Brevet FR2844364A1 — publié le 20040312

SUBSTRAT DIFFUSANT La présente invention concerne un substrat diffusant destiné à homogénéiser une source lumineuse. L'invention sera plus particulièrement décrite en référence à un substrat diffusant utilisé pour homogénéiser la lumière émise depuis un système de rétroéclairage. Un système de rétro-éclairage qui consiste en une source de lumière ou " back-light " est par exemple utilisée comme source de rétro-éclairage pour des 15 écrans à cristaux liquides, dénommés encore écrans LCD. Il apparaît que la lumière ainsi émise par le système de rétro-éclairage n'est pas suffisamment homogène et présente des contrastes trop importants. Des moyens diffusants associés au système de rétro-éclairage sont donc nécessaires pour homogénéiser la lumière. Parmi les écrans à cristaux liquides, on distingue les écrans incorporant une structure dite "Direct Light" pour lesquels les sources lumineuses sont situées à l'intérieur d'une enceinte et les moyens diffusants se trouvent devant les sources lumineuses, et les écrans incorporant une structure dite "Edge Light" pour lesquels les sources lumineuses sont positionnées sur le côté de l'enceinte, 25 la lumière étant véhiculée vers les moyens diffusants en face avant par un guide d'onde. L'invention concerne plus particulièrement les écrans LCD à structure "Direct light". L'invention peut être également utilisée lorsqu'il s'agit d'homogénéiser la lumière provenant de lampes planes architecturales utilisées par exemple sur des 30 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. Une solution satisfaisante du point de vue de l'homogénéité consiste à recouvrir la face avant du système de rétro-éclairage d'une plaque de plastique tel qu'un polycarbonate ou un polymère acrylique contenant des charges minérales dans la masse, la plaque présentant par exemple une épaisseur de 2 mm. Mais ce matériau étant sensible à la chaleur, le plastique vieillit mal et le dégagement de chaleur conduit généralement à une déformation structurelle des moyens 5 diffusants en plastique qui se concrétise par une hétérogénéité de la luminance de l'image projetée au niveau de l'écran LCD par exemple. Il peut alors être préféré en tant que moyens diffusants une couche diffusante telle que celle décrite dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 809 496. Cette couche diffusante composée de particules 10 agglomérées dans un liant est déposée sur un substrat, par exemple en verre. Or les inventeurs ont montré que l'utilisation de tels moyens diffusants entraîne, au niveau des interfaces du substrat en verre, de nombreuses réflexions de la lumière générée par le système de rétro-éclairage. Et bien que le système de rétro-éclairage possède des réflecteurs pour réfléchir la lumière réfléchie par le 15 substrat en verre qui n'a pu être transmise, la lumière renvoyée par les réflecteurs vers le substrat en verre n'est cependant qu'en partie transmise, une partie étant à nouveau réfléchie et renvoyée encore une fois par les réflecteurs et ainsi de suite. Aussi, la totalité de la lumière n'est pas transmise dès la mise en fonctionnement du système de rétro-éclairage mais subit plusieurs va-et-vient 20 avant de traverser le substrat diffusant avec quelques pertes. Les inventeurs ont choisi de nommer ce phénomène, le phénomène de "recyclage". Ayant mis en évidence ce phénomène de recyclage, les inventeurs ont établi qu'il convenait d'étudier la qualité de transmission de la lumière au travers du substrat diffusant pour obtenir une luminance convenable de l'éclairage sortant du 25 substrat. Par ailleurs, les inventeurs ont montré qu'un substrat en verre trop épais pouvait générer une absorption trop importante et par conséquent générer une luminance insuffisante se traduisant par l'affaiblissement de la luminance de l'image sur un écran LCD par exemple. L'invention a donc pour but de fournir un substrat diffusant qui comporte un substrat en verre revêtu d'une couche diffusante et qui permet d'optimiser la luminance de l'éclairage généré via un tel substrat. Selon l'invention, afin d'optimiser la luminance de l'éclairage généré via le substrat diffusant qui comporte un substrat en verre et une couche diffusante déposée sur ledit substrat en verre, le substrat diffusant est caractérisé en ce que le substrat en verre présente une transmission lumineuse au moins égale à 91%, et de préférence au moins égale à 91,50%. Les inventeurs ont su mettre en évidence que la luminance dépendante de 5 la qualité de la transmission lumineuse du substrat est fonction des paramètres que sont le coefficient d'absorption linéique et l'épaisseur du substrat verrier, le coefficient d'absorption linéique étant lié à la composition verrière du substrat. Aussi, selon une caractéristique, le substrat en verre présente un taux de fer total tel que: [Fe20311 7110 (1,52x e+ 0,015) + (17,24x e+ 0,37) xRédox avec [Fe203]t exprimé en ppm et correspondant au fer total dans la composition, e étant l'épaisseur du verre en mm, et le Rédox étant défini par Rédox =[FeO] / [Fe203]t, le Rédox étant compris entre O et 0,9. Selon une autre caractéristique, le taux de fer peut être encore plus limité si la transmission lumineuse est au moins égale à 91,50%. Ce taux est alors tel que [Fe23]t Rédox =[FeO] I [Fe203]t, le Rédox étant compris entre O et 0,9. Selon un premier mode de réalisation, le substrat en verre présente une transmission lumineuse minimale de 91,50% pour une épaisseur e de 4,0 mm au plus, avec un taux de fer total de 200 ppm et un Rédox inférieur à 0, 05. De 25 préférence, la composition verrière de ce substrat sera la suivante: |1 |1 %en poids SiO2 69,84 A1203 0,08 CaO 6,8 MgO 0,15 MnO 0 Na2O 8,15 K20 8,5 BaO 1,8 TiO2 0,2 Sb203 0,45 SrO l ZnO 3,6 ZrO2 0 Selon un second mode de réalisation, le substrat en verre présente une transmission lumineuse minimale de 91 % pour une épaisseur e de 4,0 mm au plus, avec un taux de fer total de 160 ppm et un Rédox égal à 0,31. Pour ce même taux 5 de fer et de Rédox, l'épaisseur e sera de 1,5 mm au plus pour assurer la propriété de transmission lumineuse minimale de 91,50 %. Selon encore un troisième mode de réalisation, le substrat en verre présente une transmission lumineuse minimale de 91% pour une épaisseur e de 1,2 mm au plus, avec un taux de fer total de 800 ppm et un Rédox égal à 0,33. Selon encore un autre mode de réalisation, le substrat en verre présente une transmission lumineuse minimale de 91 % pour une épaisseur e de 1,2 mm au plus, avec un taux de fer total de 1050 ppm et un Rédox égal à 0,23. Enfin selon l'invention, ce substrat diffusant sera en particulier utilisé dans un système de rétro-éclairage pouvant être agencé dans un écran LCD ou dans une 15 lampe plane. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la suite de la description en regard des dessins annexés sur lesquels a La figure 1 illustre un système de rétro-éclairage; * La figure 2 illustre des courbes donnant pour une transmission lumineuse 20 de 91 % la teneur du fer global Fe2O3 en fonction du Rédox par rapport à plusieurs épaisseurs de verre; a La figure 3 illustre des courbes donnant pour une transmission lumineuse de 91,5% la teneur du fer global Fe2O3 en fonction du Rédox par rapport à plusieurs épaisseurs de verre. Par souci de clarté, les dimensions ne sont pas respectées entre les différents éléments. La figure 1 illustre un système de rétro-éclairage 1 destiné par exemple à être utilisé dans un écran LCD de dimension 17" par exemple. Le système 1 comporte une enceinte 10 comprenant un illuminant ou des sources de lumière 30 11, et un substrat diffusant en verre 20 qui est associé à l'enceinte 10. L'enceinte 10, d'épaisseur environ 10 mm, comporte une partie inférieure 12 dans laquelle sont agencées les sources de lumière 11 et une partie supérieure opposée 13 qui est ouverte et depuis laquelle se propage la lumière émise des sources 11. La partie inférieure 12 présente un fond 14 contre lequel sont disposés des réflecteurs 15 destinés à réfléchir d'une part, une partie de la 5 lumière émise par les sources 11 qui était dirigée vers la partie inférieure 12, et d'autre part, une partie de la lumière qui n'a pas été transmise au travers du substrat diffusant mais réfléchie par le substrat en verre et rétro-diffusée par la couche diffusante. Les flèches représentées illustrent schématiquement les trajets de la lumière émise depuis les sources 11 et recyclée dans l'enceinte. Les sources de lumière 11 sont par exemple des lampes ou des tubes à décharge communément appelés CCFL pour " Cold Cathode Fluorescent Lamp ", HCFL " Hot Cathode Fluorescent Lamp ", DBDFL pour " Dielectric Barrier Discharge Fluorescent Lamp ", ou encore des lampes du type LED pour " Light Emitting Diodes ". Le substrat diffusant 20 est rapporté sur la partie supérieure 13 et maintenu solidaire par des moyens de fixation mécanique non illustrés tels que de clipsage coopérant avec l'enceinte et le substrat, ou bien maintenu posé par des moyens d'engagement mutuel non illustrés tels qu'une gorge prévue sur la périphérie de la surface du substrat coopérant avec une rainure périphérique de l'enceinte. Le substrat diffusant 20 comporte un substrat en verre 21 et une couche diffusante 22, d'épaisseur entre 1 et 20,um, disposée sur une face du substrat en verre, en regard ou à l'opposé de la partie supérieure 13 de l'enceinte. Pour la composition de la couche et son dépôt sur le substrat en verre, on se référera à la demande de brevet français publiée 2 809 496. Le substrat 21 de support de la couche est en verre transparent ou semitransparent pour la plage de longueur d'onde du visible. Il est caractérisé selon l'invention par sa faible absorption de la lumière, et présente une transmission lumineuse TL au moins égale à 91% sur la plage de longueurs d'onde 380 à 780 nm. La transmission lumineuse est calculée sous un illuminant D65, 30 conformément à la norme EN410. On donne ci-après sous forme de tableau des exemples de réalisation du substrat en verre 21 en indiquant pour chacun d'entre eux la composition verrière dont les teneurs sont exprimées en % en poids, le taux de fer global, le taux de fer ferreux, le Rédox ainsi que la transmission lumineuse TL sous illuminant D65. La transmission lumineuse TL est calculée pour une épaisseur e donnée du substrat en verre. Les exemples la, lb, 2 et 3 sont des substrats 5 verriers qui répondent à la propriété de transmission lumineuse au moins égale à 91% alors que l'exemple 4 ne convient pas. Ces exemples sont des substrats en verre du commerce commercialisés selon les dénominations suivantes: Exemple la: B270 de la société SCHOTT avec e=0,9 mm, Exemple lb: B270 de la société SCHOTT avec e=2,0 mm, pour les exemples la 10 et lb seules sont différentes les épaisseurs mais la composition verrière est identique; Exemple 2: OPTIWHITE de la société PILKINGTON avec e=1,8 mm; Exemple 3:CS77 de la société SAINT-GOBAIN GLASS avec e=1,1 mm; Exemple 4: PLANILUX de la société SAINT-GOBAIN GLASS avec e=2,1 mm 15 Exemple la Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 et exemple lb SiO2 69,84 71,81 69 71,12 A1203 0,08 0,6 0,5 0,5 CaO 6,8 8,9 10 9,45 MgO 0,15 4,4 0 4,4 MnO 0 0 0 0,002 Na20 8,15 13,55 4, 5 13,8 K20 8,5 0,4 5,5 0,25 BaO 1,8 0 0 0 TiO2 0,2 0,02 0 0,02 Sb203 0,45 0 0 0 SrO 0 0 7 0 ZnO 3,6 0, 001 0 0 ZrO2 0 0,01 3,5 0 Fe2O3 en2ppm 200 160 800 1050 FeO en ppm TiO2 La transmission lumineuse TL correspond à l'intégration sur la plage de longueur d'onde 380-780 nm de la transmission qui tient compte des pertes par 10 réflexion. La transmission X est définie de manière connue par la loi de BeerLambert: T(2) - (1 - R( x) 2 X -a(I)xe avec R, le facteur de réflexion, a, le coefficient d'absorption linéique, aE et R étant fonction de la 15 longueur d'onde de la lumière émise, et e, l'épaisseur du substrat. La transmission lumineuse TL est donc liée au coefficient d'absorption linéique a et à l'épaisseur e du substrat 21. Les inventeurs ont par conséquent mis en évidence que la composition 20 verrière du substrat ainsi que son épaisseur influaient sur la transmission lumineuse du substrat. Plus particulièrement, la teneur global en fer (exprimé sous forme Fe2O3) et le Rédox de la composition jouent un rôle majeur sur le coefficient d'absorption linéique. On définit dans l'invention le Redox comme étant le taux de fer sous forme réduite (exprimé sous forme FeO) contenu dans le taux de fer 25 global (exprimé sous forme Fe2O3) (rapport FeO/ Fe2O3). Aussi l'épaisseur du substrat peut être sélectionnée en fonction de la composition verrière utilisée. Les inventeurs ont établi une relation entre les paramètres que sont, l'épaisseur du verre, le fer total et le Rédox de la composition verrière conduisant 30 à la propriété de transmission lumineuse requise. Cette relation de contrainte peut s'écrire sous la forme mathématique suivante, le taux de fer total dans la composition est tel que pour une transmission lumineuse TL supérieure ou égale à 91% [Fe203]t [Fe2o3] courbes pour des épaisseurs caractéristiques de verre. Aussi, la figure 2 illustre des courbes donnant, respectivement pour 30 plusieurs épaisseurs données, la teneur du fer global Fe203 en fonction du Rédox pour une transmission lumineuse TL de 91%. Les substrats d'une épaisseur déterminée dont les valeurs en fer et du Rédox de la composition verrière sont situées sur ou en-dessous de la courbe de référence pour la même épaisseur choisie conviennent pour répondre à la propriété de transmission lumineuse devant être d'au moins 91%. Sur cette figure ont été positionnés les points EX1, EX2, EX3, EX4 du 5 couple (Fe2O3, Rédox) de la composition verrière correspondant aux exemples la et lb pour le point EXI, et aux exemples 2, 3, 4 pour les autres points, respectivement, EX2, EX3, EX4. On remarque que le point EX1 se situe bien en-dessous de la courbe de 2,1 mm, et même en dessous de la courbe de 4 mm. Par conséquent, le 10 substrat en verre des exemples la et 1 b convient avec une épaisseur de 0, 9 mm et respectivement de 2,0 mm, et la composition verrière pourrait même convenir avec une épaisseur plus élevée, jusqu'à 4 mm au moins, pour présenter une transmission lumineuse minimale de 91%. Néanmoins, ce n'est pas dans l'intérêt de la réalisation du système de rétro-éclairage d'augmenter l'épaisseur des 15 éléments car la volonté actuelle tend vers une diminution de l'encombrement des écrans LCD en terme d'épaisseur. Aussi, on n'envisagera pas une épaisseur supérieure à 4 mm. La même remarque s'applique au point EX2 qui est bien en-dessous de la courbe correspondant à l'épaisseur de 1,8 mm du substrat de l'exemple 2. La 20 composition verrière de l'exemple 2 conviendrait pour un substrat d'une épaisseur ne dépassant pas 4,0 mm pour présenter une transmission lumineuse minimale de 91 %. On constate également que le point EX3 est en-dessous de la courbe de 1,1 mm qui correspond à l'épaisseur de l'exemple 3. Cependant, avec une 25 épaisseur supérieure à 1,2 mm (courbes en-dessous de ce point), la composition verrière de l'exemple 3 ne conviendrait plus pour satisfaire une transmission minimale de 91%. En revanche, le point EX4 est bien au-dessus de la courbe de 2,1 mm d'épaisseur correspondant à l'exemple 4 qui ne convient pas. On peut néanmoins 30 en déduire qu'en diminuant l'épaisseur de ce type de verre de sorte qu'il soit d'une épaisseur inférieure à au moins 1,2 mm (courbes au-dessus de ce point), cette composition verrière conviendrait pour obtenir la propriété d'une transmission lumineuse de 91%. La figure 3 illustre des courbes donnant, respectivement pour plusieurs épaisseurs données, la teneur du fer global Fe2O3 en fonction du Rédox pour une transmission lumineuse TL minimale égale à 91,50%. On voit que pour une transmission lumineuse de 91,50% qui constitue 5 une valeur minimale préférée de l'invention, seul conviennent les exemples la et 1 b dont le point EXI est situé bien en-dessous de la courbe correspondant à l'épaisseur 2,1 mm. Les autres exemples ne conviennent pas pour assurer une transmission lumineuse de 91,50% au moins car les points EX2, EX3, EX4 sont situés au-dessus des courbes correspondant aux épaisseurs respectives des 10 exemples 2, 3 et 4. On peut noter que le point EX2 est sensiblement au-dessus de la courbe correspondant à l'épaisseur de 1,8 mm, et qu'il conviendrait pour la composition verrière de l'exemple 2 de réaliser un substrat moins épais de 1,5 mm par exemple (ce qui correspond à la première courbe située au-dessus du point) afin d'assurer la propriété de transmission lumineuse minimale de 91,50%. 15 Le substrat en verre 21 est donc utilisé comme support pour la couche diffusante 22 afin de constituer le substrat diffusant 20 qui est associé à l'enceinte 10 pour constituer le système de rétro-éclairage 1. Il est alors possible de mesurer de manière connue la luminance de l'éclairage provenant de l'enceinte et traversant le substrat diffusant. Le tableau ci-dessous résume pour les exemples 20 la, lb et 2 à 4 la luminance associée à la transmission lumineuse. Les valeurs renseignées de la luminance correspondent à une mesure faite perpendiculairement à la surface du substrat diffusant et pour un substrat diffusant (substrat en verre et couche diffusante) de transmission diffuse de 60%, c'est-à-dire que le substrat diffusant génère une rétro-diffusion de la lumière de 25 40% qui est recyclée à l'intérieur de l'enceinte. Exemple la Exemple 1 b Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 TL en % 91,58 91,51 91,4 91,0 90,6 Luminance 3997 3983 3965 3956 3811 en cd/m2 Par ailleurs, le substrat en verre a également l'avantage de servir de support pour le dépôt de revêtements à couches fonctionnelles telles qu'un 30 revêtement d'isolement électromagnétique que peut d'ailleurs constituer la couche diffusante 22 comme décrit dans la demande de brevet français FR 02/08289, un revêtement à fonction bas-émissive, à fonction anti-statique, antibuée, antisalissures, ou encore à fonction d'augmentation de la luminance. Cette dernière fonction peut effectivement être souhaitée pour une application du substrat diffusant à un écran LCD. Un revêtement présentant la fonction d'augmenter davantage la luminance en resserrant l'indicatrice de diffusion est par exemple connu sous la forme d'un film optique commercialisé sous le nom CH27 par la société SKC. Le tableau ci-dessous indique, outre la transmission lumineuse pour le 10 substrat verrier 21, les luminances de l'éclairage obtenues sans revêtement CH27 et avec le revêtement CH27 sur le substrat diffusant 20, ainsi qu'un résultat de comparaison de ces deux luminances exprimé en %. Les valeurs renseignées de la luminance correspondent à une mesure faite perpendiculairement à la surface du substrat diffusant et pour un substrat diffusant (substrat en verre et couche 15 diffusante) de transmission diffuse de 60%. TL en % sans CH27 avec Comparaison CH27 en % Exemple 1a 91,58 3997 5560 28,10 Exemplel b 91,51 3983 5489 27,43 Exemple 2 91,4 3965 5417 26,80 Exemple 3 91,0 3956 5303 25,40 Exemple4 90,6 3811 4994 23,68 On note que bien entendu la luminance augmente avec le revêtement CH27 dont c'est la fonction, mais aussi que l'augmentation de la luminance est 20 bien plus élevée lorsque la transmission lumineuse est importante. Ces résultats montrent l'intérêt d'utiliser un substrat en verre 21 le moins absorbant possible pour optimiser la luminance d'un système de rétro-éclairage. A ce titre, le substrat de l'exemple la ou 1 b sera préféré. REVENDICATIONS 1. Substrat diffusant (20) comportant un substrat en verre (21) et une couche diffusante (22) déposée sur ledit substrat en verre, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse au moins égale à 91%. 2. Substrat diffusant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse au moins égale à 91,50%. 3. Substrat diffusant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 substrat en verre (20) présente un taux de fer total tel que: [Fe2O3], 7110 [Fe23]t et 0,9. 4. Substrat diffusant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente un taux de fer total tel que: [Fe2O3, 2110 23t (1,52x e+0,015) + (17,24xe+0,37)xRédox 20 avec [Fe2O3]t exprimé en ppm et correspondant au fer total dans la composition, e étant l'épaisseur du verre en mm, et le Rédox étant défini par Rédox =[FeO] / [Fe203]t, le Rédox étant compris entre 0 et 0,9. 5. Substrat diffusant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse minimale de 91,50% pour une épaisseur e de 4,0 mm au plus, avec un taux de fer total de 200 ppm et un Rédox inférieur à 0,05. 6. Substrat diffusant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le 30 substrat en verre (20) présente la composition verrière suivante: % en poids SiO2 69,84 A1203 0,08 CaO 6,8 MgO 0,15 MnO 0 Na2O 8,15 K20 8,5 BaO 1,8 TiO2 0,2 Sb203 0,45 SrO 0 ZnO 3,6 ZrO2 0 7. Substrat diffusant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse minimale de 91% pour une épaisseur e de 4,0 mm au plus, avec un taux de fer total de 160 ppm et un Rédox égal à 0,31. 8. Substrat diffusant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse minimale de 91,50 % pour une épaisseur e de 1,5 mm au plus, avec un taux de fer total de 160 ppm et un Rédox égal à 0,31. 9. Substrat diffusant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse minimale de 91% pour une épaisseur e de 1,2 mm au plus, avec un taux de fer total de 800 ppm et un Rédox égal à 0,33. 10. Substrat diffusant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 substrat en verre (20) présente une transmission lumineuse minimale de 91% pour une épaisseur e de 1,2 mm au plus, avec un taux de fer total de 1050 ppm et un Rédox égal à 0,23. 11. Utilisation d'un substrat diffusant tel que décrit selon l'une des revendications 1 à 6 pour réaliser un système de rétro-éclairage. 12.Utilisation selon la revendication 11 pour laquelle le système de rétroéclairage est agencé dans un écran LCD. 13.Utilisation selon la revendication 11 pour laquelle le système de rétroéclairage est agencé dans une lampe plane.