Brevet FR2849932A1 — publié le 20040716

ECRAN DE RETROPROJECTION et/ou DE PROJECTION La présente invention est relative à un écran de rétroprojection et/ou de projection. Elle vise plus particulièrement un écran adapté pour permettre la visualisation sans défaut optique d'une image sur chacune des faces de l'écran, cette image pouvant être issue par exemple d'un projecteur vidéo ou plus généralement d'une source lumineuse 15 positionnée en regard de l'une de des faces de l'écran. Pour les besoins de compréhension, l'écran de projection selon l'invention comporte deux faces: la face principale de l'écran sur laquelle est projetée l'image provenant de la source lumineuse et qui est positionnée généralement dans la même région de l'espace que la source 20 lumineuse, et la face opposée de l'écran sur laquelle apparaît par transparence l'image projetée sur la face principale. Un écran de rétroprojection dispose d'une face principale et d'une face opposée possédant les mêmes caractéristiques que l'écran de projection précédemment mentionné mais s'en distingue par le fait que l'utilisateur 25 et la source lumineuse ne sont pas situés dans la même région de l'espace mais se trouvent de part et d'autre de l'écran. Au sens de la présente invention, on utilisera le terme écran qui englobe indifféremment un écran de projection et un écran de rétroproj ection. On connaît plusieurs types de familles d'écran de rétroprojection qui assurent la visualisation d'une telle image. Ainsi, on connaît des écrans ou diffuseurs plastiques, ces écrans, rigides et translucides comportent une matrice de matière plastique constituant la trame de l'écran qui incorpore une pluralité de particules d'oxydes métalliques (SiO2 par exemple). Ces écrans n'autorisent une visualisation correcte d'une image sans défaut optique selon un angle de vue pouvant atteindre 1800 que sur l'une des faces de l'écran, l'image apparaissant par transparence sur l'autre face de l'écran étant quant à elle de moindre qualité optique 5 (présence de flou). De plus les écrans de rétroprojection en matière plastique sont sensibles aux rayonnements ultraviolet et infrarouge ainsi qu'à l'humidité, ce qui limitent leur longévité et la pérennité de leur qualité optique. On connaît par ailleurs les écrans qui se déroulent et s'enroulent à 10 partir d'un tambour solidaire d'un support. Ils sont également en plastique mais ne sont pas translucides. Ils fonctionnent uniquement en réflexion et pas en transmission. Une autre technologie d'écran a été développée à partir de diffuseurs fonctionnant selon la technologie des cristaux liquides. L'avantage 15 principal de ce type d'écran réside d'une part, dans leur faible épaisseur (de l'ordre de 20 pm) et d'autre part, surtout dans le fait que sous l'action d'un champ électrique ils deviennent transparents et ne sont plus diffusants, l'utilisation en rétro-projection n'étant cependant qu'une utilisation secondaire. Par contre au titre des inconvénients, on note l'angle de vue qui est très limité (l'angle de vue est de l'ordre d'une trentaine de degrés) et l'image qui apparaît sur la face opposée est de mauvaise qualité optique malgré la faible épaisseur de l'écran (présence de flou). Par le document US 5 870 224, on connaît une structure d'écran de 25 projection muni d'une part, sur sa face principale d'une pluralité de dispositifs optiques (lentilles de Fresnel et microlentilles cylindriques) et d'autre part, sur sa face opposée une pluralité d'orifices (zones transparentes et légèrement diffusantes) judicieusement positionnés par rapport aux foyers optiques respectifs desdites lentilles cylindriques, 30 permettant de visualiser l'image projetée. Cette structure d'écran est particulièrement coteuse, l'angle de vue est également réduit (environ 35 O) et ce dispositif n'est pas propice pour la projection directe (vue par réflexion). Enfin, une dernière famille d'écran de rétroprojection est constituée par les diffuseurs holographiques. Le principal avantage de cette technologie réside dans la transparence de l'écran et le réglage de l'angle de vue. Néanmoins, là encore, cette structure d'écran est coteuse, ce qui la cantonne à des 5 écrans de petits formats. On note également la présence de flou sur la face opposée de l'écran, malgré la transparence de l'écran. La présente invention vise donc à pallier les inconvénients des dispositifs connus de l'art antérieur en proposant un écran de rétroprojection et/ou de projection adapté pour la visualisation d'une 10 image sur les deux faces de l'écran selon un angle de vue pouvant atteindre 1800 sur chacune des faces, cette visualisation s'effectuant sans défauts optiques sur chacune des faces, c'est à dire avec une excellente homogénéité de l'image visualisée. A cet effet, l'écran de rétroprojection et/ou de projection selon 15 l'invention se caractérise en ce qu'il comporte au moins un premier substrat associé à une couche diffusante à effet surfacique, ladite couche étant adaptée pour obtenir un angle de vue inférieur ou égal à 180 sur chacune des faces de ladite couche. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donnera ci20 après une définition du mot " surfacique ". Une couche est dite surfacique lorsque son épaisseur varie dans la plage 0.5 à 50 Mm, notamment entre 0. 5 à 10 pm, et de préférence entre 0.5 à 5pm. Cette définition est à opposer à une couche diffusante à effet volumique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut 25 éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la résolution de l'écran est d'au moins 105 DPI, - la couche diffusante est déposée sur l'une des faces du premier substrat, un intercalaire de feuilletage est déposé sur la face 30 opposée dudit premier substrat, ledit intercalaire étant lui-même associé à un second substrat, - le second substrat est un substrat teinté, - le premier substrat et la couche diffusante sont associés à un troisième substrat, un cordon périphérique séparant la face du premier substrat revêtue de ladite couche diffusante du troisième substrat, - la couche diffusante est constituée d'éléments comprenant des particules et un liant, le liant permettant d'agglomérer entre-elles les particules, - les particules sont métalliques ou des oxydes métalliques les particules sont 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. - la taille des particules est comprise entre 50 nm et 1,um, - l'épaisseur de la couche diffusante est comprise entre 0.5 et 5pm, - l'un au moins des premier, second, troisième substrats est un substrat verrier - l'un au moins des premier, second, troisième substrats est un 15 substrat transparent à base de polymère, par exemple en polycarbonate, - l'un au moins des premier, second, troisième substrats comporte un revêtement ayant une autre fonctionnalité, notamment un revêtement à fonction bas-émissive, à fonction anti-statique, 20 anti-buée, anti- salissures, anti-reflet. D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui va suivre. Ainsi selon un mode de réalisation de l'invention, la couche diffusante à effet surfacique est constituée de particules agglomérées dans 25 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 30 50 %. Cette couche diffusante est décrite dans la demande W00190787 et le contenu de cette demande est incorporé dans la présente demande par référence. Les particules sont choisies parmi 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 ou par pyrogénation. Les particules présentent une granulométrie telle qu'au moins 50% des particules s'écartent de moins de 50% du diamètre moyen. Lorsque la couche est en position extérieure, le liant est également 10 choisi avec une résistance à l'abrasion suffisante pour subir sans endommagement toutes les manipulations du système de rétroprojection, par exemple, notamment lors du montage des autres substrats formant l'écran. En fonction des exigences le liant pourra être choisi minéral, par 15 exemple pour favoriser une résistance à la température de la couche, ou organique, notamment pour simplifier la réalisation de ladite couche, la réticulation pouvant être obtenue simplement, par exemple à froid. 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 20 des particules est supérieur à 1,7 et celui du liant est de préférence inférieur à 1,6. 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 25 acryliques... Pour favoriser la formation d'agrégats à la dimension souhaitée, on prévoit l'adjonction d'au moins un additif conduisant à une répartition aléatoire des particules dans le liant. L'additif ou agent de dispersion est choisi parmi les agents suivants, un acide, une base, ou des polymères 30 ioniques de faible masse moléculaire, notamment inférieure 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 5 couche peuvent être tous moyens connus de l'homme du métier tels que des dépôts par sérigraphie, par enduction d'une peinture, par " dipcoating ", par " spin-coating ", par " flow-coating ", par pulvérisation, ... Lorsque l'épaisseur souhaitée de la couche déposée est supérieure à 2 microns, on utilise un procédé de dépôt du type sérigraphie. En variante, un exemple préféré de réalisation d'un liant mis en oeuvre dans un procédé de dépôt par sérigraphie, on utilise un liant essentiellement constitué de fritte de verre ou de fondant. Ce fondant ou fritte de verre peut être par exemple à base d'un mélange d'oxyde de zinc d'oxyde de bore, de silice, d'oxyde de sodium. Ce liant trouve son application dans la présente invention en tant que liant pour la couche diffusante utilisée dans l'écran de rétroprojection et/ou de projection, mais il peut aussi être utilisé en tant que liant dans une couche diffusante intégrée au sein d'un écran, par exemple de diffusion. Lorsque l'épaisseur de la couche est inférieure à 4 microns, le dépôt est de préférence effectué par flow-coating ou par pulvérisation. On prévoit également de réaliser une couche dont l'épaisseur varie selon la zone de couverture sur la surface; une telle réalisation peut permettre de corriger des inhomogénéités intrinsèques d'une source de lumière qui est 25 restituée au niveau de l'écran. Par exemple, il est possible de cette façon de corriger l'intensité des sources lumineuses selon l'angle de vue de l'utilisateur et d'ajuster ainsi le gain Le gain se définit de la manière suivante: Gain = la luminance obtenue avec l'écran en vision centrale / la 30 luminance obtenue si on avait un écran lambertien de gain 1 en vision centrale. On peut aussi définir le gain de la manière suivante Gain = luminance centrale * aire de l'écran / flux du projecteur A partir de ces définitions, on dit qu'un gain est de 1, lorsque l'écran de projection permet un angle de vue de 1800 (écran lambertien) De plus, si l'écran permet de réorienter les rayons lumineux dans un angle de vue plus restreint et ainsi augmenter la luminance de l'image dans ces angles, l'écran présentera alors un gain supérieur à 1. Selon une autre réalisation, on peut envisager un dépôt sélectif de la couche surfacique, dans ce cas celle-ci n'est déposée qu'au niveau d'une partie du substrat, la partie restante transparente. Selon l'invention, la couche diffusante est déposée sur un premier 10 substrat transparent, possédant une forme plane ou non selon les applications. La couche diffusante à effet surfacique permet de réaliser un écran dont la résolution est d'au moins 105 DPI (Dot Per Inch), voire 106 DPI Afin d'améliorer la tenue mécanique du premier substrat revêtu de 15 la couche diffusante à effet surfacique telle que précédemment décrite, on associe au premier substrat, au niveau de sa face opposée (celle qui n'est pas recouverte de la couche diffusante), un intercalaire de feuilletage, ce dernier pouvant être réalisé en PVB (polyvinylbutyral), en PU (polyuréthanne), par exemple, lui-même étant associé à un second 20 substrat, de préférence teinté. A titre d'exemple non limitatif, il peut s'agir par exemple d'un verre permettant d'améliorer le contraste tel qu'un verre gris de 10 % de Tl. On associe à cet élément feuilleté constitué du premier substrat, de l'intercalaire de feuilletage, du second substrat, un troisième substrat. En périphérie de la face du premier substrat qui comporte sa couche diffusante, on dépose par des moyens connus (extrusion par exemple) un cordon de joint en matière plastique (en PU, en EPDM par exemple). Sur ce cordon de joint, on dépose un troisième substrat. Ce cordon de matière assure la tenue mécanique de l'assemblage et préserve une lame de fluide 30 gazeux (notamment de l'air) entre les deux substrats, ce qui favorise les phénomènes de diffusion au niveau de la couche fonctionnelle diffusante. Selon une caractéristique de l'invention, les divers substrats utilisés (premier, second, troisième) sont soit des substrats verriers, soit des substrats en polymère (PMMA, polycarbonate). Quel que soit le mode de réalisation, l'écran de rétroprojection et/ou de projection selon l'invention permet de restituer une image dont l'homogénéité est d'au moins de 80% et de préférence de l'ordre de 85 %. On dit qu'une image est homogène lorsque l'observation faite à l'oeil 5 de cette image sur un écran de dimension 600x450mm ne montre aucune variation d'intensité de l'image liée à la qualité de la couche par ex. L'oeil commence à " voir " des variations d'intensité que lorsque l'écart d'intensité est supérieur à 15% d'un endroit à l'autre de l'écran. L'écran de visualisation est adapté pour permettre la visualisation 10 d'une image projetée sur chacune des faces de l'écran, selon un angle de vue inférieur ou égal à 1800. Dans la présente invention, l'angle de vue est l'angle pour lequel la luminance est égale à la moitié de la luminance au centre. Dans ce cas, la visualisation s'effectue sans présence de défaut optique (flou, déformation, 15 effet de bord, aberration chromatique, inhomogénéité locale de luminance sur chacune des faces. Une variante de réalisation consiste à incorporer à l'assemblage au niveau de l'une des faces de l'un des premier, second, troisième substrats, un revêtement ayant une fonctionnalité. Il peut s'agir d'un revêtement à 20 fonction de blocage des rayonnements de longueur d'onde dans l'infrarouge (utilisant par exemple une ou plusieurs couches d'argent entourées de couches en diélectrique, ou des couches en nitrures comme TiN ou ZrN ou en oxydes métalliques ou en acier ou en alliage Ni-Cr) , à fonction bas-émissive (par exemple en oxyde de métal dopé comme SnO2 25:F ou oxyde d'indium dopé à l'étain ITO ou une ou plusieurs couches d'argent), anti-buée (à l'aide d'une couche hydrophile), anti-salissures (revêtement photocatalytique comprenant du TiO2 au moins partiellement cristallisé sous forme anatase), ou encore un empilement anti-reflet du type par exemple Si3N4/SiO2/Si3N4/SiO2. Les applications envisagées par l'invention sont notamment les systèmes de rétroprojection ou de projection par exemple utilisés pour la visualisation d'image provenant par exemple de projecteurs vidéo pour des utilisations de murs d'image dans des stades, de tableaux de visualisation d'informations assemblés en paroi ou suspendu pour un usage urbain domestique. Bien entendu, l'écran de projection et/ou de rétroprojection peut être utilisé comme une cloison ou une paroi de séparation entre deux enceintes. L'écran selon l'invention précédemment décrit offre de multiples avantages: - compte tenu que les divers éléments le constituant sont réalisés dans une technologie essentiellement minérale, la sensibilité de cet écran à l'humidité et aux rayonnements UV est très réduite, - le recours à une couche diffusante à effet surfacique, dont l'angle 10 de vue peut atteindre 1800 limite les phénomènes de " hot spot ". (Le " hot spot " consiste pour l'utilisateur à apercevoir, dans l'axe de projection et à travers l'écran, la source lumineuse). REVENDICATIONS 1. Ecran de rétroprojection et/ou de projection, caractérisé en ce qu'il 5 comporte au moins un premier substrat associé à une couche diffusante à effet surfacique, ladite couche étant adaptée pour obtenir un angle de vue inférieur ou égal à 1800 sur chacune des faces de ladite couche. 2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résolution de 10 l'écran est d'au moins 105 DPI. 3. Ecran selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche diffusante est déposée sur l'une des faces du premier substrat, un intercalaire de feuilletage est déposé sur la face opposée dudit premier substrat, ledit intercalaire étant lui-même associé à un second 15 substrat. 4. Ecran selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second substrat est un substrat teinté. 5. Ecran selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier substrat et la couche diffusante sont associés à un 20 troisième substrat, un cordon périphérique séparant la face du premier substrat revêtue de ladite couche diffusante du troisième substrat. 6. Ecran selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche diffusante est constituée d'éléments comprenant des particules et un liant, le liant permettant d'agglomérer entre-elles les 25 particules. 7. Ecran selon la revendication 6, caractérisé en ce que les particules sont métalliques ou des oxydes métalliques. 8. Ecran selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les particules sont choisies parmi les oxydes de silice, d'alumine, de 30 zircone, de titane, de cérium, ou d'un mélange d'au moins deux de ces oxydes. 9. Ecran selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la taille des particules est comprise entre 50 nm et 1 pm. 10. Ecran selon la revendication 6, caractérisé en ce que le liant est essentiellement constitué de fritte de verre ou de fondant. 11. Ecran selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fritte de verre ou le fondant est à base d'un mélange d'oxyde de zinc, d'oxyde de bore, d'oxyde de sodium et de silice. 12. Ecran selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche diffusante est comprise entre 0.5 et 5pm. 13. Ecran selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des premier, second, troisième substrats est un substrat verrier. 14. Ecran selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'un au moins des premier, second, troisième substrats est un substrat transparent à base de polymère. 15. Ecran selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des premier, second, troisième substrats comporte 15 un revêtement ayant une autre fonctionnalité, notamment un revêtement à fonction bas-émissive, à fonction anti-statique, antibuée, antisalissures, anti-reflet.