Brevet FR2632432A1 — publié le 19891208

DISPOSITIF DE REPARTITION DE LUMIERE BLANCHE SUR UN ECRAN PLAT, NOTAMMENT A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention est relative à un dispositif permettant de transférer et de répartir un flux de lumière blanche pour l'éclairage d'un écran plat du genre de ceux utilisant un réseau ou une matrice de cristaux liquides et dont la mise sous tension contrôlée provoque l'apparition sur l'écran de points lumineux. On sait que l'utilisation de tels écrans pour de nombreuses applications, nécessite, en vue d'obtenir un contraste lumineux convenable, un éclairage de l'écran qui soit aussi uniforme et homogène que possible afin de rehausser la luminosité propre des cristaux liquides. A cet effet, on connait dans la technique diverses réalisations où l'écran est associé à une ou plusieurs sources lumineuses, réparties à proximité de celui-ci et combinées à des réflecteurs ou déflecteurs de forme appropriée, assurant une répartition adéquate du flux lumineux issu de ces sources en direction de la surface de l'écran. Avantageusement, les sources lumineuses sont disposées au voisinage d'un diffuseur intermédiaire, situé entre elles et l'écran, qui améliore encore la répartition de l'énergie lumineuse produite. Ces systèmes d'éclairement, notamment pour écran plat à cristaux liquides, présentent cependant des inconvénients. En particulier, ils sont généralement assez encombrants, coûteux et d'un entretien délicat, ayant en particulier tendance à l'accumulation de poussières r ce qui limite rapidement la transmission du flux lumineux. En outre, l'usage d'un diffuseur sur le trajet de la lumière provenant des sources provoque une absorption notable, qui diminue considérablement l'énergie photonique fournie à l'écran. La présente invention est relative à un dispositif de répartition de lumière blanche qui pallie ces inconvénients, en permettant la production d'un flux lumineux uniformément réparti sur l'écran à éclairer, au moyen d'un ensemble de conception très simple et dans lequel l'absorption de lumière en provenance des sources est particulièrement réduite, le dispositif n'exigeant qu'un entretien minimal pour une efficacité très largement améliorée. A cet effet, le dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte au moins une source de lumière, tubulaire-allongée, accolée latéralement à un diffuseur plat s'étendant parallèlement à l'écran à éclairer et comprenant des moyens pour réfléchir vers l'écran la lumière provenant de la source selon une direction proche de 90* De préférence, le diffuseur présente un profil de forme carrée ou rectangulaire et est associé à deux sources lumineuses allongées, s'étendant selon deux côtés opposés du diffuseur, la lumière émise par les sources étant dirigée parallèlement au plan de l'écran. Avantageusement, le diffuseur est réalisé en silice transparente, en une céramique polycristalline, ou en tout autre matériau présentant un coefficient de transmission de la lumière approprié. Selon le cas, les sources lumineuses-sont constituées, soit par des tubes fluorescents aptes à délivrer un rayonnement en lumière blanche, soit par des tubes générateurs d'un rayonnement ultraviolet. Dans ce dernier cas, le diffuseur comporte sur une des ses faces, parallèle à l'écran, une couche d'un revêtement fluorescent, propre à transformer le rayonnement ultraviolet en lumière blanche avant ou après réflexion en direction de l'écran. Lorsque les sources lumineuses sont des tubes fluorescents, la face du diffuseur dirigée vers l'écran est de préférence revêtue d'un dépôt en couche mince, améliorant la diffusion de la lumière vers l'écran Selon diverses variantes, ce dépôt peut être constitué par une couche d'oxyde de zirconium (ZrO2), d'oxyde de titane (TiO2), d'alumine (A1203), de magnésie (MgO)... Selon une caractéristique particulière du dispositif considéré1 les tubes constituant les sources lumineuses comportent dans leur surface externe un revêtement réfléchissant opaque, s'étendant sur toute cette surface à l'exception d'une fenêtre de sortie du rayonnement lumineux produit, disposée au droit du côté en regard du diffuseur. De préférence, le revêtement réfléchissant opaque est constitué par de l'aluminium. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens pour réfléchir la lumière à l'intérieur du diffuseur sont constitués par un réseau de microprismes réalisés sur la face du diffuseur opposée à celle dirigée vers l'écran. Ces microprismes peuvent être réalisés par un traitement adapté de la face correspondante, notamment par sablage, rainurage ou tout autre procédé d'usinage classique. En variante, les microprismes peuvent être obtenus par un dépôt effectué sur la face du diffuseur d'un matériau identique ou différent de celui constituant celui-ci, notamment par projection de poudrez collage ou autre processus en soi connu. Avantageusement, les microprismes peuvent comporter dans leur surface externe, opposée au diffuseur, un revêtement métallique réfléchissant afin de renvoyer la lumière qu'ils reçoivent vers intérieur du diffuseur et la face opposée de-celui-ci dirigée vers 1 'écran. Dans une autre variante de réalisation, les moyens de réflexion son constitués par une série de prismes élémentaires dè FRESNEL, parallèles entre eux mais présentant à partir de la source lumineuse une taille croissante, selon une loi tenant compte de la distance à la source. Dans encore une autre variante, le diffuseur est constitué au moyen de deux lames minces transparentes, parallèles à l'écran et délimitant entre elles un boîtier fermé contenant un liquide de transfert, propre à réfléchir la lumière reçue en direction de l'écran. De préférence, le liquide de transfert est constitué par de l'eau additionnée d'alcools ou de polyglycols ou encore d'additifs en suspension, propres à convertir le rayonnement ultraviolet en rayonnement visible. Selon une autre caractéristique additionnelle, la lame opposée à l'écran comporte des ailettes de régulation thermique, éventuellement associées à une couche mince d'un dépôt réfléchissant. D'autres caractéristiques d'un dispositif de répartition de lumière sur un écran plat à cristaux liquides, apparaîtront encore à travers la description qui suit de divers exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - La Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention. - Les Figures 2 à 5 sont des vues en coupe transversale de quatre variantes du dispositif selon la Figure 1. Dans les différents exemples considérés ci-après, le dispositif est prévu pour fournir un flux de lumière blanche en vue de l'éclairement d'un écran plat à cristaux liquides, dont les caractéristiques particulières sont par elles-mêmes indépendantes de la présente invention. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne ainsi schématiquement un tel écran, dans lequel est disposé par construction, une matrice ou réseau de cristaux liquides, propres à former des points lumineux sous l'effet d'une tension électrique de commande convenablement appliquée à partir de conducteurs d'amenée de courant, figurés en 2 et 3. Conformément à l'invention, l'écran 1 est associé à un dispositif d'eclairement 4, propre à fournir un flux lumineux homogène et uniforme en direction d'une des faces de cet écran; selon une direction représentée sur la Figure avec les flèches L. Le dispositif 4 comporte essentiellement un diffuseur 5, se présentant dans l'exemple considéré sous la forme d'un parallélépipède rectangle de faible épaisseur et dont les faces, respectivement supérieure ou inférieure, sont parallèles à l'écran 1, celui-ci étant supposé horizontal Le diffuseur 5 est réalisé en un matériau présentant un bon coefficient de transmission de la lumière, c'est-à-dire un faible coefficient d'absorption. De préférence, ce diffuseur peut être réalisé en silice ou en une céramique polycristalline, présentant un fort pouvoir de transmission, en particulier dans l'ultraviolet et le visible, ou encore en tout autre matériau similaire, par exemple en une matière plastique appropriée. Le diffuseur 5 est associé selon l'invention à au moins une source lumineuse1 dans l'exemple illustre sur la Figure 1, à deux sources respectivement 6 et 7, en forme de tubes allongés, ceux-ci etant disposés au contact de deux côtés latéraux opposés du diffuseur Les tubes 6 et 7 peuvent être constitués au moyen de tubes fluorescents classique-s à haute ou basse pression, comportant une enveloppe étanche confinant un plasma approprié, et munis dans leur. surface d'un revêtement fluorescent permettant l'émission d'un rayonnement visible. En variante, les tubes 6 et 7 peuvent constituer des générateurs de rayonnement ultraviolet dont la longueur d'onde est généralement comprise entre 180 et 450 nm, selon que l'enveloppe des tubes fonctionne à basse ou à haute pression, entre mm de Hg jusqu'à 0,5 ou même quelques atmosphères. Avantageusement, avec de tels générateurs d'ultraviolet, les enveloppes des tubes comportent dans leur surface externe un revêtement réfléchissant opaque 8, par exemple en aluminium, afin d'éviter la dispersion d'une partie du rayonnement dans l'environnement externe en dehors du diffuseur, susceptible dans ce cas de générer de l'ozone. Les enveloppes des tubes 6 et 7 comportent, au droit des côtés latéraux du diffuseur 5 contre lesquels ils s'appliquent, une fenêtre 9 où le revêtement 8 est interrompu pour permettre au rayonnement fourni d'être essentiellement reçu par le diffuseur lui-même. Selon l'invention, la face du diffuseur 5 opposée à l'écran 1 comporte des moyens pour assurer la réflexion de la lumière et permettre l'émission de celle-ci vers l'écran, selon le sens des flèches L. Les Figures 2 à 5 illustrent diverses variantes de réalisation de ces moyens, les chiffres de référence utilisés sur ces Figures étant identiques pour désigner les mêmes composants. Dans la variante illustrée sur la Figure 2, les tubes 6 et 7 émettent un rayonnement renvoyé en direction de l'écran sensiblement après une déviation de l'ordre de 90*, grâce à la présence sur la face opposée du diffuseur 5 d'un réseau de microprismes 10, convenablement usinés, déposés ou autrement fixés contre celui-ci. Ces microprismes peuvent notamment être obtenus par sablage, rainurage, projection, collage, etc... contre la face correspondante du diffuseur. En outre, lorsque les tubes 6 et 7 fournissent un rayonnement ultraviolet, la face du diffuseur 5 opposée aux microprismes 10 est recouverte d'un dépôt mince 11 d'un matériau fluorescent, propre à transformer les rayons ultraviolets réfléchis par les microprismes en un rayonnement de lumière blanche. Enfin, la face externe des microprismes 10 peut également comporter un revêtement réfléchissant 12, par exemple à base d'aluminium. Dans le cas où les tubes 6 et 7 sont eux-mêmes des tubes fluorescents, le revêtement 11 n'est plus nécessaire mais peut être avantageusement remplacé par une couche mince améliorant le pouvoir de diffusion de la lumière, cette couche pouvant être constituée d'un oxyde d'un matériau approprié, par exemple de zirconium, aluminium, magnésium, titane,... Dans la variante selon la Figure 3, le revêtement fluorescent ou diffuseur 11 est disposé sur la face du diffuseur 5 qui comporte également les microprismes 10. Dans une autre variante selon la Figure 4, les microprismes sont substitués par des prismes élémentaires de FRESNEL 13 (respectivement 13a, 13b, 13c, ...) disposés parallèlement les uns aux autres et présentant une taille croissante en partant des sources lumineuses, de telle sorte que le flux visible ou ultraviolet soit réparti de façon homogène en tenant compte d'une loi progressive au fur et à mesure que l'on s'éloigne de ces sources. Enfin, dans une autre variante illustrée sur la Figure 5, le diffuseur 5 est constitué au moyen de deux lames minces parallèles 14 et 15, delimitant entre elles un boitier étanche contenant un liquide 16 approprié, par exemple de l'eau additionnée d'alcools, de polyglycols ou d'additifs en suspension, propres à convertir le rayonnement ultraviolet en un rayonnement de lumière visible et en même temps à provoquer la réflexion de celui-ci vers l'écran, ceci grâce notamment à la présence de la couche réfléchissante 12 prévue sur la surface externe de la lame inférieure 15. Avantageusement, des ailettes de régulation thermique 17 sont également prévues sur cette lame, vers l'extérieur du boîtier. On réalise ainsi un dispositif de répartition de la lumière, fournissant un flux d'éclairement homogène et uniforme à partir de sources lumineuses, en lumière blanche ou en ultraviolet, permettant une considérable amélioration du rendement en énergie photonique transmise à l'écran à éclairer. Le diffuseur peut être réalisé en un matériau approprié présentant un bon compromis entre un coût acceptable et un coefficient de transmission le meilleur possible pour la lumière émise par les sources. Enfin, la réalisation des microprismes, ou autres moyens de réflexion associés au diffuseur peut correspondre à de nombreuses autres formes d'exécution, se situant bien entendu dans le cadre de la présente invention. Il va donc de soi que celle-ci ne se limite pas aux seuls exemples décrits et représentés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de répartition de lumière blanche sur une écran plat, notamment à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source de lumière (6, 7), tubulaire-allongée, accolée latéralement à un diffuseur plat (5) s'étendant parallèlement à l'écran (1) à éclairer et comprenant des moyens t10) pour réfléchir vers l'écran la lumière provenant de la source selon un direction proche de 90'.; 2. Dispositif selon la revehdication 1, caractérisé en ce que le diffuseur (5) présente un profil de forme carrée ou rectangulaire et est associé à deux sources (6, 7) lumineuses tubulaires-allongées, s étendant selon deux côtés opposés du diffuseur, la lumière émise par les sources étant dirigée parallèlement au plan de l'écran (1). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé encre que le diffuseur (5) est réalisé en silice transparente, en une céramique polycristalline, ou en tout autre matériau présentant un coefficient de transmission de la lumière approprié. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sources lumineuses (6, 7) sont constituées par des tubes fluorescents. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications ;1 à 3, caractérisé en ce que les sources lumineuses (6, 7) sont constituées par des tubes générateurs de rayonnement ultraviolet, le diffuseur (5) comportant sur une de ses faces, parallèle à l'écran, une couche (11) d'un revêtement fluorescent propre à transformer le rayonnement en lumière blanche avant ou après réflexion en direction de l'écran. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la faee du diffuseur (5) dirigée vers l'écran (1) est revêtue d'un dépôt en couche mince (12), améliorant la diffusion de la lumière vers l'écran. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche mince (12) est formée d'oxyde de zirconium (ZrO2), d'oxyde de titane (TiO2), d'alumine (Al203), de magnésie (MgO).... 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes constituant les source lumineuses (6, 7) comportent dans leur surface externe un revêtement réfléchissant opaque (8), s 'étendant sur toute cette surface à l'exception d'une fenêtre (9) de sortie du rayonnement lumineux produit, disposée au droit du côté en regard du diffuseur (5). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement réfléchissant opaque (8) est constitué par de l'aluminium. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour réfléchir la lumière à l'intérieur du diffuseur sont constitués par un réseau de microprismes (10) réalisés sur la face du diffuseur opposée à celle dirigée vers l'écran (1). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les microprismes sont réalisés par traitement adapté de la face correspondante du diffuseur (5), notamment par sablage, rainurage, dépôt d'un matériau, projection de poudre, collage ou autre processus. 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les microprismes (10) comportent dans leur surface externe, opposée au diffuseur (5), un revêtement métallique réfléchissant (12) afin de renvoyer. la lumière qu'ils reçoivent vers l'intérieur du diffuseur et la face opposée de celui-ci dirigée vers l'écran (1). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de réflexion sont constitués par une série de prismes élémentaires de FRESNEL (13a, 13b, 13c), parallèles entre eux mais présentant à partir de la source lumineuse une taille croissante, selon une loi tenant compte de la distance à la source (6, 7). 14. Dispositif selon lFune quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le diffuseur (5) est constitué au moyen des deux lames minces transparentes (14, 15), parallèles à l'écran et délimitant entre elles un boîtier fermé contenant un liquide de transfert (16), propre à réfléchir la lumière reçue en direction de l'écran (1). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le liquide de transfert (16) est constitué par de l'eau additionnée d'alcools ou de polyglycols ou encore d'additifs en supension, propres à convertir le rayonnement ultraviolet en rayonnement visible. 16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la lame (15) opposée à l'écran (1) comporte des ailettes de régulation thermique (17), éventuellement associées à une couche mince d'un dépôt réfléchissant.