Brevet FR2569863A1 — publié le 19860307

Vitrage à portion de surface semi-réfléchissante, son procédé de fabrication et son application comme pare-brise. La présente invention concerne un vitrage comportant une portion de surface serni-reflechissante. Ltinvention concerne également des procédés de fabrication de ce vitrage et son application comme pare-brise de véhicules. Dans les postes de pilotage d'engins animés dtune grande vitesse, que ce soit des avions ou des trains, il est nécessaire, à certains moments de la conduite, que le pilote puisse observer simultanément ses instruments de bord et l'environnement externe de l'appareil. Jusqutà pressent, cette simultanéité d'observation n'est pas possible et le pilote ne peut que regarder soit ses instruments de bord, soit l'environnement externe, ce qui est préjudiciable à la sécurité et empêche le décollage ou l'atterrissage dit "tête haute", e'est-A-dire en surveillant simultanément l'environnement et les indications des instruments de bord. Dans un autre domaine, celui des viseurs pour avions de chasse, il est prévu des surfaces semi-réfléchissantes spéciales, indépendantes du pare-brise, pour ne pas gêner la vision au travers dudit pare-brise en temps normal, le pilote devant, lorsque nécessaire, viser au travers de la surface semi-réfléchissante qu'il superpose momentanément au pare-brise. De telles surfaces semiréfléchissantes sont d'une utilisation peu commode, d'une part, et elles perturbent la vision lorsqu'elles sont mises en service, d'autre part. La présente invention vise à remédier à ces incon vénients en équipant le pare-brise même du véhicule ou de ltaéronef, sur une partie de sa surface, d'une zone semi-réfléchissante, que lton ne distingue que sous une certaine incidence, correspondant à la réflexion de rayons lumineux provenant des instruments de bord que le pilote ne peut voir directement, et qui ne réfléchit que des rayonnements d'une gamme de longueurs d'ondes prédéterminée. La zone semi-réfléchissante ne doit toutefois pas perturber la vision du pilote et il est donc nécessaire quelle se fonde parfaitement avec le reste du vitrage. L'invention a par conséquent pour objet un vitrage dont une portion de surface est revêtue d'un dépôt semi-réfléchissant, ce vitrage étant caractérisé en ce que ladite portion de surface est entourée d'une zone périphérique également semi-réfléchissante, dont la réflexion décroît progressivement depuis la limite de ladite portion de surface jusqu'au bord externe de ladite zone périphérique, afin que ladite portion de surface se confonde avec le reste de la surface du vitrage. Dans un mode de réalisation, le dépôt est monocouche; dans un autre mode de réalisation, le dépôt est multicouche. Dans l'application d'un tel vitrage comme pare-brise de véhicule ou d'aéronef, le dépit semi-réfléchissant pourra avantageusement être disposé sur la face du vitrage disposée à l'intérieur, dans le cas dtun vitrage simple, de façon à éviter toute abrasion par des essuie glace. Dans le cas de vitrages multiples ou composites, le dépôt pourra être disposé sur n'importe quelle face de l'un des composants dudit vitrage, sauf, éventuellement pour éviter l'abrasion, sur la face extérieure dudit vitrage. Pour réaliser un tel vitrage, on pourra utiliser des procédés connus dans la technique des vitrages semi-réfléchissants, tels que l'évaporation thermique sous vide ou la pulvérisation cathodique classique ou à magnétron, la C.V.D. (chemical vapor deposition) la pyrolyse , éventuellement complétés par un autre traitement postérieur, chimique ou mécanique, si nécessaire dans une autre atmosphère. Ainsi, par exemple, on pourra pratiquer, après le dépit, une gravure, une abrasion, une oxydation. Dans le cas d'une évaporation thermique sous vide, on dispose dans une enceinte à vide, ainsi qu'il est connu, en regard du vitrage porté par un support, un ou plusieurs creusets chauffés, contenant le ou les matériaux à évaporer. Pour obtenir une zone dégradée à la périphérie de la partie de la surface du vitrage revêtue de la couche de matériau semi-réfléchissant, conformément à la présente invention, on interpose au moins un masque percé dtune découpe d'un profil étudié entre le ou les creusets et le vitrage, et l'on imprime à l'un au moins des éléments que sont le vitrage, le ou les creusets, le ou les masques, un mourJment, relativement aux autres éléments. En Jouant, dune part, sur les distances séparant le ou les masques et le cules creusets du vitrage, d'autre part, sur les vitesses de déplacement, enfin sur la forme de la découpe du ou des masques, il sera possible de faire varierStrès largement les caracté- ris tiques et la forme de la zone revêtue du matériau semi-réflêchissant et celles de la zone dégradée. Pour un dégradé circulaire ou elliptique, la découpe du ou des masques pourra être simplement circulaire.Avanta geusement,- toutefois, on utilisera un masque dont la découpe aura une forme de spirale, le profil exact de la spirale étant choisi en fonction de la forme et de la decroissance d'epaisseur souhaitée pour la zone dégradée, dans la mesur-e où la décroissance de réflexion est obtenue par une décroissance d3épaisseur. Dans le cas d'une puOvérisation cathodique à magnétron, on dispose une cible constituée du matériau à déposer à une faiblie distance du vitrage et l'on crée un plasma entre la cible et le vitrage. En imprimant à la cible et au substrat des mouvements relatifs déterminés,il est possible d'effectuer des dépôts présentant des gradients d'épaisseurs. On pourra ainsi imprimer an substrat (vitrage) un mouvement de rotation autour de l'axe de l'enceinte, et à la cible un mouvement rectiligne alternatif suivant un diamètre de l'enceinte. On pourra également employer des masques,comme pour ltévaporation thermique. Des masques pourront aussi être utilisés lorsqu'on aura recours aux autres techniques : CVD, pyrolyse, etc.... Le matériau semi-réfléchissant que l'on utilisera sera choisi en fonction des conditions d'utilisation de vitrage ainsi réalisé et, notamment, de labngneur d'onde des rayonnements qu'il devra réfléchir et du pourcentage de réflexion requis. On pourra notamment utiliser des métaux, des diélectriques ou des associations de ces matériaux précédents, par exemple de l'argent, un alliage d'aluminium et dtargentw du monoxyde de silicium, de l'oxyde de tantale, du sulfure de zinc, des nitrures de silicium, de l'oxyde de bismuth, des titanates,en particulier de baryum, de l'oxyde de titane etc.... Dans le cas dtun dépôt monocouche, les matériaux qu'on peut employer sont des métaux peu absorbants, des diélectriques également peu absorbants et d'indice de rd- fraction supérieur à 1,6 et de préférence supérieur à 1,7. Dans le cas de multicouches, il peut s'agir dtem- pilements comportant des couches métalliques peu absortantes et/ou diélectriques également peu absorbantes, ayant,dtune part, pour les bas indices, des indices inférieurs ou égaux à celui du substrat, de l'ordre de 1,3 dans le cas du verre normal, et,d'autre part, pour les hauts indices, des indices supérieurs à 1,6 et de préférence supérieurs à 1,7. Parmi les empilements possibles, on peut citer - monoxyde silice/fluorure de magnésium/monoxyde de silice, - titane/argent/titane, - TiO2/MgF2/TiO2, - TiO2/SiO2/TiO2, - ZnS/MgF2/ZnS. Ainsi qu'on le montrera dans la description qui va suivre, il est ainsi possible de réaliser des vitrages ayant une portion de surface semi-réfléchissante, présentant une très large gamme de caractéristiques de réflexion et de transmission. Dans cette description, on se réfèrera aux dessins schématiques annexés, sur lesquels La figure 1 représente un vitrage conforme à l'invention La figure 2 est une vue schématique illustrant un premier procédé de réalisation de ce vitrage Les figures 3 et 4 représentent deux types de masques utilisables dans ce procédé Les figures 5 et 6 illustrent une variante du procédé de la figure 3 La figure 7 représente le masque utilisé dans cette variante La figure 8 représente le type de vitrage obtenu à l'aide de cette variante Les figures 9 et 10 illustrent schématiquement un procédé pour la réalisation du vitrage selon l'invention La figure 11 est un diagramme de réflexion en fonction de la longueur d'onde, pour un vitrage selon l'invention, et pour un vitrage correspondant non traité. Le vitrage selon l'invention, qui est représenté sur la figure 1, est un pare-brise d'avion, dont une portion de surface 1, de forme circulaire, qui couvre la quasi totalité de la zone sur laquelle est destinée à se former l'image 2 réfléchie des signaux émis par un appareil de bord, est recouverte d'un dépôt monocouche ou multicouche, semi-réfléchissant. Autour de la partie 1 est disposée une zone dégradée 3, constituée d'un dépôt également semi-réfléchissant, mono ou multicouche, dont le pouvoir réflecteur va en décroissant depuis la périphérie de la partie 1 jusqu'à son propre bord extérieur. La zone 3 est donc une zone de transition, qui permet à la partie semi-réfléchissante 1 de se noyer dans le reste de la surface du vitrage, sans perturber la vision du pilote.A titre d'exemple, la transmission lumineuse du vitrage sera de l'ordre de 720/0, tandis que celle de la zone semi-réfléchissante 1 sera de l'ordre de 55, avec des valeurs intermédiaires pour la zone dégradée 3. Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, la nature et l'épaisseur de la ou des couches constituant le dépôt semi-réfléchissant sont choisiesen fonction de la gamme de longueur d'onde des rayons à réfléchir. Ceux-ci se situeront par exemple dans une bande spectrale de 515 à 720 nm et ils arriveront sur la zone semi-réfléchissante avec une incidence par exemple d'environ 500. également, pour favoriser le contraste des signaux et éviter les réflexions parasites sur les faces ne portant pas de dépôt suivant l'invention, la lumibre incidente sera avantageusement polarisée rectilignement avec une direction de polarisation parallèle au plan d'incidence. Il est souhaitable qu'au moins environ 15* et, de préférence, environ 2 Y de la lumière incidente soit réfléchie. Les procédés de fabrication de ces vitrages doivent donc répondre à ces impératifs. De préférence, la zone dégradée ne doit pas présenter de coloration gênante vis-à-vis de la zone centrale. Avantageusement, en particulier, si le revêtement selon l'invention est réalisé sur la face du vitrage tournée vers l'extérieur, celui-ci doit supporter les traitements atmosphères et ambiances usuels des parebrise et résister en particulier à liteau, aux solvants et à l'abrasion notamment par essuie-glace, tout en adhérant parfaitement au vitrage. Les procédés qui vont être décrits permettent de satisfaire à ces exigences. On commencera par décrire les procédés mettant en oeuvre une évaporation thermique. Comme représenté sur la figure 2,un creuset chauffé 5, contenant le matériau semi-réfléchissant à évaporer, est disposé à l'intérieur d'une enceinte à vide 6, dans laquelle règne un vide de l'ordre de 10 5 Torr, au- dessous d'un support 7 supportant le vitrage 8. Conformément à l'invention, un masque 9, dans lequel est ménagée une découpe, de forme appropriée, par exemple une découpe circulaire 10 (figure 3) ou en forme de spirale 11 (figure 4),est interposé entre le vitrage 8 et le creuset. Le creuset 5 et le masque 9 sont fixes, tandis que le vitrage 8 est animé d'un mouvement de rotation, de l'ordre, par exemple de 20 tours par minute. Cest la géométrie à conférer à la zone semiréfléchissante 1 qui dictera la forme de la découpe du masque et les mouvements relatifs du vitrage par rapport au masque et au creuset, le rapport entre les distances séparant respectivement le masque 9 et le creuset 5 du vitrage 8 définissant la taille de la zone semiréfléchissante homogène 1 et celle de la zone périphérique dégradée 3. Le masque représenté sur la figure 4, dont la découpe 71 est en forme de spirale, constitue une forme de mise en oeuvre préférée de ce procédé. Les -enveloppes externe 12 et interne 13 de la trajectoire de la spirale définissent alors une zone semi-réfléchissante circulaire et une zone dégradée également circulaire. Le rapport des diamètres des cercles 12 et 13 détermine le rapport des diamètres de la zone semi-réfléchis sante et de la zone dégradée. La forme de la spirale sera choisie en fonction du facteur de dégradé désiré (dégradé linéaire ou parabolique etc. . Naturellement, il est possible d'utiliser simultanément plusieurs creusets 5. Il est également possible, comme représenté sur les figures 5 et 6, où les organes déjà mentionnés sont affectés des mêmes chiffres de rérérence, de traiter simultanément plusieurs vitrages. Dans le cas du dessin, quatre vitrages 8, disposés régulièrement à la surface du support 7, sont entraînés en rotation par celui-ci dans l'enceinte 6. Les creusets 5, sont fixes et excentrés par rapport à l'axe de rotation. Au-dessous de chaque vitrage 8, des masques 9 sont suspendus au plateau 7 par des tringles 14, de manière à être entraînés en rotation par le plateau 7. Les masques 9 ont une découpe circulaire 10, excentrée par rapport au vitrage 8 (figure 7), et l'on obtient, dans ces conditions, sur les vitrages 8, une zone réfléchissante pleine 1 et une zone dégradée 3, ayant toutes deux une forme elliptique. Les figures 9 et 10 illustrent un autre type de procédé utilisable pour la réalisation des vitrages selon l'invention, à savoir la pulvérisation cathodique à magnétron. Dans ce cas, une cible circulaire 16, d'un diamètre de 75 lin par exemple, qui est constituée du matériau semi-réfléchissant à pulvériser, est disposée dans une enceinte à vide à une faible distance du vitrage 17, de l'ordre de 50 mm. La pression dans enceinte est denvi- ron 6.103Torr et le vitrage est chauffé. Le vitrage 17 est supporté par un plateau support 18, qui est entraîné en rotation autour de laxe de l'enceinte, tandis que la cible est animée d'un mouvement rectiligne suivant l'un des rayons de ltenceinte. En créant un plasma 19 entre la cible 16 et le vitrage 17, on provoque de façon connue la pulvérisation du matériau semi-réfléchissant sur le vitrage. En choisissant judicieusement les vitesses relatives de la cible et du plateau support et en jouant sur la forme de l'indicatrice du magnétron, il est possible d'effectuer des dépôts de matériau semi-réfléchissant sur le vitrage avec une répartition d'épaisseurs prédéterminée. La Demanderesse a ainsi réussi à réaliser des dépôts à prof-l circulaire pour la zone pleine semi-réfléchissante 1(diamètre 190 mm) et pour la zone dégradée (diamètre 320 mm). Il est possible, bien entendu, de faire varier aussi la distance de la cible au vitrage, la pression dans l'enceinte à vide, la nature de l'atmosphère de l'enceinte et la puissance du magnétron, pour obtenir des facteurs de dégradé variables. On peut naturellement utiliser d'autres procédés pour réaliser le vitrage selon l'invention, en utilisant en particulier des systèmes de masques et en déplaçant les vitrages, les masques et les sources de matériau à déposer sur les vitrages, les uns par rapport aux autres, de façon à obtenir un dépôt limité à la forme voulue avec le dégradé souhaitable. La zone de dégradé 3 autour du dépôt central 1 doit être suffisamment importante pour que la vision ne soit pas perturbée et pour que l'on passe insensiblement de la zone centrale 1 aux régions du vitrage non recouvertes selon l'invention. On a constaté que, pour des dépôts de forme circulaire, le facteur de dégradé convenable, c'est-à-dire le rapport entre le diamètre de la zone dégradée 3 et le diamètre du dépôt central 1 devait etre compris entre 1,4 et 2 et, de préférence, être voisin de 1,7. Pour un facteur plus petit, la zone centrale 7 tranche trop sur le reste du vitrage non recouvert, tandis que, pour un facteur plus grand, on étend inutilement la taille du dégradé. Pour des dégradés non circulaires, on doit respecter des rapports de dégradé du même ordre en comparant non plus des diamètres,mais des tailles de zones, suivant une direction quelconque. Le dégradé de réflexion s'obtient facilement par une diminution de 11 épaisseur du dépôt, mais il peut obtenir aussi par une variation des conditions de revêtement pour un matériau donné ou par le choix dtun autre matériau, ou encore à la fois par une variation de l'épaisseur, des conditions de revêtement et éventuellement changement de matériau. Les variations dtépaisseur peuvent être obtenues au cours du processus de dépôt notamment à laide de masques, comme décrit précédelument, mais elles peuvent aussi obtenir par un ou plusieurs traitements ultérieurs indépendants de l'opération de revêtement, réalisés seuls ou en complément de la variation d'épaisseur obtenue au cours du revêtement. Comme traitement ultérieur on peut citer l'abrasion. Le vitrage lui-même peut être en verres de différents types ou en différents matériaux usuels utilisés dans ce but (polymétacrylate de méthyle, polyesters, polycarbonates, copolymères acryliques, acrylonitrile etc...). il peut s'agir également dtun substrat déjà recouvert, trempé ou non, ayant ou non subi un traitement préalable, devant subir ou non d'autres traitements ultérieurs. Parmi ces autres traitements, on peut citer la réalisation d'inscriptions, la gravure d'échelles, ltinsertion de capteurs divers. A titre d'exemple, la figure 11 représente les facteurs de réflexion (en %) en fonction de la longueur d'onde (en nm) pour des vitrages divers. La courbe C1 est celle d'un vitrage normal n'ayant subi aucun traitement, la courbe C2 est celle du même vitrage revêtu conformément à l'invention, à laide d'une couche semi-réfléchissante présentant un maximum de réflexion de l'ordre de 15 et en moyenne supérieure à 12% dans la région de 500 à 700 nm. La couche peut être, comme dans l'exemple de la figure 11, une couche d'oxyde de titane d'une épaisseur correspondant à 1/4 de longueur d'onde de la radiation utilisée. La couche peut être aussi un empilement de reve- tements,par exemple - de monoxyde de silice, de fluorure de magnésium et de monoxyde de silice, chaque revêtement ayant une épaisseur correspondant à 1/4 de longueur d'onde de la radiation utilisée - ou de titane/argent/titane, chaque revêtement de titane ayant par exemple une épaisseur de 50 Angströms et le revêtement d'arguent une épaisseur de 100 Angströms - ou de TiO2/MgF2/TiO2 ; - ou de TiO2/Si02/Ti02 ; - onde ZnS/MgF2/ZnS. L'invention apporte donc un moyen simple et facile à mettre en oeuvre pour réaliser des pare-brise répondant aux exigences de la technique moderne. REVENDICATIONS 1.- Vitrage dont une portion de surface est revêtue d'un dép8t semi-réfléchissant, ce vitrage étant caractérisé en ce que ladite portion de surface (1) est entourée d'une zone périphérique (3) également semi-réfléchissante, dont le pouvoir réflecteur décroît progressivement depuis l'extérieur de ladite portion de surface (1) jusque au bord externe de ladite zone périphérique (3), afin que ladite portion de surface se confonde avec le reste de la surface du vitrage et ne perturbe pas la vision. 2.- Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de dégradé, ctest-à-dire le rapport de la taille de la zone périphérique (3) et notamment son diamètre, lorsqu'elle est circulaire, à la taille de la portion de surface (1) et notamment son diamètre, lorsqu'elle est circulaire, est compris entre 1,4 et 2 et, de préférence, de l'ordre de 1,7. 3.- Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion de surface (1) et la zone périphérique (3) sont en un métal ou un diélectrique peu absorbant et dtindice de réfraction supérieur à 1,6 et, de préférence, supérieur à 1,7. 4.- Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion de surface (1) et la zone périphérique (3) sont réalisés par des empilements de métaux ou de diélectriques peu absorbants, ayant, d'une part, pour les indices bas, des indices inférieurs ou égaux à ceux du substrats, notamment 1,3 dans le cas du verre, d'autre part, pour les indices élevés, des indices supérieurs à 1,6 et de préférence supérieurs à 1,7. 5. Vitrage selon lune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dépôt semi-réfléchissant est en l'un des matériaux du groupe suivant: - oxyde de titane, titanate de baryum, oxyde de bismuth, nitrures de silicium, sulfure de zinc, oxyde de tantale, monoxyde ds silicium, alliage d'aluminium/argent, argent 6.- Vitrage selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que le dépôt semi-réfléchissant est constitué par l'un des empilements du groupe suivant: - monoxyde de silice/fluorure de magnésium/monoxyde de silice; - titane/argent/titane; - ; TiO 2/MgF2/TiO2 - TiO TiO2/Si 02/TiOz ; - ZnS/MgF2/ZnS. 7.- Vitrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourcentage de réflexion dans la portion de surface (1) est en moyenne supérieur à 1 2fi et de préférence de 15 à 20 pour la gamme de longueur d'onde des signaux émis. 8.- Vitrage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu pour réfléchir des signaux dont o la longueur d'onde est entre 500 et 700 A. 9.- Procédé de réalisation d'un vitrage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour obtenir la zone périphérique (3) à pouvoir réflecteur décroissant, on met en oeuvre l'un au moins des mayens suivants : - on réalise une variation d'épaisseur du dépôt ; - on change de matériau - on fait varier les conditions de dépôt. 10.- Procédé selon la revendication 9, utilisant l'évaporation thermique, la pulvérisation cathodique classique ou à magnétron, la C.V.D, la pyrolyse pour déposer un matériau sur un vitrage (8) tenu sur un support (7), matériau délivré par une source du matériau à déposer, caractérisé en ce que, pour obtenir une variation d'épaisseur du dépôt,on interpose au moins un masque (9) présentant une découpe (10,11) entre la source de matériau et le vitrage et en ce qu'on anime l'un des éléments -masque, vitrage, source de matériau- d'un mouvement par rapport aux autres éléments. 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite découpe (10) a une forme circulaire. 12.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite découpe 111) a un profil de spirale. 13.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on obtient la variation d'épaisseur désirée par abrasion. 14.- Procédé selon la revendication 10, utilisant l'évaporation du matériau semi-réfléchissant dans une enceinte sous vide (6), à partir d'une source de matériau constituée par un creuset (5) disposé au-dessous d'un plateau (7) supportant ledit vitrage, caractérisé en ce que ledit plateau (7) supporte une pluralité de vitrages (8), en ce qu'à chaque vitrage (8) est associé un masque (9) solidaire dudit plateau et dans lequel est ménagée une découpe, en ce que ledit plateau (7) est entratné en rotation par rapport audit creuset (5) et en ce que ledit creuset est excentré par rapport à l'axe de rotation dudit plateau. 15.- Procédé selon la revendication 10, utilisant la pulvérisation cathodique à magnétron dans une enceinte à vide à partir d'une source de matériau constituée par une cible (16) du matériau semi-réfléchissant disposée à une faible distance du vitrage (17), caractérisé en ce que l'on imprime audit vitrage (17) un mouvement de rotation par rapport à l'axe de ladite enceinte et en ce que l'on imprime simultanément à ladite cible (16) un mouvement rectiligne alternatif sujtvant 1Czn des diamètres de ladite enceinte. 16.- Application d'un vitrage selon l'une des revendications 1 à 8, à la réalisation d'un pare-brise de véhicule ou d'aéronef, caractérisé en ce que ledit dépôt semi-réfléchissant (1) est appliqué sur l'une des faces du pare-brise et, de préférence, celle tournée vers lsintérieur de l'aéronef ou du véhicule, ou sur l'une des faces de l'un quelconque des composants du vitrage lorsque celui-ci est multiple ou composite.