WO2024003395A1 - Dispositif de projection d'images avec réflexion par matériau électrochrome - Google Patents

Dispositif de projection d'images avec réflexion par matériau électrochrome Download PDF

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WO2024003395A1
WO2024003395A1 PCT/EP2023/068113 EP2023068113W WO2024003395A1 WO 2024003395 A1 WO2024003395 A1 WO 2024003395A1 EP 2023068113 W EP2023068113 W EP 2023068113W WO 2024003395 A1 WO2024003395 A1 WO 2024003395A1
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image
electrodes
projection device
pair
pixel
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PCT/EP2023/068113
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Eduardo ALVEAR
Sidahmed BEDDAR
Ali Kanj
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Valeo Vision
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    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1516Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising organic material
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    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153Constructional details
    • G02F1/155Electrodes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/163Operation of electrochromic cells, e.g. electrodeposition cells; Circuit arrangements therefor

Definitions

  • the technical field of the invention is that of image projection devices and more particularly those fitted to motor vehicles and allowing the projection of images on the ground.
  • Such a device comprises a light source, generally a light-emitting diode, which produces an illumination light beam, shaped by an illumination or collimation lens placed downstream of the source, between the source and the image to be project.
  • the image to be projected transmits or reflects, depending on the technology used, the lighting light beam towards an optical projection system, which projects the image on the ground.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by proposing an alternative technology for the production of the image to be projected.
  • the image forming module may comprise a set of several masks, and the electrical control circuit may be capable of selecting one of the masks of the set for producing the pattern of the image formed by the image formation module.
  • each pixel can be formed by a single cell and is connected to a single pair of electrodes.
  • control of the color of each pixel is determined directly by the electrical voltage applied to the corresponding cell, which simplifies the control of the projected image.
  • the color of a pixel is obtained by synthesizing the colors of the cells that make up the pixel. It is thus made possible to project color images with a wide range of colors.
  • the first set may include several cells and the second set includes several cells.
  • a second aspect of the invention relates to a method of controlling an image projection device according to the first aspect of the invention, the image projection device comprising the following steps: - reception of an instruction by the electrical control circuit; - determination of an electrical voltage to be applied to each pair of electrodes according to said setpoint; - application, for each pair of electrodes, of said electrical voltage by the electrical control circuit.
  • FIG. 1 There schematically represents a vehicle equipped with an image projection device according to embodiments of the invention, seen from the side; - There schematically represents an image projection device according to embodiments of the invention; - There schematically represents a reflection assembly comprising a multilayer structure according to embodiments of the invention; - There represents a reflection assembly of an image projection device according to embodiments of the invention; - There illustrates the dependence of the wavelength reflected by a layer of electrochromic material illuminated by a broadband spectrum beam as a function of the thickness of this layer; - there illustrates a front view of a reflection assembly of an image projection device, according to a first embodiment of the invention; - there illustrates a front view of a reflection assembly of an image projection device, according to a second embodiment of the invention; - there illustrates a front view of a reflection assembly of an image projection device, according to a third embodiment of the invention.
  • the device 5 can be controlled by opening a front or rear door 100, or another opening such as the trunk 101.
  • Device 5 is placed at the bottom of the body, where the height is limited and the environment is aggressive (water splashes, risk of impact with elements on the road, etc.). It is therefore protected by a box, of limited size (since the device is 20cm to 30cm from the ground), for example 4 to 10 cm on each side.
  • the housing is more compact in size than prior art housings due to the technology used in the present invention.
  • the device 5 can be placed in a rear-view mirror.
  • the image projection device 5 comprises a light source 6 for emitting a source beam F s .
  • the source beam F s has a broadband emission spectrum.
  • the source beam F s is a beam of white light.
  • the light source 6 is for example a light-emitting diode. In another example, the light source 6 is a laser source.
  • the device 5 also includes an optional optical lighting system 7, and an image formation module Im.
  • the light source 6 is positioned so as to illuminate the optical lighting system 7.
  • the optical lighting system 7 here comprises a collimator 71 and a condenser 72.
  • the optical lighting system 7 makes it possible to shape the source beam F s , in particular transform it into a beam hereinafter called homogeneous beam F H.
  • the optical lighting system 7 is placed downstream of the light source 6, between the light source 6 and the image forming module.
  • the image forming module Im which will be described subsequently, comprises at least one image forming assembly 10 which is capable of reflecting the homogeneous beam F H into a reflected beam F R.
  • the image forming assembly 10 comprises at least one cell having a multi-layer structure described with reference to the .
  • the device 5 also comprises an optical projection system 8 arranged to project onto the ground, from the motor vehicle 1, the image to be projected formed by the image forming module Im.
  • the optical projection system 8 is located on the path of the reflected beam F R , downstream of the image formation module to be projected Im.
  • the optical projection system 8 comprises one or more lenses.
  • the image formed by the image forming module Im is positioned in the object focal plane of the optical projection system 8.
  • the optical projection system 8 forms on the ground an image 103 of the image to be projected, with very significant magnification, and, in general, an expansion effect.
  • the image 103 formed on the ground has at least 0.5 m side, and can even occupy an area 1 m long by 1 m wide or more, and the ground is illuminated in a grazing manner by the lighting device. projection of images.
  • the reflection assembly 10 which comprises a multilayer structure S, represented schematically on the , composed of the stack of a substrate 2, which may be flexible, of a metallic layer 3, and of a layer of electrochromic material 4.
  • the flexible substrate 2 is an organic material made of silicone, polycarbonate or PMMA.
  • Substrate 2 has, for example, a thickness of around 500 microns.
  • the metal layer 3 is delimited by a first face F1 and a second face F2.
  • the first face F1 is in contact with a face F0 of the flexible substrate 2.
  • the metallic layer 3 can consist of aluminum, chrome or gold.
  • the metal layer 3 has, for example, a thickness of between 70 and 100 nm.
  • the layer of electrochromic organic material 4 is delimited by a third face F3 and a fourth face F4.
  • Electrochromic means a material that changes color when an electrical voltage is applied to it for a short period of time. The material retains the new color after applying voltage, but can return to its original state after applying a voltage of the opposite sign.
  • the third face F3 is in contact with the second face F2.
  • the electrochromic organic material is PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)).
  • Other examples of electrochromic material that can be used are 2-alkylthieno[3,4-b]thiophene (T34bT), PMMA or polycarbonate.
  • the layer of electrochromic material 4 has for example a thickness of between 75 and 300 nm.
  • the layer of electrochromic material 4 can here be structured into N cells or elements, N being an integer greater than or equal to 1.
  • the reflection assembly 10 can include several pixels, each pixel being formed by at least one of the N cells.
  • the reflection assembly 10 then comprises N pixels or less than N pixels.
  • a portion of the multilayer structure with N cells C1, C2, C3,... and CN, is represented on the , with N equal to 4.
  • the layer of electrochromic material 4 is structured in a matrix of N cells.
  • Each cell among the N cells can be encapsulated in an electrolyte solution or gel, to which is connected a pair of electrodes designed to polarize the corresponding cell in voltage.
  • a set of several cells can be encapsulated in an electrolyte solution or gel, so as to be connected to the same pair of cells. electrodes.
  • each cell depends on the embodiment considered, three embodiments being described in the following.
  • the encapsulation and arrangement of the N cells and the arrangement of the corresponding pairs of electrodes on each cell or set of cells are carried out similar to those of a liquid crystal plate.
  • All pairs of electrodes are connected to a low voltage battery and connected to an electrical control circuit 15 connected to the vehicle's electrical network.
  • Such a cell acts as a Fabry-Pérot cavity formed by the portion of the third face F3 and the portion of the fourth corresponding face F4. This cavity produces, from the light it receives, interference of a specific wavelength. These interferences result in multiple reflections of colored rays propagating in the opposite direction to the rays received from the light source 6. Thus, it is through a phenomenon of interference, and not of absorption as when pigments or dyes are used, that the cell produces, for an observer, a colorful rendering.
  • the light received by the N cells can come from the homogeneous beam F H or can come directly from the light source 6 .
  • electrochromic material reflects between 60% and 90% of the light it receives.
  • the light source when it is a white light-emitting diode, has a flux of 400 lumen, the material thus reflecting between 240 lumen and 360 lumen.
  • the source beam F s emitted by the light source 6 preferably has a broadband emission spectrum.
  • the range of wavelengths, in other words the range of colors, which can be reflected by the electrochromic material is wider.
  • the thickness of the layer of electrochromic organic material 4 has an influence on the color perceived by an observer.
  • a layer of PEDOT with a thickness e1 equal to 800 nm when it receives light with a broadband light spectrum S( ⁇ ), produces by reflection a red color of wavelength ⁇ 1
  • a layer of PEDOT when it receives a light of broad band light spectrum S( ⁇ ) of thickness e2 equal to 600 nm produces by reflection a green color of wavelength ⁇ 2
  • a PEDOT layer of thickness e3 equal to 500 nm , when it receives light with a broad band light spectrum S( ⁇ ), produces by reflection a blue color of wavelength ⁇ 3 .
  • the N cells of the layer of electrochromic organic material 4 can have different thicknesses so as to adjust their color when no voltage is applied to them.
  • all cells have the same thickness and control of the color they return is allowed by the voltage that is applied to each of the cells or to each set of cells.
  • the electrical control circuit 15 makes it possible to control the voltage across the N cells of the layer of electrochromic organic material 4.
  • a correspondence table between the desired color and the voltage to be applied to the terminals of a pair of electrodes makes it possible to control in voltage the change in color of a cell or a set of cells.
  • the correspondence table depends on the organic electrochromic material used. For example, the voltage across a pair of electrodes varies between a minimum voltage of – 10 Volts and a maximum voltage of + 10 Volts.
  • a single pair of electrodes connected to the electrical control circuit 15 has been shown on the , for the sake of simplification.
  • the electrical control circuit 15 by receiving a setpoint, makes it possible to control the voltage across each pair of electrodes in order to control the color of the corresponding cell or of the corresponding set of cells.
  • the image to be projected is thus formed from at least the set of N pixels whose color is controlled by the application of a voltage, in the second and third embodiments described below.
  • a first embodiment with a single cell only the color of the image to be projected is controlled by the reflection assembly 10, a pattern of the image being formed by means of the mask 9 placed between the reflection assembly 10 and the optical projection system 8.
  • the image to be projected is thus customizable.
  • the layer of electrochromic material 4 comprises a single cell C.
  • the electrical control circuit 15 is capable of controlling the electrical voltage of the single cell C in order to vary the color of the light reflected by the single cell C.
  • the reflection assembly 10 with a single cell is advantageously combined with the mask 9 so as to form the image formation module Im.
  • the pattern of the image to be projected is thus produced by means of the mask 9 placed in interception in the reflected beam FR, between the reflection assembly 10 and the optical projection system 8, while the color of the image to be projected is determined by the electrical voltage applied by the electrical control circuit 15 to the single cell C.
  • mask 9 can be a single mask, or a set of masks.
  • the electrical control circuit 15 can in particular select, by a control signal, the mask from the set of masks which is placed in interception between the reflection assembly 10 and the optical projection system 8. It is thus made possible to vary the pattern and color of the image to be projected.
  • the masks of the set can be distributed in a circular manner, and the application of a given rotation to the set can allow the electrical control circuit 15 to select one of the masks of the set.
  • the substrate 2 and the metal layer 3 are only partially visible.
  • the substrate 2 and the metal layer 3 have the same dimensions in length and width as the single cell C, in which case the substrate 2 and the metal layer 3 are not visible on the .
  • the layer of electrochromic material 4 of the reflection assembly 10 comprises a matrix of N cells C1 to CN, each cell being individually controlled by a voltage applied to it by the electrical control circuit 15, and each cell thus forming a pixel.
  • the reflection assembly therefore comprises N individually controllable pixels, and the resolution of the image formed is therefore equal to N.
  • the second embodiment makes it possible to project a color pixelated image from a reflection assembly 10 with a layer of electrochromic material 4.
  • each cell C1 to CN No restriction is attached to the dimensions of each cell C1 to CN, in particular to the width and length of each cell C1 to CN, that is to say to the dimensions represented in the front view of the .
  • the substrate 2 and the metal layer 3 are only partially visible.
  • the substrate 2 and the metal layer 3 have the same dimensions in length and width as the layer of electrochromic material 4, in which case the substrate 2 and the metal layer 3 are not visible on the .
  • the cells C1 to CN are distinct layers of electrochromic material, arranged on substrates 2 and respective metal layers 3.
  • the reflection assembly 10 comprises a matrix of K pixels, K being greater than or equal to 2, each pixel comprising M cells, M being greater than or equal to 2.
  • N the total number of cells
  • the color of each of the M pixels is obtained by synthesis of the colors of the K cells which make up the pixel. A greater richness in the colors achievable by each pixel is thus allowed compared to the second embodiment.
  • the resolution of the image formed is equal to M, with great variability of colors obtained by synthesis of the colors of the K cells of each pixel.
  • Each cell of a pixel can be individually controlled to reflect a light beam of a given color.
  • multiple sets of one-pixel cells are driven together by set.
  • each set can be a row or column of pixels.
  • each pixel can have a width and a length of between 50 and 500 micrometers, for example between 50 and 200 micrometers, and in particular between 70 and 150 micrometers.
  • each pixel P1 to PK can be square with a side of 100 micrometers.
  • each cell can have a length and width of between 20 and 50 micrometers, in particular between 30 and 40 micrometers.
  • the nine cells of a given pixel can be controlled by column.
  • each column forms a set of cells whose color can be controlled by the electrical control circuit.
  • the three columns can be controlled separately, which makes it possible to synthesize a color of the pixel from the respective colors of the three columns.
  • the first column includes cells C4,1; C4,4 and C4,7
  • the second column includes cells C4,2; C4.5 and C4.8
  • the third column includes cells C4.3; C4.6 and C4.9.
  • the pixel is red.
  • the pixel is purple.
  • the first column and the third column are red, and when the second column is green, the pixel is yellow, etc.
  • the electrical control circuit 15 can receive a setpoint. In the second and third embodiment, on the basis of which the electrical control circuit determines a set of voltages to be applied to the cells or sets of cells of the layer of electrochromic organic material 4. The set of voltages translates the colored pattern forming the image that the user wishes to project. In the first embodiment, the electrical control circuit 15 determines the color of the single cell C, and optionally a mask pattern 9, on the basis of the instruction.
  • the light source 6 is turned on in order to emit the source beam F S , which is transformed into the homogeneous beam F H by the optical system lighting 7.
  • the multilayer structure S forming the image Im receives the homogeneous beam F H and reflects it towards the optical projection system 8.
  • the optical projection system 8 projects the image 103 on the ground.

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un dispositif de projection d'images (5) comprenant : - une source lumineuse (6) d'émission de rayons lumineux, - un module de formation d'image (Im) comprenant un ensemble de réflexion (10) apte à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse en un faisceau réfléchi (FR), - un système optique de projection (8) placé sur le trajet du faisceau réfléchi (FR) et apte à projeter une image formée par le module de formation d'image, dans lequel l'ensemble de réflexion comporte une structure multicouche comprenant un substrat, une couche métallique, et une couche de matériau électrochrome comprenant au moins une cellule, au moins une cellule étant encapsulée dans une couche d'électrolyte et connecté à une paire d'électrodes, le dispositif de projection d'images comprenant en outre un circuit électrique de commande apte à faire varier une tension électrique appliquée à la paire d'électrode de manière à faire varier une couleur de ladite au moins une cellule

Description

Dispositif de projection d’images avec réflexion par matériau électrochrome DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de projection d’images et plus particulièrement ceux équipant les véhicules automobiles et permettant la projection d’images sur le sol.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Il existe aujourd’hui de tels dispositifs, parfois appelés « dynamic carpet projectors » en anglais (projecteurs au sol modulables), permettant de projeter des images au sol lors de l’ouverture ou du déverrouillage d’une portière, ou à l’approche de celle-ci, quand le conducteur approche une clé ou un badge d’ouverture du véhicule.
Un tel dispositif comprend une source de lumière, généralement une diode électroluminescente, qui produit un faisceau lumineux d’éclairage, mis en forme par une lentille d’illumination ou de collimation placée en aval de la source, entre la source et l’image à projeter. L’image à projeter transmet ou réfléchit, selon la technologie utilisée, le faisceau lumineux d’éclairage vers un système optique de projection, qui projette l’image au sol.
L’image à projeter peut être produite par différentes technologies. Par exemple, une matrice de micro-miroirs (ou DMD pour « digital micromirror device » en anglais) peut être utilisée. Cette technologie présente l’inconvénient de créer des points chauds à l’intérieur du dispositif et n’est donc pas robuste d’un point de vue thermique. Également, une matrice de microLEDs peut être utilisée, mais des problèmes de dissipation thermique sont également rencontrés. Une troisième technologie est celle utilisant des microsystèmes électromécaniques balayés par laser (« laser scanned MEMS »). Cette dernière technologie est émergente et n’est pas robuste aux vibrations mécaniques.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant une technologie alternative pour la production de l’image à projeter.
Un premier aspect de l’invention concerne un dispositif de projection d’images comprenant :
- une source lumineuse d’émission de rayons lumineux,
- un module de formation d’image comprenant un ensemble de réflexion apte à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse en un faisceau réfléchi,
- un système optique de projection placé sur le trajet du faisceau réfléchi et apte à projeter une image formée par le module de formation d’image.
L’ensemble de réflexion comporte une structure multicouches comprenant un substrat, une couche métallique, et une couche de matériau électrochrome comprenant au moins une cellule encapsulée dans une couche d’électrolyte et connectée à une paire d’électrodes,
le dispositif de projection d’images comprenant en outre un circuit électrique de commande apte à faire varier une tension électrique appliquée à la paire d’électrode de manière à faire varier une couleur de ladite au moins une cellule.
Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de projeter une image au sol sans problème de point chaud ni de dissipation thermique et sans problème de robustesse.
Selon un premier mode de réalisation, la couche de matériau électrochrome peut comprendre une unique cellule et le module de formation d’images peut comprendre en outre au moins un masque positionné entre l’ensemble de réflexion et le système optique de projection, ledit masque étant apte à réaliser un motif de l’image formée par le module de formation d’images.
Ainsi, il est rendu possible de faire varier la couleur du motif projeté par le contrôle de la tension électrique appliquée à l’unique cellule, le motif étant déterminé par le masque. Il est ainsi rendu possible de réaliser une projection dynamique, au moins en faisant varier la couleur, sans problème de point chaud, de dissipation thermique ni de robustesse.
En complément, le module de formation d’images peut comprendre un ensemble de plusieurs masques, et le circuit électrique de commande peut être apte à sélectionner l’un des masques de l’ensemble pour la réalisation du motif de l’image formée par le module de formation d’images.
Ainsi, il est rendu possible de faire varier l’image projetée, à la fois par sa couleur mais également par le motif projeté. Il est ainsi rendu possible de projeter des images variées ou de réaliser des animations lumineuses.
En variante, selon des deuxième et troisième modes de réalisation, l’ensemble de réflexion peut comprendre une pluralité de pixels, chaque pixel étant formé par au moins une cellule et étant connecté à au moins une paire d’électrodes, le circuit électrique de commande étant apte à faire varier indépendamment la tension électrique appliquée à ladite au moins une paire d’électrodes de chaque pixel.
Il est ainsi rendu possible de projeter des images pixelisées par réflexion avec une couche de matériau électrochrome, ce qui présente les avantages de ne pas poser de problème de dissipation thermique, de permettre une robustesse élevée et un encombrement moindre comparativement aux solutions de l’art antérieur.
En complément, chaque pixel de la pluralité de pixels peut avoir une longueur et une largeur comprises entre 50 et 500 micromètres, notamment entre 70 et 150 micromètres.
Il est ainsi rendu possible de projeter une image de résolution élevée avec un encombrement moindre du dispositif de projection d’images.
Selon le deuxième mode de réalisation, chaque pixel peut être formé par une seule cellule et est connecté à une seule paire d’électrodes.
Ainsi, le contrôle de la couleur de chaque pixel est déterminé directement par la tension électrique appliquée à la cellule correspondante, ce qui simplifie le contrôle de l’image projetée.
Selon le troisième mode de réalisation, chaque pixel peut être formé par une pluralité de cellules et, pour chaque pixel, la pluralité de cellules peut comprendre au moins un premier ensemble d’au moins une cellule et un deuxième ensemble d’au moins une cellule, le premier ensemble étant connecté à une première paire d’électrodes et le deuxième ensemble étant connecté à une deuxième paire d’électrodes, et le circuit électrique de commande peut être apte à faire varier la couleur de chaque pixel en faisant varier une première tension électrique de la première paire d’électrodes et une deuxième tension électrique de la deuxième paire d’électrodes.
Ainsi, la couleur d’un pixel est obtenue par synthèse de couleurs de cellules qui composent le pixel. Il est ainsi rendu possible de projeter des images en couleur avec un large panel de couleurs.
En complément, pour chaque pixel, le premier ensemble peut comprendre plusieurs cellules et le deuxième ensemble comprend plusieurs cellules.
Ainsi, le contrôle de la couleur de chaque pixel est simplifié par rapport à un contrôle cellule par cellule. Il est notamment permis de réaliser des cellules de plus petites tailles et donc de réduire l’encombrement associé au dispositif de projection d’images.
Selon des modes de réalisation, le matériau électrochrome peut être choisi parmi du PEDOT, du PMMA ou du polycarbonate.
De tels matériaux sont électrochromes, sont robustes et présentent des coûts moindres comparativement aux solutions de l’art antérieur.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de commande d’un dispositif de projection d’images selon le premier aspect de l’invention, le dispositif de projection d’images comprenant les étapes suivantes :
- réception d’une consigne par le circuit électrique de commande ;
- détermination d’une tension électrique à appliquer à chaque paire d’électrodes en fonction de ladite consigne ;
- application, pour chaque paire d’électrodes, de ladite tension électrique par le circuit électrique de commande.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention :
- La représente schématiquement un véhicule équipé d’un dispositif de projection d’images selon des modes de réalisation de l’invention, vu de côté ;
- La représente schématiquement un dispositif de projection d’images selon des modes de réalisation de l’invention ;
- La représente schématiquement un ensemble de réflexion comprenant une structure multicouches selon des modes de réalisation de l’invention ;
- La représente un ensemble de réflexion d’un dispositif de projection d’images selon des modes de réalisation de l’invention ;
- La illustre la dépendance de la longueur d’onde réfléchie par une couche de matériau électrochrome illuminée par un faisceau à spectre large bande en fonction de l’épaisseur de cette couche ;
- la illustre une vue de face d’un ensemble de réflexion d’un dispositif de projection d’images, selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la illustre une vue de face d’un ensemble de réflexion d’un dispositif de projection d’images, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la illustre une vue de face d’un ensemble de réflexion d’un dispositif de projection d’images, selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
La représente un véhicule automobile 1 équipé d’un dispositif de projection d’images 5, permettant la projection d’une image 103 sur le sol. Le dispositif 5 peut être commandé par l’ouverture d’une porte 100 avant ou arrière, ou un autre ouvrant tel que le coffre 101.
Le dispositif 5 est placé en bas de caisse, où la hauteur est limitée et l’environnement agressif (projections d’eau, risque de choc avec des éléments sur la route, etc…). Il est donc protégé par un boitier, de taille limitée (puisque le dispositif est de 20cm à 30cm du sol), par exemple de 4 à 10 cm de côté. Le boîtier est de taille plus compacte que les boîtiers de l’art antérieur du fait de la technologie utilisée dans la présente invention. En variante, le dispositif 5 peut être placé dans un rétroviseur.
La représente schématiquement le dispositif 5 de projection d’images selon l’invention.
Le dispositif 5 de projection d’images comprend une source lumineuse d’émission 6 d’un faisceau source Fs. Avantageusement, comme il sera vu par la suite, le faisceau source Fs présente un spectre d’émission à large bande. Typiquement, le faisceau source Fs est un faisceau de lumière blanche. La source lumineuse 6 est par exemple une diode électroluminescente. Dans un autre exemple, la source lumineuse 6 est une source laser.
Le dispositif 5 comprend aussi un système optique d’éclairage 7 optionnel, et un module de formation d’image Im.
La source lumineuse 6 est positionnée de sorte à illuminer le système optique d’éclairage 7. Le système optique d’éclairage 7 comprend ici un collimateur 71 et un condenseur 72. Le système optique d’éclairage 7 permet de mettre en forme le faisceau source Fs, en particulier le transformer en un faisceau dénommé ci-après faisceau homogène FH. Le système optique d’éclairage 7 est placé en aval de la source lumineuse 6, entre la source lumineuse 6 et le module de formation d’image. Le module de formation d’image Im, qui va être décrit par la suite, comprend au moins un ensemble de formation d’image 10 qui est apte à réfléchir le faisceau homogène FH en un faisceau réfléchi FR.
L’ensemble de formation d’image 10 selon l’invention comprend au moins une cellule présentant une structure multi-couches décrite en référence à la .
Le dispositif 5 comprend également un système optique de projection 8 agencé pour projeter au sol, depuis le véhicule automobile 1, l’image à projeter formée par le module de formation d’image Im. Le système optique de projection 8 est situé sur le trajet du faisceau réfléchi FR, en aval du module de formation d’image à projeter Im. Typiquement, le système optique de projection 8 comprend une ou plusieurs lentilles. Préférentiellement, l’image formée par le module de formation d’image Im est positionnée dans le plan focal objet du système optique de projection 8.
Le système optique de projection 8 forme sur le sol une image 103 de l’image à projeter, avec un grandissement très important, et, en général, un effet de dilatation. En effet, l’image 103 formée au sol a au moins 0,5 m de côté, et peut même occuper une zone de 1m de long par 1 m de large ou plus, et le sol est éclairé de manière rasante par le dispositif de projection d’images.
Une des particularités de l’invention réside dans l’ensemble de réflexion 10 qui comprend une structure multicouche S, représentée schématiquement sur la , composée de l’empilement d’un substrat 2, pouvant être flexible, d’une couche métallique 3, et d’une couche de matériau électrochrome 4.
Par exemple, le substrat flexible 2 est un matériau organique en silicone, en polycarbonate ou en PMMA. Le substrat 2 a par exemple une épaisseur de l’ordre de 500 microns.
La couche métallique 3 est délimitée par une première face F1 et une deuxième face F2. La première face F1 est en contact avec une face F0 du substrat flexible 2. Par exemple, la couche métallique 3 peut être constituée d’aluminium, de chrome ou d’or. La couche métallique 3 a par exemple une épaisseur comprise entre 70 et 100 nm.
La couche de matériau organique électrochrome 4 est délimitée par une troisième face F3 et une quatrième face F4. Par électrochrome, il est entendu un matériau qui change de couleur lorsqu’une tension électrique lui est appliquée pendant une durée courte. Le matériau conserve la nouvelle couleur après l’application de la tension, mais peut retourner dans son état d’origine après application d’une tension de signe contraire. La troisième face F3 est en contact avec la deuxième face F2. Par exemple, le matériau organique électrochrome est du PEDOT (poly(3,4-éthylènedioxythiophène)). D’autres exemples de matériau électrochrome pouvant être utilisés sont du 2-alkylthieno[3,4-b] thiophène (T34bT), du PMMA ou du polycarbonate. La couche de matériau électrochrome 4 a par exemple une épaisseur comprise entre 75 et 300 nm.
La couche de matériau électrochrome 4 peut être ici structurée en N cellules ou éléments, N étant un entier supérieur ou égal à 1.
Lorsque N est supérieur ou égal à 2, l’ensemble de réflexion 10 peut comprendre plusieurs pixels, chaque pixel étant formé par au moins l’une des N cellules. L’ensemble de réflexion 10 comprend alors N pixels ou moins de N pixels.
Une portion de la structure multicouches avec N cellules C1, C2, C3,… et CN, est représentée sur la , avec N égal à 4. Par exemple, la couche de matériau électrochrome 4 est structurée en une matrice de N cellules.
Chaque cellule parmi les N cellules peut être encapsulée dans une solution ou un gel d’électrolyte, auquel est connectée une paire d’électrodes prévue pour polariser en tension la cellule correspondante. En variante, lorsque chaque pixel comprend plusieurs cellules conformément au troisième mode de réalisation décrit dans ce qui suit, un ensemble de plusieurs cellules peut être encapsulé dans une solution ou un gel d’électrolyte, de manière à être connectées à une même paire d’électrodes.
La taille de chaque cellule dépend du mode de réalisation considéré, trois modes de réalisation étant décrits dans ce qui suit.
L’encapsulation et l’agencement des N cellules et l’agencement des paires d’électrodes correspondantes sur chaque cellule ou ensemble de cellules, sont effectués similairement à ceux d’une plaque de cristaux liquides.
L’ensemble des paires d’électrodes est connecté à une batterie basse tension et relié à un circuit électrique de commande 15 connecté au réseau électrique du véhicule.
On décrit ci-après comment est pilotée la couleur d’une cellule parmi les N cellules de la couche de matériau organique électrochrome 4. Une telle cellule agit comme une cavité Fabry-Pérot formée par la portion de la troisième face F3 et la portion de la quatrième face F4 correspondantes. Cette cavité produit, à partir de la lumière qu’elle reçoit, des interférences de longueur d’onde déterminée. Ces interférences se traduisent par des réflexions multiples de rayons colorés se propageant en sens inverse des rayons reçus depuis la source lumineuse 6. Ainsi, c’est par un phénomène d’interférences, et non d’absorption comme lorsque des pigments ou des colorants sont utilisés, que la cellule produit, pour un observateur, un rendu coloré.
Dans la présente invention, la lumière reçue par les N cellules peut provenir du faisceau homogène FHou peut provenir directement de la source lumineuse 6 .
Typiquement, le matériau électrochrome réfléchit entre 60 % et 90% de la lumière qu’il reçoit. Par exemple, la source lumineuse, lorsqu’elle est une diode électroluminescente blanche, a un flux de 400 lumen, le matériau réfléchissant ainsi entre 240 lumen et 360 lumen.
Comme indiqué précédemment, le faisceau source Fs émis par la source lumineuse 6 présente préférentiellement un spectre d’émission à large bande. Ainsi, la plage de longueurs d’onde, autrement dit la plage de couleurs, pouvant être réfléchie par le matériau électrochrome est plus large.
L’épaisseur de la couche de matériau organique électrochrome 4 a une influence sur la couleur perçue par un observateur. Par exemple, comme représenté sur la , une couche de PEDOT d’épaisseur e1 égale à 800 nm, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux S(λ) à large bande, produit par réflexion une couleur rouge de longueur d’onde λ1, une couche de PEDOT, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux S(λ) à large bande d’épaisseur e2 égale à 600 nm produit par réflexion une couleur verte de longueur d’onde λ2, une couche de PEDOT d’épaisseur e3 égale à 500 nm, lorsqu’elle reçoit une lumière de spectre lumineux S(λ) à large bande, produit par réflexion une couleur bleue longueur d’onde λ3.
Par exemple, les N cellules de la couche de matériau organique électrochrome 4 peuvent présenter des épaisseurs différentes de sorte à ajuster leur couleur lorsqu’aucune tension ne leur est appliquée.
En variante, toutes les cellules ont la même épaisseur et le contrôle de la couleur qu’elles renvoient est permis par la tension qui est appliquée à chacune des cellules ou à chaque ensemble de cellules.
Le circuit électrique de commande 15 permet de commander la tension aux bornes des N cellules de la couche de matériau organique électrochrome 4. Une table de correspondance entre la couleur souhaitée et la tension à appliquer aux bornes d’une paire d’électrodes permet de commander en tension le changement de couleur d’une cellule ou d’un ensemble de cellules. La table de correspondance dépend du matériau organique électrochrome utilisé. Par exemple, la tension aux bornes d’une paire d’électrodes varie entre une tension minimale de – 10 Volts et une tension maximale de + 10 Volts.
Une unique paire d’électrodes reliée au circuit électrique de commande 15 a été représenté sur la , par souci de simplification.
Ainsi, le circuit électrique de commande 15, par réception d’une consigne, permet de piloter la tension aux bornes de chaque paire d’électrodes afin de contrôler la couleur de la cellule correspondante ou de l’ensemble de cellules correspondant.
L’image à projeter est ainsi formée à partir au moins de l’ensemble de N pixels dont la couleur est pilotée par l’application d’une tension, dans les deuxième et troisièmes modes de réalisation décrits ci-après. Dans un premier mode de réalisation avec une unique cellule, seule la couleur de l’image à projeter est pilotée par l’ensemble de réflexion 10, un motif de l’image étant formé au moyen du masque 9 place entre l’ensemble de réflexion 10 et le système optique de projection 8.
L’image à projeter est ainsi personnalisable.
La présente une vue de face d’un ensemble de réflexion 10 d’un dispositif 5 selon un premier mode de réalisation de l’invention
Selon le premier mode de réalisation, la couche de matériau électrochrome 4 comprend une unique cellule C. Le circuit électrique de commande 15 est apte à contrôler la tension électrique de l’unique cellule C afin de faire varier la couleur de la lumière réfléchie par l’unique cellule C.
Dans le premier mode de réalisation, l’ensemble de réflexion 10 avec une unique cellule est avantageusement combiné avec le masque 9 de manière à former le module de formation d’image Im. Le motif de l’image à projeter est ainsi réalisé au moyen du masque 9 placé en interception dans le faisceau réfléchi FR, entre l’ensemble de réflexion 10 et le système optique de projection 8, tandis que la couleur de l’image à projeter est déterminée par la tension électrique appliquée par le circuit électrique de commande 15 à l’unique cellule C.
A noter que le masque 9 peut être un masque unique, ou un ensemble de masques. Le circuit électrique de commande 15 peut notamment sélectionner, par un signal de commande, le masque parmi l’ensemble de masques qui est placé en interception entre l’ensemble de réflexion 10 et le système optique de projection 8. Il est ainsi rendu possible de faire varier le motif et la couleur de l’image à projeter. Les masques de l’ensemble peuvent être réparti de manière circulaire, et l’application d’une rotation donnée à l’ensemble peut permettre au circuit électrique de commande 15 de sélectionner l’un des masques de l’ensemble.
Aucune restriction n’est attachée aux dimensions de l’unique cellule C, notamment à la largeur et à la longueur de la cellule C, c’est-à-dire aux dimensions représentées dans la vue de face de la .
La représentant une vue de face, le substrat 2 et la couche métallique 3 ne sont que partiellement visibles. En variante, le substrat 2 et la couche métallique 3 ont les mêmes dimensions en longueur et largeur que l’unique cellule C, auquel cas le substrat 2 et la couche métallique 3 ne sont pas visibles sur la .
La présente un ensemble de réflexion 10 d’un dispositif 5 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Dans le deuxième mode de réalisation, la couche de matériau électrochrome 4 de l’ensemble de réflexion 10 comprend une matrice de N cellules C1 à CN, chaque cellule étant pilotée individuellement par une tension qui lui est appliquée par le circuit électrique de commande 15, et chaque cellule formant ainsi un pixel.
Dans le deuxième mode de réalisation, l’ensemble de réflexion comprend donc N pixels pilotables individuellement, et la résolution de l’image formée est donc égale à N.
Ainsi, le deuxième mode de réalisation permet de réaliser projeter une image pixelisée en couleur à partir d’un ensemble de réflexion 10 avec une couche de matériau électrochrome 4.
Aucune restriction n’est attachée aux dimensions de chaque cellule C1 à CN, notamment à la largeur et à la longueur de chaque cellule C1 à CN, c’est-à-dire aux dimensions représentées dans la vue de face de la .
Par exemple, chaque cellule peut avoir une largeur et une longueur comprise entre 50 et 500 micromètres, par exemple comprise entre 50 et 200 micromètres, et en particulier comprise entre 70 et 150 micromètres. A titre d’exemple, chaque cellule C1 à CN peut être de forme carrée de côté de 100 micromètres.
La représentant une vue de face, le substrat 2 et la couche métallique 3 ne sont que partiellement visibles. En variante, le substrat 2 et la couche métallique 3 ont les mêmes dimensions en longueur et largeur que la couche de matériau électrochrome 4, auquel cas le substrat 2 et la couche métallique 3 ne sont pas visibles sur la .
Encore en variante, les cellules C1 à CN sont des couches de matériau électrochrome distinctes, agencées sur des substrats 2 et des couches métalliques 3 respectives.
Un exemple avec 15 cellules est représenté sur la , à titre illustratif. Toutefois, l’ensemble de réflexion 10 peut comprendre plus de cent cellules, voire plus de mille cellules.
La présente un ensemble de réflexion 10 d’un dispositif 5 selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Dans le troisième mode de réalisation, l’ensemble de réflexion 10 comprend une matrice de K pixels, K étant supérieur ou égal à 2, chaque pixel comprenant M cellules, M étant supérieur ou égal à 2.
La couche de matériau électrochrome 4 est ainsi divisée en M*K cellules, M cellules formant un pixel d’une matrice de pixels.
Dans l’exemple de la , M est égal à 9 et K est égal à 15. Par conséquent, N, le nombre total de cellules, est égal à 9*15=135.
Dans le troisième mode de réalisation, la couleur de chacun des M pixels est obtenue par synthèse des couleurs des K cellules qui composent le pixel. Il est ainsi permis une plus grande richesse dans les couleurs réalisables par chaque pixel comparativement au deuxième mode de réalisation.
La résolution de l’image formée est égale à M, avec une grande variabilité des couleurs obtenues par synthèse des couleurs des K cellules de chaque pixel.
Chaque cellule d’un pixel peut être pilotée individuellement de manière à réfléchir un faisceau lumineux d’une couleur donnée. En variante, plusieurs ensembles de cellules d’un pixel sont pilotées ensemble par ensemble. Par exemple, chaque ensemble peut être une ligne ou une colonne de pixels.
Aucune restriction n’est attachée aux dimensions de chaque pixel P1-PK, notamment à la largeur et à la longueur de chaque cellule P1 à PK, c’est-à-dire aux dimensions représentées dans la vue de face de la .
Par exemple, chaque pixel peut avoir une largeur et une longueur comprise entre 50 et 500 micromètres, par exemple comprise entre 50 et 200 micromètres, et en particulier comprise entre 70 et 150 micromètres. A titre d’exemple, chaque pixel P1 à PK peut être de forme carrée de côté 100 micromètres.
Aucune restriction n’est par ailleurs attachée aux dimensions des cellules dans chaque pixel, notamment à la longueur et la largeur de chaque cellule. De telles dimensions dépendent du nombre de cellules par pixel et des dimensions du pixel. Par exemple, chaque cellule peut avoir une longueur et une largeur comprises entre 20 et 50 micromètres, notamment comprises entre 30 et 40 micromètres.
Un exemple du troisième mode de réalisation est décrit ci-après, à titre illustratif uniquement.
Dans cet exemple, les neufs cellules d’un pixel donné sont pilotables par colonne. Ainsi, chaque colonne forme un ensemble de cellules dont la couleur est pilotable par le circuit électrique de commande. Ainsi, les trois colonnes peuvent être pilotées séparément, ce qui permet de synthétiser une couleur du pixel à partir des couleurs respectives des trois colonnes.
Par exemple, en prenant l’exemple particulier du quatrième pixel P4, la première colonne comprend les cellules C4,1 ; C4,4 et C4,7, la deuxième colonne comprend les cellules C4,2 ; C4,5 et C4,8 et la troisième colonne comprend les cellules C4,3 ; C4,6 et C4,9.
Ainsi, lorsque les trois colonnes sont rouges, le pixel est rouge. Lorsque la première colonne et la troisième colonnes sont bleues et que la deuxième colonne est rouge, le pixel est violet. Lorsque la première colonne et la troisième colonnes sont rouges, et lorsque la deuxième colonne est verte, le pixel est jaune, etc.
On décrit ci-après un procédé de commande du dispositif de projection d’images précédemment décrit.
Le circuit électrique de commande 15 peut recevoir une consigne. Dans les deuxième et troisième mode de réalisation, sur la base de laquelle le circuit électrique de commande détermine un ensemble de tensions à appliquer aux cellules ou ensembles de cellules de la couche de matériau organique électrochrome 4. L’ensemble de tensions traduit le motif coloré formant l’image que l’utilisateur souhaite projeter. Dans le premier mode de réalisation, le circuit électrique de commande 15 détermine la couleur de l’unique cellule C, et optionnellement un motif de masque 9, sur la base de la consigne.
Une fois la ou les tensions appliquées à la cellule ou aux cellules de la couche de matériau électrochrome 4, la source lumineuse 6 est allumée afin d’émettre le faisceau source FS, qui est transformé en le faisceau homogène FH par le système optique d’éclairage 7. La structure multicouche S formant l’image Im reçoit le faisceau homogène FH et le réfléchit vers le système optique de projection 8. Le système optique de projection 8 projette l’image 103 sur le sol.

Claims (10)

  1. Dispositif de projection d’images (5) comprenant :
    - une source lumineuse (6) d’émission de rayons lumineux,
    - un module de formation d’image comprenant un ensemble de réflexion apte à réfléchir des rayons lumineux issus de la source lumineuse en un faisceau réfléchi (FR),
    - un système optique de projection (8) placé sur le trajet du faisceau réfléchi (FR) et apte à projeter une image formée par le module de formation d’image,
    dans lequel l’ensemble de réflexion comporte une structure multicouches (S) comprenant un substrat (2), une couche métallique (3), et une couche de matériau électrochrome (4) comprenant au moins une cellule encapsulée dans une couche d’électrolyte et connectée à une paire d’électrodes,
    le dispositif de projection d’images comprenant en outre un circuit électrique de commande apte à faire varier une tension électrique appliquée à la paire d’électrode de manière à faire varier une couleur de ladite au moins une cellule.
  2. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 1, dans lequel la couche de matériau électrochrome (4) comprend une unique cellule (C) et dans lequel le module de formation d’images (Im) comprend en outre au moins un masque (9) positionné entre l’ensemble de réflexion et le système optique de projection (8), ledit masque étant apte à réaliser un motif de l’image formée par le module de formation d’images.
  3. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 2, dans lequel le module de formation d’images (Im) comprend un ensemble de plusieurs masques (9), et dans lequel le circuit électrique de commande (15) est apte à sélectionner l’un des masques de l’ensemble pour la réalisation du motif de l’image formée par le module de formation d’images.
  4. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble de réflexion (10) comprend une pluralité de pixels, chaque pixel étant formé par au moins une cellule et étant connecté à au moins une paire d’électrodes, le circuit électrique de commande (15) étant apte à faire varier indépendamment la tension électrique appliquée à ladite au moins une paire d’électrodes de chaque pixel.
  5. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 3, dans lequel chaque pixel de la pluralité de pixels a une longueur et une largeur comprises entre 50 et 500 micromètres, notamment entre 70 et 150 micromètres.
  6. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque pixel est formé par une seule cellule (C1-CN) et est connecté à une seule paire d’électrodes.
  7. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque pixel (P1-PK) est formé par une pluralité de cellules (C4,1-C4,9) et dans lequel, pour chaque pixel, la pluralité de cellules comprend au moins un premier ensemble (C4,1; C4,4; C4,7) d’au moins une cellule et un deuxième ensemble (C4,2; C4,5; C4,8) d’au moins une cellule, le premier ensemble étant connecté à une première paire d’électrode et le deuxième ensemble étant connecté à une deuxième paire d’électrodes, et dans lequel le circuit électrique de commande (15) est apte à faire varier la couleur de chaque pixel en faisant varier une première tension électrique de la première paire d’électrodes et une deuxième tension électrique de la deuxième paire d’électrodes.
  8. Dispositif de projection d’images (5) selon la revendication 6, dans lequel, pour chaque pixel (P1-PK), le premier ensemble comprend plusieurs cellules (C4,1; C4,4; C4,7) et le deuxième ensemble comprend plusieurs cellules (C4,2; C4,5; C4,8).
  9. Dispositif de projection d’images (5) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau électrochrome est choisi parmi du PEDOT, du PMMA ou du polycarbonate.
  10. Procédé de commande d’un dispositif de projection d’images (5) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de projection d’images comprenant les étapes suivantes :
    - réception d’une consigne par le circuit électrique de commande (15) ;
    - détermination d’une tension électrique à appliquer à chaque paire d’électrodes en fonction de ladite consigne ;
    - application, pour chaque paire d’électrodes, de ladite tension électrique par le circuit électrique de commande.
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EP3300940A1 (fr) * 2016-09-28 2018-04-04 Valeo Vision Dispositif d'éclairage intérieur pour véhicule automobile
US20210026134A1 (en) * 2019-07-22 2021-01-28 Denso International America, Inc. Heads-up display (hud) mirror assembly with switchable mirror layer

Patent Citations (2)

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