FR3031165A1

FR3031165A1 - Dispositif optique permettant d'eclairer efficacement en face avant une image semi-transparente a micro-trous

Info

Publication number: FR3031165A1
Application number: FR1403058A
Authority: FR
Inventors: Badre Kerzabi
Original assignee: Sunpartner Technologies SAS
Current assignee: Sunpartner Technologies SAS
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-01
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: FR3031165B1

Abstract

Problème à résoudre : comment augmenter l'autonomie d'un dispositif d'éclairage en face avant d'une image semi-transparente (6,7,8) à micro-trous (9,10) dont la source de lumière (1) est alimentée par une batterie (20) chargée par un capteur solaire photovoltaïque (16) placée derrière l'image (6,7,8) tout en conservant l'homogénéité de l'éclairage sur toute la surface de l'image ? Solution : interdire optiquement le passage de la lumière (1) au travers des micro-trous (9,10) en réalisant des structures optiques (3) de faible indice de réfraction espacées par des ouvertures (14) entre la plaque transparente (2) et l'image (6,7,8), la densité surfacique desdites ouvertures (14) étant progressivement croissante en s'éloignant de la source de lumière (1); et en remplissant lesdites ouvertures (14) avec un matériau d'indice de réfraction supérieur à celui de ladite plaque transparente (2) au niveau des zones imprimées (6,7,8) de sorte que la lumière d'éclairage (1) illumine les zones imprimées (6,7,8) sans passer par les zones de transparence (9,10) de l'image.

Description

1 DISPOSITIF OPTIQUE PERMETTANT D'ECLAIRER EFFICACEMENT EN FACE AVANT UNE IMAGE SEMI-TRANSPARENTE A MICRO-TROUS La présente invention se rapporte à l'éclairage en face avant d'images semi5 transparentes dont la transparence est due à une multitude de micro-trous. ETAT DE LA TECHNIQUE L'utilisation d'images semi-transparentes est intéressante pour mieux intégrer les panneaux solaires dans leur environnement. Ainsi l'observateur perçoit 10 l'image et non l'aspect du panneau solaire, alors qu'une partie de la lumière est transmise au travers de l'image pour produire de l'énergie électrique au niveau dudit panneau. Pour un certain nombre d'applications, il peut être judicieux d'éclairer ladite image lorsque la luminosité ambiante est faible ou la nuit. Néanmoins, le système d'éclairage ne doit pas perturber la visibilité de l'image la 15 journée, lorsque ledit système ne fonctionne pas. Une image peut être rendue semi-transparente en déposant une ou plusieurs couches de pigments intrinsèquement semi-transparents sur un support d'impression très fin (par exemple du papier de très faible épaisseur) ou totalement transparent (par exemple en verre ou en polymère). Pour les procédés 20 d'impression de type quadrichromie, les couleurs employées sont le cyan, le magenta, le jaune et le noir, auxquelles est ajouté éventuellement une couche rétro-réfléchissante appelée « blanc de soutien » et permettant de moduler la luminosité de l'image. La transmittance de l'image dépend fortement du nombre de couches de blanc de soutien, ainsi que de la transparence du support 25 d'impression. Par abus de langage, on qualifie par la suite d'opaque toute image dont la transmittance est inférieure à 30%. Le dépôt des pigments est réalisé généralement par voie liquide via une encre, c'est-à-dire une formulation à base de pigments (colorants d'origine chimique ou naturelle qui peuvent être colorés, noirs ou blancs), d'une substance 30 dite « véhicule » et d'additifs. Lors du séchage de l'encre, la substance véhicule peut se retrouver sous la forme d'une matrice solide transparente qui encapsule 3031165 2 les pigments (dans le cas d'un polymère) ou se vaporiser (dans le cas d'un solvant). Alternativement, une image peut être rendue semi-transparente en espaçant une multitude de zones images opaques par des zones de totale transparence.

C'est le cas par exemple d'une image originellement opaque, de par la nature des couches de pigments ou du support d'impression, et qui comporte une multitude de micro-trous. L'éclairage d'une image semi-transparente composée de zones images opaques espacées par des zones de transparence totale ne peut se faire qu'en face avant (du côté de l'observateur). En effet, dans le cas d'un rétroéclairage d'une telle image, seule une très faible partie de la lumière du rétroéclairage parvient à l'observateur via les zones image opaques, une autre partie traversant les zones de transparence, ce qui conduit à une perception de l'image éclairée avec un aspect blanchâtre et à une mauvaise efficacité énergétique de l'éclairage.

Le dispositif d'éclairage en face avant, s'il n'est pas lui-même transparent, doit alors se positionner en dehors de l'espace situé entre l'image et l'observateur, ce qui est le cas des sources de lumière déportées qui sont positionnées par exemple sur un côté (généralement en haut ou en bas) et en retrait de l'image. Néanmoins, une partie de la lumière qui éclaire la surface de l'image semi- transparente traverse les zones de transparence sans participer à l'éclairage de l'image. Cette perte de lumière est alors considérée comme la perte d'une partie de l'énergie électrique qui alimente la source de lumière, ce qui rend ce dispositif d'éclairage standard peu efficace énergétiquement. Une alternative aux systèmes d'éclairage déportés, mais qui ne résout pas le problème d'efficacité énergétique mentionné précédemment, est l'utilisation d'un dispositif d'éclairage transparent. C'est le cas des dispositifs qui sont composés d'une plaque transparente positionnée en face avant de l'image (du côté de l'observateur) et d'une source de lumière positionnée en périphérie de ladite plaque. Par réflexions multiples sur les deux faces de la plaque, la lumière est dirigée dans l'épaisseur de ladite plaque qui joue le rôle d'un guide d'ondes. Des microstructures optiques (par exemple des rayures, prismes ou cônes de 3 0 3 1 1 6 5 3 dimensions micrométriques) disposées sur la face de la plaque transparente côté image permettent d'extraire la lumière en direction de l'image. On connait à travers les demandes de brevets JP2010285770 et W02011114262, des dispositifs d'éclairage couplés à des panneaux 5 photovoltaïques. La demande de brevet 3P2010285770 (Nippon Light Metal) décrit un dispositif d'éclairage périphérique dont l'intensité lumineuse est rendue uniforme sur toute sa surface d'éclairage par des structures optiques, mais ce dispositif n'est pas idéal pour éclairer efficacement une image opaque qui serait rendue semi-transparente par une multitude de zones transparentes. En effet, les 10 structures optiques étant alignées, elles perturberaient la vision de l'image en journée, et réduirait donc la qualité de l'image. De plus, il faudrait aligner précisément ces structures optiques avec les zones image, ce qui engendrerait des contraintes et donc des coûts supplémentaires dans le procédé de fabrication du système. La demande de brevet W02011114262 (Koninklijke Philips Electronics) 15 décrit aussi un dispositif d'éclairage périphérique qui utilise des luminophores pour émettre la lumière dans des gammes de longueurs d'ondes différentes de celles émises par la source périphérique, mais de manière non directionnelle. Ainsi une partie de la lumière émise est perdue et l'efficacité énergétique d'un tel système d'éclairage est mauvaise.

20 BUT DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif d'éclairage en face avant d'une image semi-transparente de type « image à micro-trous » qui a pour contraintes de maximiser la qualité de l'image, l'uniformité de l'éclairage, et l'efficacité 25 énergétique du système. Autrement dit, l'invention a pour but de diriger vers les zones imprimées de ladite image la quasi-totalité de la lumière émise par la source de lumière périphérique sans qu'une partie de ladite lumière ne traverse les zones de transparence, et avec une grande homogénéité quant à l'intensité de la lumière qui éclaire la surface de l'image. Cette caractéristique permet d'économiser de 30 l'énergie lumineuse, donc de l'énergie électrique pour alimenter la source de lumière dudit dispositif d'éclairage. Ce dispositif est particulièrement avantageux 3031165 4 en termes d'autonomie électrique lorsqu'un panneau solaire photovoltaïque est placé derrière l'image semi-transparente et lorsque celui-ci charge durant le jour une batterie électrique qui alimente la nuit la source de lumière du dispositif d'éclairage.

5 Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication dudit dispositif d'éclairage qui soit auto-aligné, c'est-à-dire qui s'affranchisse des contraintes d'alignement entre les zones image et les structures optiques du guide d'ondes.

10 RESUME DE L'INVENTION Dans son principe de base, le dispositif d'éclairage selon l'invention comprend au moins : - une image semi-transparente constituée d'un réseau uniforme de zones opaques imprimées séparées par des zones de transparence ; 15 - une plaque transparente disposée en face avant de ladite image semi- transparente par rapport à un observateur et comprenant une première face côté observateur appelée « face avant » et une deuxième face côté image appelée « face arrière » ; - une ou plusieurs sources de lumière disposées en périphérie de ladite 20 plaque transparente et ayant la propriété de propager une lumière dans l'épaisseur de ladite plaque transparente ; ledit dispositif d'éclairage est caractérisé en ce que la face arrière de ladite plaque transparente comporte en outre une pluralité de structures optiques transparentes dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de la plaque 25 transparente, lesdites structures optiques étant séparées par une pluralité d'ouvertures dont la densité surfacique est progressivement croissante en fonction de leurs distances auxdites sources de lumière. Il est nécessaire d'augmenter la densité surfacique desdites ouvertures d'une manière progressive dans le sens et dans la direction de la propagation de 30 la lumière pour que la surface d'illumination des zones opaques imprimées soit progressivement croissante alors que l'intensité lumineuse décroît au fur et à 3031165 5 mesure de sa propagation. Ainsi, l'intensité lumineuse de la lumière qui éclaire les zones opaques imprimées reste sensiblement constante sur toute la surface de l'image. Sans cet accroissement progressif de la quantité de lumière qui éclaire les zones opaques imprimées au travers desdites ouvertures, on observerait un 5 manque d'uniformité dans l'éclairage de l'image, notamment une diminution progressive de son intensité lumineuse à partir de la source de lumière et dans la direction de sa propagation. Dans un mode de réalisation particulier, les deux faces de la plaque 10 transparente sont planes et parallèles entre elles. Suivant une variante de réalisation non représentée, la face avant de la plaque transparente est structurée par un réseau de lentilles, alors que la face arrière reste plane. Cette variante est particulièrement adaptée lorsque l'on veut observer les zones imprimées sous certains angles, alors que sous d'autres angles 15 la lumière est dirigée à travers les zones de transparence de l'image semitransparente. Selon différents modes de réalisation, l'indice de réfraction de ladite plaque transparente est compris entre 1.40 et 1.60 et l'indice de réfraction desdites structures optiques est compris entre 1.20 et 1.59.

20 En fonction des indices de réfraction respectifs de la plaque transparente (no) et des structures optiques (ne), dans l'air, on peut adapter l'angle de collimation maximal (Amax) des sources de lumière périphériques. Il existe en effet une relation directe entre ces trois paramètres (no, ns et Amax), qui est donnée par l'équation suivante : Amax = sin-1 (np - sin ( -2le - sin-1 (-ln ))) nP 25 On appelle angle de collimation maximal le demi-angle d'ouverture du faisceau lumineux issu de la source lumineuse, avant que ledit faisceau n'entre dans la plaque transparente, qui joue le rôle de guide de lumière. Cet angle est avantageusement inférieur à 60°.

3031165 6 Le terme « zone opaque imprimée » représente une partie unitaire de l'image constituée d'une ou plusieurs couches de pigments ou colorants encapsulés ou non dans une matrice polymère transparente, et qui est imprimée soit directement sur les structures optiques de la face arrière de la plaque 5 transparente, soit sur un support d'impression avant que les structures optiques ne soient réalisées. Ledit support d'impression est avantageusement transparent (comme par exemple un film en polymère), mais peut également être opaque (comme par exemple du papier). L'ensemble des zones opaques imprimées élémentaires sont organisées en un réseau qui constitue l'image semi10 transparente. Selon les modes de réalisation, les ouvertures peuvent être remplies de la matrice transparente constitutive des zones opaques imprimées ou d'une colle optique. Pour que la lumière soit extraite de la plaque transparente vers les zones 15 images imprimées, l'indice de réfraction de la matrice transparente des zones images imprimées doit être supérieur à celui des structures optiques, et de préférence supérieur à celui de la plaque transparente, c'est-à-dire avantageusement compris entre 1.41 et 1.80. De même, dans le cas d'une lamination du support de l'image semi-transparente sur les structures optiques de 20 la plaque transparente à l'aide de ladite colle optique (généralement une résine transparente), l'indice de réfraction de ladite colle optique doit être supérieur ou égal à celui de ladite matrice transparente. Dans un mode de réalisation particulier, les zones opaques imprimées 25 contiennent, en remplacement ou en supplément de certains pigments (notamment ceux du blanc de soutien), des matériaux phosphorescents, fluorescents, photovoltaïques ou métalliques. Les matériaux phosphorescents ou fluorescents permettraient par exemple de réémettre une partie de l'énergie accumulée la journée afin d'éclairer l'image en complément du système d'éclairage 30 face avant, et donc d'accroître l'efficacité énergétique du système d'éclairage objet de l'invention.

3031165 7 Selon les modes de réalisation, les zones de transparence qui séparent les zones opaques imprimées peuvent avoir une forme de bandes ou de disques de dimensions micrométriques, typiquement comprises entre 30 pm et 1 mm.

5 Avantageusement, les dimensions des zones de transparence doivent être inférieures au pouvoir séparateur de c'est-à-dire inférieures à 75 pm, afin qu'un observateur ne les perçoive pas. Dans un autre mode de réalisation particulier, la ou les sources de lumière 10 périphériques sont de type LED (acronyme de diodes électroluminescentes) ou laser qui émettent dans des gammes spectrales situées dans le visible ou dans l'ultra-violet. Des sources de lumière LED émettant dans le bleu ou dans l'ultraviolet et associées à des matériaux à décalage de longueurs d'ondes (phosphorescents ou fluorescents) permettraient d'émettre une lumière blanche 15 avec une plus grande efficacité énergétique. Dans un autre mode de réalisation particulier, le dispositif d'éclairage objet de l'invention est placé entre un observateur et un module photovoltaïque de sorte que durant le jour l'observateur voit l'image éclairée par la lumière naturelle 20 ambiante à travers la plaque transparente, et le module photovoltaïque reçoit une partie de la lumière ambiante qui a traversé l'image au travers des zones de transparence, alors que durant la nuit l'observateur voit l'image éclairée par ladite source de lumière périphérique sans que ladite lumière d'éclairage ne traverse les zones de transparence. Lesdites sources lumineuses peuvent en outre être 25 alimentées électriquement par des batteries qui ont été préalablement chargées durant le jour par le module photovoltaïque. Un autre objet de l'invention est un premier procédé de fabrication du dispositif d'éclairage selon l'invention, ledit procédé comportant des étapes qui 30 consistent à : - approvisionner une plaque transparente ; 3031165 8 - déposer une couche uniforme d'un matériau transparent sur la face arrière de ladite plaque transparente ; - graver certaines zones de ladite couche pour réaliser des ouvertures et des structures optiques ; 5 - imprimer les zones opaques de l'image sur lesdites ouvertures et lesdites structures optiques. Dans ce premier procédé, la réalisation des structures optiques se fait de manière soustractive. On ablate, par un procédé de type laser, une partie de la matière préalablement déposée sur la plaque transparente pour réaliser les ouvertures.

10 Encore un autre objet de l'invention est un deuxième procédé de fabrication du dispositif d'éclairage selon l'invention, ledit procédé comportant des étapes qui consistent à : - approvisionner une plaque transparente ; 15 - déposer des structures optiques sur la face arrière de ladite plaque transparente en les espaçant par des ouvertures ; - imprimer les zones opaques de l'image sur lesdites ouvertures et lesdites structures optiques. Dans ce deuxième procédé, les structures optiques sont réalisées de manière 20 additive. Le dépôt desdites structures optiques peut se faire directement par impression 3D ou par sérigraphie. Alternativement, la réalisation desdites structures optiques peut se faire par photo-exposition d'une résine à travers un masque, par un procédé de type photolithographie.

25 Encore un autre objet de l'invention est un troisième procédé de fabrication du dispositif d'éclairage selon l'invention, ledit procédé comportant des étapes qui consistent à : - approvisionner une plaque transparente dont la face arrière comprend des structures optiques espacées par des ouvertures ; 30 - approvisionner un support d'impression ; - imprimer les zones opaques de l'image sur ledit support d'impression ; 3031165 9 - assembler à l'aide d'une colle optique la face du support d'impression qui est imprimée des zones image sur la face arrière structurée de ladite plaque transparente. Par rapport aux deux procédés précédents, ce troisième procédé a l'avantage de 5 permettre d'imprimer l'image sur une large gamme de supports d'impression. Toutefois, il faut veiller à ce que la colle optique ne soit pas en contact direct avec le support d'impression si celui-ci est transparent. Ce procédé est donc privilégié dans le cas où le support d'impression est lui-même opaque et rendu semitransparent par une multitude de zones de transparence.

10 L'avantage de ces trois procédés de fabrication réside dans l'auto-alignement des zones images sur les structures optiques et les ouvertures, ce qui simplifie le procédé de fabrication du dispositif d'éclairage et par voie de conséquence réduit son coût.

15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des figures 1 à 3 indexées. Les figures la et lb sont deux schémas de principe vus en coupe du 20 dispositif d'éclairage selon l'invention. La figure 2b est un tableau qui donne des exemples de valeurs d'angles de collimation et d'incidence maximaux de la lumière en fonction des indices de réfraction de la plaque et des structures optiques dans l'air, les paramètres en jeu étant schématisés sur la figure 2a.

25 La figure 3 représente schématiquement en coupe le dispositif d'éclairage selon l'invention couplé à un module photovoltaïque qui est placé derrière l'image semi-transparente. En référence à la figure la, une plaque transparente (2) comportant une 30 face avant (4) et une face arrière (5) parallèles entre elles est parcourue par une lumière émise en périphérie (1) qui se réfléchit en interne sur les deux faces (4,5) 303 1 1 6 5 10 de ladite plaque (2). La face arrière (5) de ladite plaque (2) est recouverte d'une couche de matière transparente (3) dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de ladite plaque (2), ceci afin de permettre la réflexion interne de la lumière même sous des angles d'incidence faibles, de préférence inférieurs à 35° par 5 rapport à la surface (5) de la plaque (2). Des ouvertures (14) sont pratiquées dans ladite couche de matière transparente (3) et en regard des zones opaques imprimées (6,7,8) de l'image. Lesdites zones opaques imprimées (6,7,8) sont espacées par des zones de transparence (9,10) ce qui rend l'image semitransparente et donc apte à laisser passer une partie de la lumière incidente (15).

10 Lesdites ouvertures (14) sont remplies d'une substance transparente dont l'indice de réfraction est supérieur ou égal à celui de la plaque (2), de sorte que la lumière d'éclairage (1) qui se propage à l'intérieur de la plaque (2) puisse pénétrer par ces ouvertures (14) et éclairer les pixels de l'image (6,7,8) proportionnellement à la surface desdites ouvertures (14). Afin de créer un éclairage uniforme de l'image, 15 la surface desdites ouvertures (14) augmente progressivement au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la source de lumière (1). Par exemple, la zone opaque imprimée (8) contient plus de surface d'ouvertures que la zone (7) qui elle-même en contient davantage que la zone (6), de sorte que l'intensité lumineuse (11,12,13) qui est extraite au niveau chaque zone (6,7,8) soit sensiblement égale.

20 Dans une variante de réalisation illustrée en figure lb, c'est la matrice transparente des zones images imprimées (6,7,8) qui remplit une partie desdites ouvertures (14) formées au préalable dans la couche transparente pour laisser apparaître des structures optiques (3). Dans ce cas, ladite matrice transparente possède un indice de réfraction qui est supérieur à celui de la plaque (2), ce qui 25 permet bien d'extraire spécifiquement la lumière guidée à l'interface entre les zones opaques imprimées (6,7) et la plaque (2), ladite lumière (11,12) étant ensuite réfléchie en partie sur les pigments pour éclairer spécifiquement les zones opaques imprimées (6,7). La lumière non extraite de la plaque transparente est guidée par réflexions successives par saut d'indices de réfraction aux interfaces 30 plaque/air ou plaque/structures optiques.

3 0 3 1 1 6 5 11 La figure 2b est un tableau qui donne des exemples de valeurs d'angles de collimation et d'incidence maximaux de la lumière émise par la source (1) (respectivement notés Amax et Bmax, et schématisés sur la figure 2a) en fonction des indices de réfraction de la plaque transparente (2) et des structures optiques 5 (3) (respectivement notés np et ne), pour un dispositif dans l'air. Les équations utilisées sont les suivantes : Amax = sin-1(np - sin(tin,',)) Bmax = -2 - sin-1 (-) ns La figure 3 illustre une option dudit dispositif d'éclairage dans lequel une surface photovoltaïque (16) est positionnée derrière l'image (6,7,8) et son 10 dispositif d'éclairage (1,2). Durant le jour la lumière ambiante (18) éclaire directement les pixels de l'image (6,7,8) et pour partie (17) traverse les zones de transparence et éclaire la surface photovoltaïque (16). Durant la nuit l'image (6,7,8) est vue par l'observateur (19) grâce à l'éclairage périphérique de la source lumineuse artificielle (1) sans que ladite lumière ne traverse les zones de 15 transparence. Il est possible le jour de stocker dans une batterie (20) l'énergie électrique produite par la surface photovoltaïque (16) et la nuit d'alimenter la source de lumière (1) à partir de ladite batterie (20). Du fait de l'économie d'énergie lumineuse réalisée par l'absence de dispersion de ladite lumière au travers des zones de transparence, le dispositif d'éclairage réalise une économie 20 de consommation électrique qui permet d'augmenter la durée de fonctionnement de la batterie, et donc d'augmenter l'autonomie du dispositif d'éclairage. EXEMPLE DE REALISATION Un exemple concret de réalisation est composé d'une plaque transparente 25 carrée en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) de 50 cm de côtés (soit 0,25 m2 de surface) et de 5 mm d'épaisseur, dont l'indice de réfraction vaut 1,5. Cette plaque permet de guider la lumière produite par une source de lumière périphérique composée d'une barrette de lampes LED blanches disposées le long np 3031165 12 d'un de ses côtés de manière à injecter de la lumière dans l'épaisseur de ladite plaque afin d'éclairer l'image la nuit. L'efficacité des LED est de 100 Im/W et celle de la plaque guide d'ondes est de 70%. Ladite plaque transparente est recouverte sur sa face arrière d'une couche de résine photosensible de perfluoropolyéther 5 (PFPE) de 10 pm d'épaisseur et dont l'indice de réfraction vaut 1,35. Cette couche de résine transparente (monomère de PFPE) est structurée par un automate programmable de type laser UV de faible puissance permettant d'exposer sélectivement les zones à polymériser. On obtient ainsi par ce procédé additif, après nettoyage du monomère non polymérisé, une pluralité d'ouvertures 10 circulaires de 100 pm de diamètre, la densité desdites ouvertures par unité de surface étant progressivement croissante de 1% à 80% en allant du bord de la plaque qui contient les lampes LED jusqu'au bord opposé. On imprime ensuite sur la couche de matière transparente précédemment structurée une image semi-transparente colorée carrée de 50 cm de côtés sous la 15 forme de zones imprimées opaques (dont la transmittance intrinsèque est de 20%) et séparées par un réseau hexagonal de micro-trous circulaires de 4 mm de diamètre de manière à obtenir une transparence globale de l'image d'environ 50%. Le positionnement des micro-trous de l'image donné par la consigne d'impression est totalement indépendant des ouvertures qui séparent les 20 structures optiques, ce qui signifie que le procédé est auto-aligné. L'encre d'impression de l'image est alors en contact direct avec la plaque transparente au niveau d'une partie des ouvertures et des structures optiques. Après séchage, les pigments constitutifs des zones image sont encapsulés dans une matrice d'un polymère transparent dont l'indice de réfraction est de 1,5 de manière à ce que la 25 lumière produite par les sources périphériques d'éclairage illumine spécifiquement ces zones images au niveau des ouvertures imprimées, sans être émise de la plaque via les micro-trous pratiqués dans l'image. Un panneau photovoltaïque en silicium cristallin carré, de 50 cm de côtés, orienté plein sud, recouvert d'une image à 50% de transparence globale et dont 30 de rendement de conversion de 20% emmagasine une énergie de 50Wh en moyenne journalière. Le panneau charge une batterie de 12 Volts et de 4 Ah 3031165 13 durant le jour et alimente la barrette de LED blanche la nuit afin d'éclairer l'image. On peut montrer que le dispositif d'éclairage suivant l'invention qui élimine la déperdition de lumière au travers des micro-trous de l'image, a permis de diminuer la puissance des lampes LED de 40% tout en conservant la même 5 qualité d'éclairage, et a donc permis d'augmenter le temps de fonctionnement de la batterie (son temps de décharge) dans le même rapport, soit de 40%. Cela équivaut à une augmentation de l'autonomie d'environ 9 heures. AVANTAGES DE L'INVENTION 10 En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant de diriger vers les zones imprimées de l'image la quasi-totalité de la lumière émise par la source de lumière périphérique sans qu'une partie de ladite lumière ne traverse les micro-trous, cela avec une grande homogénéité quant à l'intensité de la lumière qui éclaire la surface de l'image. Cette caractéristique permet 15 d'économiser de l'énergie lumineuse donc de l'énergie électrique la nuit lorsque l'image est éclairée. Dans le même temps, le dispositif d'éclairage selon l'invention permet de maximiser la qualité de l'image la journée, et propose un procédé de fabrication auto-aligné dudit dispositif.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage comprenant au moins : - une image semi-transparente constituée d'un réseau uniforme de zones 5 opaques imprimées (6,7,8) séparées par des zones de transparence (9,10) ; - une plaque transparente (2) disposée en face avant de ladite image semitransparente par rapport à un observateur (19) et comprenant une première face côté observateur appelée « face avant » (4) et une deuxième face côté image appelée « face arrière » (5) ; 10 - une ou plusieurs sources de lumière (1) disposées en périphérie de ladite plaque transparente (2) et ayant la propriété de propager une lumière dans l'épaisseur de ladite plaque transparente (2) ; ledit dispositif d'éclairage est caractérisé en ce que la face arrière (5) de ladite plaque transparente (2) comporte en outre une pluralité de structures 15 optiques transparentes (3) dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de la plaque transparente (2), lesdites structures optiques (3) étant séparées par une pluralité d'ouvertures (14) dont la densité surfacique est progressivement croissante en fonction de leurs distances par rapport auxdites sources de lumière (1). 20
2 - Dispositif d'éclairage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de ladite plaque transparente (2) est compris entre 1.40 et 1.60 et l'indice de réfraction desdites structures optiques (3) est compris entre 1.20 et 1.59. 25
3 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux faces (4,5) de la plaque transparente (2) sont planes et parallèles entre elles. 3031165 15
4 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la face avant (4) de la plaque transparente (2) est structurée par un réseau de lentilles, alors que la face arrière (5) est plane.
5 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones opaques imprimées (6,7,8) sont constituées d'une ou plusieurs couches de pigments ou colorants encapsulés dans une matrice transparente.
6 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones opaques (6,7,8) sont imprimées directement sur les structures optiques (3) de la face arrière (5) de la plaque transparente (2) et remplissent une partie des ouvertures (14).
7 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de la matrice transparente des zones images imprimées (6,7,8) est supérieur à celui des structures optiques (3), et de préférence supérieur à celui de la plaque transparente (2), c'est-à-dire avantageusement compris entre 1.41 et 1.80.
8 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 7, caractérisé en ce que les zones opaques imprimées (6,7,8) sont séparées des structures optiques (3) par une colle optique, l'indice de réfraction de ladite colle optique étant supérieur ou égal à celui de la matrice transparente desdites zones 25 opaques imprimées (6,7,8).
9 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones de transparence (14) qui séparent les zones opaques imprimées (6,7,8) ont une forme de bandes ou de disques de 30 dimensions micrométriques, typiquement comprises entre 30 pm et 1 mm. 303 1 1 6 5 16
10 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones opaques imprimées (6,7,8) contiennent des matériaux phosphorescents, fluorescents, photovoltaïques ou métalliques. 5
11 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources de lumière périphériques (1) sont de type LED ou laser et émettent dans des gammes spectrales situées dans le visible ou dans l'ultra-violet. 10
12 - Dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le demi-angle d'ouverture (Amax) du faisceau lumineux issu de la source de lumière (1), dans l'air, est lié à aux indices de réfraction (np,ns) de la plaque transparente (2) et des structures optiques (3) via 15 la relation Arna, = sin-1 (np - sin (11 - sin-1 (1)). 2 nP
13 - Dispositif d'éclairage suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif d'éclairage est placé entre un observateur (19) et un module photovoltaïque (16) de sorte que durant le jour l'observateur 20 (19) voit l'image (6,7,8) éclairée par la lumière naturelle ambiante (18) et la surface photovoltaïque (16) reçoit une partie de la lumière ambiante (17) qui a traversé l'image au travers des zones de transparence (9,10), alors que durant la nuit l'observateur (19) voit l'image (6,7,8) éclairée par ladite source de lumière périphérique (1) sans que ladite lumière d'éclairage ne traverse les zones de transparence (9,10).
14 - Dispositif d'éclairage suivant la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites sources de lumière (1) sont alimentées électriquement par des batteries (20) qui ont été préalablement chargées durant le jour par le module 30 photovoltaïque (16). 3 0 3 1 16 5 17
15 - Procédé de fabrication d'un dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : approvisionner une plaque transparente (2) ; 5 - déposer une couche uniforme d'un matériau transparent sur la face arrière (5) de ladite plaque transparente (2) ; - graver certaines zones de ladite couche pour réaliser les ouvertures (14) et les structures optiques (3) ; imprimer les zones opaques de l'image (6,7,8) sur lesdites ouvertures 10 (14) et lesdites structures optiques (3).
16 - Procédé de fabrication d'un dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : 15 approvisionner une plaque transparente (2) ; - déposer des structures optiques (3) sur la face arrière (5) de ladite plaque transparente (2) en les espaçant par des ouvertures (14); - imprimer les zones opaques de l'image (6,7,8) sur lesdites ouvertures (14) et lesdites structures optiques (3). 20
17 - Procédé de fabrication d'un dispositif d'éclairage suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : - approvisionner une plaque transparente (2) dont la face arrière 25 comprend des structures optiques (3) espacées par des ouvertures (14) ; - approvisionner un support d'impression ; - imprimer les zones opaques de l'image (6,7,8) sur ledit support d'impression ; - assembler à l'aide d'une colle optique la face du support d'impression qui est imprimée des zones image (6,7,8) sur la face arrière structurée de ladite plaque transparente (2).