Brevet FR2827662A1 — publié le 20030124

L'invention concerne une unité d'éclairage comportant un élément guide de lumière avec deux surfaces principales, opposées et au moins une source lumineuse pour éclairer l'élément guide de lumière, dont la lumière injectée entre les surfaces principales est réfléchie par réflexion totale et sur au moins un côté de surface principal, a des moyens de découplage de la lumière incidente de cette surface. Etat de la technique Les unités d'éclairage correspondant au type défini cidessus sont des unités d'éclairage arrière ou dispositifs d'éclairage de touche. De telles unités d'éclairage servent à l'éclairage du fond de touche ou d'afficheur à cristaux liquides LCD. L'éclairage de touche se fait habituellement à l'aide d'un guide de lumière qui reçoit la lumière d'une source lumineuse telle qu'une lampe ou une diode photoémissive LED par l'intermédiaire d'un organe de couplage. Les rayons lumineux sont guidés par le guide de lumière vers les zones à éclairer. La déviation dans la direction souhaitée pour la lumière se fait régulièrement par des zones de surface rendues rugueuses, ayant un effet de vitre mat. De cette manière on réalise un éclairage homogène de la surface éclairée sans que l'observateur ne puisse recevoir les images optiques du guide de lumière. Toutefois, pour réaliser des surfaces rugueuses, dans les fabrications en grande série on ne peut pas toujours respecter une qualité constante avec des moyens raisonnables et contrôler cette qualité. Objet de l'invention La présente invention a pour but de développer une unité d'éclairage correspondant au type défini ci-dessus, convenant en particulier pour la fabrication en série avec une bonne qualité, constante et permettant néanmoins un éclairage régulier en particulier de touches. A cet effet l'invention concerne une unité d'éclairage du type défini ci-dessus caractérisée en ce que les moyens de découplage comportent un grand nombre de structures de découplage séparées, juxtaposées à la manière d'un champ, ces structures étant délimitées chaque fois par au moins deux surfaces séquentes inclinées par rapport à au moins un côté de surface principale. De préférence il y a plus de 6 structures de découplage. Comme moyen de découplage, on utilise plusieurs moyens et de préférence six structures de découplage séparées. Ces caractéristi- ques de l'unité d'éclairage offrent différents avantages. Tout d'abord ces moyens remplacent la surface de découplage, rugueuse habituelle par une structure géométrique définie de manière précise et dont la qualité peut facilement se vérifier. Cela est vrai même si ces structures de découplage ont des dimensions relativement petites c'est-à-dire des dimensions pour lesquelles la structure de découplage a par exemple une longueur d'arête de l'ordre de grandeur de 40 à 200 tin. La dimension des structures de découplage est de préférence choisie en fonction de la surface à éclairer pour loger par exemple entre 20 et 200 structures séparées dans la zone à éclairer. De plus la réalisation de guide de lumière correspondant par exemple par un procédé d'injection même pour de petites structures est beaucoup moins sensible à la température d'injection et à la pression d'injection que cela est le cas pour la réalisation d'une surface rugueuse. De plus grâce à au moins deux surfaces qui se coupent et délimitent la structure de découplage, celles-ci auront des directions préférentielles utilisables pour conduire la lumière de manière précise. Pour obtenir une unité d'éclairage de géométrie plus précise et ainsi le cas échéant plus facile à réaliser, il est en outre proposé que dans au moins deux directions différentes d'au moins une surface principale on juxtapose chaque fois plusieurs structures de découplage séparées. De manière préférentielle, les structures de découplage séparées ont une forme de prisme. Cela signifie que les structures sont délimitées pour l'essentiel par des plans séquents. Selon un autre développement particulièrement avantageux de l'invention, les différentes structures sont des négatifs dans au moins une surface principale. De cette manière, les différentes structures peuvent être moulées de manière positive par exemple dans un moule d'injection ce qui facilite considérablement la fabrication de l'outillage en particulier pour des dimensions de structure de découplage allant de 50 à 300 lis. Selon une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les angles des surfaces délimitant les structures de découplage par rapport à au moins une surface et/ou l'angle d'intersection des surfaces délimitant les structures de découplage sont accordés en fonction de la source lumineuse pour permettre un découplage souhaité de préférence homogène de la lumière avec une densité de lumière correspondante de la surface principale concernée. Cela signifie que comme paramètre impor- tant pour le découplage de la lumière il y a l'angle d'intersection des surfaces délimitant les structures de découplage à la fois entre eux et par rapport à la surface principale concernée. De plus la direction des surfaces délimitant la structure de découplage par rapport à la source lumineuse constitue un autre paramètre. La densité lumineuse et l'homogénéité de la lumière découplée peuvent en outre être réglées par la hauteur des structures de découplage et/ou leur distance. Les champs de structure de découplage ne se composent pas nécessairement, uniquement de structures de découplages identiques selon une répartition rigoureuse. Dans la mesure où le procédé de fabrication le permet, on peut également utiliser des champs de structure de découplage, pour lesquels, dans un cas extrême, chaque structure de découplage séparée est adaptée individuellement par sa géométrie. On obtient de bons résultats déjà avec des champs de structure de découplage à forme géométrique stricte. Selon un développement particulièrement avantageux, par exemple les moyens de découplage comprennent un champ de structure de découplage réparti suivant une matrice rectangulaire ou une matrice diagonale par rapport à une source lumineuse, ce champ se composant d'au moins deux structures dans chaque direction. Toutefois en général de tels champs se composent d'au moins vingt structures de découplage et plus. Les structures de découplage elles-mêmes peuvent être des prismes de formes très différentes. Du fait de la possibilité de fabrication relativement simple on réalise de préférence des pyramides carrées ou des troncs de pyramides carrés. De telles structures peuvent comme indiqué ci-dessus avoir une forme négative ou positive dans l'élément de guide de lumière. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de différents exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un détail d'un guide de lumière de touche éclairé par des diodes LED, selon une vue schématique de dessus ; - la figure 2 montre un détail du guide de lumière de touche de la figure 1 selon une vue en perspective (vue tridimensionnelle) ; - la figure 3 est une vue de dessus d'un détail d'un champ de prismes comprenant six prismes avec la direction de rayonnement indiquée, se- lon une vue 3D, stylisée ; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 d'un grand nombre de pyramides carrées, complètes, comme prismes avec un éclairage en diagonale. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un extrait d'un guide de lumière de touche 1 éclairé par une source lumineuse constituée par une diode photo- émissive LED 2. La géométrie de couplage au niveau de la diode 2 sera décrite de manière plus détaillée ci-après. Le résultat est que la lumière de la diode est couplée dans le guide de lumière de touche en forme de plaquette (voir à cet effet notamment la figure 2) pour effectuer une réflexion totale multiple entre les deux surfaces principales 3,4, parallèles, et arriver vers le point de découplage. Pour conduire la lumière transmise, de manière précise vers par exemple trois champs de prismes 5,6, 7, on a réalisé en outre des éléments de miroir 8,9, 10 sous la forme de cavités dans le guide de lumière de touche 1. La réalisation des éléments de miroir 9,10, apparaît de manière plus claire à la figure 2. Il en est de même de la disposition du champ de prismes 5 à partir de la face arrière dans la surface principale 4. Les autres structures servent essentiellement à la fixation d'élément de touche ou du guide de lumière de touche lui-même. Son contour extérieur est défini par l'emplacement auquel il est associé. La lumière injectée dans le guide de lumière par la diode LED 2 est injectée par une structure de couplage correspondante comprenant entre autre une lentille 11 et des surfaces de réflexion 12,13 ; elle subit en partie une réflexion multiple au niveau des surfaces principales 3,4 et arrive directement ou par une déviation par les éléments de miroir 8-10 au niveau des champs de prismes 5,6, 7. A cet endroit, les surfaces limitant les différents prismes 14,15, 16 assurent le découplage de la lumière du guide de lumière de touche 1. Le grand nombre de prismes séparés 14,16 des champs de prismes 5,6 est réparti suivant une matrice en diagonale. Les différents prismes 16 ont essentiellement la forme de pyramides carrées complètes réalisées en négatif à l'intérieur du guide de lumière. Au contraire, les dif- férents prismes 14 sont des troncs de pyramides carrés toutefois réalisés également à l'inverse dans le guide de lumière. Les prismes 15 du champ de prisme 7 sont disposés sous la forme d'une matrice rectangulaire. Ces prismes sont également des troncs de pyramides négatifs. La quantité de la lumière émise par un champ de prisme peut se régler par l'alignement des prismes par rapport à la lumière émise (rotation des prismes) la distance des prismes dans le champ de prismes, la hauteur des prismes et l'inclinaison des surfaces délimitant les prismes par rapport aux surfaces principales 3,4. Contrairement à la surface supérieure rugueuse d'une zone de découplage habituelle, l'utilisation d'un champ de prisme a l'avantage d'une définition exacte de la surface ; la fabrication d'une telle structure par un procédé d'injection est relativement insensible aux paramètres de fabrication tels que la pression, le temps, la température ; or, normalement ces paramètres se répercutent fortement sur l'image donnée par la surface de l'outil dans la pièce ; de même on reconnaît facilement les défauts de fabrication liés à des paramètres d'injection mauvais, si les prismes ne sont par exemple plus anguleux mais arrondis. L'utilisation de champs de primes convient non seulement pour éclairer des touches selon des surfaces importantes mais également pour servir de lumière de fond dans un affichage à cristaux liquides LCD. Les figures 3,4 montrent schématiquement les photographies réduites de champs de prismes inverses 20,21 effectivement réalisés (ces champs de prismes ne sont représentés qu'en détail) dans des guides de lumière 22,23 plans, en forme de plaques. La direction d'incidence de la lumière est indiquée par une flèche 24,25. Contrairement au champ de prismes 21 avec des troncs de pyramides carrés 26, le champ de prismes 22 comprend un grand nombre de pyramides carrées 27 pratiquement complètes. La disposition des pyramides ou des troncs de pyramides 26 est dans les deux cas rectangulaire mais la distance 28,29 ou 28a, 29a dans la disposition présente est la même. Ces distances peuvent toutefois varier pour régler le découplage de la lumière. Non seulement l'intervalle entre les prismes est la direction respective peut également est différente et les distances dans une direction peuvent changer. Le champ de prismes 21 selon la figure 3 reçoit la lumière qui est essentiellement perpendiculaire à la surface latérale 30 du tronc de pyramide 26 servant alors de surface de découplage (ce côté apparaît comme étant clair). Au contraire les autres surfaces apparaissent comme sombre car ces surfaces ne réfléchissent pas de lumière vers l'observateur. Contrairement à cela, dans le champ de prismes 20 de la figure 4, la lumière incidente arrive sur deux surfaces de pyramides 31,32 sensiblement à 45 et ces surfaces réfléchissent la lumière vers l'observateur. Les surfaces opposées 33,34 qui ne participent pas au découplage apparaissent comme sombres. La comparaison avec la figure 3 montre ainsi qu'une surface plus grande (en supposant que les prismes ont la même surface de base) participe au découplage, c'est pourquoi le champ de prismes de la figure 4 possède une plus grande densité de lumière pour une même intensité de lumière incidente. REVENDICATIONS 1 ) Unité d'éclairage comportant un élément guide de lumière (1,22, 23) avec deux surfaces principales (3, 4), opposées et au moins une source lumineuse (2) pour éclairer l'élément guide de lumière (1,22, 23), dont la lumière injectée entre les surfaces principales (3,4) est réfléchie par réflexion totale, et dont au moins un côté de surface principal, a des moyens de découplage de la lumière incidente de ces surfaces, caractérisée en ce que les moyens de découplage comportent un grand nombre de structures de découplage (14,15, 16,26, 27) séparées, juxtaposées à la manière d'un champ, ces structures étant délimitées chaque fois par au moins deux surfaces séquentes (31,32) inclinées par rapport à au moins un côté de surface principale (4). 2 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans au moins deux directions différentes d'au moins une surface principale (4) on a chaque fois plusieurs structures de découplage (14,15, 16, 26,27) séparées, juxtaposées. 3 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les différentes structures de découplage sont prismatiques. 4 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les différentes structures (14,15, 16,26, 27) sont de forme négative dans au moins une surface principale (4). 5 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle des surfaces (31,32) limitant les structures, par rapport à au moins une surface principale (4) et/ou l'angle d'intersection des surfaces limites (31,32) est choisi en fonction de la source lumineuse (2) pour avoir un découplage souhaité de préférence homogène de la lumière avec une diode lumineuse correspondante pour sortir de cette surface principale (4). 6 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la hauteur et/ou la distance (28,29) des structures de découplage par rapport à la source lumineuse sont choisies pour produire une homogénéité et une densité de lumière souhaitée dans la zone de découplage. 7 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de découplage comprennent un champ de structure de découplage (14,15, 16) de plus de deux structures dans chaque direction, ces structures étant réparties suivant une matrice rectangulaire (5,7) ou une matrice en diagonale (6). 8 ) Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée par une structure de découplage (14,15, 16,26, 27) qui est une pyramide carrée (27) ou un tronc de pyramide carrée (26).