Brevet FR2809496A1 — publié le 20011130

COUCHE DIFFUSANTE L'invention concerne une couche diffusante, destinée ' être déposée sur un substrat pour homogénéiser une source lumineuse. Bien qu'elle ne soit pas limitée à de telles applications, l'invention sera plus particulièrement décrite en référence à des couches utilisées pour homogénéiser la lumière émise depuis une lampe plane. Une telle lampe plane peut notamment être une source de lumière back-light notamment utilisée dans des ordinateurs à écrans plats pour fournir l'éclairage d'un écran à cristaux liquides. Il peut également s'agir de lampes planes architecturales utilisées par exemple sur des plafonds, des sols, ou des murs. Il peut encore s'agir de lampes planes à usage urbain telles que des lampes pour panneaux publicitaires ou encore des lampes pouvant constituer des étagères ou des fonds de vitrines d'exposition. Ces lampes planes peuvent encore trouver des applications dans d'autres domaines tels que par exemple l'industrie automobile; il est en effet envisageable de réaliser des toits pour automobile dont au moins une partie comporte une telle lampe pour se substituer notamment à l'éclairage actuellement connu d'un habitacle automobile. Il est encore possible de réaliser le rétro-éclairage ou backlighting des tableaux de bord des véhicules automobiles. Par ailleurs, l'expression lampe plane doit être comprise comme correspondant à une réalisation faite à partir de deux substrats substantiellement plans initialement mais qui peuvent toutefois présenter une légère courbure nécessaire pour une application donnée. Ces lampes planes, par exemple telle que décrite dans le brevet US 6,034,470, sont donc constituées de deux substrats substantiellement plans, tels que des feuilles de verre, sur lesquelles sont déposées différentes couches constitutives de la lampe. Par exemple, sur la première feuille de verre qui constitue la feuille arrière de la lampe sont déposées sur la face interne des électrodes d'argent recouvertes d'un diélectrique et sur l'autre face, des couches d'alumine et de phosphore. Sur la face interne de l'autre feuille de verre sont déposées des couches d'alumine et de phosphore, la couche d'alumine formant des zones de reflexion permettant d'homogénéiser la lumière émise par ladite lampe. D'autres matériaux tels que l'oxyde de titane peuvent encore servir de couches réfléchissantes. Il apparaît toutefois que la lumière ainsi émise, notamment dans le cas des back-hghts pour écran à cristaux liquides, n' pas suffisamment homogène et présente des contrastes trop importants. Des solutions pour améliorer l'homogénéité de la lumière de ces lampes ont déjà été réalisées; Des traitements de la surface avant de la feuille de verre, telles qu'un dépolissage par sablage ou des impressions à chaud à la surface du verre ou encore une coloration opaline du verre la masse, ont notamment été proposés mais ne sont pas suffisants et souvent trop onéreux. Une solution satisfaisante d'un point de vue homogénéité consiste à recouvrir la face avant de la feuille de verre d'un plastique tel qu'un polycarbonate ou un polymère acrylique dépoli; cette solution présente toutefois l'inconvénient de nécessiter plusieurs couches de revêtement plastique qui conduisent à une épaisseur globale d'au moins 5 mm. Une telle épaisseur implique alors une augmentation considérable de l'épaisseur globale de la lampe qui vient elle-même s'ajouter aux autres éléments constituant l'écran. Or la volonté actuelle qui tend vers une diminution de l'encombrement des écrans en terme d'épaisseur est à l'opposé de cette solution. En outre, cette augmentation de l'épaisseur conduit à une diminution de la luminance de la lampe. Les inventeurs se sont ainsi donné pour mission de trouver un moyen conduisant à une homogénéité de la lumière émise par lampe plane au moins équivalente à la solution précédemment évoquee et qui n'en présente pas les inconvénients, notamment en termes d'encombrement et de perte de luminance. Ce but a été atteint selon l'invention par une couche diffusante constituée de particules agglomérées dans un liant, lesdites particules présentant un diamètre moyen compris entre 0,3 et 2 microns, ledit liant étant dans une proportion comprise entre 10 et 40% en volume et les particules formant des agrégats dont la dimension est comprise entre 0,5 et 5 microns, ladite couche présentant une atténuation de contraste supérieure à 40 et de préférence supérieure à 50 %. L'atténuation de contraste est déterminée par une mesure de contraste de ; une mire transparente constituée de lignes noires de largeur 8 mm espacées les unes des autres de 8 mm est placée sur une table à lumière. La face supérieure de la couche diffusante à mesurer est disposée à une distance de 3 mm de la mire et une image est obtenue par une caméra et analysée. L'atténuation de contraste est définie c, tel que c = 1 - (C/Co) Avec C étant égal à l'écart type de L sur la moyenne de L et Co étant égal à l'écart type de Lo sur la moyenne de Lo, Lo étant l'image de la sans diffuseur, et L étant l'image de la mire en présence du diffuseur. Une telle couche diffusante peut être utilisée en lieu et place des couches plastiques précédemment évoquées avec une épaisseur nettement inférieure pour une homogénéité de la lumière donnée d'une lampe donnée. Selon une réalisation préférée de l'invention, la couche présente une transmission lumineuse TL supérieure à 45 % et de préférence supérieure à 60 %. La transmission lumineuse est mesurée sous illuminant Selon une réalisation avantageuse de l'invention, les particules sont des particules semi-transparentes et de préférence des particules minérales telles que des oxydes, des nitrures, des carbures. Les particules seront de préférence choisies parmi les oxydes de silice, d'alumine, de zircone, de titane, de cérium, ou d'un mélange d'au moins deux de ces oxydes. De telles particules peuvent être obtenues par tous moyens connus de l'homme du métier et notamment par précipitation par pvroeénation. Selon l'invention, les particules présentent une granulometrie telle qu'au moins 50% des particules s'écartent de moins de 50% du diamètre moyen. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, le liant présente une tenue en température suffisante pour résister aux températures de fonctionnement et/ou à la température de scellage de la lampe si la couche réalisée durant l'assemblage de la lampe et notamment avant le scellement de celle-ci. Lorsque la couche est en position extérieure, le liant est également avantageusement choisi avec une résistance à l'abrasion suffisante pour subir endommagement toutes les manipulations de la lampe, par exemple, notamment lors du montage de l'écran plat. En fonction des exigences le liant pourra être choisi minéral, par exemple pour favoriser une résistance à la température de la couche, ou organique, notamment pour simplifier la réalisation ladite couche, la réticulation pouvant être obtenue simplement, par exemple à froid. Le choix d'un liant minéral dont la résistance en température est importante va notamment permettre la réalisation de lampes planes de grandes dimensions sans aucun risque de voir apparaître dégradation de la couche du fait par exemple de tubes fluorescents provoquent un échauffement considérable. En effet, il est apparu avec les solutions connues dégradation du film plastique en température qui rend donc très délicate réalisation de lampes planes de grandes dimensions. Avantageusement, le liant possède un indice différent de celui des particules et la différence entre ces deux indices est de préférence d'au moins 0,1. L'indice des particules est avantageusement supérieur à 1, 7 et celui du liant est de préférence inférieur à 1,6. Selon une réalisation préférée de l'invention, le liant est choisi parmi les silicates de potassium, les silicates de sodium, les silicates de lithium, les phosphates d'aluminium, les polymères de type polyalcool vinylique, les résines thermodurcissables, les acryliques, ... Pour favoriser la formation d'agrégats à la dimension souhaitée, l'invention prévoit avantageusement l'adjonction d'au moins un additif conduisant à une répartition aléatoire des particules dans le liant. De façon préférée, l'additif ou agent de dispersion est choisi parmi les agents suivants, un acide, une base, ou des polymères ioniques de faible masse moléculaire, notamment inférieur à 50 000 g/mol. Il est encore possible d'ajouter d'autres agents et par exemple un agent mouillant tel que des tensioactifs non ioniques, anioniques ou cationiques, pour fournir une couche homogène à une grande échelle. Il est encore possible d'ajouter des agents de modification rhéologique, tels que des éthers cellulosiques. La couche ainsi définie peut être déposée selon une épaisseur comprise entre 1 et 20 microns. Les méthodes de dépôts d'une telle couche peuvent être tous moyens connus de l'homme du métier tels que des dépôts par sérigraphie, par enduction d'une peinture, dip- coating , par spin-coating , par flow-coating , par pulvérisation, ... Lorsque l'épaisseur souhaitée de la couche déposée est supérieure à 2 microns, on utilise avantageusement un procédé de dépôt type sérigraphie. Lorsque l'épaisseur de la couche est inférieure à 4 microns, dépôt est de préférence effectué par flow-coating ou par pulvérisation. L'invention prévoit également de réaliser une couche dont l'épaisseur varie selon la zone de couverture sur la surface ; telle réalisation peut permettre de corriger des inhomogénéités intrinsèques d'une source de lumière. Par exemple, il est possible de cette façon de corriger la variation d'éclairement d'un tube fluorescent sur sa longueur. Selon une autre réalisation conduisant sensiblement au même effet de correction inhomogénéités intrinsèques d'une source de lumière, l'invention prévoit de réaliser une couche dont la densité de recouvrement varie sur la surface de dépôt; il s'agit par exemple d'un dépôt réalisé par sérigraphie dont la densité de points peut varier d'une zone totalement couverte à zone de points dispersés, la transition étant progressive ou non. Selon l'invention de telles couches peuvent être déposées sur des substrats transparents ou semi-transparents, possédant une forme plane ou non selon les applications. Les applications envisagées par l'invention sont notamment les lampes planes par exemple utilisées pour l'éclairage des écrans à cristaux liquides, ou bien pour de l'éclairage architectural ou bien encore l'éclairage urbain. Dans cas des lampes planes, la couche est avantageusement déposée sur feuille de verre constituant la face avant de la lampe. Selon un premier mode de réalisation, la couche est déposée sur la face de la feuille de verre orientée vers l'intérieur de la lampe ; selon une telle réalisation, la couche doit être déposée sur la feuille de verre durant la réalisation la lampe. Selon cette réalisation, la couche doit présenter une résistance en température suffisante pour résister aux différents traitements thermiques nécessaires à la réalisation d'une telle lampe, notamment pour effectuer les dépôts correspondant à la réalisation des électrodes et pour effectuer le scellement périphérique des deux feuilles de verre constituant la structure de la lampe plane. La couche selon l'invention sera alors avantageusement réalisée avec un liant minéral. Selon premier mode de réalisation, la couche diffusante selon l'invention, peut selon une variante être déposée directement sur le verre ou bien selon une seconde variante être déposée sur les couches déjà déposées le verre. Si des espaceurs sont nécessaires, notanunent pour maintenir espace uniforme entre les deux feuilles de verre, l'invention prévoit avantageusement un dépôt de la couche diffusante en maintenant des zones libres correspondant aux emplacements prévus pour les espaceurs de sorte que l'adhésion ceux-ci ne soit pas perturbée par la couche selon l'invention. De tels espaces libres peuvent facilement être obtenus en choisissant un dépôt de la couche selon une technique de sérigraphie. Selon un second mode de réalisation, la couche est déposee sur la face de la feuille de verre orientée vers l'extérieur de la lampe ; selon ce mode de réalisation la couche diffusante selon l'invention est avantageusement choisie avec des propriétés renforcées de resistance mécanique et plus particulièrement de résistance à l'abrasion. couche est alors avantageusement réalisée avec un liant minéral ou organique en proportion supérieure à 15 % et de préférence à 20 %. Selon une variante de réalisation de l'invention concernant l'utilisation de la couche diffusante dans la réalisation d'une lampe plane, ladite couche diffusante est déposée sur un substrat transparent semi- transparent indépendant des feuilles de verre constituant la structure de la lampe plane. Une telle réalisation peut consister à déposer la couche diffusante sur un substrat en verre maintenu à distance la face avant de la lampe - cette réalisation permet selon les lois la physique d'améliorer encore l'effet diffusant de la couche. En contrepartie, le volume ou l'encombrement d'une telle réalisation redevient equivalent aux solutions connues antérieurement mais alors avec performances quant à la diffusion supérieure. L'invention prévoit encore avantageusement de reahser un dépôt d'une couche diffusante de chaque côté du substrat, que celui-ci soit une des feuilles verre constituant la structure de la lampe plane ou un substrat independant. Les couches diffusantes ainsi présentées selon l'invention permettent donc de réaliser des lampes planes par exemple destinées à l'éclairage d'écrans à cristaux liquides. Comparées aux solutions antérieurement connues, la couche selon l'invention permet de réduire l'encombrement de ladite lampe pour des performances données en terme d'atténuation contraste. Selon variantes d'utilisations de ces couches, performances en terme d'attenuation de contraste de la lumière émise des lampes planes peuvent être améliorées pour un encombrement desdites lampes équivalent à celui des techniques antérieures. D'autres détails et caractéristiques avantageuses ressortiront ci- après de la description des exemples de réalisation de l'invention qui suivent. Le premier exemple correspond à une couche selon l'invention destinée à être déposée sur la face avant d'une lampe plane pour l'éclairage écran à cristaux liquides. Le melange suivant a été réalisé Dans 65,5g d'eau désionisée, on introduit 15 g particules d'alumine diamètre moyen égal à 1 micron auquel on ajoute 0,4 d'acide poly Acrylique à 50% comme additif induisant la dispersion 0,3g d'un agent mouillant, le méthoxylate d'octylphénol commercialisé par la société Union Carbide sous le nom triton X100. La solution ainsi préparée est mélangée dans une turbine pendant minutes. 19 g d'une solution aqueuse à 20 % d'alcool polyvinylique sont ensuite ajouté et le mélange ainsi formé repasse en turbine pendant cinq minutes. Une couche diffusante est ensuite réalisée à partir de ce mélange sur feuille de verre par une technique de flow coating . Le dépôt du melange est réalisé avec une quantité telle que la couche une fois sèche presente une épaisseur de 1,5 microns. L'exemple 2 est une couche réalisée selon l'invention à partir du melange de l'exemple 1 et déposé sur une feuille de verre pour former une couche sèche présentant une épaisseur de 4 microns. L'exemple 3 est une couche réalisée selon l'invention à partir du mélange de l'exemple 1 et déposé sur une feuille de verre pour former une couche sèche présentant une épaisseur de 1 micron. L'exemple 4 est une couche selon l'invention à partir du mélange suivant. Dans 65,5g d'eau désionisée, on introduit 15 g particules d'alumine de diamètre moyen égal à 1 micron auquel on ajoute 0,4 d'acide poly Acrylique à 50% comme additif induisant la dispersion 0,3g d'un agent mouillant, le méthoxylate d'octylphénol commercialisé la société Union Carbide sous le nom triton X100. La solution ainsi préparée est mélangée dans une turbine pendant minutes. 32 g d'une solution aqueuse à 20 % d'alcool polyvinylique sont ensuite ajouté et le mélange ainsi formé repasse en turbine pendant cinq minutes. Une couche diffusante est ensuite réalisée à partir de ce mélange une feuille de verre par une technique de flow coating Le dépôt du melange est réalisé avec une quantité telle que la couche fois sèche presente une épaisseur de 4 microns. L'exemple 5 est une couche selon l'invention à partir du mélange suivant. Dans 65,5g d'eau désionisée, on introduit 15 g de particules d'alumine de diamètre moyen égal à 1 micron auquel on ajoute 0,4 d'acide poly Acrylique à 50% comme additif induisant la dispersion et 0,3g d'un agent mouillant, le méthoxylate d'octylphénol commercialisé par la société Union Carbide sous le triton X100. La solution ainsi preparée est mélangée dans une turbine pendant deux minutes. 50 g d'une solution aqueuse à 20 % d'alcool polyvinylique sont ensuite ajouté et le mélange ainsi formé repasse en turbine pendant cinq minutes. Une couche diffusante est ensuite réalisée à partir de ce mélange sur une feuille de verre par une technique de flow coating . Le dépôt du mélange est réalisé avec quantité telle que la couche une fois sèche présente une épaisseur 4 microns. L'exemple 6 est couche réalisée selon l'invention à partir d'un mélange décrit ci-après lequel intervient un liant minéral. Dans 72g d'eau désionisée, on introduit 15 g de particules d'alumine de diamètre moyen égal à 1 micron auquel on ajoute 0,4 d'acide poly Acrylique à 50% comme additif induisant la dispersion. De la soude est ensuite ajoutée jusqu'à atteindre un pH égal à 10. Le mélange est ensuite homogénéisé dans turbine pendant deux minutes. On ajoute ensuite 12,7g de solution aqueuse à 25 % de liant silicate de lithium et 0,3g agent mouillant, le méthoxylate d'octylphénol commercialisé par la société Union Carbide sous le nom triton X100. La solution ainsi préparée repasse dans une turbine pendant cinq minutes. Une couche diffusante est ensuite réalisée à partir de ce mélange sur une feuille de verre par une technique de flow coating . Le dépôt du mélange est réalisé avec quantité telle que la couche une fois sèche présente une épaisseur 2 microns. Les exemples 7 et 8 sont des exemples comparatifs qui reprennent une technique de l'art antérieur évoquée précédemment qui consiste à utiliser comme élément diffusant des films plastiques dépolis qui sont placés devant la face avant de la lampe plane. L'exemple 7 correspond à un film plastique d'une épaisseur de 1 mm. L'exemple 8 correspond à la superposition de deux plastique identiques à celui de l'exemple 7 pour obtenir une épaisseur totale de 2 mm. différentes couches diffusantes selon les exemples à 8 ainsi déposées sur une feuille de verre sont ensuite testées selon la méthode de mesure d'atténuation de contraste précédemment décrite. mesures de transmission lumineuse sous illuminant D65 sont également effectuées pour ces différents exemples. Les différents résultats obtenus sont reportés dans tableau qui suit Atténuation de contraste (%) Exemple 1 52 Exemple 2 65 Exemple 3 43 Exemple 4 54 Exemple 5 48 Exemple 6 62 Exemple 7 43 Exemple 8 62 Les résultats obtenus montrent que les couches diffusantes selon l'invention permettent d'obtenir une atténuation de contraste donc une homogénéité de lumière, par exemple dans une lampe plane pour écran à cristaux liquides, meilleures que celles des techniques déjà connues pour un encombrement identique et une transmission lumineuse donnée. Ces résultats montrent également que pour un encombrement identique et pour une atténuation de contraste donnée, couches diffusantes selon l'invention permettent d'obtenir une transmission lumineuse meilleure que celle obtenue selon les techniques antérieures. De ces résultats, il est encore possible de déduire pour une atténuation de contraste et une transmission lumineuse données, les couches diffusantes selon l'invention permettent de réaliser exemple une lampe plane avec un encombrement réduit par rapport aux techniques antérieures. REVENDICATIONS 1. Couche diffusante constituée de particules agglomérées un liant caractérisée en ce que les particules présentent un diamètre moyen compris entre 0,3 et 2 microns, en ce que le liant est dans une proportion comprise entre 10 et 40% en volume, en ce que les particules forment des agrégats dont la dimension est comprise entre 0,5 et 5 microns en ce que la couche présente une atténuation de contraste supérieur à 40 %. 2. Couche diffusante selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle présente une transmission lumineuse TL supérieure à 45 % et de préférence supérieure à 60 %. 3. Couche diffusante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les particules sont des particules semi-transparentes et de préférence des particules minérales telles que des oxydes, des nitrures ou des carbures. 4. Couche diffusante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les particules sont des oxydes de silicium, d'aluminium, de zircone, de titane, de cérium, ou d'un mélange d'au moins deux de ces oxydes. 5. Couche diffusante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un additif dispersant tel qu'un acide, une base, des ions divalents, des polymères ioniques de faible masse moléculaire. 6. Couche diffusante selon l'une des revendications 1 ' 5, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur comprise entre 1 20 microns. 7. Utilisation d'une couche diffusante telle que décrite selon l'une des revendications 1 à 6 pour réaliser un substrat diffusant dans une lampe plane. 8. Utilisation d'une couche diffusante selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est déposée sur un substrat plan, de préférence en verre. 9. Utilisation d'une couche diffusante selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que le substrat plan est une des feuilles de verre constituant la lampe plane. 10. Utilisation d'une couche diffusante selon l'une des revendications 8 9, caractérisée en ce qu'elle est déposée des deux côtés du substrat 11. Utilisation d'une couche diffusante selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisée en ce quelle est déposée selon méthode de dépôt par sérigraphie, par enduction d'une peinture, dip-coating , par spin-coating , par flow-coating , ou par pulvérisation. 12. Utilisation d'une couche diffusante selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que l'épaisseur et/ou la densité de recouvrement de la couche varie sur la surface de dépôt.