de leur numéro.
Dans le cas d'un vitrage feuilleté, on numérote toutes les faces des substrats de 1 à 4, mais on ne numérote pas les faces des intercalaires de feuilletage. Le premier substrat revêtu (10) est situé plus à l'intérieur du bâtiment ou de l'habitacle que le deuxième substrat.
Dans le cas d'un vitrage feuilleté selon l'invention, il comporte une face 1 située à l'extérieur du bâtiment ou du véhicule qu'il équipe, des faces 2 et 3 au contact de l'intercalaire de feuilletage et une face 4 à l'intérieur du bâtiment ou du véhicule. Le revêtement fonctionnel est de préférence positionné en face 4. L'élément extracteur (6) est de préférence disposé en face 3 ou 4, de manière encore préférence en face 3.
Dans le cas d'un vitrage feuilleté selon l'invention, la face d'entrée de la lumière dans le substrat (10) est de préférence la tranche (8) du substrat revêtu du revêtement fonctionnel (5).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le vitrage comporte en outre, un deuxième substrat en verre, espacé du premier par une lame de gaz de manière à former un double vitrage.
L'invention concerne également :
- un vitrage lumineux selon l'invention monté sur un véhicule ou sur un bâtiment, et
- l'utilisation d'un vitrage lumineux selon l'invention en tant que vitrage bas émissif pour le bâtiment ou les véhicules,
- un bâtiment, un véhicule comprenant un vitrage lumineux selon l'invention.
Le vitrage lumineux selon l'invention est de préférence un vitrage automobile tel qu'un vitrage de toit automobile. Le vitrage lumineux de l'invention peut être choisi parmi une vitre latérale, une vitre arrière, une vitre de toit ou un parebrise.
La source de lumière peut être linéaire tel qu'une barrette de diodes.
La source de lumière peut être couplée directement au matériau du substrat ou via un guide, une optique de collimation.
La source de lumière est de préférence couplée optiquement au substrat du matériau selon l'invention. Le couplage optique peut se faire :
- par la tranche du substrat du matériau de l'invention,
- par une paroi délimitant un trou, de préférence traversant, du substrat du matériau, ou
- par redirection de la lumière par exemple, la source peut se trouver côté F4 (décalé ou en face de la face F4) et un élément de redirection de lumière tel qu'un film prismatique réflecteur est positionné face F3.
La source de lumière apte à émettre de la lumière est de préférence un élément électroluminescent tels que des diodes électroluminescentes (LED en anglais ou DEL en français). La source de lumière peut être polychromatique (lumière blanche) ou monochromatique notamment rouge.
Selon l'invention, lorsque l'on utilise un polariseur on diminue, notamment quasiment par un facteur 2, la puissance de la source lumineuse située au regard dudit polariseur. Pour compenser cette perte de puissance, plusieurs possibilités sont envisageables. Une première possibilité consiste à doubler le nombre de diodes électroluminescentes utilisées.
Les diodes électroluminescentes blanches sont en général obtenues en associant trois LED de couleurs primaires : rouge + vert + bleu. Selon l'invention, on pourrait envisager de fabriquer des lampes LED « blanche » comprenant deux fois plus de LED de la couleur qui est absorbée en mode guidé et de placer des polariseurs uniquement au regard de ces LED présentant la couleur qui est absorbée en mode guidé. Par exemple, dans le cas d'un revêtement fonctionnel à base d'oxyde conducteur absorbant dans le rouge en mode guidé, on pourrait doubler le nombre de diodes rouges et les coupler chacune à un polariseur.
La source de lumière peut être située en regard ou à proximité des bords du substrat pour être couplée par la tranche du substrat. On peut se référer à la demande de brevet W02010049638.
La source de lumière peut également être placé dans un trou fait dans le vitrage (circulaire ou oblong). On peut se référer aux demandes de brevet W02013110885 et WO2018178591.
La source de lumière peut se trouver à proximité, par exemple côté face 4 (décalé ou en face de la face 4) et un élément de redirection de lumière tel qu'un film prismatique réflecteur est positionné pour rediriger la lumière (par exemple en face 3). On peut se référer à la demande de brevet WO2022096365.
Plusieurs sources de lumières peuvent être utilisées, par exemple à proximité des bords opposés du substrat.
La ou les diodes peuvent être à émission frontale (« top-emitting LED » en anglais) ou à émission latérale (« side-emitting LED » en anglais).
La ou les diodes sont de préférence sur un support de diodes tel qu'une carte de circuit électronique, par exemple une carte à circuit imprimé (PCB pour « Printed Circuit Board » en anglais) Le support de diodes est de préférence commun à plusieurs diodes. Le support de diodes peut être opaque, par exemple en étant recouvert d'une couche de vernis ou de peinture, et même masquer les diodes. Il peut comporter un substrat en une matière plastique.
Lorsque la face d'entrée de la lumière dans le substrat est la paroi d'un trou, le support de diodes avec des diodes à émission latérale peut suivre la forme générale du trou et avoir une face principale fixée au fond du trou traversant, directement ou indirectement, par exemple via un support de montage. Le support de diodes commun à plusieurs diodes à émission latérale peut être un disque (ou être oblong) ou un anneau dans le trou circulaire (ou oblong).
Selon un mode de réalisation, les diodes sont alimentées en électricité au moyen d'une amenée de courant intégrée dans le vitrage feuilleté. Par exemple, un fil électrique peut être incorporé dans l'intercalaire de feuilletage.
Les substrats peuvent être des substrats en verre minéral ou en matériau polymère transparent. Les substrats sont de préférence en verre minérale.
Les substrats de verre minéral qui constituent le vitrage peuvent être en verre sodocalcique, aluminosilicate ou borosilicate.
Les substrats peuvent être en matériau polymère transparent qui comprennent les substrats en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), en polycarbonate (PC), en polyuréthane ou en polyurée (PU) ou en poly(téréphtalate d'éthylène) (PET).
De préférence, le premier substrat est en verre minéral sodo-calcique incolore tel que le verre clair ou extraclair comme le Planiclear® commercialisé par la Demanderesse. Dans le cas d'un vitrage simple, le premier substrat est de préférence en verre et présente une épaisseur comprise de préférence entre 1 mm et 6 mm. Dans le cas d'un vitrage feuilleté, l'épaisseur du premier substrat de préférence en verre est comprise de préférence entre 0,6 mm et 3,2 mm, et plus préférentiellement entre 1,4 mm et 2,2 mm. Le deuxième substrat peut bien entendu être aussi transparent et incolore que le premier substrat. Selon un mode de réalisation particulier, un vitrage feuilleté selon l'invention est constitué de deux substrats Planiclear® incolores.
Selon un autre mode de réalisation, le deuxième substrat est en verre teinté, par exemple en verre teinté présentant notamment une absorption lumineuse supérieure à 10% tel que Vénus®, TSA3+ ou TSA4+ également commercialisés par la Demanderesse. Le deuxième substrat a une épaisseur comprise de préférence entre 1,4 mm et 2,1 mm. Le vitrage lumineux selon l'invention peut être bombé.
De préférence, les intercalaires de feuilletage comprennent une ou plusieurs feuilles de polymères organiques. Les polymères organiques sont choisis parmi le butyral de polyvinyl (PVB), les polyuréthanes (PU), les polyurées, l'éthylène acétate de vinyle (EVA), les polyoléfine (dont polyéthylène (PE), polypropylène (PP) ou polyisobutylène (P-IB)), le polychlorure de vinyle et ses dérivés (par exemple poly(dichlorure de vinyle) (PVDC)), les polymères styréniques (par exemple polystyrène (PS), acrylostyrène butadiène (ABS), styrène acrylonitrile (SAN)), les polyacryliques (dont polyacrylonitrile (PAN) et le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA)), les polyester (dont poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) et poly(téréphtalate de butylène) (PBT)), le polyoxyméthylène (POM), les polyamides (PA), les polymères fluorés tel que polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), les polycarbonates (PC), les polysulfones aromatiques dont polysulfone (PSU), les polyphénylène éther (PPE), les époxy (EP) seuls ou en mélange et/ou copolymère de plusieurs d'entre eux. L'intercalaire de feuilletage peut être teinté.
L'intercalaire de feuilletage a une épaisseur comprise de préférence entre 0,2 mm et 1,1 mm. De préférence, l'intercalaire de feuilletage est transparent.
L'intercalaire de feuilletage peut être incolore ou teinté.
L'invention comprend un élément extracteur de lumière, de préférence un élément diffusant en couche formant un motif. L'élément diffusant en couche peut être un émail en contact avec le substrat ou formé sur la face d'un substrat du vitrage lumineux par un traitement superficiel du type sablage, par une attaque acide, par dépôt d'une couche diffusante. L'élément extracteur (6) peut être un élément diffusant, en couche, en particulier un émail formant un motif.
On peut citer comme élément en couche diffusant le verre dépoli traité à l'acide, le verre Satinovo® de SAINT-GOBAIN GLASS et le verre avec la couche diffusante Smoothlite® de SAINT-GOBAIN GLASS.
Dans le cas des vitrages feuilletés, l'élément diffusant en couche peut être formé dans la masse d'un substrat ou de l'intercalaire, par exemple par un traitement de type gravure laser. L'élément diffusant en couche sous forme d'un substrat ou intercalaire est ensuite rapporté à la surface du substrat du matériau selon l'invention, par exemple par feuilletage.
L'élément diffusant en couche peut être placé sur le substrat du matériau selon l'invention, notamment sur la face opposée à celle du revêtement fonctionnel.
Dans un vitrage feuilleté, de préférence, le revêtement fonctionnel sera en face 4 et l'élément diffusant en face 3. Selon autre mode de réalisation, le revêtement fonctionnel peut être en face 3 et l'élément diffusant en face 4. Enfin, si pour certaines applications il est envisagé d'éclairer l'extérieur, le revêtement et l'élément diffusant peuvent alors chacun se trouver en face 1 ou 2.
L'élément diffusant en couche peut être un film diffusant autoportant, de préférence collé à un substrat du vitrage.
L'élément diffusant en couche peut être une couche déposée sur un substrat. La couche peut être à base d'un émail diffusant. Il peut être déposé de manière discontinue sur une face d'un substrat de façon à former un motif. La couche peut être une encre diffusante imprimée sur un substrat ou un intercalaire.
La couche diffusante peut comprendre une matrice organique ou minérale et des particules diffusantes par exemple d'oxyde métallique tel que du dioxyde de titane. Comme exemple de couche diffusante transparente minérale on peut citer l'émail transparent tel que décrit dans la demande FR3084355. Comme exemple de couche diffusante transparente organique on peut citer la couche transparente telle que décrit dans la demande WO2022023638
Les éléments diffusants sont disposés aux endroits souhaités d'extraction de la lumière. Il est ainsi possible de dessiner le cheminement de la lumière sur la surface du vitrage en la diffusant par le biais de surfaces diffusantes aux aires et contours bien définis, selon par exemple des motifs géométriques ou même de texte.
L'élément diffusant en couche peut être opaque ou transparent.
La couche diffusante peut comprendre une matrice (organique ou minérale) et des particules diffusantes par exemple d'oxyde métallique (TiO2 etc).
Comme exemple de couche diffusante transparente minérale on peut citer l'émail transparent tel que décrit dans la demande FR3084355
Comme exemple de couche diffusante transparente organique on peut citer la couche transparente telle que décrit dans la demande WO2022023638. Les caractéristiques préférées qui figurent dans la suite de la description sont applicables aussi bien au matériau selon l'invention que, le cas échéant, au vitrage, au procédé, à l'utilisation, au bâtiment ou au véhicule selon l'invention.
Toutes les caractéristiques lumineuses décrites sont obtenues selon les principes et méthodes de la norme ISO 9050 se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.
De manière conventionnelle, les indices de réfraction sont mesurés à une longueur d'onde de 550 nm.
Selon l'invention :
- la réflexion lumineuse correspond à la réflexion du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- la transmission lumineuse correspond à la transmission du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- l'absorption lumineuse correspond à l'absorption du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen de la figure qui l'accompagne :
La fig. 1 représente très schématiquement un vitrage feuilleté lumineux selon un mode de réalisation de l'invention.
Le vitrage comporte deux feuilles de verre ou substrat. Le substrat inférieur 10 est dirigé vers l'intérieur de l'habitacle ou du bâtiment et le substrat supérieur 20 est disposé vers l'extérieur de l'habitacle ou du bâtiment. Les deux substrats 10, 20 sont séparés par un intercalaire de feuilletage de type PVB 30. Les différentes faces des substrats sont classiquement numérotées de l'extérieur vers l'intérieur, 1, 2, 3, 4. Sur la fig. 1, un revêtement fonctionnel 5 est disposé sur la face 4. Un moyen d'extraction de la lumière 6 est disposé en face 3 II s'agit d'une couche formant un motif.
Une diode électroluminescente 7 est représentée schématiquement. Sa surface émettrice faisant face à la tranche 8 du substrat inférieur 10. Un polariseur 9 est disposé entre la surface émettrice de la diode 7 et la tranche 8 du substrat inférieur 10. EXEMPLES DE REALISATION
1. Matériaux et revêtements fonctionnels
Dans ces exemples, les substrats de verre sont des substrats de verre de type aluminosilicate.
Les intercalaires de feuilletages sont des intercalaires en Poly(butyral vinylique) (« PVB ») de 0,76 mm.
Les revêtements fonctionnels comprennent une couche fonctionnelle située entre deux revêtements diélectriques.
Les couches fonctionnelles (F) sont des couches d'oxyde d'étain et d'indium.
Les revêtements diélectriques comprennent :
- des couches à base de nitrure du silicium (Si3N4, n550 = 2,0),
- des couches à base d'oxyde de silicium (SiO2, n550 = 1,5).
Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1.
[Tableau 1]
Rev. 1 : Ce revêtement fonctionnel comporte la succession de couches suivante : Verre
// SisN4 30 nm / SiÛ2 17 nm / ITO ni nm / Si3N49 nm / SiÛ2 50 nm
ITO signifie : Indium Tin Oxide (lnÛ2:Sn)
Rev.2 : Verre // Si3N488 nm / SiÛ2 150 nm / ITO 75 nm / Si3N4 68 nm / SiÛ2 200 nm
Les épaisseurs des couches de ce revêtement ont été choisies pour optimiser les propriétés optiques lors de l'utilisation d'un polariseur de type S.
Rev.3 : Verre // Si3N4 68 nm / SiO2 128 nm / ITO 75 nm / Si3N45 nm
Les épaisseurs des couches de ce revêtement ont été choisies pour optimiser les propriétés optiques lors de l'utilisation d'un polariseur de type P. 2. Description des vitrages feuilletés lumineux testés
Les vitrages feuilletés testés comprennent :
- un premier substrat de type verre sodo-calcique ordinaire de 2mm et
- un deuxième substrat de verre de type verre sodo-calcique de 2 mm, les deux substrats sont séparés par un intercalaire de feuilletage en Polyvinyl Butyral (PVB) de 0,76 mm,
- le revêtement fonctionnel est situé sur le premier substrat et positionné en face 4.
Le premier substrat selon l'invention est le substrat situé le plus à l'intérieur de l'habitacle ou du bâtiment.
Le premier substrat comporte en outre sur la face 3 un élément diffusant en couche formant un motif (6).
Un film polariseur 9 commercialisé Spechtech a été utilisé. Il s'agit d'un film laminé polarisant linéaire. Il fait partie de la catégorie des polariseurs absorbant en polymère.
Il présente comme caractéristiques :
- une épaisseur de 0,43 mm environ,
- un coefficient d'extinction d'environ 44 : 1,
- un facteur de transmission de la lumière non polarisée dans la plage de longueurs d'onde de 400 à 700 nm de 38%.
Il peut être fixé à celui-ci par tout moyen notamment par collage ou par l'utilisation de moyens mécaniques.
La source lumineuse 8 est une Lampe LED blanche apte à injecter de la lumière dans le premier substrat par la tranche. La lumière traverse donc d'abord le polariseur avant d'entrée dans le premier substrat. La face d'entrée est donc la tranche du substrat.
III. Caractérisation de l'effet l'absorption en mode guidé
Des simulations ont été réalisées sur des vitrages lumineux feuilletés revêtus en face 4 des revêtements fonctionnels à propriétés bas émissive définis ci-dessus.
La simulation calcule le changement du rayon lumineux, en lumière polarisée ou non, après une réflexion sur la surface du revêtement fonctionnel. Elle calcule en particulier le niveau de réflexion et d'absorption de la lumière, et ce à toutes les longueurs d'onde. L'estimation de ces niveaux permet de prédire la luminosité et la couleur de la lumière extraite par les éléments extracteurs, et ce en tout point du vitrage. Les paramètres Rgm, a*gm et b*gm correspondent aux réflexions et aux couleurs a* et b* en réflexion en mode guidé à l'interface substrat/revêtement fonctionnel à un angle de 80° dans le substrat de verre.
Les caractéristiques d'absorption lumineuses sont obtenues par simulation en considérant l'illuminant D65 à 80° perpendiculairement au matériau monté, et après réflexion sur le revêtement fonctionnel de l'intérieur du verre dans un vitrage simple ou feuilleté (sauf indications contraires) :
- AL correspond à l'absorption lumineuse dans le visible en %,
- a*abs et b*abs correspondent aux couleurs d'absorptions a* et b* par le revêtement - L*a*b*observateur à l'intérieur du verre.
Elles sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Ex 1 Ex 2 Ex 3
Les valeurs Rgm, a*gm et b*gm en réflexion en mode guidé à l'interface substrat/revêtement fonctionnel ont été déterminées. Cette réflexion correspond à un angle d'incidence de 80° dans le substrat de verre. Par définition du mode guidé, dont l'angle de propagation est plus grand que la valeur de l'angle critique du système, la lumière ne peut pas être transmis au travers le revêtement. Ce qui n'est pas réfléchi est donc absorbé. Selon l'invention, il est très utile d'avoir un Rgm le plus élevé possible car ce paramètre dénote une faible absorption. En effet, la conservation de l'énergie d'un mode guidé impose Rgm + Agm = 1, avec Agm l'absorption du mode guidé. Une faible absorption se traduit par des valeurs élevées de Rgm. Une valeur de Rgm élevée traduit à la fois une plus faible absorption notamment dans le rouge en mode guidé et une meilleure préservation du mode guidé au sens de son intensité totale.
Les paramètres a*gm et b*gm indiquent le changement des paramètres colorimétriques de la lumière à la réflexion, pour une lumière incidente blanche, du type de ll'illuminant D65.
Un a*gm positif signifie que la réflexion devient plus rouge que le rayon incident.
Un a*gm négatif signifie que la réflexion devient plus vert que le rayon incident.
Un b*gm positif signifie que la réflexion devient plus jaune que le rayon incident.
Un b*gm négatif signifie que la réflexion devient plus bleue que le rayon incident.
Une réflexion d'une certaine couleur indique une absorption lumineuse de la couleur complémentaire. Ainsi, par exemple, un a*gm négatif est synonyme de réflexion verte et d'absorption dans le rouge.
Plus les paramètres a* et b* sont élevés en valeur absolue, plus la couleur des réflexions/absorptions sera elle-même prononcée.
Selon l'invention, on recherche des valeurs de a*gm et b*gm moins négatives, voire neutre.
Toutefois, cela est à pondérer avec les valeurs de Rgm. Comme expliqué ci-dessus, un Rgm élevé dénote une faible absorption. C'est pourquoi il peut être intéressant d'avoir des structures présentant de hautes valeurs de Rgm même si les a*gm et b*gm associés sont plus élevés en valeur absolue car ces couleurs seront peu intenses.
On peut voir que pour les exemples 1 et 2, les propriétés optiques et les couleurs sont améliorées avec l'utilisation d'un polariseur de type S, par rapport aux propriétés optiques et aux couleurs que l'on obtient sans polariseur. La réflexion lumineuse est augmentée et l'absorption lumineuse est diminuée. Les couleurs sont plus neutres (plus proches de zéro).
Pour l'exemple 3, les propriétés optiques et les couleurs sont améliorées avec l'utilisation d'un polariseur de type P. Suivant le revêtement utilisé, il est opportun de choisir un type de polariseur et ainsi améliorer l'intensité et les couleurs du motif lumineux.
L'invention s'applique également à d'autres structures de vitrage, par exemple simple ou double vitrage. En cas de simple vitrage, l'angle critique de réflexion total interne n'est plus de 80° mais d'environ 40°
D'autres revêtements pourraient être utilisés, qu'ils soient à propriété de bas émissivité ou non.
D'autres positions peuvent être envisagées pour le revêtement et les éléments extracteurs. Il est par exemple possible de placer le revêtement en face 3 et les éléments extracteurs en face 4.
Avec l'utilisation de LED de type RGB, il pourrait être envisagé de placer le polariseur devant l'émission de la lumière rouge uniquement. Cette disposition aurait l'avantage de réduire encore la variation de couleur et d'augmenter la puissance de la lumière.

Claims

Revendications
1. Vitrage lumineux comportant :
- un premier substrat revêtu d'un revêtement fonctionnel (5), ledit substrat comportant deux faces et une tranche (8),
- une source de lumière (7) comprenant une surface émettrice, couplée optiquement avec le substrat de telle sorte que la lumière pénètre dans le substrat par une face d'entrée et que le substrat forme un guide de lumière,
- un élément extracteur (6) de lumière pour extraire la lumière et former un motif lumineux, le vitrage étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un polariseur (9) de lumière situé entre la surface émettrice de la source de lumière (7) et la face d'entrée de la lumière dans le substrat.
2. Vitrage lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face d'entrée de la lumière dans le substrat est la tranche (8) du substrat.
3. Vitrage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat comporte un trou et la face d'entrée de la lumière dans le substrat est une paroi délimitant le trou.
4. Vitrage lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de lumière (7) est une diode électroluminescente inorganique (LED).
5. Vitrage lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est revêtu d'un revêtement fonctionnel bas émissif (5).
6. Vitrage lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le revêtement bas émissif (5) comporte une couche d'oxyde conducteur transparent (TCO), en particulier ITO.
7. Vitrage lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polariseur est de type S.
8. Vitrage lumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le polariseur est de type P.
9. Vitrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polariseur (9) est collé à la surface émettrice de la source de lumière (7).
10. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le polariseur (9) est collé à la face d'entrée de la lumière dans le substrat.
11. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface émettrice est espacée de la face d'entrée de la lumière dans le substrat.
12. Vitrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément extracteur (6) est un élément diffusant, en couche, en particulier un émail formant un motif.
13. Vitrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est bombé.
14. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un simple vitrage.
15. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième substrat en verre, espacé du premier par une lame de gaz de manière à former un double vitrage.
16. Vitrage selon l'une quelconques des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième substrat (10, 20) et un intercalaire de feuilletage (30), en particulier en PVB, disposé entre les deux substrats pour former un vitrage feuilleté.
17. Vitrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est monté sur un habitacle ou un bâtiment, les différentes faces des substrats sont numérotées de 1 à 4 de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du bâtiment.
18. Vitrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce le premier substrat revêtu (10) est situé plus à l'intérieur du bâtiment ou de l'habitacle que le deuxième substrat.
19. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que l'élément extracteur (6) est disposé en face 3 ou 4, de préférence 3.
20. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que la face d'entrée de la lumière dans le substrat est la tranche (8) du substrat (10) revêtu du revêtement fonctionnel (5).
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